какой параметр называют мощностью

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:

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.

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

Для определения характеристик двигателя применяют такие понятия мощности как:

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.

Внешняя скоростная характеристика (ВСХ)

Внешняя скоростная характеристика двигателя показывает зависимость мощности, расхода топлива и крутящего момента от числа оборотов коленвала. Все эти параметры показываются графически в виде кривых.

На рисунке можно видеть кривые с обозначениями Pe – мощность двигателя, Mе – крутящий момент, ge – удельный расход топлива. Как видно, с ростом числа оборотов и мощности увеличивается расход топлива. Крутящий момент растет до определенного уровня, а затем идет на спад. В точке, где наиболее эффективный крутящий момент и мощность двигателя, будет самый оптимальный показатель расхода топлива.

Производители моторов 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. Такой двигатель и из болота вытянет, и в городе позволяет быстро ускоряться.

Внешняя скоростная характеристика дает оценку динамическим характеристикам автомобиля, определяет КПД и топливный расход при разных параметрах.

Высокий крутящий момент на более низких оборотах увеличивает тяговую силу агрегата, грузоподъемность и проходимость.

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:

Источник

Виды мощности — определение и характеристики

Мощность — что это за величина в физике

Одной из самых важных физических величин является мощность. Она связана с работой. В качестве примера можно привести человека, который поднимается по ступенькам. Лестницу можно преодолеть шагами или бегом. В этих ситуациях будет проделана одинаковая работа, но в том случае, когда человек бежит, работа выполняется быстрее.

В результате мощность может выражаться скоростью или интенсивностью выполнения работы. При увеличении мощности уменьшается время, необходимое для совершения работы. Таким образом, краткая формулировка мощности звучит, как скорость выполнения работы.

Мощность — является скалярной физической величиной, которая характеризует мгновенную скорость передачи количества энергии от одной физической системы к другой в процессе ее использования, и в общем случае определяется, как соотношение переданной энергии к времени передачи.

В русскоязычных литературных источниках и записях законов по физике можно встретить обозначение мощности буквой N. Отсутствуют точные данные об этимологии данного обозначения.

Виды мощности, определение и характеристики

По Международной системе единиц (СИ) мощность можно измерить в ватт (Вт). Ватт равен одному джоулю в секунду (Дж/с). В теоретической физике и астрофизике мощность в распространенных случаях обозначают через эрг в секунду (эрг/с). Данная единица измерения является внесистемной. Мощность автомобилей, двигателей локомотивов и судов измеряют в лошадиных силах, что не рекомендовано Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ).

Механическая мощность

В том случае, когда тело движется под воздействием силы, данная сила совершает работу.

Мощность вычисляют, как скалярное произведение вектора силы на вектор скорости движущегося тела:

где F — определяет вектор силы;

v — является вектором скорости;

α — составляет угол между вектором скорости и силы;

F — модуль вектора силы;

v — модуль вектора скорости.

В том случае, когда тело совершает вращательное движение, применима следующая формула для определения мощности:

где M — определяет момент силы;

ω — является обозначением угловой скорости;

n — частота вращения (число оборотов в минуту, об/мин).

Электрическая мощность

Электрическая мощность является физической величиной, характеристикой скорости, с которой передается или преобразуется электроэнергия.

Мгновенная электрическая мощность P ( t ) участка электрической цепи определяется таким образом:

P ( t ) = I ( t ) · U ( t )

где I ( t ) — является мгновенным током через участок цепи;

U ( t ) — определяет мгновенное напряжение на заданном участке.

В процессе исследования сетей переменного тока оперируют не только общефизическим понятием мгновенной мощности, но и используют следующие определения:

Мгновенную активную мощность определяют таким образом:

Уравнение мгновенной реактивной мощности при φ > 0 :

Мгновенная полная мощность:

где I m — определяет амплитуду тока;

U m — является амплитудой напряжения;

ω — угловая скорость;

Гидравлическая мощность

Гидравлическая мощность гидромашины или гидроцилиндра равна произведению перепада давления на машине (разности давлений на входе и выходе) на расход жидкости:

где Q H — расход жидкости, м 3 / с ;

P H — перепад давления, Па.

Приборы для измерения мощности

Ваттметры (включая варметры) — являются измерительными приборами, с помощью которых определяют мощность электрического тока или электрического излучения.

В зависимости от целевого назначения и диапазона частот ваттметры классифицируют на несколько видов:

Ваттметры радиодиапазона, исходя из назначения, бывают двух типов:

Согласно методу функционального преобразования измерительной информации и ее отображения для оператора, ваттметры подразделяют на следующие группы:

Как найти мощность, формулы и примеры задач

Основная формула для расчета мощности имеет вид:

где, P — мощность, E — энергия, t — время.

Средняя величина мощности за промежуток времени Δ t :

Интеграл по времени от мгновенной мощности за промежуток времени вычисляют, как полную переданную энергию за это время:

Мотор подъемной техники обладает мощностью 3,5 л. с. Необходимо определить массу груза, который такая машина может поднять на высоту 15 м за 2 мин. (1 л.с.=736 Вт).

Требуется определить время, которое необходимо затратить на откачку 10 т воды из шахты с помощью насоса мощностью 1,5 кВт. Высота подъема составляет 20 м.

В связи с тем, что планируется откачать всю воду, работу можно выразить с помощью следующего уравнения:

Согласно формуле мощности:

После перевода времени в минуты, получим 22,3 мин.

Масса воды в данном объеме равна:

Трактор вспахал 300 м полей за 1,5 мин, развивая при этом мощность 25,8 кВт. Требуется определить силу сопротивления, которую преодолевает трактор в процессе работы.

Согласно определению мощности:

F = P t S = 25800 · 90 300 = 7740

В первую очередь следует перевести скорость в м/c:

Мощность можно определить таким образом:

Зависимость силы сопротивления от скорости можно записать в виде уравнения:

Машинка совершает работу, преодолевая силы сопротивления, так как перемещается и забирается на горку. В общем виде совершаемую работу при движении в гору можно записать таким образом:

A 1 = F S + m g h = F υ 1 t + m g S sin α = k υ 1 2 t + m g υ 1 t sin α = C υ 1 2 + D υ 1

где C и D — коэффициенты, которые учитывают все параметры, за исключением скорости.

В таком случае, мощность равна:

N = A 1 t = C ‘ υ 1 2 + D ‘ υ 1

Далее можно рассмотреть ситуацию, когда машинка спускается с горки. Некоторую часть работы (по подъему) теперь выполняет сама сила тяжести, сняв эту нагрузку с двигателя, поэтому:

Мощность в таком случае составит:

Сравнив записанные выражения, получим:

Затем следует рассмотреть движение машинки в горку с удвоенной мощностью двигателя:

2 N = A 3 t = C ‘ υ 3 2 + D ‘ υ 3

Приравняв мощности, получим:

2 C ‘ υ 1 2 + 2 D ‘ υ 1 = C ‘ υ 3 2 + D ‘ υ 3

2 C ‘ υ 1 2 + 10 C ‘ υ 1 = C ‘ υ 3 2 + 5 C ‘ υ 3

2 υ 1 2 + 10 υ 1 = υ 3 2 + 5 υ 3

Сила сопротивления зависит от скорости:

Машина совершает работу, преодолевая силу сопротивления, так как движется и забирается в гору. Общую совершаемую работу при движении в гору можно выразить с помощью уравнения:

A 1 = F S + m g h = F υ 1 t + m g S sin α = k υ 1 3 t + m g υ 1 t sin α = C υ 1 3 + D υ 1

где C и D — коэффициенты, учитывающие все характеристики, за исключением скорости.

Мощность определяется таким образом:

N = A 1 t = C ‘ υ 1 3 + D ‘ υ 1

Далее можно рассмотреть ситуацию, когда машина спускается с горы. Определенную часть работы (по подъему) в этом случае выполняет сама сила тяжести, сняв эту нагрузку с двигателя, поэтому:

Приравняв правые части уравнений для мощности, коэффициенты будут соотнесены следующим образом:

Мощность при рассмотрении движения по ровному участку пути составит:

N = A 3 t = C ‘ υ 3 3

После приравнивая значений мощности, получим:

C ‘ υ 1 3 + D ‘ υ 1 = C ‘ υ 3 3

υ 1 3 + 7 3 · 10 4 υ 1 = υ 3 3

υ 3 = υ 1 3 + 7 3 · 10 4 υ 1 3 = 100 3 + 7 3 · 10 4 · 100 3 = 100 10 3 3 = 149

Источник

Что важнее для разгона – мощность или крутящий момент

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:

Основные показатели ДВС
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.

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

Для определения характеристик двигателя применяют такие понятия мощности как:

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.

Компоновка поршневых двигателей

Значительное разнообразие компоновок поршневых двигателей связано с их размещением в автомобиле и необходимостью уместить определенное количество цилиндров в ограниченном объеме моторного отсека.

Рядный двигатель V-образный двигатель

Рядный двигатель (рис. 1, а) — компоновка, при которой все цилиндры находятся в одной плоскости. Применяется для небольшого количества цилиндров (2, 3, 4, 5 и 6). Рядный шестицилиндровый двигатель легче всего поддается уравновешиванию (снижению вибраций), но обладает значительной длиной.

V-образный двигатель (рис. 1, б) — цилиндры у него расположены в двух плоскостях, как бы образуя латинскую букву V. Угол между этими плоскостями называют углом развала. Наиболее часто такое размещение цилиндров применяется для шести- и восьмицилиндровых двигателей и обозначается V6 и V8 соответственно. Такая компоновка позволяет уменьшить длину двигателя, но увеличивает его ширину.

Оппозитный двигатель VR-двигатель

Оппозитный двигатель (рис. 1, в) имеет угол развала 180°, благодаря этому у него высота агрегата наименьшая среди всех компоновок.

VR-двигатель (рис. 1, г) обладает небольшим углом развала (порядка 15°), что позволяет уменьшить как продольный, так и поперечный размеры агрегата.

W-двигатель имеет два варианта компоновки — три ряда цилиндров с большим углом развала (рис. 1, д) или как бы две VR-компоновки (рис. 1, е).Обеспечивает хорошую компактность даже при большом количестве цилиндров. В настоящее время серийно выпускают W8 и W12.

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.

Вывод

Максимальная мощность силового агрегата — это крайне важная величина, про которую должен знать каждый автомобилист, тем более что с ее учетом в России рассчитывается транспортный налог на автомобиль. Однако, чрезмерно сильно зацикливаться на этом значении не следует, по той простой причине, что оно переменчиво и ни при всех обстоятельствах вырабатывается мотором. Более того, максимальную мощность можно значительно увеличить, но для этого потребуется внесение изменений в конструкцию авто, а такие действия в соответствии с действующим законодательством нужно в обязательном порядке регистрировать в установленном виде. Автор: Олег Мокров

Внешняя скоростная характеристика (ВСХ)

Внешняя скоростная характеристика двигателя показывает зависимость мощности, расхода топлива и крутящего момента от числа оборотов коленвала. Все эти параметры показываются графически в виде кривых.

Внешняя скоростная характеристика

На рисунке можно видеть кривые с обозначениями Pe – мощность двигателя, Mе – крутящий момент, ge – удельный расход топлива. Как видно, с ростом числа оборотов и мощности увеличивается расход топлива. Крутящий момент растет до определенного уровня, а затем идет на спад. В точке, где наиболее эффективный крутящий момент и мощность двигателя, будет самый оптимальный показатель расхода топлива.

Производители моторов 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. Такой двигатель и из болота вытянет, и в городе позволяет быстро ускоряться.

Внешняя скоростная характеристика дает оценку динамическим характеристикам автомобиля, определяет КПД и топливный расход при разных параметрах.

Высокий крутящий момент на более низких оборотах увеличивает тяговую силу агрегата, грузоподъемность и проходимость.

Как увеличить максимальную мощность

Необходимо принимать во внимание тот факт, что максимальная мощность автомобиля — это не конечный показатель, и при необходимости его можно значительно увеличить. Для этого можно прибегнуть к следующим методам:

Также в случае необходимости можно увеличить мощность, правда не столь значительно, путем установки облегченного маховика или за счет снижения трения поршня о стенки цилиндра с помощью специальных присадок.

Увеличение объема

Наиболее действенными способами увеличить производительность мотора является чипирование автомобиля, установка более объемного ДВС, а также модернизация впуска или увеличение давления наддува. В ситуации с объемом все достаточно просто, так как агрегат с большим рабочим объемом способен отдавать значительно больше лошадиных сил, если речь идет про стандартный «атмосферник». Разумеется, в этой ситуации вовсе не обязательно менять установку, так как можно форсировать мотор, и тем самым значительно улучшить его производительность, несущественно меняя объем.

Модернизация впуска

Такие доработки проводятся в том случае, когда автомобиль подвергается глобальной модернизации. Если говорить про отдельное улучшение впуска, то здесь прирост будет не столь существенным. Как правило, для лучшего эффекта здесь устраняется стандартный воздушный фильтр и на его место встает нулевой. Также замене подвергается дроссельная заслонка, которая меняется на устройство с большим диаметром. Помимо этого, принято подвергать замене ресивер и снимать впускной коллектор.

Чип-тюнинг

Еще один вариант увеличения максимальной мощности автомобиля. В данном случае речь идет про заливку специального программного обеспечения на блок управления двигателем. В этой ситуации меняются основные параметры, такие как время впрыска, обогащение смеси, количество воздуха, попадающего в силовой агрегат перед процессом сгорания топлива, а также давление, с которым топливо впрыскивается в камеру сгорания. Обычно, чип-тюнинг на подходящих для этого моторах может давать серьезный прирост мощности.

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:

Можно ли рассчитать мощность ДВС по объему

При желании, автомобилисты могут также вычислить максимальное значение лошадиных сил по объему силового агрегата. Для этого в расчете участвуют такие величины, как объем мотора в кубических сантиметрах, число оборотов коленчатого вала в минуту, а также предусмотренное среднее эффективное давление. В этой ситуации объем агрегата умножают на среднее давление ДВС и на число оборотов, после чего полученный результат делится на 120. В конечном итоге получится результат в кВт, который легко можно перевести в лошадиные силы.

Источник