Come può lo stesso motore avere una potenza diversa? Qual è la differenza tra potenza e coppia?

CHE COS'È LA POTENZA?

Quanta forza hai? - una domanda del genere è stata ascoltata da chiunque abbia toccato almeno un po 'il mondo delle automobili. Nessuno ha nemmeno bisogno di spiegare cosa si intendono effettivamente le forze: i cavalli. È in loro che siamo abituati a valutare la potenza del motore, una delle caratteristiche di consumo più importanti dell'auto.

Non c'è praticamente più nessun trasporto trainato da cavalli nemmeno nei villaggi, e questa unità di misura è viva e vegeta da più di cento anni. Ma Potenza- il valore è, infatti, illegale. Non è incluso nel sistema internazionale di unità (penso che molti ricordino a scuola che si chiama SI) e quindi non ha uno status ufficiale. Inoltre, l'Organizzazione internazionale di metrologia legale chiede la rimozione dei cavalli vapore dalla circolazione il prima possibile e la direttiva UE 80/181/CEE del 1 gennaio 2010 obbliga direttamente le case automobilistiche a utilizzare i tradizionali "cv" solo come valore ausiliario per indicare la potenza.

Ma non è vano che l'abitudine sia considerata una seconda natura. Dopotutto, nella vita di tutti i giorni diciamo "fotocopiatrice" invece di fotocopiatrice e chiamiamo nastro adesivo "nastro adesivo". Ecco gli "hp" non riconosciuti Ora non solo la gente comune lo usa, ma quasi tutti aziende automobilistiche. Cosa gliene importa delle direttive consultive? Se è più conveniente per l'acquirente, così sia. Perché ci sono produttori - anche lo stato è in giro. Se qualcuno l'ha dimenticato, in Russia tassa di trasporto e la tariffa OSAGO è calcolata in base alla potenza, così come il costo dell'evacuazione dei veicoli parcheggiati in modo errato a Mosca.

E nessuno troverebbe da ridire su questo, se non per un "ma" significativo. Concepita per renderci la vita più facile, la potenza è in realtà fonte di confusione. Dopotutto, è apparso nell'era della rivoluzione industriale come un valore del tutto condizionale, che, non solo con un motore automobilistico, anche con un cavallo, ha una relazione piuttosto indiretta. Il significato di questa unità è il seguente: 1 CV. sufficiente per sollevare un carico di 75 kg ad un'altezza di 1 metro in 1 secondo. In effetti, questo è un indicatore di prestazione molto medio per una fattrice. E non di più.

In altre parole, la nuova unità di misura era molto utile agli industriali che estraevano, ad esempio, carbone dalle miniere e ai produttori di attrezzature correlate. Con il suo aiuto, è stato più facile valutare il vantaggio dei meccanismi rispetto alla forza animale. E poiché le macchine erano già azionate dal vapore, e successivamente dai motori a cherosene, la "cv" passato per eredità a squadre autogestite.

Ironia della sorte, l'uomo che ha inventato la potenza è l'unità ufficiale di potenza, James Watt. E poiché anche il watt (o meglio, in relazione a macchine potenti, kilowatt - kW) veniva utilizzato attivamente all'inizio del XIX secolo, le due quantità dovevano essere in qualche modo portate l'una all'altra. È qui che sono sorti i principali disaccordi. Ad esempio, in Russia e nella maggior parte degli altri paesi europei ha adottato la cosiddetta potenza metrica, che è pari a 735,49875 W o, che ora ci è più familiare, 1 kW = 1,36 CV. Tale "HP" più spesso indicato con PS (dal tedesco Pferdestarke), ma ci sono altre opzioni: cv, hk, pk, ks, ch ... Allo stesso tempo, in Gran Bretagna e in alcune delle sue ex colonie decisero di seguire la propria strada, organizzando un sistema di misurazione "imperiale" con i suoi chili, piedi e altre delizie, in cui la potenza meccanica (o, in altre parole, indicatore) era già di 745,69987158227022 watt. E poi - si parte. Ad esempio, negli Stati Uniti hanno persino inventato la potenza elettrica (746 W) e caldaia (9809,5 W).

