Крутящий момент выигрывает гонки генри форд

Обновлено: 18.05.2024

Большинство людей продают свои души — и со спокойной совестью живут на вырученную сумму.
Логан Пирсолл Смит (20+)

Сложно сказать, когда любовь вспыхивает сильнее – в момент встречи или в момент разлуки.
Олег Рой (100+)

В то время, пока гордость выигрывает, люди теряют друг друга.
Сергей Есенин (100+)

В конце концов, мы забываем людей. Сначала мучаемся, а потом наступает момент, и мы их отпускаем. Именно в этот момент люди возвращаются.
Неизвестный автор (1000+)

Решения рождаются из силы покоя, а не из бури хаоса.
Неизвестный автор (1000+)

Разница между бедными и богатыми в том, что бедные продают наркотики, чтобы купить Nike а богатые продают Nike, чтобы купить наркотики!
99 франков (10+)

Многие люди думают, что они покупают удовольствие. На самом деле они продают себя ему.
Бенджамин Франклин (100+)

Приветствуем всех автолюбителей! Ни раз многие из нас сталкивались со спорами что же важнее мощность или крутящий момент. Кто то даже приводит высказывание якобы Генри Форда: "Лошадиные силы продают автомобиль, а крутящий момент выигрывает гонки" Кто то говорит, что крутящий момент влияет на разгон, а мощность на максимальную скорость, а некоторые наоборот считают, что исключительно мощность важна.
В этой статье мы максимально подробно и досконально разберем все аспекты, раз и на всегда закроем десятки мифов и домыслов.

Что такое крутящий момент?
Это произведение силы на плечо рычага, к которому она приложена. Сила измеряется в Ньютонах, а плечо рычага в метрах – Нм. 1 Нм равняется силе в 1 Ньютон, которая приложена к рычагу в 1 метр. 1 килограмм силы (1кгс) равен 9.8 Н.

Нужно понимать, что крутящий момент развивает все, что крутится и к нему прикладывается сила: Вы закручиваете гайки на колесе – наступая на гаечный ключ длинной 40 см (0.4 метра) всем телом 80 кг — создаете крутящий момент 0.4*80=32кг*м или 313.6 Нм.

Велосипедист весом 90кг, давящий всем весом на педаль с рычагом 35 см, развивает 0.35*90 = 31,5 кг*м = 308,7 Нм – Да да, крутящий момент велосипедиста – 300Нм! Как у трехлитрового атмосферного мотора!

Но, прежде чем дать понятие мощности, нужно еще ввести одну переменную – обороты в минуту.
Вернемся к велосипедисту и его 300Нм крутящего момента. Нам нужно понять на каких оборотах он может поддерживать этот момент. Как правило это около 1 вращения педалей в секунду. То есть 60 об/мин. Значит 300Нм при 60 об/мин.

Так же и многие производители указывают характеристики своих ДВС – например 250Нм при 4000об/мин. Но теперь становится не понятно — какой двигатель будет быстрее разгонять автомобиль: у которого 250Нм при 4000 об/мин или у которого 200Нм при 6000 об/мин. Как сравнить?

Очень просто — достаточно привести обороты коленчатого вала к одному знаменателю с помощью редуктора:

250Нм при 4000 об/мин, ставим понижающий вдвое редуктор и получаем 500Нм при 2000 об/мин (обороты понижаются вдвое, крутящий момент возрастает вдвоем, потерей на редукторе пренебрегаем)

200Нм при 6000 об/мин, ставим понижающий втрое редуктор и получаем 600Нм при 2000 Об/мин. Теперь четко можно сравнить эти два мотора:

250Нм при 4000 об/мин — > 500Нм при 2000 об/мин
200Нм при 6000 об/мин — > 600Нм при 2000 об/мин

Итак, мощность для ДВС — это крутящий момент, умноженный на обороты, на которых он достигается, деленный на константу 9550. Результат мы получаем в киловаттах. Для того чтобы сразу получать результат в лошадиных силах нужно 9550 разделить на 1.36 – 7022. Или P(л.с.)=M(Нм)*N(об/мин)/7022.

