ЧТО СКРЫТО В ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ?
Можно ли понять характер автомобиля, взглянув на одни лишь на цифры в его технических характеристиках? Получить представление об управляемости, прикинуть плавность хода, оценить безопасность? Оказывается можно. И хотя реального опыта езды это, конечно, не заменит, в понимании автомобиля такие знания играют важную роль.
Рассмотрим типичный набор характеристик автомобиля, выделив из него наиболее интересные параметры. Надо оговориться, что коль скоро мы оперируем косвенными признаками, то не стоит сразу же искать опровержение изложенным выводам – такие исключения всегда найдутся хотя бы потому, что любое утверждение имеет свою область определения, за границей которой и начинается инженерный гений.
Масса
Как известно, масса – это один из главных параметров, определяющих динамику разгона и топливную экономичность. Однако нельзя не отметить и её влияние на пассивную безопасность: в столкновении двух автомобилей разной массы более тяжелый из них, как правило, обеспечивает лучшую защиту пассажиров, ведь перегрузки в нем оказываются меньше - он просто сносит более легкого противника. И в этом смысле результаты краш-тестов EuroNCAP в достаточной мере условны: испытания имитируют столкновение с объектом равным по массе, а потому хоть автомобили разных размеров и получают схожие оценки, в реальности степень защиты может сильно различаться.
А вот на длине тормозного пути, вопреки расхожему мнению, масса автомобиля не сказывается. Да, более тяжелому автомобилю требуется большее тормозное усилие, но и сцепление с дорогой у него лучше, а в результате – то же самое замедление, что и у легкой машинки. Разве что от тормозов уже требуется хорошая энергоемкость, дабы поглотить и рассеять большую кинетическую энергию.
Аналогично не влияет масса и на скорость движения в повороте. Теоретически, и тяжелые, и легкие автомобили на дуге способны демонстрировать одну и ту же скорость, а уж кто из них на практике окажется быстрее зависит от свойств шин и кинематики подвески. Но, в любом случае, принципиальной разницы не тут будет.
Компоновка
Компоновка – расположение двигателя и трансмиссии – очень интересный параметр, влияющий на управляемость. Каким же образом? От него зависит распределение массы автомобиля, а значит и момент инерции относительно задней оси. Если основная доля массы приходится на носовую часть, как у переднемоторных (в особенности переднеприводных) моделей, то момент инерции велик, и автомобилю трудно резко сменить направление движения – в ответ на быстрое вращение руля он просто начинает скользить передними колесами. Если же передок, напротив, легкий, а масса сосредоточена ближе к задней оси, то момент уже невелик, и автомобиль играючи переходит из одного поворота в другой. Это уже случай среднемоторных и заднемоторных моделей.
При этом не стоит путать распределение массы с развесовкой, то есть распределением веса по осям – параметры это разные. Например, у обоих автомобилей развесовка может быть 50 на 50, но у одного вес будет сосредоточен в носовой и хвостовой части, а у второго – в середине кузова. Соответственно, и вести себя на дороге эти автомобили будут различным образом.
Мощность / Момент
Крутящий момент – важнейший параметр, позволяющий не только оценить динамику автомобиля, но и понять характер мотора. Действительно, ведь крутящий момент – это фактически сила, определяющая ускорение автомобиля. При этом важно не только максимальное значение крутящего момента, но и обороты, на которых оно достигается: чем они ниже, тем раньше при старте с места автомобиль выходит на пик ускорения. Именно это свойство двигателя – низкие обороты максимального момента – и называется тяговитостью, столь необходимой в условиях городской езды. Оно же лежит и в основе понятия эластичности, то есть способности мотора сопротивляться увеличению нагрузки при неизменном положении педали газа – эластичным двигатель становится только после преодоления оборотов максимального момента
А что же мощность? Мощность есть ни что иное, как произведение крутящего момента на обороты, при которых этот момент развивается. То есть на оборотах максимальной мощности ускорение автомобиля меньше, чем на оборотах максимального момента. Но зачем тогда сильно раскручивать двигатель, если ускорение только падает? Дело в том, что ранний переход на следующую передачу уменьшит передаточное число трансмиссии, и момент на колесах, а с ним и ускорение упадут еще сильнее! Именно поэтому потому крутящий момент на высоких оборотах – мощность – играет ключевую роль в процессе динамичного разгона.
