Мощност срещу Въртящ момент: Какви са разликите?

Открай време в автомобилните среди тече един дебат – конските сили или въртящия момент, кое е по-важно? Този въпрос изисква доста уточнения.

Конските сили и въртящият момент се произвеждат от двигателя на колата, когато завъртите ключа и натиснете педала на газта.

Гориво-въздушната смес се възпламенява в горивните камери, а оттам енергията се трансформира във въртеливо движение, което задвижва коляновия вал, трансмисията и полуоските, които от своя страна въртят колелата.

Най-общо казано, това е магията на двигателя – потенциалната енергия, съдържаща се в литър гориво, се превръща в кинетична енергия, нужна за преместването на машината в пространството.

Какво казват учебниците по въпроса:

Енергията е способността да се извърши дадена работа. В този случай, двигателите изпълняват работата, която преди време е била отредена на конете.

Работата е резултатът от използването на сила в определен период от време. В Международната система единици (SI), работата (и енергията) се измерва в джаули, а в някои случаи и в нютон-метри.

Въртящият момент е силата на въртене, произвеждана от коляновия вал на даден двигател. Колкото по-голям въртящ момент има той, толкова по-голяма е способността му да извършва работа.

Единицата за измерване на въртящия момент е същата, като тази за работа, но малко по-различна. Тъй като въртящият момент е вектор (развива се линейно в определена посока), той се изразява количествено в нютон-метри.

Разбира се, винаги има изключения. В този случай трябва да се има предвид, че въртящият момент се различава от статичния въртящ момент, който упражняваш върху болта, когато го затягаш с ключ, например. Правим това уточнение, защото SI измерва и двете понятия с една и съща мерна единица – нютон-метър.

Мощността измерва колко бързо е била свършена дадена работа. През 18 век, шотландският изобретател Джеймс Уот излиза с практично сравнение: една конска сила е мощността, нужна за повдигането на 30 000 паунда (13 607 кг) на 1 фут височина (30 см) в продължение на 1 минута. В чест на приноса на Уот, Международната система единици SI приема мерната единица „киловат“.

Въртящият момент е капацитетът за извършване на работа, докато мощността е скоростта за извършването й в даден момент от време. Математически погледнато, конската сила е равна на въртящият момент, умножен по оборотите в минута.

От всичко това излиза, че, за да произведе двигателя повече мощност, той трябва да генерира повече въртящ момент или да работи при по-високи обороти. Другият вариант е да може и двете.

Всички тези учебни определения са коректни и точни, но прилагането им в реалния свят е много по-сложно. Една от особеностите е, че всеки двигател на автомобил има работен диапазон от празен ход до червената зона на оборотомера.

Така например, 6.2-литровият Hellcat V8 двигател на Dodge Challenger произвежда 707 к. с. само при 6000 об/мин. На празен ход двигателят произвежда много по-малко конски сили, а при 6200 об/мин мощността пада под 700 к. с. Същото важи и за въртящия момент, който е 881 Нм, но само при 4000 об/мин.

Другата особеност е, че не е особено лесно да се измерят конските сили и нютон-метрите от въртящия се колянов вал. Това се извършва с помощта на специален стенд, наречен динамометър.

Въпреки че в превод името на машината означава „устройство за измерване на мощността“, тя всъщност не мери мощността, а въртящия момент и оборотите. Според резултатите от измерванията, електрониката на машината изчислява мощността на двигателя.

Някои динамометри използват магнитно поле, за да трансферират въртящия момент от коляновия вал към специално рамо с лагер, което е свързано към силомер, разположен на точно определено разстояние от средата на коляновия вал.

Идеалният двигател произвежда предостатъчно въртящ момент в ниския оборотен диапазон и запазва кривата чак до червената зона на оборотомера. Нивото на произведения въртящ момент е пряко пропорционално на постъпващия в двигателя въздух.

По-големите двигатели консумират повече въздух и съответно произвеждат повече нютон-метри. Механичните и турбо компресорите увеличават постъпващото количество въздух в двигателя, което позволява на компактните двигатели да се държат като по-големи. Разбира се, повече въздух означава и повече гориво, но това е лесната част, особено с електронните горивни инжекции на модерните коли.

В опитите си да впръскат точното количество гориво, инженерите се изправят пред редица трудности. Една от тях е създаването на достатъчно здрави компоненти, които да понесат натоварването, на което са подложени; например налягането в горивната камера и собствената си инерция, когато става въпрос за движещи се части.

Нуждите от по-добро охлаждане и смазване също растат пропорционално на произвежданата мощност. Най-трудно обаче е да се снабди двигателя с нужното количество въздух в горния работен диапазон, след което изгорелите газове да се отведат възможно най-бързо. Към всичко това прибавяме горивната ефективност и изпускателната система и бързо става ясно защо не всеки инженер може да създаде перфектния двигател.

На този етап става ясно, че въртящият момент и мощността са тясно свързани, но нямат много общо помежду си. Но какво се случи с отговора на изконния въпрос: кое е по-важно?

Въртящият момент е жизнено важен за работата на всеки двигател, но мощността е тази, която оразличава великият двигател от добрия такъв.