Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое мощность двигателя, крутящий момент и удельный расход топлива

Что такое мощность двигателя, крутящий момент и удельный расход топлива

Изобретенный более 100 лет назад поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС), на сегодняшний день все еще является самым распространенным в автомобилестроении. При выборе модели двигателя своего будущего автомобиля покупатель может предварительно ознакомиться с его основными характеристиками. В этой статье мы подробно расскажем об основных показателях двигателей внутреннего сгорания, что они собой представляют и как влияют на работу.

Основные показатели двигателя
Сгорание топлива происходит внутри ДВС, в специальной камере цилиндра. Это приводит в движение поршень, который, совершая циклические возвратно-поступательные движения, проворачивает коленчатый вал. Таков упрощенный принцип работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания. Основные характеристики

ДВС можно оценить тремя основными показателями:
— мощность двигателя;
— крутящий момент;
— расход топлива.

Рассмотрим более подробно каждый из этих показателей.

Что такое мощность двигателя
Под мощностью следует понимать физическую величину, которая показывает совершаемую двигателем работу за единицу времени. При вращательном движении мощность определяется как произведение крутящего момента на угловую скорость вращения коленчатого вала. Обычно она указывается в лошадиных силах (л.с.), но встречается измерение и в кВт. Существует несколько единиц измерения под названием «лошадиная сила», но, как правило, имеется в виду так называемая «метрическая лошадиная сила», которая равная ≈ 0,7354 кВт. А вот в США и Великобритании лошадиные силы, касающиеся автомобилей, приравнивают к 0,7456 кВт, то есть как 75 кгс*м/с, что приблизительно равно 1,0138 метрической.

— 1 кВт = 1,3596 л.с. (для метрического исчисления);
— 1 кВт = 1,3783 hp (английский стандарт);
— 1 кВт = 1,34048 л.с. (электрическая «лошадка»).

Если же конвертировать мощность 1 лошадиной силы в киловатты (в промышленности или энергетике), то она будет примерно равна 0,746 кВт. Понятие лошадиная сила не входит в международную систему измерений (СИ), поэтому измерение мощности в кВт будет более правильным.

Чем больше мощность, тем большую скорость сможет развить автомобиль.

Виды мощности
— индикаторная;
— эффективная;
— литровая.

Индикаторной называют мощность, с которой газы давят на поршень. То есть, не учитываются никакие другие факторы, а только давление газов в момент их сгорания. Эффективная мощность, эта та сила, которая передается коленчатому валу и трансмиссии. Индикаторная будет пропорциональной литражу двигателя и среднему давлению газов на поршень.
Эффективная мощность двигателя будет всегда ниже индикаторной.
Также есть параметр, называемый литровой мощность двигателя. Это соотношение объема двигателя к его максимальной мощности. Для бензиновых моторов литровая мощность составляет в среднем 30-45 кВт/л, а у дизельных – 10-15 кВт/л.

Как узнать мощность двигателя автомобиля
Конечно, значение можно посмотреть в документах на машину, но иногда требуется узнать мощность автомобиля, который подвергался тюнингу или давно находится в эксплуатации. В таких случаях не обойтись без динамометрического стенда. Его можно найти в специализированных организациях и на станциях техобслуживания. Колеса автомобиля помещаются между барабанами, создающими сопротивление вращению. Далее имитируется движение с разной нагрузкой. Компьютер сам определит мощность двигателя. Для более точного результата может понадобиться несколько попыток.

Что такое крутящий момент
Крутящий момент двигателя рассчитывается по формуле: M = F*R, где F – это сила, с которой давит поршень, R — длина плеча (рычага). В нашем случае плечом будет расстояние от оси вращения коленчатого вала до места крепления шатунной шейки. Этот параметр измеряется в ньютонах на метр (Hм). 1H соответствует 0,1 кг, который давит на конец рычага длиной в метр.
Крутящий момент ДВС характеризует показатель силы вращения коленчатого вала и определяет динамику разгона автомобиля.

