Регистрация Войти
Вопрос

Позволяет ли увеличение мощности развивать большую скорость на любой передаче?

Я не был уверен, что это лучшее место для публикации, и не знал, стоит ли мне также опубликовать вопрос на сайте Physics Stack Exchange. Я могу сделать перекрёстный пост, если этот вопрос больше подходит для другого сайта.



Чтобы понять контекст этого вопроса, возьмём, к примеру, мою машину. Перед зимой я установил воздухозаборник стороннего производителя, который, как утверждается, увеличивает мощность примерно на 4–5 лошадиных сил. Я заметил, что, когда я разгонялся до красной зоны на третьей передаче и переключался на четвёртую, я стабильно двигался со скоростью 93–94 мили в час. Недавно я вернул впускной коллектор в исходное состояние и с тех пор постоянно оставляю третью передачу включённой на скорости 90 или 91 миля в час — и это предел для всех передач.



Некоторые из моих друзей объясняют это ошибкой пользователя: очевидно, я переключаюсь не так эффективно, как раньше, когда у меня был неоригинальный впуск. Другие мои друзья утверждают, что эти 2–3 дополнительные мили в час на третьей передаче могли появиться из-за дополнительных 4–5 лошадиных сил, которые давал мне впуск. Возможно ли это?



По сути, мне просто интересно, может ли увеличение мощности привести к повышению скорости на каждой передаче, даже если передаточное число не меняется. Зависит ли скорость на каждой передаче напрямую от передаточного числа или на неё может влиять мощность двигателя? Заранее спасибо!
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/52305/does-an-increase-in-horsepower-allow-a-greater-speed-in-any-given-gear
1
+ Читать

0 Комментариев

  1. В дополнение к другим ответам: дополнительная мощность увеличивает скорость только на высшей передаче, так как зачастую на максимальной скорости двигателю не хватает мощности, чтобы преодолеть сопротивление качению/воздуха, и автомобиль не достигает красной зоны на высшей передаче, как бы вы ни старались. Дополнительная мощность позволяет использовать больший диапазон оборотов.



    Пример: Toyota Supra mk4 имеет достаточную мощность (трансмиссия, главная передача и размер шин), чтобы разогнаться до 320 км/ч на максимальной передаче. Однако даже у этого мощного автомобиля нет необходимой заводской мощности для достижения такой скорости — 320 л. с. недостаточно. На скорости 290–300 км/ч он заглохнет. Поэтому без дополнительной мощности он не разгонится до максимальной скорости.



    Кроме того, после полного включения трансмиссии колёса и двигатель механически связаны, поэтому одно число оборотов двигателя напрямую соответствует математическому произведению трансмиссии на колёсах — это нельзя изменить. Пробуксовка сцепления или гидротрансформатора может привести к тому, что двигатель будет работать быстрее, чем трансмиссия, но это противоречит тому, что вы описываете.



    Как автолюбитель, я также хотел бы отметить, что постоянная езда на пределе возможностей автомобиля в повседневной эксплуатации очень, очень вредна для двигателя и совершенно не нужна. Кроме того, это сильно снижает расход топлива! Обычно можно переключиться на более высокую передачу при 3000–4000 оборотах в минуту, не теряя мощности на следующей передаче.

  1. Давайте на время забудем о мощности. Из вашего вопроса следует, что вас на самом деле интересует следующее: может ли нестандартный воздухозаборник повлиять на точное число оборотов, при котором достигается максимальная мощность? Ну... в некотором роде да.



    Это зависит от ограничителя оборотов. Некоторые из них относятся к типу «мягкого ограничения», то есть у них есть диапазон оборотов, в котором они срабатывают, а не одна красная черта. В рабочем диапазоне они дросселируют (или замедляют) довольно быстро, но пропорционально оборотам. Фактическая красная черта — это просто точка, в которой выходная мощность двигателя уравновешивается мощностью, необходимой для движения транспортного средства.



    Другими словами, при мягком ограничении оборотов точка равновесия немного зависит от того, насколько сильно мощность двигателя реагирует на постоянное нажатие педали газа.



    Так что да, кастомный воздухозаборник увеличивает мощность и немного смещает это равновесие. Если это происходит при увеличении оборотов на 2 %, то скорость на данной передаче увеличивается ровно на 2 % (например, 93 мили в час вместо 91 мили в час).

