Почему более быстрый разгон автомобиля иногда приводит к уменьшению расхода топлива
Вот почему быстрое ускорение не всегда приводит к перерасходу топлива.
Каких только споров не возникает на автомобильную тематику в Сети. Чего только не увидишь на просторах Интернета, где люди готовы сутками напролет доказывать свою правоту на форумах, в комментариях и соцсетях. Например, недавно мы увидели большую ругань на одном из известных форумов, где его участники толпой напали на молодого водителя, который, наверное, пожалел уже, что выложил в Сеть свой вопрос. Тема эта касается расхода топлива автомобиля. Молодой человек заявил, что его машина по каким-то причинам при более динамичном разгоне начинает расходовать меньше бензина. Но возможно ли это?
Естественно, многие завсегдатаи этого автофорума сразу налетели на молодого человека, доказывая, что этого не может быть. Ведь давно известно, что чем быстрее ты топишь педаль в пол, тем больше кушает автомобиль. И, в принципе, это так. Но не все так просто. Итак, вот дословное сообщение этого водителя:
«Обычно я стараюсь экономить топливо в своей машине во время вождения, используя на приборке расходомер, который всегда подсказывает, как нужно ехать оптимально, чтобы эффективно расходовать топливо.
До недавнего времени я считал, как и многие автолюбители, что чем медленнее происходит ускорение автомобиля, тем лучше экономия топлива. Однако мои наблюдения, похоже, противоречат этому. Это удивительно.
Я замечаю, что ускорение прямо пропорционально экономии топлива, по крайней мере в моем новом BMW 328i. Правда, речь идет о нормальном режиме вождения (повседневном). Сколько расходует автомобиль при сильном ускорении, я пока не проверял.
Что с моей машиной? Я же понимаю, что законы физики нельзя изменить. Почему же тогда мой BMW при ускорении начинает меньше потреблять топлива, чем при более плавном и медленном разгоне?»
Итак, давайте разберемся, возможно ли такое, что автомобиль при более динамичном разгоне потребляет меньше топлива, чем при более плавном и спокойном ускорении?
Молодой водитель, задавший спорный вопрос на одном из популярных автомобильных форумов, на самом деле не лукавит. То, что его автомобиль при определенном динамичном ускорении потребляет немного меньше топлива, чем при более плавном разгоне, не говорит о том, что владелец авто врет или что его авто нарушило законы физики. Вы не поверите, но такое вполне имеет место быть. Особенно если речь идет о современных автомобилях.
Но почему же тогда на молодого человека накинулась стая матерых автолюбителей, которые с пеной у рта начали доказывать владельцу BMW, что он не прав?
Все дело в том, что многие владельцы автомобилей опираются на свои знания, связанные со старыми автомобилями, порой часто забывая о том, что современные автомобили чаще всего работают совсем по- иному.
На старых машинах, действительно, чем больше вы нажимаете педаль акселератора, тем больше топливная смесь обогащается кислородом. В итоге супербогатая смесь позволяет получить максимальное ускорение. Таким образом, вжав педаль в пол, вы получите на старой машине 100% мощь, а также расход топлива на 180%.
В новых же автомобилях весь процесс смешивания топлива с кислородом и впрыск регулируется компьютером, который имеет специальное программное обеспечение, настроенное на основе расчетов автомобильных инженеров, которые спроектировали и создали автомобиль. Например, в современных машинах, если вы вжимаете педаль газа в пол, это еще не означает, что топливная смесь будет максимально обогащена кислородом. Тем не менее, если вы вожмете педаль газа в пол, топливо будет обогащено достаточным уровнем кислорода для оптимально быстрого ускорения. Но не более того, чтобы держать потребление топлива на эффективном уровне.
Да, конечно, в современных автомобилях не последнюю роль играет ваш стиль вождения. Но даже если вы намеренно решите обмануть компьютер автомобиля, у вас вряд ли получится заставить машину потреблять больше положенного.
Также стоит отметить, что на итоговом потреблении топлива сказываются и различные накладные расходы, на которые вы не можете повлиять. Речь идет о том, что когда, например, вы останавливаетесь в пробке, движетесь со скоростью 180 км/час или стартуете на максимальных оборотах с одного светофора до другого, ваша машина постоянно потребляет топливо из-за того, что ей приходится питать энергией оптику, электронику и т. п. Также в любом автомобиле постоянно происходит лишняя потеря топлива для преодоления механического трения в коробке передач и двигателе, в приводах, мостах и т. д. В том числе энергия нужна для питания бензонасоса, помпы и других систем машины.