Что такое расход (удельный расход) топлива
Удельный расход топлива двигателя – это количество топлива, затрачиваемое для производства определенного количества энергии. Чем расход ниже, тем рациональнее будет использоваться топливо. Расход связан с эффективностью двигателя. Один двигатель может иметь разный расход топлива в зависимости от скорости и нагрузки.

Роль мощности и крутящего момента двигателя
Для обеспечения лучших динамических показателей двигателя, производители стараются наделить силовой агрегат максимальным крутящим моментом, который будет достигаться в более широком значении оборотов двигателя.
Чтобы правильно оценить роль этих двух понятий, стоит обратить внимание на следующие факты:
— Взаимосвязь мощности и крутящего момента можно выразить в формуле: P = 2П*M*n, где Р – это мощность, M – показатель крутящего момента, а n – количество оборотов коленвала в единицу времени.
— Крутящий момент более конкретный показатель характеристики двигателя. Низкий крутящий момент (даже при высокой мощности) не позволит реализовать потенциал двигателя: имея возможность разогнаться до высокой скорости, автомобиль будет достигать этой скорости невероятно долго.
— Мощность двигателя будет возрастать с повышением оборотов: чем выше, тем больше мощность, но до определенных пределов.
— Крутящий момент увеличивается с повышением количества оборотов, но при достижении максимального значения показатели крутящего момента снижаются.
— При равных показателях мощности и крутящего момента более эффективным будет двигатель с меньшим расходом топлива.

Мощность двигателя — как работает и что это такое,на что влияет

Изобретенный более 100 лет назад поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС), на сегодняшний день все еще является самым распространенным в автомобилестроении. При выборе модели двигателя своего будущего автомобиля покупатель может предварительно ознакомиться с его основными характеристиками. В этой статье мы подробно расскажем об основных показателях двигателей внутреннего сгорания, что они собой представляют и как влияют на работу.

Важнейшими характеристиками двигателя являются его мощность, крутящий момент и обороты, при которых эта мощность и крутящий момент достигаются.

Обороты двигателя

Под широкоупотребимым термином «обороты двигателя» имеется в виду количество оборотов коленчатого вала в единицу времени (в минуту).

Читать еще:  Волга 3110 двигатель 405 технические характеристики

И мощность, и крутящий момент — величины не постоянные, они имеют сложную зависимость от оборотов двигателя. Эта зависимость для каждого двигателя выражается графиками, подобными нижеследующему:

Производители двигателей борются за то, чтобы максимальный крутящий момент двигатель развивал в как можно более широком диапазоне оборотов («полка крутящего момента была шире»), а максимальная мощность достигалась при оборотах, максимально приближенных к этой полке.

Мощность двигателя

Чем выше мощность, тем большую скорость развивает авто

Мощность — это отношение работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени. При вращательном движении мощность определяется как произведение крутящего момента на угловую скорость вращения.

Мощность двигателя последнее время все чаще указывают в кВт, а ранее традиционно указывали в лошадиных силах.

Как видно на приведенном выше графике, максимальная мощность и максимальный крутящий момент достигаются при различных оборотах коленвала. Максимальная мощность у бензиновых двигателей обычно достигается при 5-6 тыс. оборотов в минуту, у дизельных — при 3-4 тыс. оборотов в минуту.

График мощности для дизельного двигателя:

Крутящий момент

Крутящий момент характеризует способность ускоряться и преодолевать препятствия

Крутящий момент (момент силы) — это произведение силы на плечо рычага. В случае кривошипно-шатунного механизма, данной силой является сила, передаваемая через шатун, а рычагом — кривошип коленчатого вала. Единица измерения — Ньютон-метр.

Иными словами, крутящий момент характеризует силу, с которой будет вращаться коленвал, и насколько успешно он будет преодолевать сопротивление вращению.

На практике высокий крутящий момент двигателя будет особенно заметен при разгонах и при передвижении по бездорожью: на скорости машина легче ускоряется, а вне дорог — двигатель выдерживает нагрузки и не глохнет.

Виды мощности

Для определения характеристик двигателя применяют такие понятия мощности как:

  • индикаторная;
  • эффективная;
  • литровая.