Посчитаем сразу мощность велосипедиста:
(300Нм*60об/мин)/7022 = 2,56 лошадиные силы при 60 об/мин. Не густо. На деле еще меньше, потому что давить педали полным весом с частотой 1 об/мин не так просто)

Вернемся к нашим ДВС:
250Нм при 4000 об/мин – (250*4000)/7022 = 142.2 л.с.
200Нм при 6000 об/ мин – (200*6000)/7022 = 170.8 лс.

Это означает, что двигатель с бОльшей максимальной мощностью будет иметь и бОльший крутящий момент, при уравнивании частоты вращения выходного вала. Это аксиома.

Для закрепления приведем пример дизельного двигателя трактора (700Нм при 1300об/мин) и мотоцикла (110Нм при 13000об/мин):
(700Нм*1300 об/мин)/7022 = 129.5 л.с. — трактор
(110Нм*13000 об/мин)/7022 = 203 л.с. — мотоцикл.

На всякий случай проверим с помощью старой схемы с редукторами — поставим понижающий в 10 раз редуктор на мотоцикл — 110Нм при 13000об/мин превратятся в 1100Нм при 1300об/мин — крутящий будет гораздо больше чем у трактора. И да двигатель мотоцикла будет тянуть бОльший груз и быстрее разгонять трактор если его туда поставить.

На этом можно было бы заканчивать статью, если бы было все так просто. Дело в том, что мы рассчитали мощность и момент лишь в одной конкретной точке – а именно 60 об/мин, 4000 и 6000 об/мин соответственно.

У современных бензиновых моторов рабочий диапазон как правило от 800 до 6500 об/мин и в каждой точке двигатель будет обладать уникальной парой мощность/крутящий момент.

Можно наглядно посмотреть на график с диностенда – взять любую точку мощности при об/мин и посчитать крутящий момент, или наоборот с помощью формулы указанной выше. Так собственно и работает диностенд.

Тут возникает вопрос – если у ДВС максимальный крутящий момент скажем 200Нм при 5000об/мин, почему тогда максимальная мощность аж на 6400 об/мин, а не при тех же 4500 об/мин?

Дело в том, что:

На первый взгляд многим будет не понятно, для этого приведем пример все того же ДВС 200Нм при 5000об/мин. Посчитаем мощность — (200*5000)/7022 = 142.4 л.с.
А теперь двинемся дальше по оборотам на 20% — до 6000 об/мин. Допустим у нас крутящий момент упал с 200Нм до 190Нм, итого получаем 190Нм при 6000об/мин – вырастит ли мощность – давай посчитаем – 190*6000/7022= 162.3 л.с. Выросла!

А все потому, что обороты выросли на 20%, а крутящий момент упал на 5%, как итог мощность выросла на 14%.

А если мы пойдем еще дальше: например сдвинемся еще на 10% оборотов – 6600, а крутящий момент упадет на 12% — до 167 Нм, тогда получим – 167*6600/7022 = 157.1 л.с Именно поэтому повторимся: максимальная мощность растет до тех пор, пока крутящий момент падает медленнее чем растут обороты.

Отсюда следует, что точку максимальной мощности можно так же назвать точкой максимального приведенного крутящего момента, именно в этой точке будет максимальный крутящий момент у мотора на выходном валу.

А это означает:

Так же отсюда следует, что крутящий момент – величина относительная, и не подлежит сравнению между собой на прямую, в то время как мощность – абсолютная и 150 л.с. при 6000 об/мин, это тоже самое что 150 лс при 3500 об/мин.

Сразу же можно дать ответ на вопрос – почему вариаторные коробки передач в режиме максимального разгона всегда держат обороты в районе максимальной мощности, а не, например максимального крутящего момента. Ответ прост и написан выше – потому, что именно в этой точке, на колесах будет максимальный крутящий момент при заданной скорости, для обеспечения максимального ускорения.

Поэтому когда вам говорят у меня 150 сил и "аж 400 момента", не пугайтесь, это просто дизель, у которого момент на очень низких оборотах. Эксплуатировать такой автомобиль в условиях города очень комфортно, НО именно мощность выигрывает гонки, мощность разгоняет автомобиль и от мощности зависит максимальная скорость ;)

Часто вижу в технических и не очень спорах броские фразы про мощность и крутящий момент, основанные на довольно туманных, хотя и логичных выводах, возникающих у любого мыслящего человека, читавшего когда-либо обзоры, смотревшего передачи или просто слышавшие краем уха о характеристиках моторов.

