Часть 1. Что важнее для разгона: мощность или крутящий момент?
В инетернете бесчисленное количество статей на эту тему, но, к сожалению, в большинстве своем это совершенно безграмотные перепечатки друг с друга, причем в процессе перепечатки исходный смысл, если он когда-то и был верный, искажеается до неузнаваемости.
Поэтому сам для себя решил разобраться в вопросе, а заодно написать статью — пусть будет.
Итак, для того чтобы выяснить, что важнее для разгона, мощность или крутящий момент, достаточно открыть школьный учебник физики и найти формулу работы, выраженной через изменение кинетической энергии.
Выглядит она вот так:
Кинетическая же энергия, в свою очередь, описывается следующей формулой, где m – это масса, а V – скорость:
Теперь вспомним, что мощность – это работа, произведенная за промежуток времени:
Теперь, исходя из того что разгоняемся мы с места, то есть начальная кинетическая энергия Ek равна нулю, поскольку начальная скорость равна нулю, выразим, от чего зависит время, за который мы достигнем скорости V:
Как видим, время, за которое мы достигнем заданной скорости V, зависит исключительно от соотношения массы к мощности: чем меньше масса автомобиля и чем больше его мощность – тем быстрее он достигнет заданной скорости. От крутящего момента время разгона никак не зависит.
А теперь давайте проверим теорию практикой, а то вдруг формулы врут. Правда, у меня практика также будет теоретической, но каждый из вас может перевести ее на 100% в практическое русло.
Итак, для проверки теоретической части нам потребуются два абсолютно одинаковых автомобиля, у одного из которого будет больше мощность, но меньше момент, а у другого – ровно наоборот. Если теоретические изложения верны, то быстрее разгоняться будет тот автомобиль, у которого больше мощность.
Хорошая новость заключается в том, что у каждого автовладельца есть такая пара автомобилей — взглянем на типичный график момента и мощности:
Как видим, в зоне низких оборотов двигатель имеет большой крутящий момент и малую мощность, а в зоне высоких – наоборот. Вот вам два идентичных автомобиля с разными двигателями.
То есть каждый из вас может произвести два эксперимента: используя ручное переключение передач, попробовать разогнаться до 100 км/ч в зоне максимального момента, а потом – зоне максимальной мощности и сравнить результаты. Предсказываю, что разгон будет быстрее в зоне максимальной мощности. И именно поэтому АКПП вашего авто настроена на разгон в зоне оборотов максимальной мощности, а не момента.
Почему же так происходит? Ведь из той же физики мы помним, чем больше сила – тем больше ускорение и вроде как логичным было бы разгоняться в зоне максимального момента, который обеспечил бы максимальную силу и, как следствие, максимальное ускорение.
Дело в том что тут есть нюанс, о котором многие не задумываются: тот момент, который указан на графике — это момент на валу двигателя, но ведь автомобиль отталкивается от асфальта не валом, а колесами, стало быть, нас должен интересовать момент именно на колесах. А он будет тем выше, чем выше мощность, выдаваемая двигателем. Чтобы понять, почему так происходит, взглянем на график:
Предположим, что автомобиль двигается с некоторой скоростью на какой-то передаче, педаль газа нажата не полностью, поэтому значения мощности и момента далеки от максимально возможных — позиция обозначена цифрой “1”. И теперь нам надо резко ускориться. У нас есть два возможных варианта, на графике обозначены буквами:
А) без изменения передачи нажать до упора педаль газа, в этом случае двигатель нам выдаст 320 Н*м момента и 100 л.с. мощности
В) одновременно с нажатием газа скинуть несколько передач вниз, обороты в этом случае вырастут и двигатель выдаст лишь 250 Н*м момента, но зато 180 л.с. мощности
Момент на колесах будет равным моменту двигателя, умноженному на передаточное число выбранной передачи:
Так как в начальный момент времени скорость автомобиля одинаковая для обоих вариантов, то и скорость вращения колес также одинаковая, следовательно передаточное число передачи в случае “В” будет в 2,5 раза выше чем в случае “А”: 5000/2000 = 2,5.
Составим отношение моментов на колесах для обоих вариантов:
Получается, что в варианте “В”, несмотря на меньший момент на валу двигателя, мы получаем почти двукратное превосходство в моменте на колесах. Таким образом, разгон в зоне оборотов максимальной мощности будет более эффективным, что и требовалось доказать.