Индикаторной называют мощность, с которой газы давят на поршень. То есть, не учитываются никакие другие факторы, а только давление газов в момент их сгорания. Эффективная мощность, эта та сила, которая передается коленчатому валу и трансмиссии. Индикаторная будет пропорциональной литражу двигателя и среднему давлению газов на поршень.

Эффективная мощность двигателя будет всегда ниже индикаторной.

Также есть параметр, называемый литровой мощность двигателя. Это соотношение объема двигателя к его максимальной мощности. Для бензиновых моторов литровая мощность составляет в среднем 30-45 кВт/л, а у дизельных – 10-15 кВт/л.

Как узнать мощность двигателя автомобиля

Можно посмотреть в документах на машину, но иногда требуется узнать мощность автомобиля, который подвергался тюнингу или давно находится в эксплуатации. В таких случаях не обойтись без динамометрического стенда. Его можно найти в специализированных организациях и на станциях техобслуживания. Колеса автомобиля помещаются между барабанами, создающими сопротивление вращению. Далее имитируется движение с разной нагрузкой. Компьютер сам определит мощность двигателя. Для более точного результата может понадобиться несколько попыток.

Роль мощности и крутящего момента двигателя

Для обеспечения лучших динамических показателей двигателя, производители стараются наделить силовой агрегат максимальным крутящим моментом, который будет достигаться в более широком значении оборотов двигателя.

Чтобы правильно оценить роль этих двух понятий, стоит обратить внимание на следующие факты:

  • Взаимосвязь мощности и крутящего момента можно выразить в формуле: P = 2П*M*n, где Р – это мощность, M – показатель крутящего момента, а n – количество оборотов коленвала в единицу времени.
  • Крутящий момент более конкретный показатель характеристики двигателя. Низкий крутящий момент (даже при высокой мощности) не позволит реализовать потенциал двигателя: имея возможность разогнаться до высокой скорости, автомобиль будет достигать этой скорости невероятно долго.
  • Мощность двигателя будет возрастать с повышением оборотов: чем выше, тем больше мощность, но до определенных пределов.
  • Крутящий момент увеличивается с повышением количества оборотов, но при достижении максимального значения показатели крутящего момента снижаются.
  • При равных показателях мощности и крутящего момента более эффективным будет двигатель с меньшим расходом топлива.

Вопрос — ответ

1. Автомобиль в глубокой колее сел на брюхо: ведущие колеса вертятся, не касаясь земли. Водитель упрямо газует. Какую полезную мощность может при этом выдать двигатель?

Б — в зависимости от оборотов;

Г — в зависимости от включенной передачи.

Правильный ответ: В. Автомобиль не движется, мотор не совершает полезной работы. Значит, и полезная мощность равна нулю.

2. Заднеприводный автомобиль с блокированным дифференциалом движется по плохой дороге. Как распределена мощность между ведущими колесами?

Б — обратно пропорционально частоте вращения каждого из колес;

В — в зависимости от сил сцепления с покрытием;

Г — прямо пропорционально частоте вращения каждого из колес.

Правильный ответ: В. При блокированном дифференциале ведущие колеса вращаются с одинаковой скоростью, но моменты на них не выравниваются — они зависят только от сцепления с дорогой. Следовательно, реализуемые колесами мощности тоже определяются силами сцепления с покрытием.

3. На что влияет мощность мотора?

А — на динамику разгона;

Б — на максимальную скорость;

В — на эластичность;

Г — на все перечисленные параметры.

Правильный ответ: Г. Часто полагают, что машину тащит исключительно крутящий момент. Но поставщиком крутящего момента является мотор. Если тот перестанет снабжать колеса энергией, то все динамические параметры будут равны нулю. Например, резко тронуться на повышенной передаче не удастся: при низких оборотах просто не хватит мощности. А она-то и определяет запас энергии, которую способен выдать двигатель. И влияет на все перечисленные параметры.

