Основные показатели двигателя-мощность, крутящий момент, расход

Сгорание топлива происходит внутри двигателя внутреннего сгорания, в специальной камере цилиндра. Это приводит в движение поршень, который совершает циклические возвратно-поступательные движения и проворачивает коленчатый вал. Это упрощенный принцип работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания. Основные характеристики двигателя внутреннего сгорания можно оценить по трем основным показателям:

• мощность двигателя;
• крутящий момент;
• потребление топлива.

Основные показатели для двигателей внутреннего сгорания. Рассмотрим подробнее каждый из этих показателей.

Что такое мощность двигателя

Под мощностью следует понимать физическую величину, показывающую работу, совершаемую двигателем в 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 измеряется и в кВт.

Существует несколько единиц измерения, называемых «лошадиными силами», но, как правило, имеется в виду так называемая «метрическая лошадиная сила», равная ≈ 0,7354 кВт. Однако в США и Великобритании мощность в лошадиных силах, относящаяся к автомобилям, приравнивается к 0,7456 кВт, то есть как 75 кгс*м/с, что примерно равно 1,0138 метрич.

• 1 кВт = 1,3596 л.с. (для метрического расчета);
• 1 кВт = 1,3783 л.с. (английский стандарт);
• 1 кВт = 1,34048 л.с. (электрическая «лошадь»).

Если перевести мощность 1 лошадиной силы в киловатты (в промышленности или энергетике), то она будет примерно равна 0,746 кВт. Термин «лошадиные силы» не входит в Международную систему измерения (СИ), поэтому правильнее будет измерять мощность в кВт.

Чем больше мощность, тем большую скорость может развить автомобиль.

Виды мощности

Для определения характеристик двигателя используются такие термины мощности, как:

• индикатор;
• эффективный;
• литров.

Показателем является сила, с которой газы давят на поршень. То есть не учитываются никакие другие факторы, а только давление газов в момент сгорания. Эффективная мощность – это мощность, передаваемая на коленчатый вал и коробку передач. Показатель будет пропорционален рабочему объему двигателя и среднему давлению газов на поршень.

Эффективная мощность двигателя всегда будет ниже заданной.

Есть еще параметр, который называется литровая мощность двигателя. Это соотношение между объемом двигателя и максимальной мощностью. Для бензиновых двигателей литровая мощность составляет в среднем 30-45 кВт/л, а для дизелей — 10-15 кВт/л.

Как узнать мощность двигателя автомобиля

Конечно, значение можно узнать и в документах на автомобиль, но иногда нужно знать мощность автомобиля, прошедшего тюнинг или долгое время находящегося в эксплуатации. В таких случаях без динамометра не обойтись. Его можно найти в специализированных организациях и на заправочных станциях. Колеса автомобиля размещены между барабанами, которые создают сопротивление вращению. Затем моделируется движение с различными нагрузками. Компьютер сам определит мощность двигателя. Для получения более точного результата может потребоваться несколько попыток.

Расчет по массе и времени разгона от нуля до сотни

Вы также можете решить, как мощность двигателя измеряется общей массой автомобиля и его временем разгона до 100 километров в час. К сожалению, у этого метода есть большой недостаток — итоговая формула довольно сложная и может сильно варьироваться в зависимости от технических характеристик автомобиля (типа вождения, типа трансмиссии и так далее). Поэтому рекомендуем рассчитывать мощность по весу и времени разгона не вручную, а с помощью готового калькулятора на нашем сайте.

 

Оптимальный алгоритм действий:

1. Разгоняет ваш автомобиль от 0 до 100 километров в час. Определите подходящим способом время разгона (обычно это делается с помощью бортового компьютера).
2. Узнать массу своего автомобиля – это можно сделать с помощью того же бортового компьютера, воспользовавшись технической документацией и так далее.
3. Воспользуйтесь нашим калькулятором — введите массу и время разгона, выберите тип привода, укажите коробку передач.

Как узнать мощность двигателя

Значение параметра рассчитывается при разработке движка. Затем проводятся испытания, доводка, оптимизация режимов. В результате в паспортных данных двигателя указана его номинальная мощность. Практически именуемый максимальным, он более понятен потребителю.

Есть моторные стенды, которые могут нагрузить двигатель и определить его мощность на любой скорости. Это также можно сделать в автомобиле.

Он устанавливается на подвижную рейку, точно измеряется выделяемая в нагрузке энергия, учитываются потери в трансмиссии, после чего компьютер выдает результат, относящийся непосредственно к двигателю. Это полезно для диагностики состояния автомобиля, а также в процессе тюнинга, то есть доработки двигателя для улучшения выбранных характеристик.

