Электродвигатели

Как рассчитывается мощность двигателя?

Расчет мощности мотора проводится несколькими способами. Самый доступный способ – через крутящий момент. Умножаем крутящий момент на угловую скорость – получаем мощность двигателя.


N_дв=M∙ω=2∙π∙M∙n_дв

где:

N_дв – мощность двигателя, кВт;

M – крутящий момент, Нм;

ω – угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/сек;

π – математическая постоянная, равная 3,14;

n_дв – частота вращения двигателя, мин-1.

Мощность рассчитывается и через среднее эффективное давление. Камера сгорания имеет определенный объем. Разогретые газы воздействуют на поршень в цилиндре с определенным давлением. Двигатель вращается с некоторой частотой. Произведение объема двигателя, среднего эффективного давления и частоты вращения, поделенное на 120, и даст теоретическую мощность двигателя в кВт.

N_дв=(V_дв∙P_эфф∙n_дв)/120

где:

V_дв – объем двигателя, см3;

P_эфф – эффективное давление в цилиндрах, МПа;

120 – коэффициент, применяемый для расчета мощности четырехтактного двигателя (у двухтактных ДВС этот коэффициент равен 60).

Для расчета лошадиных сил киловатты умножаем на 0,74.

N_(дв л.с.)=N_дв∙0,74

где:

N_дв л.с. – мощность двигателя в лошадиных силах, л. с.

Другие формулы мощности двигателя используются в реальных расчетах реже. Эти формулы включают в себя специфичные переменные. И чтобы измерить мощность двигателя по другим методикам, нужно знать производительность форсунок или массу потребленного двигателем воздуха.

На практике расчет мощности автопроизводители выполняют эмпирическим способом, то есть замеряют на стенде и строят график зависимости по факту, на основании полученных во время испытаний показателей.

Мощность двигателя – величина непостоянная. Для каждого мотора есть кривая, которая отображает на графике зависимость мощности от частоты вращения коленчатого вала. До определенного пика, примерно до 4-5 тысяч оборотов, мощность растет пропорционально оборотам. Далее идет плавное отставание роста мощности, кривая наклоняется. Примерно к 7-8 тысячам оборотов мощность идет на спад. Сказывается перекрытие клапанов на большой частоте вращения коленвала и падение КПД мотора из-за недостаточно интенсивного газообмена.

Чтобы узнать мощность двигателя, обратитесь к инструкции по эксплуатации авто. В разделе с техническими характеристиками мотора будет указана мощность и обороты, при которых она достигает пикового значения. Если мощность указана киловаттах, чтобы рассчитать лошадиные силы двигателя, воспользуйтесь приведенной выше формулой. В некоторых случаях автопроизводитель предоставляет график, на котором есть зависимость мощности двигателя и крутящего момента от частоты оборотов.

4.4 Эффективные показатели двигателя.

4.4.1 Среднее эффективное давление

Среднее эффективное давление Pe— это отношение эффективной работы на валу двигателя к единице рабочего объёма цилиндра.

Т. е. это условное постоянное давление в цилиндре двигателя, при котором работа, проводимая в нём за один такт, равнялась бы эффективной работе за цикл.

, МПа

где:

Li – индикаторная работа цикла

LМ – работа механических потерь.

Ре можно представить как:

, МПа

где Рi, PМ – соответственно среднее индикаторное давление и давление механических потерь, МПа

Ре = 0,6…1,1 – карбюраторный

Ре = 0,55…0,85 – дизельный без наддува

Ре = до 2,0 – дизельный с наддувом.

Длительное время стремились к увеличению Ре. Однако, за последние 10…15 лет эта тенденция заметно изменилась в связи с растущими требованиями к токсичности двигателей.

Сейчас характерно сохранение и даже снижение Ре при резком уменьшении токсичности.

4.4.2 Эффективная мощность

Эффективная мощность Ne– это мощность двигателя снимаемая с коленчатого вала двигателя, КВ.

Эта мощность передаётся трансмиссии тракторов и автомобилей.

, КВт

где:

Ni – индикаторная мощность, КВт


NМ – мощность, затрачиваемая на преодоление механических потерь, КВт.

По аналогии с Ni формула Nе может быть записана:

, КВт

Крутящий момент двигателя (НМ) можно описать формулой

   , рад/с  , НМ

где ω – угловая скорость коленчатого вала, рад/с

, Нм

или подставляя значение Nе

откуда

, МПа

Если обозначим    , то  

Следовательно, для данного двигателя крутящий момент прямо пропорционален среднему эффективному давлению.

При испытании двс.

4.4.3 Литровая мощность

Литровая мощность – эффективная мощность, приходящаяся на единицу рабочего объёма цилиндров двигателя.

, КВт/л

где

Vл – литраж двигателя:   

Nл=15…40 КВт/л – карбюраторный двигатель

Nл=11…22 КВт/л – дизельный двигатель

4.4.4 Удельная масса двигателя

Удельная масса двигателя – отношение массы незаправленного двигателя к его номинальной мощности, кг/КВт;

, кг/КВт

где mд —  масса незаправленного двигателя, кг

gN = 2…6 кг/КВт — карбюраторный двигатель

gN = 4,5…14 кг/КВт — дизельный двигатель.

4.4.5 Механический КПД

Механический КПД – оценочный показатель механических потерь в двигателе.

ηм – отношение среднего эффективного давления, эффективной мощности и момента к соответственным индикаторным показателям.

Из уравнений имеем:

ηм = 0,7…0,9 – карбюраторный двигатель

ηм = 0,7…0,82 – дизельный двигатель без наддува

ηм = 0,8…0,9 — дизельный двигатель с наддувом

4.4.6 Эффективный КПД

Эффективный КПД (ηе) – отношение количества теплоты, эффективной полезной работы на валу двигателя, к общему количеству теплоты, внесённой в двигатель с топливом.

где Le – теплота, эквивалентная эффективной работе, МДж/кг топл;

Qн – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг

т. к. ;  

, то

 — характеризует степень использования теплоты в двигателе с учётом всех потерь: тепловых и механических.

4.4.7 Эффективный удельный расход топлива

Эффективный удельный расход топлива (г/КВт ч) определяется

, г/КВт ч


где:

GT – часовой расход топлива, кг/ч

ηе по аналогии с ηi можно записать

.

4.4.8 Часовой расход топлива

Часовой расход топлива может быть определён

, кг/ч

Примерные значения

Двигатель

ηе

ge, г/КВт ч

Карбюраторный

0,25…0,33

250…325

Дизельный

Неразделенная камера сгорания

0,35…0,40

210…245

Разделенная камера сгорания

0,35…0,40

230…280

КПД атомной электростанции

Наиболее высокий КПД (92-95%) – достоинство гидроэлектростанций. На них генерируется 14% мировой электро мощности.

Однако, этот тип станций наиболее требователен к месту возведения и, как показала практика, весьма чувствителен к соблюдению правил эксплуатации.

Пример событий на Саяно-Шушенской ГЭС показал, к каким трагическим последствиям может привести пренебрежение правилами эксплуатации в стремлении снизить эксплуатационные издержки.

Высоким КПД (80%) обладают АЭС. Их доля в мировом производстве электроэнергии составляет 22%.

Но АЭС требуют повышенного внимания к проблеме безопасности, как на стадии проектирования, так и при строительстве, и во время эксплуатации.

Малейшие отступления от строгих регламентов обеспечения безопасности для АЭС, чревато фатальными последствиями для всего человечества.

Пример тому авария на АЭС в Чернобыле и японское землетрясение в марте 2011 года, приведшее к аварии на АЭС, расположенной на острове Хонсю, в городе Окума, префектуры Фукусима.

Кроме непосредственной опасности в случае аварии, использование АЭС сопровождается проблемами безопасности, связанными с утилизацией или захоронением отработанного ядерного топлива.

КПД тепловых электростанций не превышает 34%, на них вырабатывается до шестидесяти процентов мировой электроэнергии.

Кроме электроэнергии на тепловых электростанциях производится тепловая энергия, которая в виде горячего пара или горячей воды может передаваться потребителям на расстояние в 20-25 километров. Такие станции называют ТЭЦ (Тепло Электро Централь).

ТЕС и ТЕЦ не дорогие в строительстве, но если не будут приняты специальные меры, они неблагоприятно воздействуют на окружающую среду.

Неблагоприятное воздействие на окружающую среду зависит от того, какое топливо применяется в тепловых агрегатах.

Наиболее вредны продукты сгорания угля и тяжёлых нефтепродуктов, природный газ менее агрессивен.

ТЭС являются основными источниками электроэнергии на территории России, США и большинства стран Европы.

Однако, есть исключения, например, в Норвегии электроэнергия вырабатывается в основном на ГЭС, а во Франции 70% электроэнергии генерируется на атомных станциях.

Информация о компании

Компания Техпривод, ООО

Компания «Техпривод» работает на рынке приводного оборудования с 1997 года. Наша цель — построение безупречной коммуникации в цепочке «производитель — дилер — заказчик». Наша главная задача — удовлетворенность клиента качеством продукции и обслуживания.

Компания «Техпривод» представлена в нескольких регионах России: Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Казань, Ростов-на-Дону. Также у нас есть компания-партнер в Минске (Беларусь).

Преимущества компании «Техпривод»: – На наших складах представлена обширная номенклатура оборудования, что гарантирует оперативность поставок. – Индивидуальные условия сотрудничества, гибкая ценовая политика, работа с постоянными клиентами без предоплаты. – Возможность комплектации приводного оборудования дополнительными опциями. – Продажа редукторов и мотор-редукторов как в базовой комплектации, так и в индивидуальной компоновке в соответствии с техническими требованиями заказчика. – Доставка оборудования во все регионы России и стран СНГ. – Технические консультации, касающиеся выбора, установки и наладки оборудования. – Гарантийное и послегарантийное обслуживание.

Как узнать лошадиные силы автомобиля

В документах на машину эта информация дана в кВт. Чтобы перевести указанную единицу измерения в лошадиные силы, нужно цифровое значение в кВт умножить на 1,35. Для перевода лошадиной силы в кВт ее значение умножают на 0,735.

Обычно значение, указанное в документах, отвечает действительности. Если возникают сомнения, существует возможность замерить количество лошадиных сил самостоятельно. Формулы, предназначенные для расчета мощности автомобиля по разным факторам, не могут дать 100% верный ответ, но позволяют вычислить среднее значение.

Мощность автомобиля можно узнать на СТО. Для этого достаточно проверить его на динамометрическом стенде.

Как рассчитать мощность через крутящий момент

Наиболее простой способ определить мощность двигателя — расчет через крутящий момент. Нужно цифровое значение крутящего момента (Мкр) умножить на количество оборотов коленвала в минуту (n). Чтобы получить значение n именно в оборотах в минуту, а не косинусами альфа, его делят на 9549.

Мощность=Мкр • n/9549

Полученная цифра — это значение мощности в кВт.

Подобный расчет показывает эффективную мощность без учета потерь на сопротивление, трансмиссию, коробку и сопутствующие потребители энергии.

Как рассчитать мощность по объему двигателя

Если цифровое значение крутящего момента не известно, мощность можно вычислить при наличии следующих данных:

  • объем двигателя в кубических сантиметрах (Vh);
  • количество оборотов коленвала в минуту (n);
  • среднее эффективное давление (pe).

Объем двигателя умножают на среднее давление и на количество оборотов в минуту, деленное на 120.

Мощность=Vh • pe • n/120

Получаем результат в Квт и переводим в лошадиные силы.

Среднее эффективное давление

Вид мотора

Среднее значение, МПа

Бензиновый обычный


0,82-0,85

Бензиновый форсированный

0,9

Дизельный

0,9-2,5

Расчет мощности двигателя по расходу воздуха

Подобный расчет доступен для владельцев автомобиля, оборудованного бортовым компьютером. Он позволяет зафиксировать расход воздуха. Для этого снимают данные в тот момент, когда автомобиль выдает 5,5 тыс. оборотов, находясь на третьей передаче. Полученную цифру достаточно разделить на три. Дополнительных вычислений проводить не нужно, так как результат уже в лошадиных силах.

Таким образом получают значение мощности без учета неизбежных потерь. Реальная мощность во время эксплуатации на 10-15% ниже.

Расчет мощности по массе и времени разгона до 100 км/ч

Для вычислений используется числовое значение массы автомобиля в килограммах и время разгона до 100 км/ч. Вес автомобиля указывается с учетом веса водителя. Для расчета мощности в лошадиных силах необходимо массу машины разделить на время разгона.

Справка! При расчетах следует учитывать приблизительные потери времени на пробуксовку. В среднем это составляет 0,3-0,5 сек.

Мощность двигателя

Измеряется в «Лошадиных Силах (л.с.)» или Киловаттах (Ваттах, «Вт»), как становится понятно — ей занимался Джеймс Ватт. Да, именно в Ваттах мы измеряем мощность лампочки накаливания у нас в «люстрах» и светильниках, но оказывается и мощность двигателя тоже. Я не буду вдаваться в подробности, как и что он открыл, просто характеристика идет именно от его фамилии. НО как же лошадиные силы? А все просто, Ватт «тренировался» на лошадях, а именно на переносимых грузах, одной лошадью в единицу времени и на определенное расстояние, так вот после определенных «терзаний» выяснилось — что одна лошадь (если ее заставить генерировать электрический ток, от динамомашины) способна выдавать 736 Ватт в секунду времени, либо 75 кгс м/с, что можно расшифровать так — 75 килограмм, на 1 метр высоты, за 1 секунду времени. Чтобы перевести «ватты» в «лошадиные силы», существует достаточно большой расчет, но если утрировать, то получается 1кВт=1000Вт=1,36л.с.

Не все производители указывают мощность двигателя в «л.с.», например некоторые немецкие производители указывают именно в Ваттах.

Думаю это понятно, больше к этому возвращаться не будем.

Мощность двигателя внутреннего сгорания (будь то это бензин или дизель), величина не постоянная! ЭТО НУЖНО ПОНИМАТЬ! Меня просто умиляет то, как многие реагируют на эту величину: — у меня 150 л.с., я тебя сделаю как «два пальца», а у оппонента 145 л.с. и по теории он должен проиграть, но не учитывается крутящий момент и расстояние, на котором будут соревноваться автомобили.

Мощность изменяется от оборотов двигателя! Ваша номинальная величина, будет указана при определенных МАКСИМАЛЬНЫХ оборотах, у современных авто, обычно от 5000 до 6500 оборотов. ТО есть простыми словами, 150л.с. – выдаются при 6000 оборотов (для примера). Соответственно при 3000 или при 1500 оборотов, мощность будет уменьшаться в разы.

ТО есть, для того чтобы получить весь «табун» силового агрегата, вам нужно активно «педалировать». Например — при обгонах или резких маневрах, вы должны держать почти вашу «полку» в 5000 – 6500 оборотов именно эти обороты вам помогут резко ускориться. Вот почему зачастую приходится понижать передачу, для того чтобы получить максимум мощности.

НО силовой агрегат не может мгновенно раскрутиться, ему на это нужно время, здесь то и приходит такое понятие как крутящий момент.

На что влияет мощность и для чего ее увеличивать

Говоря о (двигателя внутреннего сгорания) нельзя обойти стороной такой динамический параметр, как крутящий момент. О нем, как и о самой мощности, а также о других характеристиках мотора более подробно рассказано в отдельной статье. Тут же следует вспомнить, что мощность — это фактически крутящий момент, умноженный на обороты коленчатого вала. Зная теорию, становится очевидно, что изменить ее можно либо увеличив крутящий момент, либо обороты двигателя.

Во втором случае неизбежно возникают силы инерции, что приводит к разрушению подвижных деталей двигателя, и такой способ мало применим на практике. В свою очередь, чтобы изменить крутящий момент, можно сделать больше расстояние от центра коленвала до центра шатунной шейки (плечо рычага) или увеличить силу давления отработавших газов на поршень.

При изменении геометрических параметров рычага становятся больше и габариты мотора, что также не всегда допустимо. Остается вариант с изменением силы. Решается такая задача двумя путями: увеличением расхода топлива или более эффективным его использованием.

https://www.youtube.com/watch?v=5xM1CT-NPaY

Различные типы двигателей

Как мы с вами уяснили, чем на меньших оборотах наступает максимальный крутящий момент — тем лучше, но какие моторы могут под это подходить? И вообще у каких «большой запас» этого момента? Ведь обычный бензиновый четырехцилиндровый атмосферник, выходит на свой номинал примерно в 5000 – 6000 оборотов.

НО есть моторы, которые выдают достаточно большие моменты, причем наступают они при достаточно низких оборотах. Это многоцилиндровые моторы, а также  «V» – образные типы, начиная с V6 – V8. Турбированные агрегаты, имеют большой запас момента, даже при относительно малых объемах.

Однако абсолютным рекордсменом являются дизельные варианты, особенно те которые устанавливались на трактора, ведь здесь важна тяга именно на низах (скорость на трассах абсолютно не нужна). Такие варианты выходят на номинал, уже при 1500 оборотов, просто представьте! Такие агрегаты называют «тяговитыми» из-за быстрого набора крутящего момента.

Условно моторы можно разделить на четыре лагеря:

  • Это обычные атмосферники, 4 цилиндра.
  • Многоцилиндровые агрегаты, от 6 до 12 «горшков», сюда же можно записать и V – образные.
  • Это турбированные моторы
  • Дизельные агрегаты

Про «многоцилиндровые» (второй тип) сейчас особо заострять не буду, здесь понятно, что чем больше цилиндров – тем больше мощность и соответственно крутящий момент. Минус только в том что эти агрегаты тяжелые, прожорливые, и очень большие по размерам.

А вот остальные три типа стоит сравнить для полного понимания, возьмем три мотора от нового KIA SPORTAGE, смотрим таблицу.

Объем, двигателя Обороты в минуту

(об/мин)

Максимальная мощность

(в л.с.)

Крутящий момент

(в Нм)

Бензиновый, 4 – цилиндровый рядный 2,0 литра 6200 150
  4000 192
Турбированный, 4 —  цилиндровый рядный 1,6 литра 5500 177
  2000 — 4500 265
Дизельный, 4 —  цилиндровый рядный 2,0 литра 4000 185
  1750 — 2750 400

Бензиновая атмосферная «четверка», развивает максимальную мощность только при 6200 оборотах в минуту, зато максимальный крутящий момент наступает уже при 4000 оборотов. Турбо вариант, 177 л.с при 5500 оборотов, но момент здесь намного выше 265 в диапазоне от 2000 до 4500 об. Но рекордсменом по л.с. и крутящему моменту идет дизель, 185 л.с. при 4000 об/мин, и крутящий момент 400! (просто вдумайтесь) в интервале 1750 – 2750 об/мин.

Как видите бензиновые агрегаты проигрывают дизелю в моменте (обычный атмосферник примерно в 2 с небольшим раза). Причем максимальной отдачи можно достичь только при 4000 об/мин. Зато бензиновый мотор легко крутится до 6200, а то и больше 7000 – 8500 об/мин, что позволит развить ему большую мощность. Дизель же не может похвастаться высокими оборотами, максимальная полка зачастую всего 4000 — 5000 об/мин, поэтому они могут проигрывать в максимальной мощности своим бензиновым собратьям.

НА старте бензиновый мотор выиграет у дизельного агрегата! Почему? ДА все просто, бензиновый агрегат можно крутить до 6500, а в редких случаях до 8000 об/мин, не переключая передачи. А вот дизель достигнет пик своего момента максимально быстро (уже при 1750 об/мин) и вам нужно будет тратить время на переключение, далее еще одна передача и т.д. Конечно эта ситуация справедлива для механики, на многих современных автоматах переключения происходят максимально быстро. ДА и для того чтобы тягаться с дизелем бензину, всегда нужно будет держать повышенные обороты, чтобы сравняться в мощности. Например, при 90 км/ч на трассе, чтобы ускориться на бензиновом агрегате, нужно скинуть передачу пониже (увеличивая обороты — увеличиваем мощность), а вот дизелю делать этого не нужно!

Увеличение мощности дизельного агрегата

Дизель, если сравнивать его с бензиновым двигателем имеет ряд преимуществ: экономичность и относительная «терпимость» к качеству топлива. Мотор, работающий на солярке, лучше тянет на «низах». Что касается увеличения мощности, то к дизелю применимы большинство методов, перечисленных выше: расточка цилиндров, установка турбонаддува, чип-тюнинг и т. д. Но есть и особенности совершенствования.

Модули увеличения мощностных характеристик

Речь идет о специально разработанных блоках, взаимодействующих с топливной системой автомобиля. Они никак не влияют на работу электронного блока управления, просто осуществляют дополнительный контроль над работой электронных датчиков. Существует четыре типа модулей:

  1. Блок, изменяющий импульсы, управляющие работой форсунок. Здесь задача модуля – замедление или ускорение поднятия иглы. Это понижает расход солярки, улучшает ее сгорание. Происходит это благодаря изменению угла опережения зажигания. Модуль несложен в установке и может работать с любыми современными дизельными агрегатами.
  2. Блок, влияющий на работу топливного насоса высокого давления. Модуль функционирует совместно с датчиком, выдающим информацию о давлении топлива. При этом данные занижаются. Это приводит к повышению давления в ТНВД. В итоге – сохранение эксплуатационного ресурса силового агрегата при улучшении динамики. Блок работает только с дизелями, использующими механический способ подачи солярки и выпущенными до 2008 года.
  3. Блок, работающий с датчиком топливной рампы. Этот модуль тоже занимается «обманом», поставляя в ЭБУ данные о снижении давления в рампе. Он начинает «думать», что динамические характеристики мотора недостаточны и меняет интенсивность функционирования форсунок. Мощность увеличивается, а расход топлива падает.
  4. Модуль, оптимизирующий работу ЭБУ (точнее, его процессора). Цель блока – определение давления в топливной системе. При большом его значении посылается сигнал, «приказывающий» увеличить тайминг форсунок. Т. е. модуль способен изменять режим работы двигателя без участия электронного блока управления. Блок не «занимается» поставкой ложной информации и устанавливается в систему высокого давления. Хорошо взаимодействует с любой современной дизельной установкой.

К плюсам вышеперечисленных блоков можно отнести простоту установки, экономию расхода солярки и увеличение мощности. Однако при этом уменьшается срок службы блока цилиндров, форсунок, топливного насоса. При этом выброс в атмосферу вредных веществ повышается.

Common Rail

Задача этой системы – подача солярки в камеру сгорания вне зависимости от мощности движка на данный момент и крутящего момента. В обычном дизеле топливо сжимается во впускном коллекторе, в то время как в Common Rail это происходит, когда состав подается в отсек сгорания.


С этим читают