Взаимодействие главного дизеля с гребным винтом и корпусом судна

Номинальная мощность — это наибольшая гарантируемая заводом-изготовителем эффективная мощность, которую двигатель может развивать длительное время при номинальной частоте вращения nном, температуре наружного воздуха to =200 С, давлении, равном 760 мм рт. ст., и относительной влажности φ =60%. Максимальная мощность дизеля — это эффективная наибольшая мощность, составляющая 110% номинальной и развиваемая в течение 1 ч с сохранением среднего индикаторного давления р, на уровне номинального и с превышением частоты вращения не более чем на 6% при тех же атмосферных условиях, которые заданы для номинальной мощности. В настоящее время в терминологии многих дизелестроительных заводов, в том числе и БМЗ, используют различные понятия мощности. Длительная максимальная мощность соответствует номинальной мощности дизеля при сохранении его допустимой напряженности (для выполнения нормативного времени рейса). Перегрузочная мощность соответствует максимальной. Длительная эксплуатационная мощность устанавливается с учетом эксплуатационных условий в пределах, обеспечивающих сохранение приемлемой тепловой и механической напряженности двигателя. Работа на этой мощности предотвращает перегрузку двигателя, обеспечивает минимальный износ и долговечность его деталей. Винтовые характеристики показывают зависимость между различными показателями двигателя и частотой вращения при положениях дозирующих органов, обеспечивающих равенство эффективной мощности двигателя и мощности, потребляемой винтом. Винтовые характеристики, кроме того, показывают зависимость между требуемой мощностью (крутящим моментом) для вращения гребного винта и частотой вращения. Винтовые характеристики могут быть построены на стенде при изменении мощности и крутящего момента по винтовому закону Ne = cn3; Мкр =
с1 n2, где с, с1 — постоянные коэффициенты; n —частота вращения двигателя, об/мин.

Читать еще:  Шумит двигатель на холодную киа рио

Результаты стендовых испытаний судового дизеля по винтовой, характеристике нельзя применять в эксплуатационных условиях, так как приведенная закономерность несколько нарушается из-за особенностей взаимосвязи элементов пропульсивного комплекса.
Более точно зависимость эффективной мощности двигателя и других его показателей от частоты вращения винта устанавливают на ходовых испытаниях для различных эксплуатационных условий. При этом снимают несколько винтовых характеристик для различных метеорологических, навигационных и производственных условий эксплуатации судна. В этих условиях номинальная мощность дизеля может быть достигнута при скоростном режиме и величине среднего индикаторного давления, отличающихся от номинальных значений, полученных на стенде. Сопоставляя винтовые а, Ь, с, d и внешние Nе ном , Ne max характеристики (рис. 3), можно убедиться в том, что при номинальной частоте вращения (N e ном =100%) номинальная мощность двигателя (Nном = 100%) достигается только при работе по номинальной характеристике винта с. При «утяжелении» гребного винта (характеристика а) достижение номинальной мощности (точка 2) происходит при более низкой частоте вращения п2. Но при этом дизель должен перейти через внешнюю характеристику номинальной мощности, из-за чего происходит его перегрузка по среднему индикаторному давлению pi. Для предупреждения такой перегрузки необходимо понизить частоту вращения (до значения п), что вызовет понижение мощности до величины Ne, (точка /). При «облегчении» гребного винта (характеристика d) достижение номинальной мощности (точка 4) происходит при перегрузке двигателя (п4 >nном). Во избежание перегрузки требуется снижение его частоты вращения до номинального значения, при котором мощность снизится до величины Ne (точка 5).

Таким образом, в эксплуатации работа двигателя на номинальной мощности может привести к его перегрузке по тепловым и механическим показателям. Для обеспечения надежной работы двигателя в любых эксплуатационных условиях устанавливают допустимые границы нагрузок для всего диапазона изменений частоты вращения. Наиболее целесообразным методом установления таких границ является использование ограничительных характеристик, отражающих зависимость показателей двигателя от частоты
вращения при сохранении его тепловой и механической напряженности в допустимых пределах. Скоростная ограничительная характеристика может быть представлена в виде зависимости наибольшей допускаемой для длительной работы двигателя мощности Nе огр от его частоты вращения. Имея для данных условий эксплуатации винтовую характеристику Ь, можно определить предельные значения частоты вращения n3 и мощности Ne (точка 3, см. рис. 3) при допустимом значении всех параметров, характеризующих напряженность двигателя.