Quindi si scopre che la stessa macchina con lo stesso motore paesi diversi sulla carta può essere potere diverso. Prendi, ad esempio, il popolare Crossover Kia Sportage - in Russia o in Germania, secondo il passaporto, il suo turbodiesel da due litri in due versioni sviluppa 136 o 184 CV, e in Inghilterra - 134 e 181 "cavalli". Sebbene in realtà la potenza del motore in unità internazionali sia esattamente di 100 e 135 kW - e in qualsiasi parte del mondo. Ma, vedi, suona insolito. E i numeri non sono più così impressionanti. Pertanto, le case automobilistiche non hanno fretta di passare a un'unità di misura ufficiale, spiegandolo con il marketing e le tradizioni. Com'è? I concorrenti avranno 136 forze, ma noi abbiamo solo 100 kW? No, non va bene...

COME SI MISURA LA POTENZA?

Tuttavia, i trucchi "potenti" non si limitano a giocare con le unità di misura. Fino a poco tempo fa non era solo designato, ma anche misurato in modi diversi. In particolare, in America per molto tempo (fino all'inizio degli anni '70), le case automobilistiche hanno praticato test al banco di motori smontati nudi - senza intoppi come un generatore, un compressore del climatizzatore, una pompa del sistema di raffreddamento e invece con un tubo diretto di numerose marmitte. Certo, il motore che ha liberato le catene ha erogato facilmente il 10-20 percento in più di "cv", così necessario per i responsabili delle vendite. In effetti, pochi degli acquirenti sono entrati nella complessità della metodologia di test.

Un altro estremo (ma molto più vicino alla realtà) è prendere gli indicatori direttamente dalle ruote di un'auto, su tamburi funzionanti. Questo è ciò che fanno i team corse, i negozi di tuning e altri team, per i quali è importante conoscere l'uscita del motore, tenendo conto di tutti possibili perdite, e trasmissione compresa.

Ma alla fine, un compromesso è stato accettato come campione in vari metodi come ECE europeo, DIN o SAE americano. Quando il motore è installato su un cavalletto, ma con tutti gli attacchi necessari per un funzionamento regolare, incluso un percorso di scarico standard. È possibile rimuovere solo le apparecchiature relative ad altri sistemi della macchina (ad esempio, un compressore delle sospensioni pneumatiche o una pompa del servosterzo). Cioè, testano il motore esattamente nella forma in cui si trova effettivamente sotto il cofano dell'auto. Ciò consente di escludere la "qualità" della trasmissione dal risultato finale e determinare la potenza all'albero motore, tenendo conto delle perdite sull'azionamento del motore principale unità montate. Quindi, se parliamo di Europa, allora questa procedura è regolata dalla Direttiva 80/1269 / CEE, adottata per la prima volta nel 1980 e da allora regolarmente aggiornata.

CHE COS'È LA COPPIA?

Ma se la potenza, come si dice in America, aiuta le auto a vendere, allora la coppia le fa avanzare. Si misura in newton metri (N∙m), ma la maggior parte dei conducenti non ha ancora un'idea chiara di questa caratteristica del motore. IN caso migliore la gente comune sa una cosa: maggiore è la coppia, meglio è. Quasi come il potere, non è vero? Ecco come allora "N∙m" differisce da "hp".?

In realtà, sono quantità correlate. Inoltre, la potenza è un derivato della coppia e della velocità del motore. Ed è semplicemente impossibile considerarli separatamente. Sapere: per ottenere la potenza in watt, è necessario moltiplicare la coppia in Newton metri per l'attuale numero di giri dell'albero motore e un fattore di 0,1047. Vuoi una potenza familiare? Nessun problema! Dividi il risultato per 1000 (quindi ottieni kilowatt) e moltiplica per un fattore di 1,36.