В итоге чем меньше вы будете в процессе движения автомобиля использовать все вспомогательное и навесное оборудование, тем меньше будет затрачено энергии для их питания. Соответственно, будет меньше израсходовано топлива.
Также стоит обратить внимание на то, что при разной динамике разгона потребление топлива меняется из-за изменения схем или стиля переключения передач. Например, при медленном плавном разгоне многие водители в современных автомобилях, оснащенных механической коробкой передач, слишком поздно переключают передачи с первой на вторую, со второй на третью. В итоге из-за запаздывания переключения многие современные авто начинают потреблять больше топлива, чем обычно. Однако при более резвом ускорении почти все водители своевременно переключают передачи на МКПП, что в конечном итоге и приводит к более эффективному потреблению топлива.
К сожалению, многие водители не понимают, что современные автомобили работают по-другому. В итоге сегодня немало автовладельцев до сих пор думают, что, чтобы получить лучшую экономию топлива, нужно ускоряться очень мягко и медленно. Но на деле оказывается, что для лучшей экономии топлива нужно разгоняться быстро, но в меру (плавно). То есть не нужно жать гашетку максимально сильно. Не вжимайте педаль газа в пол. Например, эксперты советуют нажимать на педаль газа на две трети доступной мощности. Далее переключайте передачи при разгоне очень быстро, не запаздывая. Так вы добьетесь лучшей экономии топлива, чем при скучном медленном и плавном разгоне, когда чаще всего большинство водителей запаздывает переключать передачи.
Когда автомобиль больше всего экономит топливо при разгоне?
Ну, во-первых, напомним, что наибольший расход топлива, как правило, происходит при работе автомобиля на холостых оборотах. Именно поэтому во многих современных автомобилях в последние годы появилась система старт-стоп, которая автоматически выключает двигатель при длительных остановках машины. Эффективность использования топлива во время ускорения обычно улучшается по мере увеличения числа оборотов двигателя и достигает лучшей экономии где-то вблизи максимального крутящего момента (Нм). Однако слишком быстрое ускорение может также привести к перерасходу топлива. Например, из-за того, что в связи с быстрым и динамичным разгоном придется резко тормозить, а затем снова начинать ускорение. В итоге это приведет к лишней трате топлива. Поэтому эксперты всегда рекомендуют для максимальной экономии топлива ускоряться быстро, но плавно.
Крутящий момент двигателя: на что влияет и почему он так важен
Многие уверены, что главной характеристикой двигателя автомобиля является мощность, которая обычно измеряется в лошадиных силах (на самом деле — в ваттах, но применительно к машинам часто используют «лошадей»). Но ведь есть еще такая характеристика как крутящий момент.
- Что это такое
- На что влияет
- Что важнее — момент или мощность
- Дизель и бензин
Что такое крутящий момент?
Крутящий момент – это векторная величина, определяемая как произведение радиус-вектора точки приложения силы и вектора силы. В простейшем случае – это произведение прикладываемой силы на плечо рычага, к которому она прикладывается. Единица измерения у крутящего момента – соответствующая: ньютоны на метры (Н∙м).
Звучит сложно, но попытаемся объяснить на простом примере. Представьте себе механическую мясорубку, которую нужно крутить за ручку. Так вот, в ней прикладываемая сила – это та сила, с которой вы крутите ручку. А плечо – это сама ручка. И чем она длиннее, тем выше крутящий момент при тех же ваших усилиях.
Как это всё относится к двигателю автомобиля? Очень просто. В моторе сила давления сгорающей смеси бензина и воздуха передаётся через поршень на кривошипно-шатунный механизм. Сила «берётся» из сгорания топлива, а в качестве рычага выступают детали механизма.
На что влияет крутящий момент
Крутящий момент характеризует «итоговую» тягу двигателя. Он говорит «насколько двигатель сильный», какую силу тяги может создавать. При этом надо понимать, что на колёса крутящий момент доходит уже изменённым, ведь шины связаны с мотором не напрямую, а через трансмиссию, в которой момент изменяется в зависимости от передаточного соотношения.
Крутящий момент — величина не постоянная. Момент изменяется вместе с количеством поступающей в цилиндр смеси и оборотами двигателями. Поэтому для оценки возможностей двигателя обычно используют график крутящего момента, который иллюстрирует его зависимость от оборотов.