При эксплуатации вследствие изменения условий плавания при работе двигателя в длительном режиме и постоянном положении топливной рукоятки частота вращения может изменяться, вызывая изменение мощности. Чтобы удостовериться, что ее значение не вышло за ограничительную характеристику, требуется определить среднее индикаторное давление и рассчитать развиваемую двигателем мощность. Для упрощения контроля за нагрузкой двигателя целесообразно использовать ограничительные характеристики по среднему индикаторному давлению (рис. 4).

Ограничительная характеристика является линией, ограничивающей значение pi во всем диапазоне рабочей частоты вращения. Точки ограничительной характеристики, т. е. предельные значения pi для различной частоты вращения, рассчитывают из условия сохранения в допустимых пределах параметров тепловой и механической напряженности двигателя. В связи с тем что допустимое значение pi, а следовательно, и допустимая мощность меняются в зависимости от температуры воздуха на всасывании, для каждого двигателя существует серия скоростных ограничительных характеристик по pi. Положение топливной рукоятки определяет цикловую подачу топлива, среднее индикаторное давление и, следовательно, нагрузку. Так как при неизменном положении топливной рукоятки pi можно считать независимым от частоты вращения, то при ее понижении двигатель может оказаться перегруженным. Имея ограничительную характеристику pi=f(n), эту перегрузку можно сразу установить и, изменив положением топливной рукоятки цикловую подачу, а следовательно и pi, понизить нагрузку. Допустим, двигатель работает в режиме, соответствующем точке 3 винтовой характеристики с. Изменение метеорологических условий привело к «утяжелению» винта, и при том же положении топливной рукоятки двигатель перешел в режим, соответствующий точке 3’ винтовой характеристики Ь в результате понижения частоты вращения до значения nз’. Так как точка 3′ лежит выше ограничительной характеристики, то для устранения перегрузки необходимо снизить частоту вращения до значения n2, уменьшая подачу топлива (точка 2). При дальнейшем «утяжелении» винта необходимо снова уменьшить подачу топлива. Имея для данного судна наиболее «тяжелую» винтовую характеристику, можно заранее
установить значение pi, при котором двигатель не будет перегружен в любых эксплуатационных условиях. На рисунке такое значение рi соответствует точке 1 и может быть принято за эксплуатационное значение, так как обеспечивает запас по тепловой и механической напряженности двигателя. Развиваемая при этом мощность может быть названа эксплуатационной и определена как мощность, развиваемая в конкретных условиях плавания при постоянном значении pi, величина которого определяется для работы двигателя без перегрузки при наиболее тяжелых условиях плавания. Величина эксплуатационной мощности не должна регламентироваться, поскольку она не постоянна, а определяется принятым средним индикаторным (или эффективным) давлением и скоростным режимом винта с определенной характеристикой, которая меняется в зависимости от конкретных условий эксплуатации [8]. Таким образом, эксплуатационная мощность обычно меньше номинальной и лежит в пределах 0,85—0,95 Nном. Имеющийся запас мощности повышает надежность двигателя, предотвращая повышение его напряженности до предельных значений при резком изменении внешних условий. Однако низкая мощность двигателя нежелательна, как и его перегрузка, так как ведет к снижению технико-эксплуатационных показателей энергетической установки и уменьшению скорости, а следовательно, производственных показателей работы судна.

Читать еще:  Электронный регулятор оборотов двигателей внутреннего сгорания

Истинная мощность двигателя

Не сомневаюсь, что большинство автовладельцев уверенно ответят:

— Конечно знаю ! Мой двигатель производства ABC, модель X25YZ15-b, объемом *** см3, согласно данных производителя развивает мощность сто-пятьсот лошадиных сил .

Некоторые могут при этом отметить, что это «примерная» мощность, потому что фактическая мощность зависит и от качества топлива, и от температуры воздуха, и от технического состояния систем двигателя.

Более «продвинутые» в техническом плане автовладельцы могут еще добавить немаловажную деталь: мощность, измеренная «с колес» или «с маховика» — браво, это весьма существенный момент !

Но мало кто знает, что эти цифры — всего лишь МАЛАЯ часть той мощности, которая на самом деле развивается двигателем .

Истинная мощность двигателя

В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) энергия, а соответственно и мощность, образуется за счет сжигания топлива:

  1. при сгорании топлива выделяется тепло — образуются горячие газы;
  2. горячие газы, как известно, расширяются — в двигателе расширяющиеся горячие газы двигают поршни;
  3. движение поршней передается на коленвал, и далее на трансмиссию и колеса;
  4. все еще горячие газы удаляются из цилиндров в атмосферу;
  5. весь двигатель нагревается и нуждается в охлаждении во избежание перегрева

Кстати, для повышения личного уровня образованности нелишним будет запомнить несколько терминов и понятий, связанных с мощностью — существует несколько видов мощности:

тепловая мощность — характеризует количество теплоты, которое выделяется при сгорании топлива в цилиндрах;

индикаторная (механическая) мощность = тепловая мощность минус тепловые потери: это та часть энергии расширяющихся газов, которая превращается в механическое движение поршней двигателя;

эффективная мощность = индикаторная минус потери на трение: это та мощность, которую можно снять с коленчатого вала двигателя и которая через трансмиссию (в которой также происходят потери энергии на трение !) передается на колеса.

Если принять энергию сгоревшего топлива за 100 %, то картина распределения энергии в общем может быть выражена следующим образом:

Как следует из данной иллюстрации:

  1. порядка 30% энергии сгоревшего топлива улетучивается в атмосферу с выхлопными газами,
  2. еще около 30% вылетает туда же (в атмосферу) через систему охлаждения двигателя — это так называемые Тепловые Потери,
  3. и только оставшиеся 40% энергии сгоревшего топлива превращаются в Механическую Энергию (Механическую Мощность),

В свою очередь вся (. ) Механическая Энергия расходуется на преодоление трения:

  • на трение движения, то есть то трение, которое возникает в процессе движения нашего автомобиля (трение о воздух и дорогу) — примерно 25% тепловой энергии сгоревшего топлива,
  • на внутреннее трение агрегатов автомобиля приходится около 15% тепловой энергии.

Вся энергия, вся мощность, генерируемая двигателем автомобиля, расходуется на тепловые потери и на преодоление трения !

Часть этого трения возникает в процессе движения автомобиля — трение шин о дорогу и корпуса автомобиля о воздух: то есть некоторая часть механической энергии расходуется с какой-никакой пользой для водителя, однако большая часть — около 40% механической энергии . — уходит на бесполезное и даже вредное внутреннее трение в двигателе и трансмиссии.

Движение автомобиля — это как-раз тот «эффект», ради которого автомобили и создаются, поэтому мощность, которая тратится на преодоление «трения движения» — это и есть «эффективная мощность».

Таким образом, эффективная мощность Вашего автомобиля — это всего 25% от общей тепловой мощности .

Посмотрите также на следующую диаграмму, сравнивающую между собой эффективную мощность и мощность потерь на внутреннее трение:

Из этой диаграммы должно быть визуально понятно, что:

  1. Потери тепловой мощности на внутреннее трение (в основном в двигателе и трансмиссии) составляют 15%.
  2. А также, что эти «15% потерь» на самом деле составляют целых 60% (. )от эффективной мощности .

И если Вы все-таки не поняли — «расшифрую» в более доступном формате:

На каждые 100 л.с. «паспортной» мощности двигателя приходится порядка 60 л.с. потерь на внутреннее трение .

Теперь понятны масштабы потерь мощности двигателя на внутреннее трение .

Так какова же истинная мощность, развиваемая двигателем ?

  • «паспортная», то есть механическая мощность Вашего двигателя составляет 100 л.с.,
  • потери на внутреннее трение составляют 60 л.с.,
  • тепловые потери составляют 240 л.с.,
  • а общая тепловая мощность, развиваемая двигателем, равняется примерно 400 л.с.

Для того, чтобы «выкроить» побольше «лошадок» из тепловой мощности, из условных 400 л.с., то есть чтобы уменьшить тепловые потери, рядовой автовладелец сделать практически ничего не может, но вот уменьшить потери на внутреннее трение, за счет чего увеличить механическую мощность, оказывается возможно !

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector