Что означает мощность двигателя внутреннего сгорания

Как рассчитывается мощность двигателя?

Лошадиные силы двигателя автомобиля не измеряются лошадьми на практике, и это очевидно. Но как рассчитать мощность двигателя автомобиля другим способом? Всё очень просто: если Вы хотите узнать, сколько лошадиных сил в двигателе машины, Вы подключите двигатель к специальному динамометру. Динамометр создаёт нагрузку на двигатель и измеряет количество энергии, которое может развить двигатель против нагрузки. Но, тем не менее, чтобы рассчитать мощность двигателя, есть ещё один шаг, который необходимо преодолеть, и об этом мы сейчас поговорим.

Представьте себе, что у Вас есть большой торцевой гаечный ключ с ручкой на нём в 1 метр длиной, и Вы надавите на него весом 100 грамм. То, что Вы делаете, называется применением крутящего момента, у которого также есть своя единица измерения, и в данном случае она рассчитывается как 1 ньютон*метр (Н*м), потому что Вы давите 100 граммами (что примерно равно 1 Ньютону) с «плечом» в 1 метр. Вы сможете получить тот же 1 Н*м, если, к примеру, надавите весом в 1 кг на торцевой ключ с длиной ручки в 10 см.

Аналогично, если Вы вместо торцевого ключа приложите вал двигателя, то двигатель даст некоторый показатель крутящего момента на вал. Динамометр измеряет этот крутящий момент. А далее Вы можете легко конвертировать крутящий момент в лошадиные силы путём простой формулы и, таким образом, рассчитать мощность машины. Формула эта выглядит следующим образом:

Мощность двигателя = (Обороты в минуту * Крутящий момент)/5252.

Вы можете получить представление о том, как динамометр работает, следующим образом: представьте, что Вы включаете двигатель автомобиля при включенной нейтральной передачей и жмёте педаль акселератора «в пол». Двигатель будет работать так быстро, что может взорваться. Это не есть хорошо, но так, при помощи динамометра Вы можете измерить крутящий момент двигателя на разных оборотах. Вы можете подключить двигатель к динамометру, нажать на педаль газа и создать в динамометре достаточное количество нагрузки на двигатель, чтобы сохранить его работу, скажем, на 7 000 оборотов в минуту. Вы записываете при это на бумагу, с какой максимальной нагрузкой двигатель может справиться. Тогда Вы начинаете применять дополнительную нагрузку, чтобы сбить скорость двигателя до 6 500 оборотов в минуту и снова записать нагрузку в новом режиме. Тогда Вы сбросите нагрузкой двигатель до 6 000 оборотов в минуту, и так далее. Вы можете сделать то же самое вплоть до критически низких 500 или 1 000 оборотов в минуту. Что динамометры делают — так это фактически измеряют крутящий момент и далее конвертируют крутящий момент в лошадиные силы, рассчитывая мощность.

Тем не менее, крутящий момент, хоть и растёт вместе с мощностью при росте оборотов, тем не менее, не всегда значение мощности прямо пропорционально крутящему моменту. Так, е сли Вы построите график мощности и крутящего момента по оборотам вращения двигателя, делая отметки с шагом в 500 оборотов, то, что Вы в конечном итоге получите, является кривой мощности двигателя. Типичная кривая мощности для высокопроизводительного двигателя может выглядеть следующим образом (в примере 300-сильный мотор Mitsubishi 3000):

Данный график указывает на то, что любой двигатель имеет пиковую мощность, которую можно рассчитать динамометром — значение оборотов в минуту, при которых мощность двигателя достигает своего максимума. Двигатель также имеет максимальный крутящий момент в определённом диапазоне оборотов в минуту. Вы можете часто видеть в технических характеристиках автомобилей указание наподобие «123 л.с. при 4 600 об./мин., 155 Нм при 4 200 об./мин.». А ещё, когда люди говорят, что двигатель «низкооборотистый» или «высокооборотистый», то они имеют в виду, что максимальный крутящий момент двигателя достигается на довольно низкой или высокой величине оборотов соответственно (например, дизельные двигатели по своей природе являются низкооборотистыми, и потому (но не только поэтому) их часто используют на грузовых автомобилях и тракторах, а вот бензиновые двигатели, напротив, высокооборотистые).