Особенность двигателей внутреннего сгорания в том, что с ростом оборотов крутящий момент рано или поздно начинает снижаться (Фото: Shutterstock)
Чем большее усилие развивает двигатель — тем лучше автомобиль разгоняется. Поэтому максимальное ускорение получается на тех оборотах, при которых момент достигает пиковых значений.
Но особенность двигателей внутреннего сгорания в том, что с ростом оборотов крутящий момент рано или поздно начинает снижаться. Решить эту проблему помогает коробка передач: при разгоне мы включаем нужную передачу, поддерживая обороты на оптимальном уровне. И поэтому так важно, чтобы двигатель на как можно большем промежутке оборотов выдавал максимальную тягу.
Крутящий момент и мощность: что важнее
Но что важнее? Крутящий момент или мощность двигателя? Чтобы ответить на этот вопрос, сначала нужно понять, что такое вообще мощность.
С точки зрения физики мощность получается путём деления совершенной работы на время, за которое работа совершилась. То есть, эта характеристика показывает не «что было сделано», а «что было сделано за определённое время». Например, перенести из пункта А в пункт Б десять ящиков можно за пять минут, а можно за сорок. Выполненная работа будет одинакова. А вот мощность — нет.
Применительно к автомобильному двигателю мощность тоже является такой же «оценочной» характеристикой. При этом, можно сказать, что работой двигателя, по сути, является… крутящий момент. Ведь работа мотора — это крутить коленвал. Следовательно, крутящий момент и мощность — величины взаимосвязанные.
Вернемся к воображаемой мясорубке. Длинная ручка обеспечивает высокий крутящий момент, то есть вы можете прокручивать, например, не обычное мясо, а замороженное. Допустим, за один оборот сквозь мясорубку проходит 10 граммов такого мяса, а если у вас получится делать 100 оборотов в минуту — на выходе получится килограмм фарша. Это и есть ваша мощность.
В автомобилях мощность мотора равняется его крутящему моменту на данных оборотах в минуту, умноженному на число этих оборотов и разделённому на определённый коэффициент. Она показывает «суммарное количество» крутящего момента, то есть, работы, совершённой двигателем за определённое время. Чем больше момент, «сила кручения» — тем больше мощность.
Часто на графике отображаются сразу две линии: одна обозначает момент, а другая — мощность. (Фото: drive2.ru)
Отметим, что как для крутящего момента, так и для мощности существуют графики, демонстрирующие зависимость от числа оборотов. Более того, часто на графике отображаются сразу две линии: одна обозначает момент, а другая — мощность.
Вот и получается, что вопрос о том, что из этих показателей важнее — не совсем корректен. Во-первых, они взаимосвязаны. А, во-вторых, значение имеют не только сами эти показатели, но и обороты.
Крутящий момент в дизельных и бензиновых двигателях
Какой двигатель обладает большим крутящим моментом — бензиновый или дизельный? Как правило, у дизеля крутящий момент заметно выше, чем у аналогичного бензинового мотора. Причём на низких оборотах эта разница наиболее значительна. Дизель развивает хорошую тягу «сразу», чуть ли не с холостых оборотов. А бензиновый должен сперва раскрутиться.
Максимальное ускорение получается на тех оборотах, при которых момент достигает пиковых значений (Фото: Shutterstock)
С другой стороны, у дизельных двигателей в силу особенности конструкции меньше рабочий диапазон оборотов: когда при разгоне бензиновый двигатель продолжает раскручиваться, дизельный уже требует перехода на высшую передачу.
Значит ли это, что дизель со своим большим крутящим моментом подходит только ля грузовиков и внедорожников? Когда-то многие были в этом уверены. Однако современные дизельные двигатели отлично ведут себя на быстрых спортивных автомобилях.
- Топ-5 автоподстав. Видеопримеры и разбор от экспертов
- Антидождь для автомобиля — что это за средство и как оно работает
- Автомагистраль: что это и чем она отличается от других дорог
Что важнее для разгона – мощность или крутящий момент
Этот вопрос – одна из главных тем «холиваров» на автомобильных форумах. Оппоненты готовы порвать друг друга, приводя десятки аргументов. А ведь все просто: мощность — это и есть момент! Как так? Сейчас объясним.
В детстве многие люди постарше собирали фантики «Турбо», на них почти обязательно указывались мощность и максимальная скорость машины. Чем больше цифры, тем больше почтения модели авто. Похоже, так и продолжается до сих пор — лишние несколько лошадиных сил часто становятся решающим аргументом «за» или «против» какой-либо машины.
Но вот уже слышны голоса познавших дизельный Дзен о том, что важен только Крутящий Момент, да и подозрительно хорошая динамика более слабых бензиновых моторов со всякими турбинами или разными там системами VVT-i заставляет иногда водителей усомниться в верности принципа «чем мощнее, тем быстрее», а уж про налоги, которые почему-то зависят от мощности, и так все наслышаны.
Так что же такое мощность и как она связана с динамикой?
В паспортных характеристиках машины и на тех самых вкладышах «Турбо» указана максимальная мощность двигателя. Но что она дает машине? И как с ней связан крутящий момент? Постараемся объяснить максимально просто эту важную истину.
Крутящий момент, напомним, есть произведение силы на плечо рычага. А для двигателя — это сила, с которой вращается коленчатый вал двигателя. Измеряется обычно в ньютонах на метр или в килограмм-силах на метр.
График внешней характеристики двигателя
Собственно, момент возникает, если тормозить вращение коленчатого вала каким-то способом — гидротормозом, генератором или заставить тянуть машину. Именно так его и замеряют — тормозят сам двигатель или колеса машины гидротормозом. Для двигателя обычно указывается максимальный крутящий момент, который развивает мотор при полностью нажатой педали газа, с чьей помощью водитель как раз регулирует, какую часть момента может дать двигатель. Осталось понять, как этот самый момент изменяется. Крутящий момент зависит от величины оборотов двигателя и в начале невелик, потом растет до определенного момента, а затем падает. Почему же?
Пики и спады на графике
В реальной эксплуатации полный момент бывает нужен редко, как раз в тех случаях, когда вы прожимаете педаль газа в пол и надеетесь, что двигатель «вытянет», всё остальное время он меньше максимального на этих оборотах. Но мы уже знаем, что момент меняется не только под воздействием нажатия на педаль газа (механической или электронной), но и с оборотами. На различных оборотах процессы, происходящие в камере сгорания мотора, различны. Дополнительные системы, такие как наддув, системы регулировки фаз ГРМ и прочие, еще сильнее изменяют наполнение камеры сгорания, количество топлива и момент зажигания, и в результате качество и сила рабочего хода зависят от оборотов мотора. Даже если нет никаких систем электронного регулирования, всё равно количество воздуха, попадающего в цилиндр, количество оставшегося выхлопа и оптимальный угол опережения зажигания меняются с оборотами. На самых малых оборотах в цилиндре слишком много остаточных газов или слишком вероятна детонация, потому крутящий момент на малых оборотах обычно намного меньше максимального. На средних оборотах мотор «оживает» — за счет пульсаций во впускном трубопроводе больше воздуха поступает в цилиндры, меньше остаточных газов, потому и растет крутящий момент. Если у машины есть турбина или нагнетатель, то они начинают работать в полную силу. Но с ростом оборотов растут и механические потери на трение поршневых колец, трение и инерционные потери в ГРМ, на разогрев масла в подшипниках и т.д. и т.п., а качество рабочего процесса не улучшается или даже начинает падать. В результате на высоких оборотах момент начинает уменьшаться за счет возрастающих потерь. А у турбонаддувного двигателя в какой-то момент перестает хватать производительности турбины и момент тоже начинает снижаться. Теперь взглянем на график типичного атмосферного (то есть безнаддувного) мотора времен 90-х годов, где есть кривые не только момента, но и мощности.
А вот турбомотор схожего объема, у него момент в зоне средних оборотов ограничен электроникой, часто на пределе прочности цилиндро-поршневой группы, и график мощности тоже очень «гладкий». Хорошо заметно, на сколько выше у него мощность в начале и середине графика.
Обратите внимание именно на кривую мощности. Она круто идет вверх там, где момент большой, и почти не растет там, где он падает. Объяснение этому очень простое: Мощность — это то, сколько работы может выполнить мотор за секунду. Для двигателя внутреннего сгорания мощность в киловаттах в каждой точке графика можно получить, умножив момент двигателя в ньютонах на число оборотов в минуту и разделив на 9549, то есть примерно так:
Следовательно, мощность мотора на любых оборотах зависит только от крутящего момента на этих оборотах, а максимальная мощность получается в точке, в которой момент уже уменьшается, но при этом произведение мощности и оборотов пока еще увеличивается. И чтобы увеличить максимальную мощность, можно просто увеличить момент на высоких оборотах или сделать так, чтобы он уменьшался не так быстро. Взгляните на типичный график высокооборотного мотора Honda — японцы поступили именно так.