In termini tecnici, la potenza si riferisce a quanto lavoro può fare un motore per unità di tempo. Ma la coppia caratterizza il potenziale del motore per svolgere proprio questo lavoro. Mostra la resistenza che può superare. Ad esempio, se l'auto appoggia le ruote su un marciapiede alto e non può muoversi, la potenza sarà zero, poiché il motore non esegue alcun lavoro: non c'è movimento, ma la coppia si sviluppa. Dopotutto, in quel momento, finché il motore non si ferma per lo sforzo, brucia nei cilindri miscela di lavoro, i gas esercitano pressione sui pistoni e le bielle cercano di ruotare l'albero motore. In altre parole, il momento senza potere può esistere, ma il potere senza momento no. Cioè, è "N∙m" il "prodotto" principale del motore, che produce convertendo l'energia termica in energia meccanica.

Se tracciamo analogie con una persona, "N∙m" riflette la sua forza e "hp" - resistenza. Ecco perché muoversi lentamente motori diesel in virtù del loro caratteristiche del progetto di solito abbiamo sollevatori di pesi - ceteris paribus, possono trascinarsi di più su se stessi e superare più facilmente la resistenza sulle ruote, anche se non così rapidamente. Ma veloce motori a benzinaè più probabile che siano corridori: tengono peggio il carico, ma si muovono più velocemente. In generale, esiste una semplice regola della leva finanziaria: vinciamo in forza, perdiamo in distanza o velocità. E viceversa.

Come si esprime questo in pratica? Prima di tutto bisogna capire che sono le curve di coppia e potenza (insieme, non separatamente!) sulla cosiddetta velocità esterna caratteristica del motore a rivelare le sue vere capacità. Prima viene raggiunto il picco di spinta e più tardi viene raggiunto il picco di potenza, il motore migliore adeguati ai loro compiti. Facciamo un semplice esempio: un'auto si sta muovendo su una strada pianeggiante e all'improvviso inizia a salire. La resistenza sulle ruote aumenta, così che con la stessa alimentazione di carburante la velocità inizierà a diminuire. Ma se la caratteristica del motore è adeguata, la coppia, al contrario, inizierà a crescere. Cioè, il motore stesso si adatterà all'aumento del carico e non richiederà al conducente o all'elettronica di passare a una marcia inferiore. Il passo è superato, inizia la discesa. L'auto ha iniziato ad accelerare - qui l'elevata trazione non è più così importante, un altro fattore diventa critico: il motore deve avere il tempo di produrla. Cioè, il potere viene alla ribalta. Che può essere regolato non solo dai rapporti del cambio nella trasmissione, ma aumentando la velocità del motore.

Qui è opportuno ricordare i motori delle auto da corsa o delle motociclette. A causa dei volumi di lavoro relativamente ridotti, non possono sviluppare una coppia record, ma la capacità di girare fino a 15mila giri / min e oltre consente loro di produrre una potenza fantastica. Ad esempio, se un motore convenzionale a 4000 giri / min fornisce 250 N∙m e, di conseguenza, circa 143 CV, allora a 18000 giri / min potrebbe già produrre 640,76 CV. Impressionante, non è vero? Un'altra cosa è che le tecnologie "civili" non sempre riescono a raggiungere questo obiettivo.

E, a proposito, a questo proposito vicino a caratteristica ideale hanno motori elettrici. Sviluppano i massimi "Newton metri" fin dall'inizio, quindi la curva di coppia scende dolcemente con l'aumentare della velocità. Allo stesso tempo, il grafico della potenza aumenta progressivamente.

Penso che tu abbia già capito: nelle caratteristiche di un'auto non sono importanti solo i valori massimi di potenza e coppia, ma anche la loro dipendenza dai giri. Ecco perché i giornalisti amano così tanto ripetere la parola "scaffale", quando, ad esempio, il motore produce un picco di spinta non in un punto, ma nell'intervallo da 1500 a 4500 giri / min. Dopotutto, se c'è una fornitura di coppia, è probabile che manchi anche la potenza.

Ma ancora miglior indicatore Ritorna la "qualità" (chiamiamola così). motore dell'auto- la sua elasticità, cioè la capacità di guadagnare slancio sotto carico. Si esprime, ad esempio, in accelerazione da 60 a 100 km / h in quarta marcia o da 80 a 120 km / h in quinta - si tratta di test standard in industria automobilistica. E può succedere che qualche moderno motore turbo con spinta elevata a bassi regimi e un ampio ripiano di coppia dia una sensazione ottima dinamica in città, ma in autostrada in sorpasso risulterà peggiore dell'antico aspirato con più caratteristica vantaggiosa non solo coppia, ma anche potenza...