Время разгона.
Основным фактором, который влияет на время разгона автомобиля, является мощность двигателя. Кроме этого, на разгон авто влияет огромное количество других факторов. Все зависит от уровня аэродинамики автомобиля, его веса, шин, подвески, установленной на авто типа коробки передач и прочего. Далее в деталях опишем каждый из факторов.
Силы, действующие на автомобиль при движении.
От чего зависит время разгона автомобиля.
1) Вес автомобиля. И так, чем автомобиль легче, тем легче ему разгонятся и проходить повороты. Производители спорткаров, которые предназначены для гонок по трекам, абсолютно всеми способами стараются уменьшить вес, при этом сохранив ему мощность.
2) Разгон авто. При автомобилестроении производители зачастую используют разные сплавы алюминия, которые являются легкими и, в то же время, надежными и безопасными. Кузовные части спорткаров делают из карбона — специальное углеволокно. Сталь, по сравнению с карбоном, более чем в полтора раза тяжелее! Вес деталей, сделанных из алюминия, примерно на 20 процентов легче деталей, сделанных из стали. Углеволокно используют для изготовления деталей аэродинамики. Для изготовления рамы автомобиля карбон не совсем подойдет, ведь для придания безопасности водителя на изготовление рамы уйдет несколько слоев карбона, которые будут весить практически как рама из стали, но стоить при этом в разы дороже.
3) На разгон автотранспорта влияют колёса. Производители устанавливают диски, изготовленные из легких сплавов. На колеса устанавливают низкопрофильные покрышки. Такие колеса весят немного. Больше информации о колесах можно узнать в интернете поэтому, останавливаться на их разновидностях не будем.
4) Аэродинамика автомобиля – один из наиболее актуальных вопросов в гонках. Существенное сопротивление воздуха на автомобиль оказывается при разгоне свыше 80 км/ч. Ненастроенная аэродинамика существенно увеличивает время разгона автомобиля.
5) Шины на автомобиль. Именно от покрышек и от давления в них зависит время разгона спорткара с места. Покрышки должны быть "разогреты" перед стартом гонки для лучшего сцепления с асфальтом. Для разогрева покрышек достаточно 10-15 минут спокойного вождения или пробуксовки колес на месте. К примеру, в "Формуле-1" , чтобы идеально проходить повороты, не теряя при этом скорости, гонщики перед стартом делают "прогревочный круг". Самое хорошее сцепление с асфальтом имеют покрышки слики.
6) Трансмиссия — коробка передач. Передаточные числа бывают как длинные, так и короткие. Короткие передаточные числа имеют много зубцов на шестернях детали для каждой передачи. Если спорткару нужно быстро ускорится, производители делают передаточные числа более короткими. Заметим, что передаточные числа влияют на скорость автомобиля. То есть, автомобиль с плавным разгоном имеет более высокую максимальную скорость, чем автомобиль с быстрым разгоном. Если трасса имеет много поворотом, где нужно быстро разгонятся, то стоит установить коробку передач с короткими передаточными числами. В обычных городских автомобилях передаточные числа сбалансированы для эффективного разгона и нормальной максимальной скорости.
7) Подвеска авто. Для быстрого старта и идеального прохождения поворотов, на спорткары устанавливают специальную спортивную жесткую подвеску.
8) Тип привода автомобиля. Именно от этого зависит разгон с места. При одинаковых мощностях двух автомобилей с задним и передним приводом, всегда выиграет первый.
От чего зависит скорость разгона автомобиля?
На время и скорость разгона автомобиля будет влиять в первую очередь мощность двигателя под капотом. При одинаковом весе того или иного автомобиля разгон в первую очередь будет зависеть от мощности и крутящего момента двигателя. Мощность, которая измеряется в лошадиных силах, является производной от крутящего момента и оборотов мотора. Этот показатель характеризует силу мотора в зависимости от оборотов. Быстрее набирать обороты помогает крутящий момент. Таким образом, чем больше мощность и больше моментные характеристики, тем, соответственно, лучше ускоряется автомобиль. Вес также играет немалую роль. Чем больше будет мощность автомобиля и меньше вес, тем быстрее будет разгон.
Почему автомобиль плохо разгоняется: 7 причин
Многие водители наверняка замечали, что автомобили теряют в динамике в жаркую погоду. Это связано с уменьшением плотности воздуха.
Если нулевой температуре в одном кубическом метре содержится 1,7 кг воздуха, то при +25 его содержание снижается до 1,2 кг на кубометр. Соответственно, в жару в цилиндры попадает меньшее количество кислорода, в результате температура горения снижается, а значит, падает и отдача силового агрегата.
Похожее падение приемистости сильно ощущается также и в горной местности — из-за меньшей плотности воздуха здесь опять-таки ухудшается наполнение цилиндров.
Подсчитано, что при подъеме на каждые 1000 метров атмосферный силовой агрегат будет терять примерно по 10% мощности. А именно, на высоте 1 км 100-сильный мотор будет выдавать около 90 л.с., на 2 км — 80 л.с.. на 3 км — лишь 70 л.с. А вот турбированные двигатели гораздо лучше «атмосферников» приспособлены к работе и в жару, и на высоте, поскольку такие агрегаты качают воздух под давлением турбины, и она в любом случае создает нужное давление воздуха.
Не секрет, что уровень накачки шин ощутимо влияет не только на расход топлива, но и на разгонную динамику.
Если говорить грубо, не докачивая покрышки до требуемых значений, вы увеличиваете пятно контакта и, соответственно сцепление с дорогой, перекачивая — наоборот, уменьшаете пятно контакта. При этом в обоих случаях ухудшается также и разгонная динамика.
Еще один проблемная ситуация — когда существует разница в давлении шин. К примеру, при «перекачанных» колесах на одной стороне — машину будет тянуть в эту самую сторону. Отсюда — ухудшение управляемости, курсовой устойчивости и опять-таки — разгона. Так что оптимальные показатели ускорения автомобиль демонстрирует на шинах, накаченных до заданной нормы.
В результате заправки некачественным топливом, случается, забивается сетка бензонасоса, топливный фильтр, образуется нагар на свечах.
Неисправный регулятор давления, пережатый топливопровод (например, после неосторожных выездов на бездорожье), засорившиеся форсунки, — все это также провоцирует потерю разгонной динамики.
Автомобиль либо плохо набирает скорость или, того хуже, дергается при подаче «газа». Некачественный бензин, как вариант, примеси воды в топливе, также могут вызвать перебои в работе мотора и, как следствие, ухудшение разгона. Наконец, вызвать потерю динамики может также поломка различных датчиков, в частности — датчика массового расхода топлива (ДМРВ), датчика детонации, датчика кислорода и других.
Когда сцепление автомобиля исправно, крутящий момент без потерь передается от двигателя к трансмиссии. Однако если сцепление пробуксовывает, иначе говоря, включается не полностью, происходит резкая, а потому очень ощутимая, потеря динамики.
Со стороны это выглядит так — двигатель набирает обороты, ревет, но автомобиль набирает скорость неадекватно медленно. Особенно это становится заметно при подъеме в гору.
Примечательно, что «буксовать» может сцепление как у автомобилей с «механикой», так и «роботами», «автоматами» и «вариаторами». В случае с АКП виновником оказывается неисправный гидротрансформатор, у вариатора и «робота» — дефектные элементы сцепления.
Свечи, отработавший свой ресурс, равно как высоковольтные провода с пробоями могут негативно повлиять на разгонную динамику.
Поэтому необходимо произвести проверку и по возможности заменить отработавшие детали. С этим не стоит медлить в том числе потому, что плохое состояние системы зажигания может спровоцировать, к примеру, пробой катушки зажигания, а ее замена вылетит в копеечку.
Низкий уровень компрессии в одном или нескольких цилиндрах двигателя — еще одна частая причина того, что машина тупит при разгоне. Такую ситуацию могут спровоцировать, к примеру, повреждение клапанов или их износ, или, скажем, поломка или залегание поршневых колец.
Чтобы уточнить диагноз, следует произвести необходимые измерения специальным прибором — компрессометром. Косвенными признаками падения компрессии являются затрудненный запуск силового агрегата, неустойчивые обороты на холостом ходу, характерные хлопки, дым из глушителя и повышенный расход масла и топлива.
Бывает и так — из-за неадекватного состояния элементов тормозной системы колеса притормаживаются колодками во время движения.
Чаще всего такая проблема вызвана неверной регулировкой стояночного тормоза. Однако не исключены также и такие сценарии, как заклинившие поршень в тормозном цилиндре, колодки в скобе. Лечение очевидное — разобрать, почистить, смазать или заменить.