Надеюсь, достаточно понятна точка зрения тех, кто говорит, что «мощность не важна — важен только момент»? Еще раз: мощность как таковая зависит напрямую от момента и сама по себе является математической, расчетной величиной, которую невозможно измерить отдельно от момента. Крутящий момент, по сути, отражает ту мощность, которая будет доступна на «неполных» оборотах двигателя, а просто при нажатии на газ при обгоне. И чем момента больше, тем лучше! Ведь и мощность на этих оборотах будет выше. А чем больше мощности, тем больше энергии можно придать машине, тем лучше динамика разгона. А максимальная мощность в первую очередь влияет на максимальную скорость машины. Ведь при правильно рассчитанных передаточных числах главной передачи и КПП получается, что максимальная скорость достигается тогда, когда затрачиваемая мощность будет равна мощности мотора. А мощность всех потерь как раз зависит от скорости движения, в первую очередь от сопротивления воздуха и сопротивления качению колес, и в какой-то момент она обязательно совпадет с мощностью мотора, именно эта скорость и будет максимальной. Бывают, конечно, просчеты, когда двигатель или не может развить обороты максимальной мощности, или уже «упирается» в ограничитель, но это бывает не так уж часто.
Дизельный момент
Теперь отвечу на типичный, но простой вопрос: «Почему на дизельных моторах традиционно большой крутящий момент, но при этом сравнительно с бензиновыми у них невысокая мощность?». Всё потому, что у дизеля ограничены рабочие обороты. Из-за высокой степени сжатия дизельных моторов и более медленно горящего топлива дизели хуже работают на больших оборотах, зато у них нет риска детонации, да и турбину можно поставить более эффективную и сложную из-за более низкой температуры газов на выпуске, так что можно подать очень много воздуха и топлива, и момент на малых оборотах получится очень большой. А иногда по мощности они даже будут не так уж далеки от турбонаддувных бензиновых, но момент будет не просто большим, а огромным. Для сравнения приведем характеристики двух трехлитровых моторов от современной BMW 5 series, где будет видно, что дизели эффективны в более низких оборотах. Дизель можно сделать мощнее бензинового мотора, но тогда и так большой момент будет больше еще на четверть, а это означает, что понадобится новая коробка передач и новые карданные валы, способные выдерживать такую мощность. Да и сам двигатель придется сделать еще прочнее и тяжелее. Или можно его «раскрутить», но тогда сложнее будет работать топливной аппаратуре, а допускать дымления и неполного сгорания топлива нельзя.
Так как же правильно разгоняться?
Тут важно уметь работать с коробкой передач. Для максимального разгона нужно переключаться так, чтобы обороты упали примерно на пик крутящего момента или выше него, но чтобы оставался запас по увеличению оборотов — разгон выше оборотов максимальной мощности будет идти медленнее. Идеальный вариант на гражданских машинах — разгон «от пика момента до пика мощности». Впрочем, обычно на современных моторах электроника просто не даст «перекрутить» мотор сильно выше пика мощности — это называется отсечкой. Можно попробовать представить себе это визуально. Посмотрите на график внешней скоростной характеристики. Мотор при разгоне должен как можно больше работать в зоне, где его мощность максимальна, то есть на высоких оборотах вблизи точки максимальной мощности. И при переключении передач попадать в зону с как можно большей достижимой мощностью. Внизу — графики мощности и момента уже знакомых нам атмосферного Honda Accord Type R и турбированного Saab 9-3. На графиках мы выделили диапазоны оборотов, в которых будет работать двигатель, если включить вторую или третью передачу на скорости около 50 км/ч. Чем больше площадь фигуры под кривой мощности, тем эффективнее разгон.
Источник https://1gai.ru/baza-znaniy/521209-pochemu-bolee-bystryy-razgon-avtomobilya-inogda-privodit-k-umensheniyu-rashoda-topliva.html
Источник https://www.autonews.ru/news/624feb729a794722335fbc20
Источник https://www.kolesa.ru/article/chto-vazhnee-dlja-razgona-moschnost-ili-krutjaschij-moment-2015-02-02