Современные системы управления двигателем хранят математическую модель в памяти, она используется для подачи топлива, разработки опережения зажигания и других оперативных корректировок. По имеющимся данным, компьютер вполне способен косвенно рассчитывать мощность, иногда данные даже выводятся на экраны индикаторов водителя.

Крутящий момент двигателя рассчитывается по формуле: М=F*R, где F — сила, с которой давит поршень, R — длина плеча (рычага). В нашем случае плечом будет расстояние от оси вращения коленчатого вала до места крепления коленчатого вала. Этот параметр измеряется в ньютонах на метр (Нм). 1H соответствует 0,1 кг, который давит на конец метрового рычага. Крутящий момент двигателя внутреннего сгорания характеризует показатель силы вращения коленчатого вала и определяет динамику разгона автомобиля.

Паровые машины и «лошадиная сила»

Сейчас никто точно не знает, насколько сильны были лошади, участвовавшие в экспериментах Уатта, были ли они в расцвете сил или это были уже старые грызуны. Однако в народе бытует несколько легенд, говорит один из них. Некий пивовар, первый покупатель паровой машины Уатта, вероятно, решил провести конкурс, чтобы снизить цену машины изобретателя. Лошадь на пивоварне приводила в действие водяной насос, а взамен пивовар покупал только паровой двигатель.

Итак, чтобы наверняка победить нечестного промышленника, он отобрал для соревнований самую сильную лошадь и, манипулируя кнутом и другими орудиями для повышения производительности труда, выжал из бедного животного максимальную эффективность. В ответ на этот вызов Джеймс Уатт применил свою машину и превзошел работу, совершаемую лошадью (КПД), по некоторым данным, в 1,5 раза, что послужило образцом для именно этого металлического устройства, работавшего на водяном паре.

Вторая легенда говорит нам об обратном и наоборот, о том, что сам Уатт немного «подкрутил» расчеты в свою пользу. Ему это было нужно, чтобы убедить бедствующих владельцев угольных шахт перейти с тягловых лошадей на паровые машины. В 18 веке уголь поднимали из шахт с помощью лошадей и канатов через систему шкивов. Рассчитав показатели средней лошади, Ватт использовал завышенный коэффициент, умножив полученное им число на 1,5, благодаря этому его машина смогла легко превзойти любую лошадь, выполняющую ту же работу.

Поскольку такие лошадиные силы в значительной степени распространились по всему миру из-за простоты расчета и понятности для пользователя, появились различные типы (определения) этих лошадиных сил, а именно: метрическая лошадиная сила, механическая лошадиная сила, котельная мощность, электрическая лошадиная сила и водяная лошадиная сила.

• Nhp или rhp, Номинальная мощность в лошадиных силах, номинальная мощность в лошадиных силах — полезная мощность, используется для расчета мощности паровых машин.
• Bhp, Тормозная мощность — эффективная мощность в л.с., мощность, «снимаемая» с коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, без учета потерь мощности от трансмиссии и от трансмиссии автомобиля.
• Шп, Мощность на валу — мощность двигателя на валу, мощность, отдаваемая на карданный вал, на сам вал турбины или на выходной вал автомобильной коробки передач. Так называемая грязная «Валовая» мощность среди инженеров.
• Ihp, указанная мощность в лошадиных силах, представляет собой теоретическую мощность поршневого двигателя, определяемую суммой эффективной мощности коленчатого вала и энергии, используемой на трение.
• Whp, Wheel horsepower — мощность, «снятая» с колес автомобиля на динамометрическом стенде. Это наиболее точное измерение, позволяющее учитывать все виды потерь, т е. — трансмиссионные, паразитные потери на привод насоса, вентиляторов, генератора, потери в вытяжной системе и другие. Так называемая чистая «чистая» мощность.

Как теперь могут видеть друзья, количество типов измеряемой мощности двигателя довольно обширно. Кроме того, производители автомобилей проводят замеры мощности по различным стандартам и нормам, согласно DIN и ECE, измеряя полную мощность и полезную мощность. Все измерения мощности двигателя также предполагают различное выходное значение такой мощности. Чем иногда пользуются сами автопроизводители в своих интересах.

Расчет по расходу воздуха

Если в вашем автомобиле есть встроенный компьютер и вспомогательные датчики, вы также можете определить мощность по расходу воздуха.

Это делается следующим образом:

1. Поставьте автомобиль на шиномонтажную площадку, надежно закрепите автомобиль, проверьте качество крепления.
2. Включите двигатель и разгоните автомобиль до 5,5-6 тысяч оборотов в минуту. Определить расход воздуха с помощью бортового компьютера.
3. Рассчитайте общую мощность по следующей формуле: M = PB x 0,243. PB — расход воздуха, а 0,243 — поправочный коэффициент.

Другие типы двигателей

Ни для кого не секрет, что двигатели используются не только в автомобилях, но и в промышленности и даже в быту. На заводах можно встретить моторы различных размеров — приводные валы — а также в бытовой технике, например, в автоматических мясорубках. Иногда необходимо рассчитать реальную мощность таких двигателей. Как это сделать описано ниже.

Сразу стоит отметить, что расчет мощности 3-х фазного двигателя можно произвести следующим образом:  P = Mкрутящий момент * n, где Mкрутящий момент — это крутящий момент, а n — частота вращения вала.

Роль мощности и крутящего момента двигателя

Чтобы обеспечить наилучшие динамические характеристики двигателя, производители стараются обеспечить силовой агрегат максимальным крутящим моментом, который будет достигаться при более широких оборотах двигателя.

Чтобы правильно оценить роль этих двух понятий, стоит принять во внимание следующие факты:

• Связь между мощностью и крутящим моментом можно выразить формулой: P = 2P * M * n, где P — мощность, M — показатель крутящего момента, n — число оборотов коленчатого вала в единицу времени.
• Крутящий момент является более конкретной мерой производительности двигателя. Низкий крутящий момент (даже при высокой мощности) не позволит реализовать потенциал двигателя: с возможностью разгона до высокой скорости автомобиль будет достигать этой скорости невероятно долго.
• Мощность двигателя будет возрастать с ростом скорости: чем выше, тем больше мощность, но до определенных пределов.
• Крутящий момент увеличивается с увеличением числа оборотов, но при достижении максимального значения показатели крутящего момента уменьшаются.
• При равной мощности и крутящем моменте двигатель с меньшим расходом топлива будет более эффективным.

Асинхронный двигатель

Асинхронным устройством называется устройство, особенностью которого является то, что частота вращения магнитного поля, создаваемого статором, всегда больше частоты вращения ротора.

Принцип работы асинхронной машины аналогичен принципу работы трансформатора. Используются законы электромагнитной индукции (изменяющаяся во времени потокосцепление обмотки индуцирует в ней ЭДС) и Ампера (на проводник определенной длины действует электромагнитная сила, по которому течет ток в поле с определенной величиной индукции).

Асинхронный двигатель обычно состоит из статора, ротора, вала и опоры. Статор включает в себя следующие основные узлы: обмотку, сердечник, корпус. Ротор состоит из сердечника и обмотки.

Основной задачей асинхронного двигателя является преобразование электрической энергии, подводимой к обмотке статора, в механическую энергию, которую можно снять с вращающегося вала.

Что такое расход (удельный расход) топлива

Удельный расход топлива двигателя – это количество топлива, используемого для производства определенного количества энергии. Чем ниже расход, тем рациональнее будет использовано топливо. Расход связан с КПД двигателя. Один двигатель может иметь разный расход топлива в зависимости от скорости и нагрузки.

Расчет мощности по объему двигателя

Внимательный читатель наверняка заметил, что первую формулу можно сразу заменить второй для упрощения вычислений. Сила в этом случае может быть выражена следующим образом:

М = (КМ х НД) / 9549 = (О х Д х НД) / (9549 х 0,0126) = (О х Д х НД) / 120,3.

Расшифровка этой формулы будет стандартной:

• O — размер двигателя.
• D – давление в камере сгорания.
• ОД — обороты.
• 120,3 — новый поправочный коэффициент.

Обратите внимание, что давление в камере сгорания (переменная D) для стандартного бензинового двигателя обычно находится в пределах от 0,8 до 0,85 МПа. Для двигателя с наддувом этот показатель составит 0,9 МПа, для дизеля от 1 до 2 МПа.

Виды мощности

Мощность двигателя создается за счет преобразования энергии горящей смеси в цилиндрах в механическую работу по вращению коленчатого вала и связанной с ним трансмиссии. Ключевой величиной является давление на поршень в цилиндре.

В зависимости от метода расчета мощность может быть разной:

• показатель – рассчитывается через среднее давление за цикл и площадь днища поршня;
• эффективное — примерно такое же, но условное давление с поправкой на потери в цилиндре;
• номинальный, он же максимальный – параметр ближе к конечному пользователю, который указывает на способность двигателя полностью отдавать;
• удельный или литровый – демонстрирует совершенство двигателя, его способность выдавать максимум из единицы рабочего объема.

Так как речь идет о работе в единицу времени, то выход будет зависеть от частоты вращения коленчатого вала, с увеличением скорости она увеличивается.

Но только теоретически, так как при высоких скоростях увеличиваются потери, ухудшаются условия наполнения цилиндров и работы опорных механизмов. Следовательно, это концепция оборотов с максимальной мощностью.

Двигатель может раскрутиться больше, но отдача уменьшится. До этого момента каждое значение рабочей скорости соответствует своему уровню мощности.

Внешняя скоростная характеристика (ВСХ)

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

Внешняя скоростная характеристика

На рисунке вы видите кривые с надписями Pe — мощность двигателя, Me — крутящий момент, ge — удельный расход топлива. Как видите, расход топлива увеличивается с ростом числа оборотов и мощности. Крутящий момент возрастает до определенного уровня, а затем падает. В точке, где наиболее эффективные крутящий момент и мощность двигателя, будет наиболее оптимальный расход топлива.

Производители двигателей борются за то, чтобы двигатель развивал максимальный крутящий момент в максимально широком диапазоне оборотов («полка крутящего момента была шире»), а максимальная мощность достигалась на оборотах, максимально приближенных к этой полке. Такой двигатель вытащит из болота, а в городе позволит быстро разогнаться.

Внешняя скоростная характеристика дает оценку динамических характеристик автомобиля, определяет экономичность и расход топлива по различным параметрам.

Высокий крутящий момент при более низких оборотах увеличивает тяговое усилие, грузоподъемность и плавучесть агрегата.

Таблица для перевода Л.С. в кВт

Для расчета мощности двигателя в кВт нужно использовать пропорцию 1 кВт = 1,3596 л. С. Спинка: 1 л.с. = 0,73549875 кВт. Таким образом, эти две единицы взаимно переводятся друг в друга.

кВт	л.с	кВт	л.с	кВт	л.с	кВт	л.с	кВт	л.с	кВт	л.с	кВт	л.с
1	1,36	тридцать	40,79	58	78,86	87	118,29	115	156,36	143	194,43	171	232,50
2	2,72	31	42.15	59	80,22	88	119,65	116	157,72	144	195,79	172	233,86
3	4.08	32	43,51	60	81,58	89	121.01	117	160,44	145	197,15	173	235,21
4	5,44	33	44,87	61	82,94	90	122,37	118	160,44	146	198,50	174	236,57
5	6,80	34	46,23	62	84,30	91	123,73	119	161,79	147	199,86	175	237,93
6	8.16	35	47,59	63	85,66	92	125.09	120	163,15	148	201.22	176	239,29
7	9,52	36	48,95	64	87.02	93	126,44	121	164,51	149	202,58	177	240,65
8	10,88	37	50,31	65	88,38	94	127,80	122	165,87	150	203,94	178	242.01
9	12.24	38	51,67	66	89,79	95	129,16	123	167,23	151	205.30	179	243,37
10	13.60	39	53.03	67	91.09	96	130,52	124	168,59	152	206,66	180	144,73
11	14,96	40	54,38	68	92,45	97	131,88	125	169,95	153	208.02	181	246,09
12	16.32	41	55,74	69	93,81	98	133,24	126	171,31	154	209,38	182	247,45
1. 3	17,67	42	57.10	70	95,17	99	134,60	127	172,67	155	210,74	183	248,81
14	19.03	43	58,46	71	96,53	100	135,96	128	174.03	156	212.10	184	250,17
15	20.39	44	59,82	72	97,89	101	137,32	129	175,39	157	213,46	185	251,53
16	21,75	45	61,18	73	99,25	102	138,68	130	176,75	158	214,82	186	252,89
17	23,9	46	62,54	74	100,61	103	140.04	131	178,9	159	216,18	187	254,25
18	24.47	47	63,90	75	101,97	104	141,40	132	179,42	160	217,54	188	255,61
19	25,83	48	65,26	76	103,33	105	142,76	133	180,83	161	218,90	189	256,97
20	27.19	49	66,62	78	106.05	106	144,12	134	182,19	162	220,26	190	258,33
21	28.55	50	67,98	79	107,41	107	145,48	135	183,55	163	221,62	191	259,69
22	29,91	51	69,34	80	108,77	108	146,84	136	184,91	164	222,98	192	261,05
23	31.27	52	70,70	81	110,13	109	148,20	137	186,27	165	224,34	193	262,41
24	32,63	53	72.06	82	111,49	110	149,56	138	187,63	166	225,70	194	263,77
25	33,99	54	73,42	83	112,85	111	150,92	139	188,99	167	227.06	195	265,13
26	35,35	55	74,78	84	114,21	112	152,28	140	190,35	168	228,42	196	266,49
27	36,71	56	76,14	85	115,57	113	153,64	141	191,71	169	229,78	197	267,85
28	38.07	57	77,50	86	116,93	114	155.00	142	193.07	170	231,14	198	269,56

Расчет по производительности форсунок

Форсунки – это распылительные детали, которые подают топливо в цилиндры двигателя. Характер работы форсунок напрямую влияет на формат двигателя, поэтому по производительности форсунок можно рассчитать мощность двигателя.

Для расчетов используется следующая комплексная формула:

М = (ПФ х КФ х КЗ) / (ТТ х ТД)

• PF — производительность 1 форсунки. Этот параметр обычно указывается в технической документации на двигатель (хотя для нового автомобиля эту информацию можно узнать по бортовому компьютеру).
• CF – количество форсунок. Этот параметр также можно узнать в технической документации или воспользовавшись бортовым компьютером.
• KZ — коэффициент загрузки форсунки. Для большинства легковых автомобилей этот параметр составляет 0,75-0,8.
• ТТ — вид топливной смеси. Для бензина высокой чистоты это соотношение обычно составляет 12-13.
• ТД — это тип двигателя. Для атмосферного двигателя этот параметр составляет 0,4-0,5, для турбомотора — 0,6-0,7.

Эта методика расчета достаточно неточна, так как формула содержит множество поправочных коэффициентов, многие из которых не имеют точного численного выражения. Поэтому реальная мощность может отличаться от формулы на 10-15% (впрочем, это небольшая погрешность).

PS

Аббревиатура «PS» расшифровывается как pferdestärke, в переводе с немецкого это означает «лошадиная сила». Вроде бы все просто, PS=hp, но господа, это не совсем так. Для нее (ПС) были использованы некоторые метрические усовершенствования, которые должны вывести старых «коней» (хк) в 21 век. Этот стандарт измерения мощности в метрических лошадиных силах был принят в Европе как новая форма измерения мощности.

1 л.с. = 0,986 л.с

Подводя итоги обзора по кВт, л.с и л.с., наконец-то проведем практическое сравнение трех мер измерения мощности и наглядно продемонстрируем это на примере нескольких крутых машин:

Nissan Skyline GTR R34: 206 кВт = 276 л.с. = 280 л.с

McLaren 570S: 419 кВт = 562 л.с. = 570 л.с

Honda Civic Type-R FK2: 228 кВт = 306 л.с. = 310 л.с

Bugatti Chiron: 1103 кВт = 1479 л.с. = 1500 л.с

Уважаемые читатели, друзья, поделитесь с нами в комментариях, как вы лучше всего воспринимаете мощность того или иного автомобиля в каких значениях. Вам удобнее воспринимать старые добрые лошадиные силы, киловатты, или вы все-таки предпочитаете новомодное веяние из Европы — PS?

Киловатты (кВт)

• С технической стороны вопроса этот вид измерения считается наиболее универсальным методом расчета мощности силового агрегата. Его используют инженеры по всему миру.
• Ватт — единица измерения, входящая в систему СИ (Международная система единиц) и означающая, какая мощность требуется для выполнения работы в 1 Дж в единицу времени.
• В основном этот метод подсчета используется профессионалами как «самый правильный» с точки зрения фундаментальной науки, когда речь идет о мощности. Как единица измерения в автомобильной сфере он используется в основном в южном полушарии нашей планеты, так уж сложилось исторически.
• Метод измерения мощности в киловаттах на автомобилях в основном осуществляется путем определения величины крутящего момента, передаваемого от колес на динамометре, а затем для расчетов применяется это уравнение:
• Киловатты стали современной мерой мощности автомобиля, и, возможно, в будущем они станут общепринятой глобальной мерой исчисления. По крайней мере, если посмотреть на официальные данные, предоставленные автопроизводителями, то точно можно увидеть единицы кВт двигателей внутреннего сгорания, установленных на уровне лошадиных сил.
• Более того, с ажиотажем вокруг электромобилей такая форма измерения станет еще более оправданной, так как количество работы, производимой электродвигателем, измеряется в кВтч (киловатт-часах), что определяет, как долго электродвигатель может производить определенное количество энергии, например энергии для того же движения автомобиля.