Как мы видим, рассчитать мощность двигателя машины является не такой уж и сложной задачей для специалистов, вооружённых динамометром.

Эффективная мощность двигателя

Мощность, развиваемую на выходном фланце коленчатого вала, на данном режиме, называют эффективной (Р_е). Мощность, развиваемую силами давления газов непосредственно внутри цилиндров, называют индикаторной (Р_i) по наименованию индикатора — прибора, служащего для снятия индикаторных диаграмм. Естественно, что Р_е меньше Р_i на сумму механических потерь, куда входят потери на трение, на привод навешенных агрегатов и механизмов, на привод распределительного вала и так называемые насосные потери (у четырехтактного ДВС без наддува), т.е. потери на всасывание воздушного заряда и на выталкивание отработавших газов в атмосферу.

В связи с введением в действие Международной системы единиц (СИ) и стандарта СЭВ 1052—78 мощность следует измерять не в л.с., а в кВт.

Для перевода л.с. в кВт можно пользоваться соотношением Р_{е кВт} = 0,736Р_{е л.с.}

Градация мощностей, предусмотренная для двс

Для оценки режимов работы дизелей, выпускаемых отечественной промышленностью, принята, согласно ГОСТ 10150—82, следующая градация мощностей:

— номинальная мощность — это длительная эффективная мощность при номинальной частоте вращения в условиях, для которых предназначен дизель с учетом возможности развития максимальной мощности;

— максимальная мощность — это кратковременная мощность, превышающая номинальную на 10% и получаемая периодически в течение не более 1 ч;

— полная мощность — это длительная эффективная мощность, назначаемая по требованию потребителя взамен номинальной мощности (продолжительность работы на этой мощности не ограничивается);

— минимальная мощность, допускаемая при длительной работе,— это наименьшая длительная эффективная мощность, гарантируемая при соответствующей частоте вращения;

— мощность, соответствующая минимально устойчивой частоте вращения,— это мощность, устанавливаемая заводами-изготовителями по согласованию с потребителями (продолжительность работы на этой мощности определяется назначением дизеля).

Цилиндровая мощность и литровая мощность

Под цилиндровой мощностью понимают мощность, развиваемую одним цилиндром ДВС. Для сравнительной оценки различных ДВС используют относительную мощность — так называемую литровую мощность Р_ел под которой понимают отношение мощности, развиваемой дизелем, к объему в литрах, описываемому всеми его поршнями за один ход. Литровая мощность является показателем степени использования рабочего объема цилиндра дизеля.

Рабочим объемом цилиндра называется объем, описываемый поршнем за один ход между мертвыми точками.

Численное значение Р_ел изменяется в широком диапазоне, что объясняется не столько действующими значениями среднего эффективного давления Р_mе, сколько различными частотами вращения ДВС. Например, если для некоторых стационарных и судовых дизелей Р_ел=1,3 — 2,1 кВт/л при частоте вращения n=250 -350 мин -1 , то для автомобильных двигателей Р_ел=20 — 40 кВт/л, а литровая мощность двигателей гоночных автомобилей достигает 100-120 кВт/л при n=(11-12)10 3 мин -1 .

Среднее эффективное давление и что оно характеризует

Среднее эффективное давление (р_mе)—один из основных показателей совершенства рабочего цикла и конструкции ДВС. По величине р_mе можно косвенно судить о тепловой нагрузке в ДВС: чем выше р_mе тем больше эта нагрузка. Величина р_mе является основным параметром, за счет которого производят форсирование мощности современных дизелей. Среднее эффективное давление можно представить как некоторое условное среднее давление газов на поршень двигателя в период его рабочего хода, совершающее такую же работу, что и фактическое временное давление газов в цилиндре (за вычетом работы, соответствующей механическим потерям). Если эти потери не учитывать, то получим среднее индикаторное давление p_mi.

Крутящий момент двигателя

Рассуждая о главнейшем автомобильном узле — двигателе, стало принято превозносить мощность превыше других параметров. Между тем, вовсе не мощностные способности являются первостепенной характеристикой силовой установки, а явление, называемое крутящим моментом. Потенциал любого автомобильного двигателя напрямую определяется данной величиной.

Понятие крутящего момента ДВС. О сложном простыми словами

Крутящим моментом применительно к двигателям автомобилей называется произведение значения силы и плеча рычага, или, простыми словами, сила давления поршня на шатун. Исчисляется эта сила ньютон-метрами, и чем выше ее величина, тем резвее машина.

Более того, мощность двигателя, выражаемая в ваттах, — это не что иное, как умноженное на частоту вращения коленвала значение крутящего момента в ньютон-метрах.

Представим лошадь, которая тащит тяжелые сани и увязает в канаве. Вытянуть сани не получится, если лошадь будет пытаться выскочить из канавы с разбега. Здесь необходимо приложить определенную силу, которая и будет являться крутящим моментом (КМ).

Часто крутящий момент путают с частотой вращения коленвала. В реальности это два совершенно разных понятия. Если вернуться к примеру с лошадью, застрявшей в канаве, частота шага будет символизировать частоту оборотов двигателя, тогда как сила, прикладываемая животным при отталкивании во время шага, олицетворяет в данном случае крутящий момент.

Факторы, влияющие на величину крутящих моментов

Из примера с лошадью легко догадаться, что в данном случае значение КМ будет во многом определяться мышечной массой животного. Применительно к автомобильному двигателю внутреннего сгорания эта величина зависит от рабочего объема силовой установки, а также от:

• уровня рабочего давления внутри цилиндров;
• размера поршня;
• диаметра кривошипа коленвала.

Наиболее сильно крутящий момент зависим от рабочего объема и давления внутри силовой установки, и эта зависимость прямо пропорциональна. Другими словами, двигатели с большим объемом и давлением, соответственно, отличаются и большим моментом.

Прямая зависимость наблюдается также между КМ и радиусом кривошипа коленвала. Однако конструкция современных автомобильных двигателей такова, что не позволяет варьировать значения момента в широких пределах, из-за чего возможности добиться повышенного крутящего момента за счет радиуса кривошипа коленчатого вала у конструкторов ДВС невелики. Вместо этого разработчики прибегают к таким способам увеличить момент, как использование технологий турбонаддува, увеличение степени сжатия, оптимизация процесса сгорания топлива, использование впускных коллекторов специальных конструкций, и т.д.

Важно, что КМ увеличивается с ростом оборотов двигателя, однако после достижения максимума на определенном диапазоне крутящий момент понижается несмотря на продолжающийся прирост частоты вращения коленвала.

Влияние крутящего момента ДВС на характеристики автомобиля

Величина крутящего момента выступает тем самым фактором, который непосредственным образом задает динамику разгона автомобиля. Если вы — заядлый автолюбитель, то могли заметить, что разные автомобили, но с одинаковым силовым агрегатом, по-разному ведут себя на дороге. Или на порядок менее мощный автомобиль на дороге превосходит того, у которого под капотом лошадиных сил больше, причем даже тогда, когда сравнимые авто имеют одинаковые размеры и вес. Причина заключается как раз в разнице в крутящих моментах.

Лошадиные силы можно представить как индикатор выносливости мотора. Именно этот показатель определяет скоростные возможности автомобиля. Но поскольку крутящий момент является разновидностью силы, то непосредственно от его величины, а не от количества «лошадей», зависит то, насколько быстро автомобиль сможет достичь максимального скоростного режима. По этой причине далеко не каждое мощное авто обладает хорошей динамикой разгона, а те, что способны разгоняться быстрее других, необязательно оснащены мощным двигателем.

Вместе с тем высокий крутящий момент еще не гарантирует сам по себе отличную динамичность машины. Ведь кроме прочего, динамика увеличения скорости, а также способность авто к резвому преодолению подъемов участков, зависит от диапазона работы силовой установки, передаточных чисел трансмиссии, отзывчивости педали газа. Наряду с этим нужно учитывать, что момент существенно понижается из-за различных противодействующих явлений — сил качения колес и трения в различных автомобильных узлах, из-за аэродинамических и прочих явлений.

Крутящий момент vs. мощность. Связь с динамикой автомобиля

Мощность — производное такого явления, как крутящий момент, ею выражается работа силовой установки, выполненная за определенное время. А поскольку КМ олицетворяет собой непосредственную работу мотора, то в виде мощности отражается величина момента в соответствующий период времени.

Наглядно увидеть связь между мощностью и КМ позволяет следующая формула:

Где: P в формуле означает мощность, М — крутящий момент, N — обороты двигателя за минуту, а 9549 — коэффициент обращения N в радианы в секунды. Результатом вычислений по данной формуле будет являться число в киловаттах. Когда нужно перевести полученный результат в лошадиные силы, полученное число умножают на 1.36.

По сути, крутящим моментом является мощность при неполных оборотах, например, во время обгона. Мощность возрастает по мере роста момента, и чем выше этот параметр, тем больше запас кинетической энергии, тем легче автомобиль преодолевает противодействующие на него силы и тем лучше его динамические характеристики.

При этом важно помнить, что мощность достигает своих максимальных значений не сразу, а постепенно. Ведь с места автомобиль трогается на минимуме оборотов, и затем скорость наращивается. Именно здесь и подключается сила под названием крутящий момент, и именно она определяет тот самый временной отрезок, за который авто достигнет своей пиковой мощности, или, другими словами, скоростную динамику.

Из этого следует, что машина с силовым агрегатом мощнее, но обладающим недостаточно высоким крутящим моментом, уступит по скорости разгона модели с мотором, который, напротив, не способен похвастать хорошей мощностью, но превосходит конкурента в крутящем моменте. Чем большая тяга, сила передается ведущим колесам и чем богаче диапазон оборотов силовой установки, в котором достигается высокий КМ, тем быстрее происходит ускорение автомобиля.

В то же время существование крутящего момента возможно без мощности, но существование мощности без момента — нет. Представьте, что наша лошадь с санями увязла в грязи. Производимая лошадью мощность в этот момент будет равняться нулю, но крутящий момент (попытки выбраться, тяга), хотя его может быть недостаточно для движения, будет присутствовать.

Дизельный момент. Отличия между КМ бензинового и дизельного двигателей

Если сравнивать бензиновые силовые установки с дизельными, то отличительной особенностью последних (всех без исключения) является повышенный крутящий момент при меньшем количестве лошадиных сил.

Бензиновый ДВС достигает своих максимальных значений КМ при трех-четырех тысячах оборотов в минуту, но затем способен стремительно нарастить мощность, раскрутившись за минуту до семи-восьми тысяч раз. Диапазон оборотов же коленчатого вала дизельного двигателя обычно ограничен тремя-пятью тысячами. Однако в дизельных установках больше ход поршня, выше уровень сжатия и другая специфика сгорания топлива, что обеспечивает не только более высокий относительно бензиновых установок крутящий момент, но и доступность этой силы едва ли не с холостого хода.

По этой причине смысла добиваться повышенной мощности дизельных двигателей нет: уверенная, доступная «с низов» тяга, высокий коэффициент полезного действия и топливная эффективность полностью нивелируют отставание таких ДВС от бензиновых как по мощностным показателям, так и по скоростному потенциалу.

Особенности правильного разгона машины. Как выжать из авто максимум

Основа правильного разгона — умение работать с коробкой передач и следование принципу «от максимума момента до пика мощности». То есть, добиться наилучшей динамики разгона машины можно только поддерживая частоту вращения коленвала в том диапазоне значений, при которых КМ достигает своего максимума. Очень важно, чтобы обороты совпали с пиком крутящего момента, но при этом должен оставаться запас по их увеличению. Если разгоняться на оборотах выше пиковой мощности, динамика разгона будет меньше.

Диапазон оборотов, соответствующий максимуму крутящего момента, обусловлен характеристиками двигателя.

Выбор двигателя. Какой лучше — с высоким моментом или повышенной мощностью?

Если подвести итоговую черту под всем вышесказанным, то станет очевидно, что:

• крутящий момент — ключевой фактор, характеризующий возможности силовой установки;
• мощность — это производная КМ и, соответственно, вторичная характеристика двигателя;
• прямую зависимость мощности от момента можно увидеть по выведенной физиками формуле Р (мощность) = М (момент) * n (частота вращения коленвала в минуту).

Таким образом, выбирая между двигателем с большим количеством лошадиных сил, но меньшим крутящим моментом, и двигателем с большим КМ, но меньшей мощностью, приоритетным будет второй вариант. Использовать весь заложенный в автомобиль потенциал позволит только такой мотор.

При этом не следует забывать о взаимосвязи динамических характеристик автомобиля с такими факторами, как отзывчивость педали газа и коробка переключения передач. Лучшим вариантом станет то авто, которое не только оснащено двигателем с высоким крутящим моментом, но и имеет наименьшую длину задержки между нажатием педали газа и реакцией двигателя, а также трансмиссию с короткими соотношениями передач. Наличие этих особенностей компенсирует маломощность силовой установки, заставляя автомобиль разгоняться быстрее, чем машина с двигателем похожей конструкции, но с меньшей силой тяги.

Видео: Мощность и крутящий момент двигателя

Видео: Крутящий момент, обороты и мощность двигателя. Простыми словами

Крутящий момент двигателя- Что это и от чего зависит

Паспорт транспортного средства содержит данные о максимальной мощности силового агрегата. Но там не всегда можно увидеть значение крутящего момента двигателя. Не все водители могут точно ответить, что значит крутящий момент двигателя. Для объяснения физического смысла нужно обратиться к учебникам школьной программы и вспомнить основное определение данного понятия. Крутящий момент двигателя – это расчетная величина, отображающая максимальное значение силы, передаваемой на коленвал. Единица измерения – Н.м (ньютон метр).

Что означает крутящий момент двигателя

Узлы, системы, сложные механизмы, входящие в состав транспортного средства, играют важную роль в слаженной работе авто. Двигатель внутреннего сгорания несет основную функцию – обеспечение энергией движения каждого элемента.

При его работе, в результате сгорания топлива усилие воздействует на поршень, далее – на кривошипно-шатунный механизм – коленчатый вал. Затем, с выходного вала силового агрегата мощность передается при помощи элементов трансмиссии на ходовую часть. Благодаря передаваемому крутящему моменту, колеса транспортного средства приходят в движение. При давлении на педаль газа увеличивается воздействие на плечо, что приводит к возрастанию этого параметра.

Благодаря стабильной работе ДВС, автомобиль может:

1. Быстро набирать заданную скорость.
2. Изменять тяговые усилия.
3. Осуществлять движение при различных дорожных условиях.

Крутящий момент является определяющим параметром для оценки работы двигателя. С помощью данного показателя можно узнать, с какой силой раскручивается коленчатый вал. Крутящий момент двигателя измеряется в единицах ньютоно метрах, вычисляется методом умножения: сила умножается на расстояние от коленвала до точки крепления поршня.

Мощность двигателя зависит от Мкр. Расчет мощности осуществляется по формуле: Р = Мкр х n.

• P – мощность двигателя.
• Мкр – крутящий момент.
• n – число об/мин коленвала.

От чего зависит крутящий момент двигателя

Для определения параметров двигателя задаются характеристики, требуемые на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации.

Крутящий момент двигателя, формула расчета: Мкр = F х L (F – усилие, L – длина плеча).

Чем качественнее и полноценнее сгорают топливные смеси в цилиндрах, тем большее значение имеет сила F, в качестве длины плеча L здесь выступает ход поршня.

От правильности расчета Мкр зависят характеристики двигателя:

1. Динамика разгона.
2. Изменение тяги.
3. Возможность эксплуатации авто в напряженных режимах.

Мкр двигателя зависит от:

типа мотора (дизельный либо бензиновый):

• объема цилиндров;
• степени сжатия;
• количества оборотов.

Максимальный крутящий момент двигателя отмечается на представленном графике до начала его снижения на соответствующих оборотах коленвала. Замечено, что при достижении максимального значения Мкр, последующее увеличение оборотов не приводит к росту момента вращения силового агрегата. На графике это выглядит в виде параболы перевернутого типа.

На что влияет крутящий момент двигателя

Известно, что величина мощности мотора рассчитывается по математическим формулам с участием Мкр. Крутящий момент и мощность двигателя находятся в прямой зависимости друг от друга. Эти два понятия взаимосвязаны и не существуют отдельно.

На практике, во время совершения обгона, на дороге водитель нажимает на педаль газа. Чем выше развивается момент вращения, тем больше возрастает мощность. С ростом мощности машина получает достаточное количество энергии для улучшения показателя динамики при разгоне.

Вывод: Величина Мкр влияет на мощность силового агрегата и скорость разгона транспортного средства.

При правильных расчетах передаточных чисел коробки передач, скорость автомобиля достигает максимальных значений, когда мощность, затрачиваемая на работу ходовой части и мощность, вырабатываемая двигателем, выравниваются между собой.

Факторы, приводящие к потерям мощности, получаемой на колесах:

1. Напор встречных воздушных потоков при больших скоростях.
2. Сопротивление качения.
3. Преодоление сил трения элементов трансмиссии.

Мощность суммарных потерь увеличивается при возрастании скорости движения автомобиля.

Важно: Чтобы правильно оценить рабочие параметры автомобильного двигателя, необходимо узнать величину Мкр. При схожих конструкциях и эксплуатационных характеристиках, лучше отдать предпочтение агрегатам, обладающим наибольшим крутящим моментом. С целью улучшить качество и динамичность разгона, а также повысить тягу авто, рекомендуется поддерживать частоту оборотов в минуту выходного вала в пределах, где Мкр имеет пиковые значения.

При достаточном диапазоне оборотов, чем выше данный параметр, передаваемый на колеса автомобиля, тем легче происходит ускорение и преодолеваются самые трудные отрезки пути.

Какому двигателю отдать предпочтение

Опытные автомобилисты считают, что при выборе между двух двигателей, обладающих схожими мощностными характеристиками, лучше приобрести авто с мотором, имеющим более высокий крутящий момент. В большей степени это касается транспортных средств, оснащенных механической коробкой передач.

Машина нуждается в достаточной мощности не только при максимальных оборотах двигателя, но и при равномерном движении. Данный показатель определяется величиной Мкр.

Сравнении основных показателей по мощности и моменту вращения:

• момент– это базовый параметр, по которому оценивается работа;
• мощность зависит как от Мкр, так и от числа оборотов коленчатого вала (до определенных пределов);
• Мкр тоже возрастает при увеличении оборотов, однако, при достижении пиковых значений, он начинает снижаться, даже при усилении оборотов.

Улучшение разгона авто за счет изменения момента вращения

Автопроизводители, с целью улучшения динамических показателей, устанавливают на авто моторы, имеющие максимальный Мкр. Дизельные, а также турбированные и много цилиндровые моторы характеризуются повышенным моментом вращения.

Степень влияния мощности и момента на динамику автомобиля:

1. Машины, имеющие более мощный мотор, но с недостаточным Мкр, уступают аналогам, с лучшим разгоном.
2. При наличии высокого Мкр, автомобиль ускоряется намного уверенней на пониженных оборотах.
3. Максимальная скорость автомобиля всецело диктуется мощностью движка и не зависит от величины Мкр.

Важно: Чтобы сравнивать разгонные характеристики двигателей, при схожих трансмиссиях, необходимо удостовериться в идентичности конструкций силовых агрегатов, типа коробок передач, передаточных чисел. Иначе сравнение не будет считаться корректным.

Отличия бензиновых моторов от дизелей по моменту

Бензиновые двигатели не отличаются высоким Мкр. Максимальный Мкр достигается в узких границах при 3 – 4 тыс. оборотах. Резкое увеличение мощности происходит при 7 – 8 тысячах об/мин.

Дизели не развивают высоких оборотов. Их максимальное значение не превышает 3 – 5 000 об/мин. Однако, дизельные двигатели развивают высокий Мкр, превышающий по значению бензиновые в несколько раз, даже на холостом ходу.