ISTITUZIONE EDUCATIVA NON PROFIT "SCUOLA TECNICA RUSSA"

"MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA"

"Specifiche del motore".

Le caratteristiche principali del motore includono potenza, coppia ed efficienza del carburante.

Potenza del motore.

In un motore a combustione interna, la pressione del gas derivante dalla combustione miscela aria-carburante, agisce sul fondo del pistone e sposta il pistone nel cilindro. Muovendo il pistone, i gas fanno lavoro utile*, e il motore sviluppa una certa potenza**.

*Lavoro(A) si verifica quando una forza (F) agisce sul corpo e sotto l'influenza di questa forza il corpo si muove (si sposta di una distanza S). In altre parole: lavoro meccanicoè direttamente proporzionale alla forza applicata e alla distanza percorsa (A=FS). L'unità di misura del lavoro nel SI è Joule(J). Un joule è uguale a uno Newton, moltiplicato per un metro (1J = Nm), cioè se una forza di un Newton sposta un corpo con una massa di un kg su una distanza di un metro, allora tale forza è uguale a un Joule.

**Energia(P) è uguale al lavoro (A) svolto in un certo tempo (unità di tempo - t): P \u003d A / t (Potenza \u003d Lavoro / Tempo). L'unità di potenza nel sistema SI è Watt(W). Un Watt è uguale a un Joule diviso un secondo (1W=1J/1sec), cioè se in un secondo si compie un lavoro di un Joule, allora tale lavoro riproduce una potenza pari a un Watt. Un'unità di misura della potenza fuori dal sistema è un chilogrammo-forza moltiplicato per un metro diviso per un secondo (kgf m / s). 1kgfm/s = 9,81W. Anche la letteratura tecnica su argomenti automobilistici utilizza un'unità di misura come la potenza. Un cavallo è pari a 75 kgf m / se 735,5 watt.

Si chiama la potenza sviluppata dai gas all'interno dei cilindri del motore potenza dell'indicatore (P io ). La potenza dell'indicatore non può essere utilizzata completamente per spostare l'auto, poiché parte di questa potenza viene spesa per superare le forze di attrito nel motore stesso (attrito nei cuscinetti, tra le parti del gruppo cilindro-pistone e il meccanismo di distribuzione del gas, sbattimento dell'olio, ecc. .), nonché l'azionamento di meccanismi ausiliari (generatore, pompa del liquido di raffreddamento, ecc.).
Il potere da cui si può prendere albero motore motore e utilizzato per muovere l'auto si chiama potenza effettiva ( R ef).
La potenza effettiva è inferiore alla potenza indicata dalla quantità di perdite meccaniche. È conveniente rappresentare le perdite meccaniche sotto forma di un meccanico Efficienza del motore (η).
L'efficienza del motore è pari al rapporto tra potenza effettiva e potenza indicata ( η = R ef / P io ). Valore di efficienza motori moderni si trova tra 0,7 e 0,9. Il valore dell'efficienza è determinato sperimentalmente su impianti speciali ( impianti frenanti tamburo o di altro tipo, che sviluppa una data forza frenante).
La potenza effettiva del motore è descritta dalla formula: R f= P io v D N/2x60x75 (hp), dove al numeratore:
P i - pressione media del gas indicatore (kg / mq) che agisce sul pistone;
v d - cilindrata del motore (m3);
N- il numero di giri del motore (rpm);
al denominatore:
2 - coefficiente numerico (per motori a quattro tempi = 2, per motori a due tempi = 1);
60x75 - un coefficiente numerico per convertire il valore di potenza da "kgf m / min" a "cavalli vapore".

Dalla formula risulta che la potenza effettiva del motore dipende da: 1) la pressione media dei gas che agiscono sul pistone, 2) il volume di lavoro del motore e 3) il numero di cicli di lavoro eseguiti durante il tempo condizionale del motore, espresso in giri dell'albero motore.

