Что важнее: лошадиная сила или крутящий момент?

Все, конечно, слышали о лошадиной силе. Почти в каждом разговоре о машинах упоминают эту единицу мощности. Но что означает лошадиная сила с точки зрения мощности и зачем в технических характеристиках указывают еще и крутящий момент? Что важнее – "лошади" или "ньютонометры"? Попытаемся разобраться.

 Понятие лошадиная сила ввел Джеймс Ватт. Тот самый Ватт, именем которого сейчас измеряется, к примеру, мощность лампочки. Он жил с 1736 по 1819 годы.
Если верить истории, то на открытие Ватта подтолкнули пони, с которыми Джеймс работал на угольных шахтах. Он заметил, что одна лошадь в среднем может поднимать 150 кг угля с глубины 30 м за 1 мин., или 15 кг с 300 м за 1 мин., или 1500 кг с 3 м за 1 мин. И если верить простой арифметике, то одна лошадь должна сдвинуть 15000 кг на 30 см за 1 мин. или 1,5 кг на 3000 м за ту же минуту, что равно скорости 180 км/ч. Сами понимаете, нереально. Во избежание путаницы за основу были взяты первые расчеты.
В большинстве европейских стран лошадиная сила определяется как 75 кгс м/с, то есть, как сила, достаточная для поднятия груза массой в 75 кг на высоту 1 м за 1 с. В точных и инженерных науках очень редко пользуются "лошадиной силой" из-за ее неоднозначного определения, но в автомобильной индустрии "лошадиная сила" стала неотъемлемой частью характеристики двигателя.  

Стандартной единицей для измерения мощности является ватт. В честь все того же Джеймса Ватта. Одна лошадиная сила – это 736 ватт. Грубо говоря, если взять одну лошадь мощностью 1 л. с. и заставить ее вращать что-то наподобие динамомашины, чтобы можно было приводить в действие генератор, то 1 л. с. будет производить 736 ватт, которые равны все тем же 75 кгс м/с. Существует формула для перевода ваттов в "лошади" и наоборот. Не будем утруждаться сложными математическими расчетами, тем более что есть более простой путь: достаточно киловатты (1кВт=1000Вт) умножить на коэффициент 1,36 и получить ту же мощность, но уже в лошадиных силах.
Обозначается лошадиная сила по разному: на постсоветском пространстве буквосочетание л. с. (лошадиная сила) известно любому человеку мало-мальски интересующемуся автомобилями, у немцев принято PS (Pferdestarke), французы пользуются CV (cheval-vapeur), для англоязычного населения привычна HP или hp (horsepower).

В США и Японии используют свои стандарты определения лошадиных сил двигателя. И в Америке, и в Японии существуют два вида показателей: bhp – Брутто (Brutto) и hp – Нетто (Netto или Net). В первом случае двигатель не оборудован дополнительными, необходимыми для эксплуатации транспортного средства, агрегатами – вроде генератора, насоса системы охлаждения. Во втором варианте на двигатель установлены вспомогательные средства. Порой разница между "нетто" и "брутто" составляет до 20%.
Мощность мотора – величина не постоянная, а зависящая, прежде всего, от оборотов двигателя. Рядом со значениями максимальной мощности всегда указываются обороты, при которых она достигается. Наибольшую мощность современные моторы выдают в среднем при 5500–6500 об/мин. Hо кто ездит в таких режимах? В обычной городской езде тахометр показывает 2500–3000 об/мин. Не сложно представить, что если свой максимум двигатель достигает, к примеру, при 6000 оборотах, то при 3000 оборотах мощность будет вдвое меньше. Поэтому чтобы быстро ускориться, вы должны держать обороты двигателя в диапазоне, где находится максимальная мощность. Вот почему часто приходится переходить на передачу вниз, тем самым увеличивая обороты двигателя. Теперь представим, что нужно совершить обгон. Тут как нельзя, кстати, пришлись бы все лошадиные силы мотора, чтобы максимально ускориться. Hо к сожалению, нельзя сразу весь "табун" (допустим мощность автомобиля 100 л. с.) мобилизировать. Двигатель должен раскрутиться до 6000 об/мин., при которых в вашем pаспоpяжении окажутся все 100 "лошадей". Для этого мотору нужно время. Вот здесь-то и играет решающую роль крутящий момент.

Мощность двигателя – это энергия, вырабатываемая двигателем. Эта энергия преобразуется в крутящий момент на выходном валу двигателя, изменяется в его коробке и редукторе ведущего моста (если он есть) и  попадает на колеса.
Таким образом, крутящий момент – это то, что на самом деле толкает машину вперед, а мощность – это то, что этот крутящий момент производит.

Даже  при маломощном двигателе, мы сможем тронуться и вести груз за счет подбора передаточного отношения в коробке передач на малой скорости. Но затем нам захочется ехать быстрее, а для этого нужно, чтобы был достаточный крутящий момент во всем диапазоне скоростей, что достигается подбором шестерен на всех передачах в коробке передач и запасом мощности двигателя. Крутящий момент – это сила, умноженная на плечо ее приложения, которую может "предоставить" двигатель автомобилю для преодоления тех или иных сопротивлений движению. Сила измеряется в ньютонах, рычаг – в метрах. Чтобы было совсем понятно, приведем такой пример: 1 Н·м – это сила, с которой 0,1 кг давят на конец рычага длиной 1 м. В двигателе внутреннего сгорания роль рычага исполняет кривошип коленвала, через который и создается крутящий момент.
Именно от него зависит время достижения двигателем максимальной мощности, а значит и динамика разгона. Образно говоря, крутящий момент это "пастух", который "сгоняет" в единую упряжку все лошадиные силы мотора. Чем больше крутящий момент, тем быстрее двигатель набирает обороты, и тем скорее собирается воедино вся мощь мотора, и, соответственно, тем лучше ускоряется автомобиль.

Второй важный нюанс – обороты, на которых мотор развивает максимальный крутящий момент. Если, к примеру, максимум выдается при 4000 об/мин, то нужно некоторое время, чтобы pаскpутить двигатель. Здесь-то и теряется время, столь важное при том же обгоне.

Другое дело, если максимальный момент двигатель выдает, скажем, при 2000 об/мин. Тогда нет проблем, вы просто давите на газ, и машина сразу набирает ход, не теряя времени на pаскpутку мотора.

Получается, что главное в крутящем моменте не только его величина, но и обороты, при которых она достигается. Чем они меньше, тем лучше.
Как правило, большим запасом крутящего момента отличаются многоцилиндpовые моторы, двигатели с наддувом. Абсолютными лидерами по крутящему моменту являются дизели, а особенно тракторные. Некоторые из них достигают своего максимума уже с 1500 об/мин. Такие двигатели называют "тяговитыми". Когда говорят, что двигатель "хорошо тянет внизу", это значит, что пик крутящего момента приходится на невысокие обороты, например, 1500–2000 об/мин.

Бензиновые двигатели по сравнению с дизельными развивают не самый большой крутящий момент. К тому же максимального значения он достигает только на средних оборотах (в районе 4000–4500). Зато бензиновые моторы могут раскручиваться до 7000–8000 об/мин, что позволяет им развивать довольно большую мощность. Ведь согласно вышеприведенному утверждению, мощность зависит от количества оборотов. По этой же причине дизельные двигатели (развивают не более 5000 об/мин) проигрывают в максимальной мощности бензиновым собратьям.

Максимальная мощность двигателя прежде всего определяет максимальную скорость автомобиля. А крутящий момент – быстроту достижения мотором этой максимальной мощности. Золотое правило механики: выигрывая в крутящем моменте, проигрываем в частоте вращения. При стартах на ускорение бензиновый двигатель у дизеля выиграет, так как последнему придется чаще переключать передачи, поскольку пик крутящего момента достигается моментально (вот оно, превосходство момента!), а это дает секундные замедления оборотов и соответственно скорости. Ради справедливости отметим, что такая ситуация будет наблюдаться на гонках по прямой. В обыденности же бензиновому двигателю придется держать обороты на максимуме, чтобы "погоняться" с дизелем. Или, скажем, на шоссе, двигаясь со скоростью 100 км/ч, "дизелю" для ускорения не потребуется переключение, а бензиновому нужна передача пониже.

Кстати, вышеприведенные примеры касаются только двигателей внутреннего сгорания. У электродвигателей или, скажем, паровых все с точностью до наоборот: чем меньше крутящий момент, тем выше мощность. Поэтому в наше время популярностью пользуются гибридные, бензиново-электрические силовые установки: там где двигатель внутреннего сгорания бессилен, в работу включается электромотор и наоборот.
А общий вывод такой: крутящий момент – это то, что на самом деле толкает машину вперед, а мощность – это то, что этот крутящий момент производит.
Так что платим за лошадиные силы, а ездим на моменте!