Пребывая в хорошем расположении духа и отвечая на одно из таких высказываний, сам не заметил как накатал немаленькую простыню, заслуживающую местечко в блоге. Формулы, выводы теорем, таблицы, графики и испытания болидов из личного гаража в рамках защиты докторской…

Основы

мощность — это кол-во преобразованной энергии за единицу времени. другими словами — скорость преобразования энергии (в нашем случае — энергии химических связей топлива в энергию полета рычащего сотоны к закату).
сила — ускорение, сообщенное единице массы. Величина, с которой мы изменяем скорость объекта определенной массы за единицу времени. Если объект будет вдвое тяжелее, то и толкать его придется вдвое сильнее, чтобы сообщать ему такое же ускорение.
крутящий момент (он же Момент Силы) — вращательный вариант силы. Когда вы давите на педаль велосипеда, вы прикладываете к ней силу, но тем самым прикладываете и момент силы к оси вращения педалей. Для крутящего момента справедлив принцип рычага: для приложения момента к оси, чем длиннее плечо (длина шатуна педали), тем меньшую силу необходимо сообщать педали, но при этом педаль будет проделывать больший путь.

Чтобы объяснить связь мощности и силы, рассмотрим пример — все когда-то крутили дворовую карусель. Наверняка ведь замечали, что вращение карусели, которая крутится медленно, легко ускорить — достаточно просто с силой толкнуть. Но если она уже крутится быстро, то дальше ее раскручивать уже трудно: рукой просто не удается махнуть достаточно быстро, чтобы передать карусели силу, которая у нас вроде как есть. Для того чтобы продолжать раскручивать ее дальше (т.е. прилагать к ней ту же силу), нам уже необходимо тратить больше энергии.

мощность = скорость * сила

мощность = крутящий момент * частота вращения * 2PI

Про моторы

Мощность выдаваемая двигателем на вал при определенных оборотах строго равна крутящему моменту, сообщаемому двигателем на вал, умноженному на частоту оборотов этого вала с коэффициентом 2PI.

мощность на валу = крутящий момент на валу * частота вращения вала * 2PI

крутящий момент на колесе = крутящий момент на валу двигателя * КПД трансмиссии * передаточное отношение (крутящий момент увеличивается из-за большого передаточного отношения)
частота вращения колеса = частота вращения вала двигателя / передаточное отношение (частота вращения в итоге уменьшается — цена увеличения крутящего момента)

Частота вращения с обоих сторон сокращается и получаем что мощность на колесе отличается от мощности на моторе только из-за КПД трансмиссии, в то время как момент на колесе может сильно быть разным из-за разных передаточных отношений.

мощность на колесе~~/ (частота вращения колеса * 2PI)~~= мощность на валу двигателя~~/ (частота вращения вала двигателя * 2PI)~~* КПД трансмиссии* передаточное отношение

cила = крутящий момент на колесе / радиус колеса

cила = мощность на колесе / (частота вращения колеса * 2PI) / радиус колеса

cила = мощность на колесе / (скорость / радиус колеса / ~~2PI~~) * ~~2PI~~ / радиус колеса
cила = мощность на колесе / скорость * ~~радиус колеса~~ / ~~радиус колеса~~
cила = мощность на колесе / скорость

cила = мощность на валу двигателя * КПД трансмиссии / скорость

cила, толкающая землю назад = мощность на валу двигателя * КПД трансмиссии / скорость вращения земли назад

cила, толкающая землю назад = крутящий момент на валу двигателя * частота вращения вала двигателя * КПД трансмиссии / скорость вращения земли назад

Обратите внимание, что мощность и крутящий момент двигателя, упомянутые выше — это мощность и крутящий момент конкретно сейчас — при текущей скорости, выбранной передаче, частоте вращения двигателя и положения ручки газа.

Характеристики же, указываемые в спеках — это максимально достижимые (по мнению изготовителя) значения. Причем в нормальных спеках всегда как минимум указано, на каких именно оборотах возможно их достижение — отдельно для мощности и отдельно для крутящего момента.

Обороты VS тяга

Так уж исторически и технически сложилось, что на ДВС, настроенных на тягу, отношение мощности к крутящему моменту выше чем на оборотистых движках. Например у VTX1800 макс момент 163 (при 3000 об/мин), а макс мощность 107 (5000), в то время как у близкого по максимальной мощности CBR600F макс момент 64 (10500), а мощность 102 (12000). Но! Небольшой момент двигателя сибера легко конвертировать в большой, поставив редуктор и получив больший момент с меньшей частотой вращения. На самом деле именно это и происходит: когда спорт и кубатурный круизер, решившие прострелить кто быстрее, на долю секунды поравняются в ускорении, крутящий момент на их колесах будет отличаться только из-за разницы в весе и обтекаемости, но не из-за характеристик мотора.

Если у тягового двигателя будет максимальная мощность такая-же, как у оборотистого, то достигать ее он будет на меньших оборотах.

Меньшие обороты + такая-же мощность = больший момент в зоне максимальной мощности

Но т.к. это все сложновато для указания в источниках для широкой публики (кому это вообще интересно?), указывают просто момент и мощность, пользуясь мнемоничностью исторического совпадения отношений момента-мощности и тяговости-оборотистости двигателя.

Здесь только крутящий момент. Чтобы представить характер кривой мощности, просто мысленно умножьте Y каждой точки кривой момента на значение X этой же точки.

Кто побеждает гонки

В известной фразе про победу гонщиков над продажными лошадиными силами как раз и имеется ввиду преимущество раннего роста крутящего момента (и мощности соответственно) при одинаковых максимальных характеристиках.

Для примера сравним два автомобиля с близким весом, обтекаемостью и максимальной мощностью, но разным распределением мощности/момента по шкале тахометра:

Mazda 3 атмосферник 2.0: макс мощность 150 (6000) и макс момент 210 (4000).
Skoda Octavia турбо 1.8: макс мощность 152 (4300-6200) и макс момент 250 (1500-4200).

Видим что у шкоды максимальный крутящий момент достигается почти на самых низах и дальше идет ровной полкой.

В мототехнике наддув получил признание только в экзотических случаях вроде дрэг-рейсинга, да и вообще развитие моторов идет другим руслом, но суть отличий между характеристиками тяговых и оборотистых движков та же.

Из двух одинаковых по весу, геометрии, КПД трансмиссии и максимальной мощности мотора мотоциклов будет быстрее разгоняться тот, у которого мотор больше настроен на тягу, а оборотистый будет проигрывать. Но на деле, конечно, такие мотоциклы никогда не имеют одинаковый вес и обтекаемость: для достижения такой-же максимальной мощности, настроенный на тягу мотор должен иметь больший объем, чем оборотистый, а соответственно больший вес и габариты всего мотоцикла. К тому же, на мотоциклах с более тяговыми моторами обычно ставится трансмиссия с более низким КПД (кардан, демпферы) в угоду комфорту и долговечности, что еще более усугубляет различия. Поэтому в гонках более популярны двигатели, достигающие максимальных показателей ближе к максимальным оборотам. Зато настроенные на тягу на более низких оборотах двигатели отлично подходят тем, кому хочется реже щелкать передачами с минимальной потерей динамики.

Генри Форд был не только изобретателем и пионером американского автопрома – он одним из первых оценил важность автогонок как с финансовой, так и с маркетинговой точки зрения. Форд лично принимал участие в гонках, а призовые деньги вкладывал в дело.

Среди наиболее успешных проектов стал Ford 999, названный в честь скоростного нью-йоркского локомотива. Автомобиль з 4-цилиндровым мотором объемом 18,9 л впервые принял участие в соревнованиях на Кубок американских автопроизводителей в октябре 1902 года. За рулем находился сам Генри Форд. Позже он передал бразды правления профессиональному гонщику Барни Олдфилду. Тот, в свою очередь, одержал победу над тремя соперниками в восьмикилометровой гонке. Этот успех стал началом гоночной карьеры Олдфилда.

Читайте также: