Разница между крутящим моментом и лошадиными силами. Формула эффективная мощность двигателя

Определение максимальной эффективной мощности двигателя

Количество просмотров публикации Определение максимальной эффективной мощности двигателя - 144

Определение мощности двигателя, крайне важно й для движения АТС с максимальной скоростью

Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

Выбор шин и определение радиуса колеса

Частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности для двигателей различных типов

Таблица 2.6

Выбор частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности

КПД механической трансмиссии

Таблица 2.5

Выбор КПД трансмиссии

КПД механической трансмиссии ηтр принимают исходя из типа АТС и типа главной передачи (таблица 2.5 [1]).

Для построения внешней скоростной характеристики двигателя крайне важно также задать частоту вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности nN , об/мин (таблица 2.6) [2].

Размер шин и радиус колеса выбирают по соответствующему стандарту исходя из наибольшей нагрузки на колесо и максимальной скорости движения автомобиля.

Нагрузку на одно колесо моста Pк , кг, рассчитывают по формуле:

где Мi – нагрузка на мост, кг; Zi – число колес на мосту.

Затем, с учетом заданной максимальной скорости движения АТС, по ГОСТ 4754-97 и ГОСТ 5513-97 выбирают параметры шин: обозначение, статический радиус, максимально допустимые нагрузку и скорость.

В дальнейших расчетах динамический радиус колеса и радиус качения принимают равными статическому радиусу.

Скоростной характеристикой двигателя называют графическую зависимость эффективной мощности, крутящего момента͵ часового и удельного расходов топлива от частоты вращения коленчатого вала.

Различают внешнюю (при полной подаче топлива) и частичные скоростные характеристики. Внешняя скоростная характеристика является основой для оценки тягово-скоростных и ряда других эксплуатационных свойств.

Мощность двигателя, необходимую для движения АТС с максимальной скоростью Nv , кВт, определяют по формуле:

где g – ускорение свободного падения, м/с2; f – коэффициент сопротивления качению; Vmax – максимальная скорость движения АТС, м/с, ηтр – КПД трансмиссии (0,96).

Ускорение свободного падения g = 9,81 м/с2 [2].

Коэффициент сопротивления качению f , при движении с максимальной скоростью (Va > 15 м/с) определяют по формуле:

где f0 – коэффициент сопротивления качению для скоростей движения Va < 15 м/с.

Коэффициент сопротивления качению для скоростей движения Va < 15 м/с [2]:

- легковых АТС и автобусов – f0 = 0,015;

- грузовых АТС и автопоездов – f0 = 0,02.

Максимальную эффективную мощность двигателя Ne max, кВт, рассчитывают по формуле:

где а, b, c – коэффициенты Лейдермана, зависящие от типа и конструкции двигателя;

– отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной скорости к частоте при максимальной мощности.

Коэффициенты Лейдермана а, b, с для двигателей без ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала (малофорсированные бензиновые двигатели) определяют по формулам:

где Mз – запас крутящего момента͵ %.

Запас крутящего момента Mз, определяют по формуле:

где Км – коэффициент приспосабливаемости двигателя по моменту.

Коэффициент приспосабливаемости двигателя по моменту Км, рассчитывают по формуле:

где Mе max – максимальный крутящий момент двигателя, Н·м;

MN – крутящий момент при максимальной мощности, Н·м.

Для двигателей с ограничителем максимальной частоты вращения коленчатого вала (все дизели и высокофорсированные бензиновые двигатели грузовых автомобилей и автобусов) коэффициенты Лейдермана a, b, c рассчитывают по формула:

где Kn – коэффициент приспосабливаемости двигателя по частоте.

Коэффициент приспосабливаемости двигателя по частоте Kn, определяют по формуле:

где nN – частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности, об/мин; nм – частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, об/мин.

Как правило, в выполненных конструкциях [2]:

- бензиновых двигателей – Км = 1,10÷1,35; Kn = 1,5÷2,5;

- дизелей – Км = 1,10÷1,15; Kn = 1,45÷2,0.

После определения коэффициентов Лейдермана крайне важно проверить полученные значения на соответствие условию:

В случае если условие (*) выполняется, то коэффициенты рассчитаны верно.

Отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной скорости к частоте при максимальной мощности [2]:

- для дизелей – ;

- для бензиновых двигателей без ограничителя – ;

- для бензиновых двигателей с ограничителем – .

referatwork.ru

формула расчета, от чего зависит

Парадокс, но лишь немногие автолюбители ясно представляют принципиальную разницу между «лошадиными силами» и «ньютон-метрами», в которых измеряется крутящий момент. В обиходе определение крутящего момента двигателя напрямую связывают с динамикой разгона, а лошадиные силы с максимальной скорость. Если говорить уж совсем грубо, то формулировка вполне удовлетворительна, хоть и не объясняет всей сути физических процессов. Восполнить теоретические пробелы, а также получить наглядное представление о том, что такое крутящий момент двигателя, — вам поможет предоставленный ниже материал.

Момент вращения

Если выражаться языком физики, то понятие о вращающем моменте легко уяснить, зная принцип получения преимущества от использования рычага. Вычисляемые путем сложения приложенных на рычаг усилий (вес груза) к длине плеча (рычага) «ньютон-метры», показывают потенциальное количество выполняемой работы. В случае с ДВС вес груза – это усилие с которым поршень после сгорания топливно-воздушной смеси совершает возвратно-поступательное движение. Длина плеча будет не чем иным, как ходом поршня (расстояние от ВМТ до НМТ). Вращающее усилие создается только во время рабочего такта.

От чего зависит полка крутящего момента

Согласно расчетной формуле Мкр = F х L, где F – это сила, а L – длина плеча, момент вращения будет зависеть от КПД сгорания топливно-воздушной смеси (F) и величины хода поршней (L).

Поскольку автомобиль – это комплексный механизм, на крутящий момент двигателя влияет ряд характеристик других узлов и агрегатов. Ведущие колеса автомобиля будут получать максимальное тяговое усилие лишь в тот момент, когда взаимодействие механизмов является оптимальным. Пик крутящего момента достигается на таких оборотах двигателя, когда наполнение камеры сгорания рабочей смесью, сжигание продуктов горение и вывод отработавших газов осуществляется с минимальными механическими потерями. Для каждого двигателя этот параметр колеблется в зависимости от конструктивных особенностей и типа используемого топлива.

Мощность

крутящий момент это Количество полезной работы, преобразованное возвратно-поступательными движениями КШМ, обозначается ньютон-метрами (крутящий момент). Тогда что такое мощность двигателя? Мощностью именуется количество произведенной работы за единицу времени. Иными словами, количество единиц крутящего момента, которое мотор способен выдать за определенный промежуток времени. Мощность двигателя измеряется в киловаттах (кВт).

Формула для расчета мощности в киловаттах:

P=Mkp*n/9549, где n – количество оборотов коленвала в минуту; Mkp – вращающий момент на коленчатом валу.

Нехитрое логическое умозаключение приводит нас к тому, что мощность мотора зависит от количества оборотов.

Соотношение крутящего момента к мощности

Для получения наглядного представления о взаимодействии двух величин рассмотрим основные характеристики мотора на графике. Он демонстрирует выдаваемую двигателем мощность и крутящий момент двигателя в зависимости от оборотов коленчатого вала.

Зависимость лошадиных сил от киловатт

График отчетливо демонстрирует тот факт, что тяговое усилие на колесах не прямо пропорционален количеству оборотов либо мощности. Двигатель достигает пика крутящего момента уже на 3 тыс. об/мин. Максимум мощности доступно на 5500 об/мин. В обоих случаях обороты продолжают расти, но отдача падает. Для обозначенного двигателя обороты от 2500 до 5 тыс. наиболее оптимальные.

В этом режиме работы близкая к максимальному значению «полка» момента позволит полноценно реализовать потенциал мотора на протяжении всего отрезка.

Приведенный график является примером гражданской настройки современных бензиновых моторов. Преимущества очевидны:

стабильный прирост мощности;
достаточно широкая «полка» с плавным приростом и затуханием.

Настройка подобного типа позволяет добиться «эластичности» двигателя. Такая работа обеспечивается не только программно (настройка ЭБУ), но и применением различных вспомогательных технологий (изменяемые фазы газораспределения).

Разница мощностных характеристик во многом зависит от конструкции системы впуска и выпуска. К примеру, двигатели оснащенные турбонаддувом в точке выхода на «буст» получают значительную прибавку в динамике. Крутящий момент и количество лошадиных сил таких моделей значительно превышают своих атмосферных собратьев.

Что такое лошадиные силы

Наблюдательный читатель, скорей всего, отметит подозрительным тот факт, что до сих пор не прозвучало, всеми так любимое «лошадиные силы». Суть в том, что «скакуны» — это лишь дань моде тех времен, когда механизмам приходилось доказывать свое преимущество над живой рабочей силой. Поэтому превосходство (способность выполнить определенное количество работы) удобно было выражать в пересчете на потенциал одной лошади. Фактически 1 л.с – это усилие, которого достаточно для поднятия груза массою 75 кг на 1 м за 1 с.

разница между лошадиными силами и крутящим моментом Для того чтобы получить «лошадиные силы» достаточно умножить значение мощности в киловаттах на коэффициент 1,36.

Покупатели не потеряют ровным счетом ничего, если производители откажутся использовать «л.с» в качестве показателя мощностных характеристики автомобилей. Обозначить крутящий момент и мощность в кВт вполне достаточно. Но традиция настолько глубоко запечатлелась в сознании, что тратить усилия на ее разрушения попросту нецелесообразно.

Итоги

Мощность мотора зависит от крутящего момента;
«л.с» рассчитаны на достижение максимальной скорости. Автомобиль с большим количеством «скакунов» под капотом сможет развить внушительную скорость, но это займет очень много времени;
от тягового усилия зависит насколько быстро двигатель сможет развить свою максимальную мощность;
большое количество «ньютон-метров» позволяет более выгодно использовать потенциал двигателя. Такие моторы легче переносят нагрузки;
чем шире «полка» момента, тем эластичней двигатель и приятней в управлении автомобиль;
ввиду особенностей дизельных ДВС (большая степень сжатия, медленное горение смеси), а также применения современных систем дополнительного нагнетания воздуха, дизельные двигатели имеют больший крутящий момент с самих низких оборотов.

Выражаясь простым языком, «ньютон-метры» – это сила вашего автомобиля, а киловатты – выносливость.

autolirika.ru

2.3. Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Внешняя характеристика двигателя представляет собой зависимость эффективной мощности Ne, крутящего момента МК и других показателей работы двигателя от частоты вращения коленчатого вала при полностью открытой дроссельной заслонке у бензинового двигателя или при максимальной (установленной заводом-изготовителем) цикловой подаче топлива у дизеля.

Для построения внешней характеристики двигателя может быть использовано какое-либо из известных эмпирических выражений, например, уже упоминавшаяся ранее формула Лейдермана

(2.9)

Максимальная мощность двигателя Nmax была ранее рассчитана. Задаваясь несколькими произвольными значениями частоты вращения n, можно рассчитать значение эффективной мощности двигателя при этих различных значениях частоты вращения, т.е. получить несколько точек характеристики. Рекомендуется при расчёте и построении внешней скоростной характеристики (а также и при выполнении в дальнейшем тягового расчёта) выбирать значения частоты вращения коленчатого вала двигателя не менее чем в восьми точках.

Среди этих точек обязательно должны присутствовать:

nmin - минимальная устойчивая частота вращения, которую можно принять равной 800...1000 об/мин для бензиновых двигателей и 600... 800 об/мин для дизелей;

nN - номинальная частота вращения, соответствующая максимальной мощности двигателя;

nv - частота вращения, соответствующая максимальной скорости автомобиля. Для дизелей nv= nN. Для бензиновых двигателей nv=kvnN;

nM- частота вращения, соответствующая максимальному крутящему моменту двигателя nM = kM nN .

Остальные точки выбираются произвольно так, чтобы все принятые при расчёте значения n были примерно равномерно распределены в интервале

Приведённые выше значения коэффициентов a, b и c, входящих в формулу Лейдермана, не являются обязательными. Эти значения дают достаточно хорошее совпадение формы расчётной внешней скоростной характеристики с экспериментальной для многих существующих двигателей, но не для всех.

В общем случае значения коэффициентов a, b и c зависят от соотношения частоты вращения при максимальной мощности (номинальной) и частоты вращения при максимальном крутящем моменте, т. е. от величины kM=nM/nN.

Зная величину kM, значения коэффициентов, входящих в формулу Лейдермана, можно рассчитать, используя следующие выражения:

— для бензиновых двигателей

c = 0,5/(1 - kM )

b = 2c -1; (2.10)

a = 2 - c.

— для дизелей

c = (kM - 1)/(1 - kM )2;

b = 2ckM; (2 11)

a = 1 + c - b.

Формула Лейдермана является не единственным аппроксимирующим полиномом, применяемым для расчётного построения внешней скоростной характеристики.

Рис. 2.1 Скоростная характеристика двигателя.

Иногда для лучшего приближения к экспериментальным характеристикам используются аппроксимирующие полиномы и более высоких степеней. Коэффициенты таких полиномов должны быть, вообще говоря, свои для каждого двигателя.

По рассчитанным значениям мощности в каждой точке характеристики определяется крутящий момент двигателя

Mk = 9550 Ne/ n, (2.12)

где МК - крутящий момент двигателя, Нм; Ne - эффективная мощность двигателя, кВт; n - частота вращения, об/мин.

Результаты расчёта рекомендуется свести в таблицу (табл. 2.2).

Таблица 2.2

studfiles.net

Способы повышения мощности двигателя | Двигатель автомобиля

Чтобы увеличить среднее эффективное давление, необходимо в цилиндр за цикл подать большее количество топлива, а для полного его сгорания — большее количество воздуха. Это реализуется путем увеличения количества свежего заряда, нагнетаемого в цилиндр под давлением. Данный способ называется наддувом двигателя. При этом среднее эффективное давление увеличивается практически пропорционально увеличению плотности свежего заряда.

Наддув с механическим приводом

Рис. Наддув с механическим приводом

На первом рисунке показан наддув с механическим приводом от коленчатого вала, а на втором рисунке — турбонаддув, где для привода центробежного компрессора 1 используется энергия отработавших газов (ОГ), которая реализуется в турбине 2, конструктивно объединен ной с компрессором в единый агрегат, который называется турбокомпрессором.

По величине создаваемого давления на входе в цилиндр различают наддув низкий (до 0,15 МПа), средний (0,15—0,2 МПа) и высокий (более 0,2 МПа). При этом эффективная мощность двигателя увеличивается на 20—30, 40—50 и более 50 % соответственно.

Турбонаддув

Рис. Турбонаддув: 1 — компрессор; 2 — турбина

Применение наддува в двигателях с искровым зажиганием осложняется возникновением детонационного сгорания и более высокой тепловой напряженностью лопаток турбины.

Эффективную мощность двигателя записывают следующей формулой:

Ne = Ni — Nм

или

Ne = pe*Vh*ni/(30r)

Если формулу представить в развернутом виде, то получим:

Ne = k(Hм/аl0)Vh*p*nv*ni*nm(n/z)

где к= 1/10^6 * 60 — постоянная величина, учитывающая тепловой эквивалент работы и коэффициент перевода единиц измерения.

Анализируя данное уравнение, можно определить и другие способы увеличения мощности двигателя:

увеличение рабочего объема Vh двигателя является наиболее простым способом повышения мощности. При этом происходит практически пропорциональное изменение массы заряда поступающего в цилиндры, что соответственно влияет на увеличение эффективной мощности. Рабочий объем может быть увеличен как путем увеличения габаритных размеров цилиндров, так и повышением их числа. Несмотря на то, что увеличение габаритных размеров имеет свои преимущества, этот способ имеет такой существенный недостаток, как пропорциональный рост массы шатунно-поршневой группы, что увеличивает силы инерции деталей и снижает максимальную частоту вращения коленчатого вала;
увеличение плотности воздуха р можно получить с помощью наддува;
рост коэффициента наполнения nv. может быть обеспечен путем создания более совершенных конструкций впускных трубопроводов и увеличения числа впускных клапанов, а также переводом бензиновых двигателей с карбюраторной системы питания к системе впрыска;
конструктивное совершенствование двигателей для увеличения nм. Так, используя новые материалы, можно снизить механические потери на трение, а совершенствование газораспределительного и других механизмов обеспечивает снижение насосных потерь и потерь на привод вспомогательных узлов;
повышение индикаторного КПД ni, которое зависит от различных факторов;
согласно формуле увеличение частоты вращения коленчатого вала n должно привести к пропорциональному росту Ne. Однако увеличение быстроходности вызывает рост газодинамического сопротивления при впуске свежего заряда, в результате чего понижается коэффициент наполнения. Кроме этого возрастают механические потери, тепловая и механическая напряженность деталей. Поэтому повышение быстроходности двигателя должно сопровождаться соответствующими конструктивными решениями, снижающими отрицательные последствия увеличения значений n;
использование обедненных горючих смесей приводит к плохой их воспламеняемости от электрического разряда, а применение электрофакельного зажигания существенно усложняет конструкцию двигателя, в частности газораспределительного механизма.

Эффективным способом увеличения мощности двигателя является улучшение смесеобразования, особенно в дизелях. Перспективным в этом направлении остаются создание топливной аппаратуры, обеспечивающей высокое качество распыления, и интенсификация турбулизации заряда в цилиндрах двигателя и камере сгорания.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Каталог товаров