  1. Обобщенный Ответ


    Нет, мощность двигателя не определяет скорость в милях в час на конкретной передаче, это зависит от передаточного числа. Хотя существуют гипотетические способы, с помощью которых мощность двигателя может казаться способной увеличить скорость автомобиля на той же передаче, на самом деле она не влияет на максимальную скорость на этой передаче, если количество оборотов двигателя ограничено.



    Расширенный Ответ


    Как уже отмечалось, ответ — нет... или, по крайней мере, не совсем так.


    На низких передачах ограничивающим фактором становится коробка передач, поскольку двигатель может развивать лишь определённое количество оборотов в минуту. На высоких передачах ограничивающим фактором становится двигатель, поскольку коробка передач обеспечивает достаточную обратную связь и сопротивление двигателю, чтобы он не мог продолжать работу.


    В качестве примера:
    Допустим, у вас передача с передаточным числом 2:1 и вы едете со скоростью 60 миль в час. В этот момент мы можем сказать, что вы испытываете сопротивление ветра в размере 'x', но при передаточном числе 2:1 только 1/2'x' доходит до двигателя в виде сопротивления. Если бы вы переключились на передачу 1:1, то двигатель столкнулся бы с сопротивлением, равным целому числу «x».


    Вот почему, если у вас очень открытая, высокоскоростная передача (как у большинства автомобилей), ваш двигатель (как правило) не вырабатывает достаточно мощности, чтобы полностью преодолеть различные сопротивления. Самый наглядный пример — когда вы едете в гору на третьей передаче и замечаете, насколько это медленно. Когда вы переключаетесь на пониженную передачу, вы внезапно можете разогнаться гораздо лучше. Это происходит потому, что на пониженной передаче используется больше крутящего момента, а значит, на двигатель передаётся меньшее сопротивление, и теперь он может преодолеть это сопротивление. Двигатель не стал мощнее после переключения на пониженную передачу, но способ применения мощности изменился.



    Если вам интереснее разобраться в физических процессах, связанных с преобразованием мощности автомобиля в его скорость, прочтите эту статью из серии «Для продвинутых». Я подчёркиваю, что она действительно «для продвинутых», то есть если вы не разбираетесь в физике и математике, она может показаться вам довольно сложной. Но если не вдаваться в уравнения, здесь много текста, который поможет вам лучше разобраться.



    Увеличение мощности двигателя (как правило) приводит к повышению кривой мощности на всей второй половине графика. Это означает, что на максимальных оборотах (скажем, 7500 об/мин) у вас будет немного больше мощности, чем раньше. Это может означать, что между срабатываниями ограничителя оборотов вы будете получать немного больше «тяги», но это (если вообще повлияет) едва ли скажется на максимальной скорости.


    Если передаточное число составляет, скажем, 2,5:1, то оно останется таким же, 2,5:1, независимо от общей выходной мощности. Двигатель вращается в 2,5 раза быстрее при каждом обороте колеса, хотя постоянная сила больше. Вот почему у этих монстр-траков часто бывает 1 или 2 передачи переднего хода. Огромная мощность позволяет им резко трогаться с места и сохранять устойчивость при очень широком передаточном числе. Итак:



    Пропорциональна ли скорость, достижимая на каждой передаче, передаточному числу



    ДА


    И:



    или на эту скорость может влиять мощность двигателя



    Да. Но не напрямую. Поскольку мы говорим о механической системе, в самой системе есть переменные, которые влияют на общую скорость. Таким образом, на скорость можно повлиять, но только косвенно.


    Однако, как отметил в комментариях Solar Mike, дополнительная мощность сократит время, необходимое для достижения заданных оборотов. Разница может быть связана с тем, что дополнительная мощность быстрее заводит вас в красную зону, тем самым обеспечивая немного более высокие фактические обороты перед переключением. В зависимости от передаточного числа даже изменение на пару оборотов может привести к разнице в 3–4 мили в час.



    Я также добавлю, что всё это зависит от того, переключаете ли вы передачи, когда тахометр показывает красную зону, или когда вы действительно достигаете предела оборотов.

  1. Что ж, ответ прост (как вы и подозревали)... Нет.