Pressione media del gas indicata (P i ) è una pressione condizionatamente costante che, agendo sul pistone durante una corsa di lavoro, lavora uguale al lavoro indicatore dei gas nel cilindro durante il ciclo di lavoro, cioè P io = UN io / v c (il rapporto tra il lavoro indicatore dei gas UN i alla cilindrata unitaria v C).
Pressioni medie indicate al carico nominale per quattro tempi motori a benzina 0,8 - 1,2 MPa, per motori diesel a quattro tempi 0,7 - 1,1 MPa, per diesel a due tempi 0,6 - 0,9MPa.

Cilindrata del motore v d è uguale alla somma dei volumi di lavoro di tutti i suoi cilindri ( v d = Σ n v C). Il volume di lavoro di un cilindro ( v c ) è uguale al prodotto del suo diametro (d) e della corsa del pistone (h) - ( v c = dh).

Numero di cicli di lavoro eseguita dal motore in un minuto è pari a 2n/t, Dove N- frequenza di rotazione dell'albero motore, T- numero di cicli del motore (il numero di cicli eseguiti per ciclo di lavoro). Per motore a quattro tempi T = 4 e il numero di cicli di lavoro - n/2.

Dei valori di cui sopra, costanti, ad es. invariati, a seconda del progetto del motore, sono solo la cilindrata e il ciclo motore. Il resto sono variabili. I valori di queste quantità dipenderanno dalla modalità di funzionamento e condizione tecnica motore. Si può vedere dalla formula che con un aumento della velocità dell'albero motore e della pressione dei gas che agiscono sul pistone, aumenterà anche la potenza del motore. Allo stesso tempo, la funzione della potenza dalla velocità di rotazione del CV non è lineare, come illustrato nel grafico (Fig. 1).

Questo fatto richiede qualche spiegazione.
Il fatto è che il valore della pressione dei gas di lavoro dipende dalla completezza del riempimento dei cilindri con una nuova porzione della miscela aria-carburante, dalla velocità e completezza della sua combustione e dal grado (coefficiente) della successiva pulizia di i cilindri dai gas di scarico. Il grado di riempimento e pulizia dei cilindri, nonché la velocità e la completezza della combustione della miscela aria-carburante, sono determinati dalla progettazione e dall'impostazione del meccanismo di distribuzione del gas, dei sistemi di aspirazione e scarico, sistema di alimentazione carburante, nonché l'algoritmo per il funzionamento dei sistemi di alimentazione del carburante, accensione, sovralimentazione e fasatura delle valvole ed è solo leggermente correlato alla velocità di rotazione dell'albero motore. La potenza massima viene sviluppata dal motore al raggiungimento di tali valori di velocità dell'albero motore, che corrisponderanno alle impostazioni e alle prestazioni ottimali dei sistemi e meccanismi elencati, fornendo le condizioni necessarie formazione della miscela, combustione della miscela e pulizia del cilindro. In tutti gli altri casi (giri superiori o inferiori), le prestazioni del motore saranno inferiori ai valori massimi.
Nella letteratura tecnica, la velocità alla quale viene raggiunta la potenza massima dichiarata del motore è indicata come " fatturati massima potenza ».
Motori la cui potenza massima è raggiunta alte velocità rotazione dell'albero motore (5000 rpm o più). ad alta velocità(ad alta velocità). Motori la cui potenza massima è raggiunta basse velocità rotazione dell'albero motore (meno di 5000 rpm). movimento lento(bassa velocità). Dal punto di vista dell'interesse dei consumatori per i prodotti dell'industria automobilistica, è molto semplificato, ma possiamo dire che le prestazioni di potenza del motore determinano proprietà di velocità auto. Questo è, motore ad alta velocità, ceteris paribus, fornirà il meglio caratteristiche di velocità auto rispetto a un motore a bassa velocità. Massima velocità l'auto raggiungerà la sua massima potenza a regime. Quando il motore raggiunge la modalità di massima potenza, il motore inizia a funzionare solo per superare le forze di resistenza al movimento, l'auto non accelera.

