Производительность двигателя в чем измеряется

Мощность и производительность машин

Равная работа может быть произведена за разное по продолжительности время. Например, лошадь вспашет 40 га за 50 дней, а трактор — за день. Электрический шагающий экскаватор за одни сутки совершает работу, которую землекоп выполняет несколько лет.

С ростом техники и объема производства нам приходится за равные отрезки времени выполнять все большие объемы работ. Вот почему сейчас одним из важных, основных направлений технического прогресса является систематический рост единичной мощности и производительности машин.

В школьном курсе физики мы встречались с понятиями КПД и мощности, а понятия производительности машины там не было. Быть может, термин «производительность» и не имеет отношения к физике, механике?

Производительность машины имеет прямое отношение к физическому, а значит, и механическому понятию мощности. Производительность — понятие аналогичное, хотя и не тождественное понятию мощности. Производительность машины есть мощность, выраженная не в единицах работы за единицу времени, а в единицах конкретной продукции за единицу времени.

Вот пример. Производительность электрического шагающего экскаватора ЭШ 100/100, т. е. экскаватора с длиной стрелы 100 м и объемом ковша 100 м3, составляет 16 • 106 м3 угля в год.

Ясно, что за каждый цикл экскавации, за переработку каждого кубометра угля, производится определенная работа. За время выполнения всей работы взят год. Таким образом, и здесь можно вести речь о работе за единицу времени, о мощности независимо от того, что здесь механическая работа заменена конкретной продукцией производства, а за единицу времени избран год, а не секунда. Если в изложенном случае мощность своеобразно выражена через производительность, то в современной технике встречается и противоположное, когда мощностью называют нечто, совершенно не соответствующее механическому понятию мощности. Например, в горной технике есть понятие «мощность горного пласта», которая измеряется в метрах и отвечает техническому понятию толщины слоя угольного пласта.

Как уже известно, в механике за единицу мощности принимается ватт, соответствующий работе 1 джоуль за 1 секунду. Кроме того, есть единицы, производные от ватта, — киловатт — 103 Вт и мегаватт — 106 Вт. Однако современная техника пока не отказалась от такой единицы мощности, как лошадиная сила. При необходимости перевода мощности из лошадиных сил в ватты используются соотношения:

1 л. с. = 736 Вт или 1 л. с. = 0,736 кВт.

До сих пор в лошадиных силах измеряется в технике мощность двигателей внутреннего сгорания тепловозов, мотовозов, двигателей дизель-поездов, автодрезин, автомотрисе, двигателей автомобилей, тракторов, тягачей, танков, самоходных установок, судовых и корабельных, авиационных и ракетных двигателей.

Заметим, что лошадиная сила — л. с. — и как единица мощности, и по названию неудачна.

В самом деле, почему за единицу мощности взято 75 кгс • м/с, а не 50 или 90? Разве единицу мощности по смыслу можно назвать силой? Разве мощность для лошади всегда постоянная величина? Сравните обыкновенную беспородную лошадку с тяжеловозом или орловским рысаком — и убедитесь в обратном. По весьма ненадежным подсчетам даже «средняя» лошадь обладает мощностью лишь в 0,6 — 0,7 л. с.

Нельзя считать равноценными и сравнивать механические лошадиные силы с мощностью живых лошадей, даже с учетом коэффициента 0,6. В самом деле, разве могут даже 100 лошадей, впряженных в автомобиль «Жигули», сообщить ему скорость 80 км/ч, хотя общая мощность их и будет равной мощности двигателя автомобиля — 60 л. с?

Не говоря уже о другом, нельзя согласовать усилия лошадей по времени. Опыт показывает, например, что 8 лошадей, впряженных в повозку, развивают мощность, равную лишь 3,8 мощности одной лошади. Справедлива все же французская пословица, гласящая, что «сто зайцев не заменят одного слона». Не следует забывать еще об одном обстоятельстве — что мощность может быть и кратковременной, и длительно развиваемой. Я И. Перельман в «Занимательной физике» приводит такой пример: «На хорошем, ровном шоссе автомобиль в 10 л. с. безусловно предпочтительнее повозки, запряженной двумя живыми лошадьми. Но на песчаной дороге такой автомобиль будет беспомощно увязать, между тем как пара лошадей, способных при нужде развивать мощность в 1,5 и более л. с, благополучно справляется с препятствиями в пути». Добавим, что эти две лошади без особого напряжения могут вытащить из песка и наш застрявший автомобиль, даже с неработающим двигателем.

В современной технике есть понятия конструкционной мощности и мощности, развиваемой машиной в какое-то время, в каких-то условиях. Конструкционной мощностью, которую нередко называют просто мощностью, называется максимально допустимая, предельная мощность машин, обусловленная ее конструкцией. Во всех справочниках, в паспортах машин, в проспектах на экспонаты выставок всегда указывается именно конструкционная мощность как постоянная, строго фиксированная характеристика машин.

Например, мощность двигателя автомобиля ГАЗ-24 «Волга» — 98 л. с, мощность восьми двигателей электровоза ВЛ-80 — 6320 кВт; мощность Красноярской ГЭС — 6 • Ю6 кВт, Саяно-Шушенской ГЭС – 6,4 • 10б кВт.

Мощность, фактически развиваемая в каждом конкретном случае машиной или агрегатом, например тяговым двигателем троллейбуса, может изменяться от нуля до конструкционной мощности.

В технике хотя и редко, но имеют место случаи, когда машина в период опытной эксплуатации устойчиво превышает конструкционную мощность. В таких случаях изменяют паспортные характеристики на фактически установленные. Например, для волжских гидростанций Самарской и Волгоградской изготовлены гидротурбины мощностью 105 000 кВт. Фактически в опытной эксплуатации они показали мощность, несколько превысившую 115 000 кВт. В паспорта турбин и в фирменные знаки на турбинах внесли новое значение мощности, а именно 115 000 кВт, с которой они и работают.

Мощность и производительность машин

Остановимся еще раз на росте в современной технике единичной мощности, КПД и производительности машин на примерах таких машин, которые необходимы нам для выполнения механической работы.

Для угольной промышленности и горнорудных работ, для гидротехнического и промышленного строительства нам с каждым годом требуется все большее количество и все более мощных автомобилей — самосвалов. Но какой смысл наращивать мощность, грузоподъемность и производительность машин? Оказывается, смысл есть, и большой.

Автосамосвал ЗИЛ-585 грузоподъемностью 3,5 т с карбюраторным двигателем имеет мощность 90 л. с, автосамосвал МАЗ-525 с дизельным двигателем — мощность 300 л. с, самосвал БелАЗ 549 с двигателем ди-

зеля — мощность 850 л. с. и грузоподъемность 75 т. Сделаем сравнение первой машины с последней, имея в виду, что рабочие скорости у них практически одинаковы.

Мощность машины возросла примерно в 9,4 раза, а пропорционально мощности и расход горючего во столько же раз. Грузоподъемность, а пропорционально ей и количество перевозимого груза (угля, руды) возросли в 21,4 раза. Это при том же расходе горючего. Причем дизельные двигатели экономичнее карбюраторных, а дизтопливо дешевле бензина. Учтем и следующее: для одной машины БелАЗ-549 необходимы шофер и помощник, а для двадцати одной машины ЗИЛ-585 необходимо минимум 21 человек. Фронт работ для 21 машины ЗИЛ-585 необходим по меньшей мере в 15 раз больший, чем для одной БелАЗ-549.

Уже изложенных преимуществ мощной машины перед менее мощными достаточно без продолжения сравнения в организационно-техническом плане. КПД мощной машины значительно выше, чем менее мощной. В настоящее время создан автомобиль БелАЗ-Э7521 грузоподъемностью 180 т, собственной массой 120 т, мощностью двигателя 2300 л. с, т. е. свыше 1690 кВт, и скоростью 50 км/ч. Впечатляют и размеры машины. Длина самосвала 14 м, ширина 8 м и высота 6 м. А в конструкторских бюро проектируются еще более мощные машины с грузоподъемностью 230 — 240 т.

Пример из другой области производства. Паровая турбина мощностью 5000 кВт расходует в сутки 90 т каменного угля, или 18 кг на 1 кВт мощности, а турбина мощностью 300 тыс. кВт — лишь 8 кг на 1 кВт мощности. Значит — и здесь с ростом мощности растет КПД машин.

Приведем в заключение сведения о наиболее мощных машинах из разных областей техники и их характеристиках.

Однажды один наш приятель спросил нас: «С каким, по вашему мнению, КПД работает двигатель автомобиля «Волга»?» Мы ответили, что, очевидно, с КПД, равным 0,18 — 0,19. «Ошибаетесь, друзья, — ответил он. — У моей «Волги» мощность двигателя 98 л. с, а контрольный расход бензина на 100 км пути по паспорту — 9 литров». Я подсчитал КПД, получается более 50%. Пришлось указать другу на его ошибку. Дело в том, что контрольный расход горючего определяется из расчета, что средняя мощность, развиваемая при этом двигателем легкового автомобиля, будет составлять 35%

конструкционной мощности. Значит, 9 литров бензина на 100 км «Волге» достаточно лишь при развитии ею 0,35 конструкционной мощности. Это всем автомобилистам надо иметь в виду.

Что такое энергия, вам известно из курса физики VII класса. Тогда вы узнали, что энергия есть мера возможности совершить работу. Известно, что энергия является той общей мерой различных форм движущейся материи, величина которой остается неизменной при любых взаимных ее превращениях.

В физику термин «энергия» ввел в 1807 г. английский физик Томас Юнг.

Энергии присущи следующие признаки. Это, во-первых, единая мера различных форм движения материи; во-вторых, сохранение ее при всех превращениях из одного вида в другой.

Тела, обладающие энергией, способны совершать механическую работу, и наоборот — за счет механической работы тел можно получить энергию. Например, обладающая потенциальной энергией «падающая масса» копра совершает работу забивки сваи, и наоборот — механическая работа подъема вверх «падающей массы» копра переходит в потенциальную энергию этой «падающей массы».

Таким образом, механическая работа и энергия эквивалентны. Измеряется энергия в тех же единицах, что и работа, а именно — в джоулях, килоджоулях, килограмм-метрах.

Когда речь идет о механической энергии, имеются в виду две ее формы: энергия потенциальная и энергия кинетическая, или соответственно энергия взаимного расположения тел и энергия движения.

Характеризуя тела с энергетической точки зрения, можно говорить о «механическом состоянии тела», а поскольку энергетические возможности тела определяются его положением по отношению к другим телам и скоростью по отношению к ним, механическое состояние тела и определяют его координатами и скоростью.

Поинтересуемся потенциальной энергией. Мы уже знаем, что это энергия взаимного расположения тел или частей тела, обусловлена она взаимным притяжением тел по закону всемирного тяготения или упругостью де-

формированного или сдавленного тела, к примеру сжатой пружины, газа под давлением. Значит, говоря о потенциальной энергии, мы всегда при этом должны иметь в виду как минимум два тела или две части тела, о взаимном расположении и взаимодействии которых и может идти речь.

Вследствие относительно небольших масс, которыми обладают окружающие нас тела, мы не ощущаем притяжения к ним, ибо оно измеряется сотыми долями ньютона, и не говорим о потенциальной энергии по отношению к ним.

Мы хорошо знаем, что все притягивается к Земле, и потому потенциальную энергию поднятых над Землей тел относим именно к Земле. Кстати, абсолютно не нарушая физического смысла, мы с равным успехом можем говорить о потенциальной энергии земного шара по отношению к поднятому над ним телу.

Кинетическая энергия обусловлена скоростью движения тела и измеряется половиной произведения массы тела на квадрат его скорости, т. е. Ек = —. Отсюда ясно, что кинетическая энергия одного и того же движущегося тела в разных системах отсчета будет различной, ибо скорость любого тела в различных системах отсчета может быть неодинаковой.

В книге В. Н. Внукова «Физика и оборона страны» есть глава с оригинальным названием: «Можно ли рукой поймать пулю и погибнуть от неподвижной пули?» В ней как раз рассматривается вопрос об относительности скорости пули и ее кинетической энергии. Если скорости самолета и летящей рядом с ним параллельным курсом пули одинаковы или близки по модулю, то взять пулю руками пилот может без каких-либо опасений.

Кинетическая энергия в механических процессах может переходить в потенциальную, и наоборот, тело, обладающее энергией, может совершать механическую работу деформации, перемещения и даже разрушения тел, например молот дробит камень, превращая его в щебенку. Известен шуточный диалог двух охотников: «Ну как бьет твое новое ружье?» — «Отлично. Вчера со стены упало — пять горшков разбило!» Чисто физическое событие: ружье, находясь на какой-то высоте над горшками, обладало потенциальной энергией, которая затем превратилась при падении в кинетическую, и ружье, обладающее ею, совершило механическую работу разрушения горшков.

Ясно, что тела могут одновременно обладать и потенциальной, и кинетической энергией. Например, летящий самолет обладает потенциальной энергией, обусловленной его весом и высотой полета над Землей. Он обладает и кинетической энергией, обусловленной его массой и скоростью полета. При определенных данных высоты и скорости полета кинетическая и потенциальная энергия могут стать равными.

Голубой уголь

Энергия имеет первостепенное значение в развитии экономики, науки и культуры, и область хозяйства, производящая энергию, — энергетика — является ключевой областью народного хозяйства.

Весьма существенным и все возрастающим по удельному весу является производство электроэнергии за счет механических источников — энергии текущей и падающей воды, т. е. гидроэнергии рек, а также энергии морских приливов и отливов.

Гораздо большее количество энергии, чем реки, несут над территорией нашей страны ветры. По оценке профессора Н. В. Красовского, они могут давать нам до 18 триллионов кВт • ч энергии в год. Однако на пути практического использования этих исполинских энергетических возможностей много технических трудностей. В числе их — неравномерность и непостоянство ветров: резкое снижение скорости воздушных потоков, а значит, их энергии по мере снижения их уровня над Землей, вынуждающее ставить ветровые колеса как можно выше над ее поверхностью; не решены многие конструкционные задачи, возникающие в связи с этим.

В силу изложенного энергия ветра используется у нас в стране пока мало. Очень ценными оказались ветроэлектрические станции — ВЭС — на полярных станциях в арктическом бассейне и в Антарктиде. Там устойчивые ветры обеспечивают сравнительно бесперебойное снабжение полярников электрическим светом и теплом.

Как можно рассчитать и определить мощность ветродвигателя?

Кинетическая энергия воздушного потока Ек, проходящего через поверхность, ометаемую ветровым колесом

(рис. 41), £4=-г-, где т—масса воздушного потока; v—скорость воздушного потока.

А мощность воздушного потока равна кинетической энергии потока, проходящего через поверхность за единицу времени:

Масса воздуха, составляющего воздушный поток, проходящий через ометаемую ветровым колесом площадь за единицу времени, равна у=ру, где V—объем

воздушного потока, т. е. плотность воздуха р, умноженная на объем воздушного потока V, протекающего за единицу времени.

Объем воздушного потока равен V= SI, т. е. произведению площади поперечного сечения потока S на дли-

, V SI

ну /, а в единицу времени — = — = Sv, т. е. произведению объема воздушного потока на его скорость.

Площадь поперечного сечения потока 5 равна

где г—радиус площади круга, ометаемого лопастями ветрового колеса. Отсюда, сделав элементарные подстановки в формулу ЛГ = -£-, получим: N = yprV.

А если учесть КПД двигателя ч, то в итоге формула мощности ветрового колеса будет выглядеть так:

N= jprVr|.

Если мы хотим получить результат в единицах СИ, т е мощность потока в ваттах, все остальные физические единицы должны быть соответственно выражены: р-кг/м3; г—м; v—м/с, ^ — отвлеченное число, коэффициент полезного действия двигателя. Теоретически возможным КПД считается 0,6, практически осуществимым пока 0,35.

Исходя из изложенного, можно зависимость мощности от скорости ветра для ветроколес разного диаметра выразить так: мощность ветроколеса возрастает с ростом диаметра колеса и скорости ветра, приводящего его в движение.

В Балаклаве (Крым) был установлен ветродвигатель Центрального гидроаэродинамического института — идти — с диаметром ветрового колеса 30 м. На месте древней Генуэзской сторожевой башни была воздвигнута металлическая ферма, на которой были установлены трехлопастные ветродвигатели.

Пользуясь приведенной формулой расчета мощно>-сти ветродвигателя, приняв за плотность воздуха р -= 1,22 кг/м3, легко определить, что при скорости ветра 10 м/с Балаклавский ветродвигатель развивал полезную мощность порядка 150 кВт.

Чтобы ветроколеса вращались с наибольшей скоростью, отдавая максимальную мощность, они всегда поворачиваются против ветра специальным устройством — виндрозами.

Одной из основных трудностей эксплуатации ветросиловых установок является непостоянство ветра по скорости, вызывающее неравномерность вращения ветрового колеса. В лучших ветродвигателях удается снизить колебания их хода в пределах 2,5 — 1,5% от средней скорости вращения.

Обычно на валу ветрового колеса устанавливается электрический генератор, превращающий механическую энергию вращения ветроколеса в электрическую. Генераторы оборудуют устройствами стабилизации напряжения, на которое рассчитана электросеть, питаемая от силовой установки.

Если энергия, вырабатываемая ветроэлектростанцией — ВЭС, не в любое время суток может быть использована, то на ВЭС устанавливаются аккумуляторные батареи большой емкости, позволяющие использовать эту энергию в другое время, когда из-за слабости ветра ветродвигатель не сможет работать.

Основной вклад в теоретическую разработку и создание конструкций ветродвигателей на основе трудов Н. Е. Жуковского внесли его ученики — В. Н. Ветчинкин, Г. X. Сабинин, Н. В. Красовский.

Интересна последняя работа Г. X. Сабинина. Это миниатюрная, портативная ветроэлектростанция мощностью 120 Вт. Она имеет двухлопастный ветродвигатель диаметром 2 м, на валу которого укреплен электрический генератор. ВЭС устанавливается на обычном высоком столбе. Работать двигатель начинает при скорости ветра 3,5 м/с, а полную мощность развивает при скорости ветра 8 м/с. Станция имеет аккумуляторную батарею, которая заряжается во время работы двигателя. Центробежный регулятор установки автоматически изменяет угол атаки лопастей ветродвигателя и обеспечивает равномерность его вращения, поэтому ВЭС не опасен даже ураганный ветер. Аккумуляторная батарея и электрический генератор включены через реле обратного тока, как это делается в пассажирских вагонах поездов, автомобилях, на самолетах. В результате чего генератор заряжает аккумуляторную батарею, но аккумуляторная батарея не может превратить электрогенератор в электродвигатель, как это обычно и имеет место в схемах с реле обратного тока.

Технические характеристики двигателя

Знание технических характеристик необходимо для того, чтобы корректно выбрать двигатель для определенных условий эксплуатации. Рассмотрим далее основные характеристики, которые необходимо учитывать.

Момент

Это параметр, отражающий величину той силы, которая заставляет вращаться вал. Чем сила больше, тем момент выше – следовательно, выше и мощность мотора. На практике это отражается, например, в легкости запуска – машина с более мощным мотором быстрее и проще трогается с места.

Расчет вращательного момента производится по формуле «мощность, поделенная на обороты». Полученный результат выражается в Ньютонах на метр.

Виды вращательных моментов:

номинальный – имеет место при условии работы двигателя на номинальной мощности и при стандартной нагрузке,
пусковой (начальный) – значение момента, свойственное данному конкретному мотору при запуске,
максимальный – это значение отражает ту величину момента, при которой двигатель может быть остановлен.

Физическая формула расчета: М=Fr, где F – сила, r – радиус-вектор.

Для расчета номинального момента используется следующая формула: Номинальный вращающий момент ,

P_ном – номинальная мощность мотора, а n_ном – номинальная частота его вращения.

Обратите внимание: номинальная мощность отражает то значение мощности, которое определено изготовителем и при котором двигатель работает в стандартных условиях. Данное значение берется для расчета отклонений.

Мощность

Еще одна важнейшая характеристика. Мощность отражает работу мотора за конкретный отрезок времени, то есть показывает, как двигатель преобразует тепловую энергию в кинетическую (энергию вращения вала). Обозначение мощности – P или W, единица измерения – Ватт (Вт). Иными словами, мощность отражает ту работу, которую двигатель совершает за единицу времени.

Расчет мощности:

Механическая мощность , где

P – мощность, Вт,
A – работа, Дж,
t — время, с

Чтобы применить данную формулу, необходимо вычислить значение работы. Работа – физическая величина, рассчитываемая следующим образом:

(проекция силы умножается на направление и на расстояние, которое проходит точка приложения этой силы).

Если речь идет о вращательном движении, то формула расчета выглядит так:

где – угол, рад,

углавая скорость ,

Угловая скорость определяется следующим образом:

где – угловая скорость, рад/с,

Использование приведенных выше формул позволяет определить механическую мощность мотора:

КПД (коэффициент полезного действия) – величина, отражающая производительность мотора. данное значение часто применяется для того, чтобы сравнить работу различных электродвигателей.

В самом общем смысле, КПД выражает отношение полезной работы к общей работе. Вычисление КПД предполагает использование формулы потребляемой мощности.

Снижение КПД происходит из-за следующих факторов:

нагревание токопроводников – электрические потери,
магнитные потери – вызваны чрезмерным намагничиванием сердечника, а также образованием вихревых токов и так называемым магнитным последействием,
механические потери, обусловленные трением,
высшие гармоники магнитных полей, которые образуются в обмотках.

Уровень КПД электрических двигателей колеблется в пределах 10-99%.

(КПД) электродвигателя ,

где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
P₁ — подведенная мощность (электрическая), Вт,
P₂ — полезная мощность (механическая), Вт

При этом

потери в электродвигатели обусловлены:

электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

На сегодняшний день Международной электротехнической комиссией установлены конкретные требования к КПД электрических моторов. Стандарт IEC 60034-31:2010 выделяет 4 основных класса эффективности, применимых к асинхронным и синхронным типам двигателей.

IEC 60034-31

Частота вращения

Данный параметр выражается в оборотах в минуту (об\мин) и вычисляется по следующей формуле:

где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

Инерционный момент

Это величина, отражающая меру инертности вращающегося тела, которое совершает обороты вокруг неподвижного тела. Данная величина может быть рассчитана для мотора любого типа и является для него постоянной. Выражается в кг*м 2 .

Момент инерции ротора ,

где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
m — масса, кг

Инерционный момент имеет связь с моментом силы. Данное соотношение отражено в следующей формуле:

где – угловое ускорение, с -2

Определение момента инерции

Номинальное напряжение

Данный параметр показывает, каковы характеристики сети, для работы в которой рассчитан данный конкретный двигатель.

Электрическая постоянная времени

Эта характеристика отражает период, прошедший от подачи тока на мотор. За это время ток поднимается до уровня 63,21% от конечного значения. Электрическая постоянная времени выражается в секундах (с).

Чтобы рассчитать данную характеристику, используется формула:

где – постоянная времени, с

Механическая характеристика

График, отражающий взаимосвязь частоты, с которой вращается вал мотора, и электромагнитного момента. Напряжение в сети при этом является постоянным.

Сфера использования электрических двигателей

Сегодня трудно назвать область, в которой не использовались бы электромоторы. Двигатели применяются практически на любом оборудовании – начиная от промышленных установок и заканчивая бытовой техникой для дома.

Тип двигателя

Тип оборудования

Сфера использования

Перекачивание воды, в том числе нагретой или охлажденной, отопление, орошение

Перекачка нефти и нефтепродуктов

Системы охлаждения, морозильные камеры

Распределение сжатого воздуха

Сжижение и перекачка природного газа

Прокатные станки для металлообработки, резки и обработки камня, работы с пластиком

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.

HP, BHP и WHP (в чем разница?)

Однако часто возникают сложности, когда понимаешь, что существует далеко не единый стандарт для измерения мощности. Напротив, мощность автомобиля можно измерить и записать несколькими способами.

Три из наиболее распространенных единиц измерения мощности включают в себя HP, BHP и WHP, каждый из которых различается по способу определения номинальной мощности. Поэтому важно понимать разницу между каждой из этих мер, так как это устраняет любые опасения по поводу возможностей конкретного автомобиля.

Прочтите, чтобы узнать больше о различиях между HP, BHP и WHP, а также о роли, которую каждое обозначение играет при определении мощности транспортного средства.

Что такое HP?

Проще говоря, «л.с.» – это мера мощности двигателя без учета внешних факторов, таких как трение. HP редко служит точным показателем возможностей автомобиля.

Фактически, средний автомобиль теряет 10-20% мощности к тому моменту, когда мощность двигателя передается на ведущие колеса автомобиля. Следовательно, HP относительно несущественна при определении того, как будет работать конкретный автомобиль.

Как измеряется мощность в лошадиных силах?

Мощность в лошадиных силах (л.с.) рассчитывается с учетом рабочего объема двигателя, хода и частоты вращения. Эта цифра получена исключительно путем расчетов, без реальных испытаний в реальных условиях, и более конкретно известна как указанная мощность.

Следовательно, нет оснований полагать, что транспортное средство сможет воссоздать такую продукцию в реальности.

Что такое BHP?

HP, BHP и WHP (в чем разница?)
Тормозная мощность (л. С.) – это мощность двигателя до подачи через трансмиссию и трансмиссию транспортного средства. Проще говоря, BHP – это реальный показатель максимально возможной мощности двигателя.

Однако из-за общего трения и механического износа 15-20% BPH двигателя будет израсходовано, прежде чем достигнет тротуара. Тем не менее, BHP все еще оказывается намного более реалистичным, чем «HP», при определении мощности транспортного средства.

Как измеряется тормозная мощность?

Тормозная мощность измеряется с помощью динамометра «тормозного типа». Это устройство способно измерять мощность двигателя на гибкой пластине (автоматически) или маховике (вручную), где мощность обычно передается вниз по потоку плавно и четко.

Однако эти показания не корректируются, чтобы компенсировать реальную потерю мощности, которая происходит во всей трансмиссии транспортного средства.

Что такое WHP?

HP, BHP и WHP (в чем разница?)
«WHP», или Колесная мощность, является мерой выходной мощности, которую транспортное средство способно производить и передавать на асфальт своими ведущими колесами.

Это, пожалуй, наиболее точный показатель мощности транспортного средства, поскольку WHP учитывает внешние силы, которые могут привести к потере мощности, такие как трение и механический износ.

В результате автомобиль должен иметь возможность воспроизводить ранее записанные измерения WHP в реальном сценарии.

Как измеряется мощность на колесах?

Колесная мощность измеряется с помощью динамометра шасси, который использует ролик под ведущими колесами транспортного средства для регистрации крутящего момента и скорости вращения.

Подобное оборудование для тестирования можно найти во многих магазинах, специализирующихся на гонках на производительность / скорость, и оно является основным продуктом сообщества дрэг-рейсингов.

Какой стандарт мощности используют производители автомобилей?

HP, BHP и WHP (в чем разница?)
Большинство производителей автомобилей в настоящее время используют тормозную мощность в лошадиных силах (л. С.) В качестве стандарта при измерении мощности автомобиля, будь то спортивный автомобиль или автомобиль эконом-класса.

Хотя этот показатель относительно точен при определении фактической мощности двигателя транспортного средства, такие данные гораздо менее точны при прогнозировании подачи мощности на задние колеса транспортного средства.

Однако стоит упомянуть, что такое тестирование намного точнее, чем в былые дни.

До начала 1970-х годов считалось стандартной практикой проведение таких испытаний с непроизводственными коллекторами и при отсутствии каких-либо принадлежностей с ременным приводом (генератора переменного тока, насоса гидроусилителя рулевого управления и т. д.). Однако с тех пор эта практика была прекращена, чтобы предоставить потребителям более точные данные о производительности.

Что влияет на потерю мощности трансмиссии?

HP, BHP и WHP (в чем разница?)
Как упоминалось выше, значительная часть мощности теряется между коленчатым валом транспортного средства и ведущими колесами. Это явление рассматривается как потеря мощности трансмиссии и приводит к очевидным расхождениям между измерениями BHP и WHP.

Иногда факторы окружающей среды могут даже снизить мощность двигателя, что еще больше усугубит эти несоответствия.

Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных факторов, влияющих на потерю мощности трансмиссии.

#1 – Температура

Как правило, более холодный воздух гораздо более богат кислородом, чем более теплый воздух. По этой причине при попытке добиться оптимального сгорания желателен более холодный воздух.

Следовательно, у двигателя меньше шансов достичь максимальной производительности при работе в условиях удушающей жары, чем при работе при более благоприятных температурах.

#2 – Высота

Изменения высоты могут вызвать заметные колебания мощности трансмиссии из-за изменений плотности кислорода. Поскольку кислород необходим в качестве катализатора горения, любое разбавление воздуха на большей высоте может привести к снижению мощности.

#3 – Трансмиссия

Каждое транспортное средство теряет определенное количество лошадиных сил, поскольку мощность двигателя передается через трансмиссию. Это происходит из-за нормального сопротивления пакетов сцепления и подшипников / уплотнений трансмиссии, а также из-за стандартного сопротивления зубчатой передачи и трения.

Мощность в лошадиных силах также теряется, когда выходная мощность проходит через преобразователь крутящего момента, в случае с автоматической коробкой передач.

#4 – Износ компонентов

По мере старения компонентов трансмиссии транспортного средства они естественным образом начинают изнашиваться, что приводит к чрезмерному сопротивлению и трению. Изношенные внутренние детали трансмиссии и стареющие узлы трансмиссии могут служить вероятными источниками потери мощности.

Даже скрепление карданных шарниров может сыграть определенную роль в снижении общей мощности вашего автомобиля.

Есть ли у электромобилей лошадиные силы?

HP, BHP и WHP (в чем разница?)
По мере того как электромобили стали широко известными, многие производители изо всех сил пытались определить, как лучше всего оценивать производительность.

Хотя изначально такие меры принимались в виде киловатт, многие американские производители автомобилей начали преобразовывать мощность в определенную мощность в лошадиных силах. Это связано с тем, что отечественный рынок давно знаком с лошадиными силами как мерилом выбора при определении мощности автомобиля.

Один киловатт эквивалентен 1,34 лошадиным силам, что делает относительно простым получение точных показателей производительности, к которым большинство потребителей должно быть хорошо привыкло.