    При фиксированной передаче вы будете двигаться с одинаковой скоростью при любых оборотах двигателя, будь то 100 л. с. или 600 л. с.
  1. @kyle_engineer, если ваша машина может разогнаться до максимальной скорости, то да, дополнительная мощность лишь сделает машину «ощутимо» быстрее, потому что вы сможете быстрее набрать скорость. Время прохождения четверти мили на самом деле сократится, но максимальная скорость не изменится.
  1. Примерно об этом я и говорю... это наиболее заметно на последней передаче, но на всех передачах мощность влияет на способность достигать заданных оборотов и время, необходимое для достижения заданных оборотов. С учётом всех переменных системы мощность может создать впечатление более высокого скоростного потенциала.
  1. Отличное дополнение! И спасибо, что хорошо восприняли критику; вы ведёте себя лучше, чем я обычно :P

  1. Ответ — нет, потому что вы упомянули, что ограничены красной зоной. Независимо от мощности, при определённых оборотах двигателя будет достигнута определённая скорость на данной передаче. Скорее всего, передаточные числа были выбраны исходя из заводских характеристик двигателя.



    Однако для других автомобилей это может быть не так. Из-за сопротивления воздуха (во многих случаях) автомобилю может не хватать мощности, необходимой для достижения максимальной скорости на высшей передаче. В этом случае увеличение мощности может привести к повышению скорости, поскольку она не ограничена механически.
  1. Ладно, в принципе, я так и думал. Но поскольку спидометры (особенно дешёвые цифровые) имеют задержку, то «более высокая средняя скорость» может показаться ещё выше. Потому что эта задержка будет не такой большой, если скачки будут короче... во всяком случае, такова моя логика. Не уверен, что это действительно так, но гипотетически возможно. Отсюда мой вывод: «в зависимости от переменных системы» общая скорость может показаться выше.
  1. @kyle_engineer Если нет ограничителя оборотов, а у двигателя достаточно мощности, он выйдет из строя из-за слишком высоких оборотов. Если ограничитель есть, то всё зависит от того, как он работает, но более мощный двигатель может быстрее восстановиться после «отскока» и, возможно, обеспечить более высокую среднюю максимальную скорость, но мгновенная максимальная скорость будет достигнута, когда сработает ограничитель, несмотря ни на что. Ограничители оборотов работают на очень высокой скорости и почти мгновенно отключают подачу искры или топлива, или и того, и другого, поэтому я не думаю, что вы сможете превысить лимит даже при большей мощности.
  1. именно так! Но возможно ли, что в зависимости от конструкции ограничителя оборотов дополнительная мощность позволит достичь более высоких оборотов, даже если это не будет мгновенным? Я бы сказал «да», но, честно говоря, я не очень хорошо разбираюсь в различных методах ограничения оборотов. Если бы у двигателя не было ограничителя, то при переключении на высшую передачу он бы достиг статических оборотов, но если есть эффект дребезжания ограничителя, то я могу представить, как это может повлиять на ситуацию... нет?
  1. @seizethecarp Я немного отредактировал и добавил кое-что. Я ценю критику, потому что хочу донести информацию так, чтобы она не была слишком запутанной или трудной для восприятия. :)
  1. Я не хочу ставить дизлайк, потому что факты верны, но этот ответ кажется слишком подробным и не имеет никакого отношения к скромным преимуществам, которые вы МОЖЕТЕ получить от воздушного фильтра, и поэтому затуманивает ответ, который очень прост по очень простой причине. Мне нравится, что вы предоставляете много информации, но лично я бы сформулировал это так: «Нет, в вашем случае точно нет, но теоретически увеличение мощности может незначительно повлиять на ситуацию в таких случаях...»
  1. Если вы ограничены по мощности, а не по оборотам, то потребляемая мощность возрастает пропорционально кубу скорости. И наоборот, скорость возрастает пропорционально кубическому корню из доступной мощности. Вы не указали, какая мощность была у вас раньше, но дополнительные 4–5 лошадиных сил не сильно увеличат скорость, даже если вы ограничены по мощности.
  1. Вы исключили влияние рисунка протектора, давления в шинах, состояния дорожного покрытия, погоды и т. д.? Всё это может быть причиной разницы
  1. Нет, но дополнительная мощность изменит скорость ускорения...
  1. Давление в шинах определённо влияет на то, с какой скоростью вы достигнете предельной отметки. На это влияет температура наружного воздуха, а также то, сколько энергии вы вкладываете в ведущие колёса (посредством многократных ускорений, резких поворотов, резкого торможения и т. д.). Шины сплющиваются в местах соприкосновения с землёй, и именно это определяет фактический радиус колеса во время движения автомобиля.
Вы уже ответили на этот вопрос