Per valutazione comparativa vari motori in termini di eccellenza del flusso di lavoro e progetto usa il valore " capacità litri". La potenza del litro è uguale al rapporto tra la potenza del motore e il suo volume di lavoro ( P L= P ef / v D). Questo valore mostra quanta potenza può essere "tolta" da un litro di cilindrata del motore. Maggiore è la potenza del litro, minori sono le dimensioni relative e il peso specifico del motore, ceteris paribus, maggiori sono i suoi indicatori tecnici e di design. Potenza litri motori moderni si trova tra 15 e 37 kW / l - per i motori a benzina e 6 - 22 kW / l - per i motori diesel.

Coppia

Quando il motore è in funzione, sul suo albero motore si sviluppa una coppia che viene trasmessa attraverso i meccanismi di trasmissione alle ruote motrici dell'auto e mette in moto l'auto. Coppia ( M k ) è uguale al prodotto della forza ( F) sulla spalla della sua azione ( R) e si misura in newton moltiplicati per un metro ( H X M) o in chilogrammi forza moltiplicati per un metro (kgf x m).
Mc=F X R;
Nel motore, la forza d'azione è la pressione dei gas. Il braccio della forza è la manovella dell'albero motore. Maggiore è la pressione dei gas che agiscono sul pistone e maggiore è il raggio della manovella, maggiore è la coppia sviluppata dal motore. Il valore della pressione dei gas di lavoro dipende da una serie di condizioni discusse nella precedente sottosezione (Potenza del motore). Il raggio della pedivella è determinato dal design del motore.
La coppia del motore aumenta con un aumento della velocità dell'albero motore e raggiunge il suo valore massimo al cosiddetto. "giri di coppia massima". giri dell'albero motore corrispondenti ai giri di coppia massima per tipi diversi i motori sono nella gamma di 1500 - 3000 giri/min (diesel) e 3000 - 4500 giri/min (motori a benzina). Il "vincolo" della coppia massima alla velocità dell'albero motore, come nel caso della potenza, è dovuto alla regolazione del meccanismo di distribuzione del gas del motore della sua aspirazione e tratto di scarico, così come i sistemi di alimentazione e controllo del motore.
La potenza e la coppia del motore sono correlate dalla formula: M k = 716,2 P ef / N(kgf·m);
La coppia viene trasmessa dalla trasmissione alle ruote motrici della vettura e determina la forza di trazione delle ruote motrici: F t = M kx C X η /R, Dove F t è la forza di spinta; M k è la coppia; C- totale Rapporto di cambio trasmissioni; η - efficienza di trasmissione (0,88 - 0,95); Rè il raggio delle ruote motrici.
Dal punto di vista dell'interesse dei consumatori per i prodotti automobilistici, è semplificato, ma possiamo dire che la coppia determina le caratteristiche di trazione dell'auto. Maggiore è la coppia sviluppata dal motore, maggiore è la trazione sulle ruote motrici. Un rapido aumento della coppia del motore indica una buona dinamica di accelerazione dell'auto a causa di un intenso aumento della forza di trazione delle ruote motrici.
Più a lungo il valore del momento è nella regione del suo massimo e non diminuisce, più motore migliore adattato al cambiamento Condizioni stradali(meno spesso devi cambiare marcia).
I motori a bassa velocità hanno coppie elevate.

Efficienza del carburante

L'efficienza di un motore automobilistico è misurata dalla quantità di carburante in grammi consumata per ogni unità di potenza per unità di tempo (un'ora) e si chiama " consumo specifico di carburante» ( G e g/kWh). Il consumo di carburante aumenta con l'aumentare della velocità dell'albero motore e dipende dalla perfezione del design del motore e dalle sue condizioni tecniche. Totale(totale) il consumo di carburante è caratterizzato dal consumo di carburante in chilogrammi per ora di funzionamento ed è chiamato " consumo orario di carburante» ( G tkg/ora). Consumo specifico il carburante può essere determinato dalla formula G e= G T 1000/ P ef (g/kWh).

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