Таким образом, критерием совершенства двигателя, свидетельством эффективности его газодинамики является большая разница между оборотами максимумов момента и мощности – первые должны быть как можно ниже, а вторые - максимально высоко.
Степень сжатия
Экономичность двигателя определяется многими параметрами, но в нашем распоряжении, как правило, оказывается только один из них – степень сжатия. Впрочем, и этого немало, ведь степень сжатия определяет тепловой КПД двигателя: чем в большей степени расширяются отработавшие газы с цилиндре, тем полнее их тепловая энергия преобразуется в механическую.
Для бензиновых двигателей типичная степень сжатия составляет около 10. Однако лучшие их представители, например, моторы Audi с непосредственным впрыском, могут достигать и 12,5, что позволяет рассчитывать на хорошую экономичность по сравнению с остальными.
Степень сжатия дизельных двигателей гораздо больше – в среднем около 17. Во многом этим и объясняется их экономичность. Однако дальнейшее её повышение не всегда идет не пользу. Загвоздка в том, что при большой степени сжатия становится трудно контролировать процесс сгорания, что ухудшает его полноту и ведет к увеличению расхода топлива и росту токсичности выхлопа. Поэтому в современных дизелях разработчики не гонятся за степенью сжатия, а надежность воспламенения обеспечивают высокоточным распылом топлива под большим давлением.
Сх
Об аэродинамическом сопротивлении и коэффициенте обтекаемости Cx (или Cd, как он зачастую обозначается в характеристиках) мы уже подробно говорили в разделе «Технологии», в рамках же этой статьи хотелось бы лишь акцентировать внимание на некоторых вещах. Безусловно, величина Cx очень важна как критерий совершенства формы кузова, но сила сопротивления воздуха определяется не только этим коэффициентом, но и площадью поперечного сечения автомобиля. Говоря точнее, меньшее сопротивление будет испытывать та модель, у которой произведение этой площади на коэффициент Cx минимально. Увы, производители редко сообщают поперечную площадь, а потому практической пользы от знания Cx немного – даже схожие по габаритам автомобили могут иметь приличную разницу в площади, и, как следствие, более экономичным и динамичным на высокой скорости может оказаться совсем не тот автомобиль, которого ожидаешь увидеть, судя по величине Cx.
Клиренс / высота
Клиренс и высота кузова в значительно мере определяют высоту центра тяжести автомобиля, а потому, выбирая модель с большим дорожным просветом, почти всегда приходится жертвовать ходовыми качествами. Ведь повышение центра тяжести означает увеличенные крены и меньшую устойчивость в поворотах, избежать которых можно только путем ужесточения подвески. Таким образом, автомобиль с большим клиренсом и высоким кузовом – это всегда либо худшая управляемость и болтанка, либо достаточно жесткая подвеска. Единственный же способ уйти от этого безрадостного выбора – применить активные стабилизаторы и амортизаторы с переменной жесткостью, но воплотить все это удается только на очень дорогих кроссоверах уровня BMW X5. При этом от увеличенной раскачки вследствие высокой посадки пассажиров избавиться все равно не получится – в этом смысле автомобили с высоким кузовом, но небольшим просветом, например, минивэны, предпочтительнее кроссоверов, ведь люди в них сидят не так высоко над землей.
Колёсная база
Большая колесная база ухудшает геометрическую проходимость, но весьма положительно сказывается на устойчивости движения и плавности хода. Автомобиль с длинной базой лучше держит прямую и медленнее уходит в занос – при той же линейной скорости соскальзывания оси угловая скорость поворота кузова получается меньше. Аналогично и с плавностью хода: если водитель маленького автомобильчика фактически подпрыгивает на колдобине вместе с колесом, то за рулем большой машины он лишь замечает, как в начале подскакивает нос автомобиля, а затем – его корма, то есть смещение в вертикальной плоскости точки расположения водителя оказывается меньше. Именно поэтому большой длинный автомобиль априори обеспечивает лучший комфорт движения.
ДЕТАЛИ
Эластичность. В статье мы упомянули эластичность, сказав, что это способность двигателя сопротивляться увеличению нагрузки при неизменном положении педали газа. Но как это проявляется реальной жизни? Представим, что мы едем на автомобиле, и на нашем пути попадается гора. Нагрузка на двигатель при этом возрастает, и если мы не прибавляем газ, то обороты начинают падать.
Что происходит дальше? Если изначально обороты были ниже оборотов максимального момента, то снижение частоты вращения двигателя будет сопровождаться еще большей потерей тяги, и, в конце концов, мотор остановится.
Если же обороты превышали точку максимального момента, то снижение частоты, напротив, будет вести к увеличению крутящего момента, и есть вероятность, что тяга сравняется с нагрузкой и автомобиль въедет-таки в гору. Таким образом, чем ниже расположены обороты максимального момента, тем эластичнее двигатель.
Такой, казалось бы, непринципиальный момент очень сильно сказывается на впечатлении от двигателя. А наилучшей эластичностью среди бензиновых двигателей обладают турбомоторы, выходящие на пик момента, как правило, уже к 2000об/мин. Атмосферные же двигатели редко достигают максимума раньше 3000-3500 об/мин – только лучшие двигатели марки BMW имеют максимум момента уже на 2750 об/мин.
Тяговитость. В отличие от эластичности, тяговитость – определение нестрогое. Под ним подразумевается тяга двигателя на низких оборотах, обычно от холостого хода до оборотов максимального момента. И в этом смысле эластичные турбомоторы не всегда можно назвать тяговитыми, ведь в зоне низких оборотов, когда давление наддува невелико, их крутящий момент достаточно мал. Пример такого провала тяги иллюстрирует график крутящего момента 2-литрового турбомотора Opel Insignia. С атмосферными двигателями подобных проблем нет – кривая крутящего момента у них гораздо более полога
Автор: Карелов Олег
inomarka54.ru
— У тебя сколько сил? — такой вопрос слышал любой, кто хоть немного касался мира автомобилей. Никому даже пояснять не надо, какие силы на самом деле имеются в виду — лошадиные. Именно в них мы привыкли оценивать мощность мотора, одну из важнейших потребительских характеристик машины.
Уже и гужевого транспорта практически не осталось даже в деревнях, а эта единица измерения живёт и здравствует больше ста лет. А ведь лошадиная сила — величина, по сути, нелегальная. Она не входит в международную систему единиц (полагаю, многие со школы помнят, что называется она СИ) и потому не имеет официального статуса. Более того, Международная организация законодательной метрологии требует как можно скорее изъять лошадиную силу из обращения, а директива ЕС 80/181/EEC от 1 января 2010 прямо обязует автопроизводителей использовать традиционные «л.с.» только как вспомогательную величину для обозначения мощности.
Но не зря считается, что привычка — вторая натура. Ведь говорим же мы в обиходе «ксерокс» вместо копир и обзываем клейкую ленту «скотчем». Вот и непризнанные «л.с.» сейчас используют не только обыватели, но и едва ли не все автомобильные компании. Какое им дело до рекомендательных директив? Раз покупателю удобнее — пусть так и будет. Да что там производители — даже государство на поводу идёт. Если кто забыл, в России транспортный налог и тариф ОСАГО именно от лошадиных сил высчитываются, как и стоимость эвакуации неправильно припаркованного транспорта в Москве.
Лошадиная сила родилась в эпоху промышленной революции, когда потребовалось оценить, насколько эффективно механизмы заменяют животную тягу. По наследству от стационарных двигателей эта условная единица измерения мощности со временем перешла и на автомобили
И никто бы к этому не придирался, если не одно весомое «но». Задуманная, чтобы упростить нам жизнь, лошадиная сила на самом деле вносит путаницу. Ведь появилась она в эпоху промышленной революции как совершенно условная величина, которая не то что к автомобильному мотору, даже к лошади имеет достаточно опосредованное отношение. Смысл этой единицы в следующем — 1 л.с. достаточно, чтобы поднять груз массой 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду. Фактически, это сильно усреднённый показатель производительности одной кобылы. И не более того.
Иными словами, новая единица измерения очень пригодилась промышленникам, добывавшим, к примеру, уголь из шахт, и производителям соответствующего оборудования. С её помощью было проще оценить преимущество механизмов над животной силой. А поскольку приводились станки уже паровыми, а позднее и керосиновыми двигателями, то «л.с.» перешли по наследству и к самобеглым экипажам.
Джеймс Уатт — шотландский инженер, изобретатель, учёный, живший в XVIII — начале XIX века. Именно он ввёл в обращение как «нелегальную» сейчас лошадиную силу, так и официальную единицу измерения мощности, которую назвали его именем
По иронии судьбы изобрёл лошадиную силу человек, именем которого названа официальная единица измерения мощности — Джеймс Уатт. А поскольку ватт (а точнее, применительно к могучим машинам, киловатт — кВт) к началу XIX века тоже активно входил в оборот, пришлось две величины как-то приводить друг к другу. Вот здесь-то и возникли ключевые разногласия. Например, в России и большинстве других европейских стран приняли так называемую метрическую лошадиную силу, которая равна 735,49875 Вт или, что сейчас нам более привычно, 1 кВт = 1,36 л.с. Такие «л.с.» чаще всего обозначают PS (от немецкого Pferdestärke), но есть и другие варианты — cv, hk, pk, ks, ch... При этом в Великобритании и ряде её бывших колоний решили пойти своим путём, организовав «имперскую» систему измерений с её фунтами, футами и прочими прелестями, в которой механическая (или, по-другому, индикаторная) лошадиная сила составляла уже 745,69987158227022 Вт. А дальше — пошло-поехало. К примеру, в США придумали даже электрическую (746 Вт) и котловую (9809,5 Вт) лошадиные силы.
Вот и получается, что один и тот же автомобиль с одним и тем же двигателем в разных странах на бумаге может иметь разную мощность. Возьмём, например, популярный у нас кроссовер Kia Sportage — в России или Германии по паспорту его двухлитровый турбодизель в двух вариантах развивает 136 или 184 л.с., а в Англии — 134 и 181 «лошадку». Хотя на самом деле отдача мотора в международных единицах составляет ровно 100 и 135 кВт — причём в любой точке земного шара. Но, согласитесь, звучит непривычно. Да и цифры уже не такие впечатляющие. Поэтому автопроизводители и не спешат переходить на официальную единицу измерения, объясняя это маркетингом и традициями. Это как же? У конкурентов будет 136 сил, а у нас всего 100 каких-то кВт? Нет, так не пойдёт...
Впрочем, «мощностные» хитрости игрой с единицами измерения не ограничиваются. До последнего времени её не только обозначали, но даже измеряли по-разному. В частности, в Америке долгое время (до начала 1970-х годов) автопроизводители практиковали стендовые испытания двигателей, раздетых догола — без навески вроде генератора, компрессора кондиционера, насоса системы охлаждения и с прямоточной трубой вместо многочисленных глушителей. Само собой, сбросивший оковы мотор легко выдавал процентов на 10-20 больше «л.с.», так необходимых менеджерам по продажам. Ведь в тонкости методики испытаний мало кто из покупателей вдавался.
Другая крайность (но гораздо более приближенная к реальности) — снятие показателей прямо с колёс автомобиля, на беговых барабанах. Так поступают гоночные команды, тюнинговые мастерские и прочие коллективы, которым важно знать отдачу мотора с учётом всех возможных потерь, и трансмиссионных в том числе.
Мощность также зависит от того, как её измерять. Одно дело крутить на стенде «голый» мотор без навесного оборудования и совсем другое — снимать показания с колёс, на беговых барабанах, с учётом трансмиссионных потерь. Современные методики предлагают компромиссный вариант — стендовые испытания двигателя с необходимой для его автономной работы навеской
Но в итоге за образец в различных методиках вроде европейских ECE, DIN или американских SAE приняли компромиссный вариант. Когда двигатель устанавливают на стенде, но со всей необходимой для бесперебойного функционирования навеской, включая стандартный выпускной тракт. Снять можно только оборудование, относящееся к другим системам машины (к примеру, компрессор пневмоподвески или насос гидроусилителя руля). То есть тестируют мотор ровно в том виде, в котором он фактически стоит под капотом автомобиля. Это позволяет исключить из финального результата «качество» трансмиссии и определить мощность на коленвале с учётом потерь на привод основных навесных агрегатов. Так, если говорить о Европе, то эту процедуру регламентирует директива 80/1269/EEC, впервые принятая ещё в 1980 году и с тех пор регулярно обновляемая.
Но если мощность, как говорят в Америке, помогает автомобили продавать, то двигает их вперёд крутящий момент. Измеряют его в ньютон-метрах (Н∙м), однако у большинства водителей до сих пор нет чёткого представления об этой характеристике мотора. В лучшем случае обыватели знают одно — чем выше крутящий момент, тем лучше. Почти как с мощностью, не правда ли? Вот только чем тогда «Н∙м» отличаются от «л.с.».?
На самом деле, это связанные величины. Более того, мощность — производная от крутящего момента и оборотов мотора. И рассматривать их по отдельности просто нельзя. Знайте — чтобы получить мощность в ваттах необходимо крутящий момент в ньютон-метрах умножить на текущее число оборотов коленвала и коэффициент 0,1047. Хотите привычные лошадиные силы? Нет проблем! Делите результат на 1000 (таким образом получатся киловатты) и умножайте на коэффициент 1,36.
Чтобы обеспечить дизелю (на фото слева) высокую степень сжатия, инженеры вынуждены делать его длинноходным (это когда ход поршня превышает диаметр цилиндра). Поэтому у таких моторов крутящий момент конструктивно получается большим, но предельное число оборотов приходится ограничивать ради повышения ресурса. Разработчикам бензиновых агрегатов, наоборот, проще получить высокую мощность — детали здесь не такие массивные, степень сжатия меньше, так что двигатель можно сделать короткоходным и высокооборотным. Впрочем, в последнее время различие между дизелями и бензиновыми агрегатами постепенно стирается — они становятся всё более похожими как по конструкции, так и по характеристикам
Выражаясь техническим языком, мощность показывает, сколько работы способен выполнить мотор за единицу времени. А вот крутящий момент характеризует потенциал двигателя к совершению этой самой работы. Показывает сопротивление, которое он может преодолеть. Например, если машина упрётся колёсами в высокий бордюр и не сможет тронуться с места, мощность будет нулевой, так как никакой работы мотор не совершает — движения нет, но крутящий момент при этом развивается. Ведь за то мгновение, пока движок не заглохнет от натуги, в цилиндрах сгорает рабочая смесь, газы давят на поршни, а шатуны стараются привести во вращение коленвал. Иными словами, момент без мощности существовать может, а мощность без момента — нет. То есть именно «Н∙м» являются основной «продукцией» двигателя, которую он производит, превращая тепловую энергию в механическую.
Если проводить аналогии с человеком, «Н∙м» отражают его силу, а «л.с.» — выносливость. Именно поэтому тихоходные дизельные двигатели в силу своих конструктивных особенностей у нас, как правило, тяжелоатлеты — при прочих равных условиях они могут тащить на себе больше и легче преодолевают сопротивление на колёсах, пусть и не так проворно. А вот быстроходные бензиновые моторы скорее относятся к бегунам — нагрузку держат хуже, зато перемещаются быстрее. В общем, действует простое правило рычага — выигрываем в силе, проигрываем в расстоянии или скорости. И наоборот.
