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.
Что такое литровая мощность
Литровая мощность является одним из показателей производительности автомобиля. Этот термин часто используется в автомобильной индустрии для описания мощности двигателя транспортного средства. Литровая мощность определяется путем деления мощности двигателя на его объем.
Мощность двигателя измеряется в лошадиных силах или киловаттах, а объем двигателя – в литрах. Таким образом, литровая мощность позволяет оценить соотношение мощности и объема двигателя, что в свою очередь дает представление о его эффективности и производительности.
Высокая литровая мощность обычно означает, что двигатель имеет большую мощность при относительно небольшом объеме. Однако, следует помнить, что литровая мощность не является единственным показателем производительности автомобиля. Также важным является тяговая сила и другие характеристики двигателя, которые могут влиять на его общую производительность и динамику.
Важно отметить, что литровая мощность может быть полезным инструментом при выборе автомобиля, особенно при сравнении разных моделей и марок. Однако, она не является единственным критерием, который следует учитывать при выборе автомобиля, и его важность может различаться в зависимости от индивидуальных потребностей и предпочтений автовладельца.
В целом, литровая мощность – это важный показатель производительности двигателя, который помогает оценить соотношение мощности и объема. Однако, при выборе автомобиля стоит учитывать и другие факторы, такие как тяговая сила, динамика, экономичность и надежность, чтобы получить максимальное удовольствие от вождения и соответствовать своим потребностям.
Определение литровой мощности
Литровая мощность — это показатель, используемый для характеристики мощности двигателя автомобиля. Этот показатель определяет мощность, вырабатываемую двигателем автомобиля на один литр рабочего объема.
Обычно литровая мощность выражается в единицах лошадиных сил на литр (л.с./л.). Например, если автомобиль имеет литровую мощность 100 л.с./л., это означает, что его двигатель производит 100 лошадиных сил на каждый литр своего объема.
Чем выше литровая мощность, тем более мощный и производительный двигатель имеет автомобиль. Определение литровой мощности важно в контексте выбора автомобиля и сравнения его характеристик с другими моделями.
Определение литровой мощности основано на формуле, которая учитывает отношение мощности двигателя к его объему. Чтобы определить литровую мощность, необходимо знать мощность двигателя в лошадиных силах и его объем в литрах.
Например, для автомобиля с двигателем мощностью 120 лошадиных сил и объемом 1,6 литра, литровая мощность будет составлять 75 л.с./л. (120 л.с. / 1,6 л).
Определение литровой мощности является важным индикатором производительности автомобиля и может быть полезным при выборе автомобиля с определенными характеристиками двигателя.
Формулы и показатели
Для определения литровой мощности автомобиля используются следующие формулы и показатели:
- Объем двигателя (В) — это показатель, указывающий на вместимость всех цилиндров двигателя в литрах (л). Он измеряется путем перемножения площади пистона и его хода.
- Количество цилиндров (N) — это число цилиндров, имеющихся в двигателе автомобиля. Оно может быть разным для различных автомобилей.
- Литровая мощность (P) — это показатель, обозначающий количество лошадиных сил (л.с.), развиваемых двигателем автомобиля при определенных оборотах в минуту. Она вычисляется по следующей формуле: P = В * N
Таким образом, литровая мощность автомобиля зависит от объема двигателя и количества цилиндров. Чем больше эти показатели, тем выше будет литровая мощность. Однако, важно помнить, что и другие факторы, такие как эффективность сгорания топлива, система подачи воздуха и топлива, также влияют на общую производительность автомобиля.
Литровая мощность является одним из основных показателей, определяющих динамические характеристики автомобиля. Чем выше литровая мощность, тем быстрее автомобиль может разгоняться и развивать высокую скорость.
Как определить литровую мощность автомобиля
Литровая мощность – это показатель, используемый для оценки мощности двигателя автомобиля. Она указывает, сколько литров объема цилиндров двигателя производится за 1 минуту. Чем выше литровая мощность, тем больше мощности может выдавать двигатель.
Для определения литровой мощности автомобиля необходимо знать его рабочий объем и число оборотов в минуту (об/мин). Для этого можно воспользоваться следующей формулой:
Литровая мощность (л/мин) = (Рабочий объем двигателя (л) × Число оборотов в минуту (об/мин)) / 1000
Например, если у автомобиля рабочий объем двигателя составляет 2 литра, а число оборотов в минуту равно 5000, то литровая мощность будет равна:
(2 л × 5000 об/мин) / 1000 = 10 л/мин
Таким образом, автомобиль с данными параметрами будет выпускать 10 литров объема цилиндров в минуту.
Зная литровую мощность автомобиля, можно оценить его производительность и возможность разгоняться. Однако, следует отметить, что литровая мощность не является единственным показателем эффективности двигателя и его характеристик. Другие факторы, такие как вес автомобиля, коэффициент аэродинамического сопротивления и передаточное число, также влияют на общую производительность автомобиля.