Так называемая внешняя скоростная характеристика двигателя отражает зависимость мощности и крутящего момента от оборотов коленвала при полностью открытом дросселе. По идее, чем раньше наступает пик тяги и позже — мощности, тем проще мотору адаптироваться к нагрузкам, его рабочий диапазон увеличивается, что позволяет водителю или электронике реже переключать передачи и почём зря не жечь топливо. На этих графиках видно, что бензиновый двухлитровый турбомотор (справа) выигрывает по этому показателю у турбодизеля аналогичного объёма, но уступает ему в абсолютной величине крутящего момента
Как это выражается на практике? В первую очередь, надо понять, что именно кривые крутящего момента и мощности (вместе, а не по отдельности!) на так называемой внешней скоростной характеристике двигателя будут раскрывать его истинные возможности. Чем раньше достигается пик тяги и позже пик мощности, тем лучше мотор приспособлен к своим задачам. Возьмём простой пример — автомобиль движется по ровной дороге и вдруг начинается подъём. Сопротивление на колёсах возрастает, так что при неизменной подаче топлива обороты станут падать. Но если характеристика двигателя грамотная, крутящий момент при этом наоборот начнёт расти. То есть мотор сам приспособится к увеличению нагрузки и не потребует от водителя или электроники перейти на передачу пониже. Перевал пройден, начинается спуск. Машина пошла на разгон — высокая тяга здесь уже не так важна, критичным становится другой фактор — мотор должен успевать её вырабатывать. То есть на первый план выходит мощность. Которую можно регулировать не только передаточными числами в трансмиссии, а повышением оборотов двигателя.
Здесь уместно вспомнить гоночные автомобильные или мотоциклетные моторы. В силу относительно небольших рабочих объёмов, они не могут развить рекордный крутящий момент, зато способность раскручиваться до 15 тысяч об/мин и выше позволяет им выдавать фантастическую мощность. К примеру, если условный двигатель при 4000 об/мин обеспечивает 250 Н∙м и, соответственно, примерно 143 л.с., то при 18000 об/мин он мог бы выдать уже 640,76 л.с. Впечатляет, не правда ли? Другое дело, что «гражданскими» технологиями это не всегда получается добиться.
И, кстати, в этом плане близкую к идеальной характеристику имеют электродвигатели. Они развивают максимальные «ньютон-метры» прямо со старта, а потом кривая крутящего момента плавно падает с ростом оборотов. График мощности при этом прогрессивно возрастает.
Современные моторы «Формулы 1» имеют скромный объём 1,6 л и относительно невысокий крутящий момент. Но за счёт турбонаддува, а главное — способности раскручиваться до 15000 об/мин, выдают порядка 600 л.с. Кроме того, инженеры грамотно интегрировали в силовой агрегат электродвигатель, который в определённых режимах может добавлять ещё 160 «лошадок». Так что гибридные технологии могут работать не только на экономичность
Думаю, вы уже поняли — в характеристиках автомобиля важны не только максимальные значения мощности и крутящего момента, но и их зависимость от оборотов. Вот почему журналисты так любят повторять слово «полка» — когда, допустим, мотор выдаёт пик тяги не в одной точке, а в диапазоне от 1500 до 4500 об/мин. Ведь если есть запас крутящего момента, мощности тоже, скорее всего, будет хватать.
Но всё же лучший показатель «качества» (назовём его так) отдачи автомобильного двигателя — его эластичность, то есть способность набирать обороты под нагрузкой. Она выражается, например, в разгоне от 60 до 100 км/ч на четвёртой передаче или с 80 до 120 км/ч на пятой — это стандартные тесты в автомобильной индустрии. И может случиться так, что какой-нибудь современный турбомотор с высокой тягой на малых оборотах и широченной полкой момента даёт ощущение отличной динамики в городе, но на трассе при обгоне окажется хуже древнего атмосферника с более выгодной характеристикой не только момента, но и мощности...
Так что пусть в последнее время разница между дизельными и бензиновыми агрегатами становится всё более расплывчатой, пусть развиваются альтернативные моторы, но извечный союз мощности, крутящего момента и оборотов двигателя останется актуальным. Всегда.
auto.mail.ru
www.zr.ru