Значение литровой мощности для автолюбителей
Литровая мощность — это показатель мощности двигателя автомобиля, который выражается в лошадиных силах и пропорционален объему двигателя в литрах.
Этот показатель является важным для автолюбителей, так как он определяет характеристики автомобиля и его возможности на дороге.
Чем выше литровая мощность, тем быстрее автомобиль может разгоняться и преодолевать препятствия на дороге. Высокая литровая мощность также обеспечивает лучшую динамику и ускорение, что может быть важно для любителей активного вождения или использования автомобиля на трассе.
Однако, не следует забывать, что литровая мощность не является единственным фактором, определяющим быстродействие автомобиля. Важными элементами также являются вес автомобиля, аэродинамические характеристики, передаточные числа коробки передач и другие технические параметры.
При выборе автомобиля с высокой литровой мощностью необходимо учесть и другие факторы, такие как комфорт, безопасность, эффективность использования топлива и т.д. Также, стоит помнить, что использование автомобиля с высокой литровой мощностью требует большего контроля и аккуратности в управлении, так как такие автомобили могут быть более сложными в управлении на высоких скоростях.
В итоге, значение литровой мощности для автолюбителей заключается в том, что она является одним из факторов, определяющих способности и характеристики автомобиля, но не является единственным показателем, на который стоит обращать внимание при выборе автомобиля.
Литровая мощность
Литровая мощность определяет эффективность использования рабочего объема цилиндра и показывает, какую мощность можно получить от одного литра рабочего объема данного двигателя, т. е. определяет степень форсированности двигателя
Из уравнения (4.18) видно, что литровая мощность может быть увеличена при повышении среднего эффективного давления и частоты вращения коленчатого вала.
Двигатели, имеющие высокие значения Nn, называют форсированными.
В современных бензиновых и газовых двигателях частота вращения коленчатого вала достигает 6500 мин -1 и выше.
Дизели грузовых автомобилей имеют номинальную частоту вращения не превышающую 2600 мин -1 , дизели легковых автомобилей — 4500—5500 мин -1 .
Литровая мощность дизелей грузовых автомобилей 12—15 кВт/л, бензиновых двигателей — 20—50 кВт/л, дизелей легковых автомобилей — до 20 кВт/л.
Переход на двухтактный цикл согласно уравнению (4.18) предполагает увеличение литровой мощности в 2 раза. Однако реально Nn увеличится только в 1,5—1,7 раза, так как часть рабочего объема в двухтактных дизелях используется на процессы газообмена, и существуют механические потери на привод нагнетателя.
Кроме того, из-за частой смены рабочего тела в двухтактных ДВС растет тепловая напряженность цилиндропоршневой группы. Это же является причиной ограничений в повышении литровой мощности за счет увеличения среднего эффективного давления.
В табл. 4.2 приведены эффективные показатели ДВС на номинальном режиме работы.
Литровая мощность и основные методы форсирования
Литровая мощность представляет собой эффективную номинальную мощность, которая снимается с единицы общего рабочего объема двигателя. Формула для расчета: Nл = Ne/iVh = pen/(30t).
От литровой мощность будут зависеть следующие характеристики: рабочий объем, габариты и масса двигателя. То есть, чем больше будет литровая мощность, тем меньше будет рабочий объем, масса и габариты двигателя, при условии, что номинальная мощность будет одинаковой.
Благодаря литровой мощности можно оценить степень форсированности. Если двигатель имеет высокое значение Nл, то его можно назвать форсированным.
Повышение литровой мощности
Форсированием двигателя называют комплекс специальных технических мероприятий, которые способствуют повышению литровой мощности.
Существует несколько способов форсирования двигателей. Они следуют из следующего выражения: Nл будет увеличиваться вместе с увеличением номинальной величины частоты вращения, при использовании двухтактного рабочего процесса и при увеличении среднего эффективного давления.
Посредством увеличения номинальной величины частоты вращения увеличивается литровая мощность в карбюраторных двигателях. Для представителей современных моделей может использоваться количество оборотов до 6500 в минуту и выше.
У дизельных грузовых автомобилей номинальная частота вращения не превышает 2600 оборотов в минуту. Именно поэтому литровая мощность дизельных двигателей без наддува не превышает уровня от 12 до 15 кВт/л, что значительно ниже по сравнению с аналогичным показателем карбюраторного двигателя, мощность которого варьирует от 20 до 50 кВт/л.
В настоящее время удается преодолеть трудности при форсировании по частоте вращения во многих конструкциях легковых автомобилей. Сейчас все больше и больше двигателей дизелей появляется с показателем номинальной мощности от 4500 до 5500 оборотов в минуту, при литровой мощности до 20 кВт/л.
Форсирование по частоте вращения для дизелей значительно реже встречается, чем для карбюраторных двигателей. Для последних такой способ повышения показателя литровой мощности можно назвать одним из основных.
Если провести анализ зависимости, то видно, что при переходе от 4-тактного рабочего цикла к 2-тактному литровая мощность может увеличиться до двух раз.
На самом деле, этот показатель увеличивается в 1,5-1,7 раза из-за использования лишь небольшой части от всего рабочего объема на процессы снижения качества очистки, газообмена, а также на наполнение цилиндров. Еще одним фактором является дополнительная затрата энергии на осуществление привода продувочного насоса.
Достоинства двухтактного двигателя
Существенным достоинством двухтактного двигателя является большая литровая мощность – около 50-70%. Неиспользование части от всего рабочего объема с целью получения индикатной работы может привести к тому, что они обладают более низкими энергоэкономическими показателями, по сравнению с четырехтактными двигателями.
Недостатки двухтактных ДВС
К недостаткам двухтактных ДВС можно отнести:
- большая тепловая напряженность в элементах цилиндропоршневой группы, связанная с кратковременным протеканием процессов газообмена
- меньший теплоотвод от деталей, которые формируют камеру сгорания
- больший теплоподвод к тким деталям за единицу времени (это объясняется более частым прохождением процессов сгорания).
Огромным недостатком двухтактного карбюраторного двигателя является потеря небольшой части горючей смеси за время продувки цилиндра. Это сильно снижает показатели экономичности.
Мероприятия по повышению литровой мощности
Особое место среди таких мероприятий можно отвести форсированию двигателей по показателю среднего эффективного давления рс.
Существенного увеличения Nл при помощи повышения рс можно достигнуть лишь в том случае, если существенно увеличивается тепловая нагруженность в рабочем цикле из-за подвода к рабочему телу очень большого количества теплоты.
При этом необходимая подача в цилиндр несколько большего количества топлива требует полного сжигания топлива, а также большого количества окислителя. При этом возрастает цикловая подача qп. На практике это можно реализовать только путем увеличения количества свежих зарядов, которые будут нагнетаться в цилиндр двигателя под высоким давлением.
Такой способ называется наддув двигателя. При этом ре будет возрастать почти пропорционально по отношению к увеличению плотности этих свежих зарядов.
Недостатки наддува двигателя (приводный компрессор)
Одним из существенных недостатков такой системы является снижение экономичности двигателя, которое обусловлено необходимостью затрат большей энергии на привод компрессора.
На практике среди современных двигателей наибольшее распространение получил такой тип наддува, как газотурбинный наддув.
В такой центробежном компрессоре будет использоваться энергия ОГ, которая срабатывает в газовой турбине, которая конструктивно объединена с компрессором в единый агрегат, называемый турбокомпрессором.
Между агрегатом наддува и коленчатым валом в двигателе при газотурбинном наддуве нет механической связи. Применение турбокомпрессора будет заметно ухудшать приемистость двигателя, а также тяговые характеристики. Это объясняется инерционностью системы роторов турбокомпрессора, уменьшением количества энергии отработавших газов во время малых нагрузок, из-за чего в начале разгона не будет обеспечиваться подача в цилиндр необходимого количества свежего заряда. Чтобы преодолеть эти недостатки, очень часто возникает необходимость использовать комбинированный наддув.
Система комбинированного наддува
Такая система может использоваться в различных конструктивных вариантах. Она чаще всего представляет собой некоторые комбинации наддува с использованием приводного компрессора и газотурбинным наддувом. Чтобы повысить плотность свежего заряда, который будет подаваться в цилиндр двигателя, во многих случаях используют колебательные явления в системе газообмена, то есть пульсации РТ, происходящие в системе выпуска и впуска. Они являются результатом прохождения циклов следования процессов газообмена в цилиндрах. Рассмотрим на примере. Впускному парубку нужно задать такие конструктивные параметры (площадь и длину проходимого сечения), которые перед закрытием клапана около него смогут создать волну сжатия, чтобы масса заряда, поступающего в цилиндр, значительно увеличилась.
Аналогичного эффекта можно получить в результате настройки выпускного трубопровода, чтобы создать вблизи него волну разрежения при открытом выпускном клапане. Благодаря таким действиям будет улучшена очистка цилиндров, так как будет поступать большее количество свежих зарядов.
Если будет сделан правильный выбор геометрических параметров, системы газообмена в разных случаях при помощи динамического наддува можно увеличить мощность двигателя автомобиля от 15 до 25%. Во время использования наддува увеличивается тепловая и механическая напряженность элементов, которые формируют камеру сгорания, а это один из основных факторов, которые ограничивают возможное увеличение плотности в свежем заряде, который поступает в цилиндр. Именно поэтому следует заранее учитывать все возможные последствия, которые могут произойти из-за роста механических или тепловых нагрузок на элементы двигателя.