127 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое номинальная мощность двигателя внутреннего сгорания

Эффективная мощность двигателя

Мощность, развиваемую на выходном фланце коленчатого вала, на данном режиме, называют эффективнойе). Мощность, развиваемую силами давления газов непосредственно внутри цилиндров, называют индикаторнойi) по наименованию индикатора — прибора, служащего для снятия индикаторных диаграмм. Естественно, что Ре меньше Рi 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 Ре кВт = 0,736Ре 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 Рел 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 Рел изменяется в широком диапазоне, что объясняется не столько действующими значениями среднего эффективного давления Рmе, сколько различными частотами вращения ДВС. Например, если для некоторых стационарных и судовых дизелей Рел=1,3 — 2,1 кВт/л при частоте вращения n=250 -350 мин -1 , то для автомобильных двигателей Рел=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 (рmе)—один из основных показателей совершенства рабочего цикла и конструкции ДВС. По величине рmе можно косвенно судить о тепловой нагрузке в ДВС: чем выше рmе тем больше эта нагрузка. Величина рmе 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 pmi.

Номинальная мощность двигателя

Номинальная мощность двигателя определяется из условия ре­ализации номинального тягового усилия Pн на первой основной скорости движения:

, кВт,

где Nн — номинальная сила тяги на крюке, Н ;

m — масса трактора, кг;

f — коэффициент сопротивления качению;

VН1 — номинальная скорость движения на первой основной передаче, км/ч;

— механический КПД трансмиссии, определяемый по эмпирической формуле (/1/;с.31);

xэ — коэффициент эксплуатационной нагрузки двигателя;

g = 9,81 м/с 2 — ускорение свободного падения тел.

Расчетное значение мощности округляется и по окончательно принятому значению рассчитывают двигатель и характеристики трактора.

Данные тягового расчета трактора заносятся в табл.1 (Первая строка таблицы – данные рассчитываемой машины, вторая строка таблицы – данные машины прототипа).

Таблица 1.Данные тягового расчета трактора

Pн, кНPн l , кН m, кгG, кгРасчетные скорости трактора, км/сNн, кВт
основные транспортные

Тяговый расчет автомобиля

Тяговым расчетом определяются: полная масса автомобиля, расчетные скорости движения, передаточные числа трансмиссии и мощность двигателя. Исходными данными для расчета являются: наз­начение и тип автомобиля, номинальная грузоподъемность, макси­мальная скорость движения и величина приведенного (суммарного) коэффициента сопротивления дороги на которой должна дости­гаться максимальная скорость автомобиля. В расчетах можно принимать = 0,03. 0,04.

Расчетом последовательности определяются:

1.2.1. Полная масса автомобиля:

где m — масса снаряженного автомобиля;

mг — масса груза (номинальная грузоподъемность);

Читать еще:  Где что находиться на двигатель тойота королла

n — число мест в кабине;

a = 75 кг — масса водителя или пассажира.

Масса снаряженного автомобиля принимается по прототипу (приложение 1, табл. 3, 4) или находится, задаваясь коэффициентом грузоподъемности:

,

Для грузовых автомобилей дорожной (нормальной) проходимости = 0,9. 1,1. Сила тяжес­ти (вес) автомобиля: G = mg = m · 9,81, Н. Силы тяжести и мас­са автомобиля округляются с точностью не более четырех знаков.

Подбор шин и определение радиуса качения ведущих колес.

Подбор шин производится по нагрузке, приходящейся на колесо. Для нахождения нагрузки на колесо распределение массы по осям можно принять по прототипу. Находятся коэффициенты нагрузки передних и задних колес прототипа:

и ; ,

где mпр — полная масса заданного прототипа автомобиля;

mп и mк — массы, приходящиеся на переднюю и заднюю оси авто­мобиля (приложение 1, табл. 3 и 4).

Массы, приходящиеся на передние и задние колеса проектируе­мого автомобиля, находятся по выражениям:

и ,

где: m — полная масса проектируемого автомобиля;

Z1 — число колес передней оси автомобиля;

Z2 — число колес задней оси или тележки.

По ГОСТ 5613-86 следует подобрать размер шин, выписать их техническую характеристику и определить статический радиус колеса. Радиус качения ведущих колес определяется по выражению:

Номинальная мощность двигателя

Мощность двигателя, необходимая для движения полностью загруженного автомобиля с максимальной скоростью движения в за­данных условиях, определяется по формуле:

,

где: G — полный вес автомобиля (сила тяжести), G = 9,81·m,

Pwmax — сила сопротивления воздуха при Vmax , в Н, опреде­ляемая по формуле (/1/, с.15);

— механический КПД трансмиссии, определяемый по эмпирической формуле (/1/, с.31)

Vmax — максимальная скорость движения, км/ч.

Полученное значение номинальной мощности округляется и по окончательно принятому значению рассчитываются дизель и харак­теристики автомобиля. В случае установки на автомобиль карбю­раторного двигателя определяется его максимальная мощность. Значение мощности округляется и расчет двигателя выполняется для режима максимальной мощности.

Максимальная мощность карбюраторного двигателя, работающего с ограничителем, может быть определена по эмпирической фор­муле:

,

где — 0,9. 0,95 или берется по прототипу;

n max=nН — частота вращения при максимальной мощности;

nН — частота вращения при номинальной мощности, обычно указываемая в задании или принимаемая по прототипу.

Что такое крутящий момент двигателя автомобиля

В списке ключевых характеристик любого бензинового или дизельного ДВС обязательно указывается мощность и крутящий момент двигателя. Что касается самого транспортного средства, отдельный акцент делается на разгонной динамике автомобиля 0-100 км/ч. независимо от типа силового агрегата под капотом (бензин, дизель, гибридный двигатель и т.д.). Традиционно сложилось, что максимум внимания покупателей изначально обращен на мощность двигателя, выраженную в лошадиных силах (л.с.). Прочно укоренилось мнение, что чем больше л.с. выдает двигатель, тем быстрее, динамичнее и, зачастую, престижнее окажется автомобиль в конечном итоге. Параллельно с этим показатель крутящего момента, который выражается в ньютон-метрах (Н∙м), маркетологи сознательно отодвигают на второй план.

Такой подход хорошо иллюстрирует распространенное выражение среди продавцов автомобилей в США. Как они говорят, продавать машины помогают «лошади», то есть мощность, при этом двигает автомобиль вперед крутящий момент. Далее мы подробно рассмотрим, что такое крутящий момент двигателя внутреннего сгорания, а также взглянем на зависимость характеристик мощности двигателя, крутящего момента и разгонной динамики.

Мощность и крутящий момент ДВС

Для большинства рядовых автолюбителей понятие о показателе максимальной мощности и крутящего момента сводится к тому, что чем больше мощность, тем больше окажется и крутящего момента, а также более мощный двигатель всегда лучше. При этом чёткое понимание указанных характеристик мотора у многих отсутствует.

Смятение в этот лагерь также внесло растущее число «дизелистов», среди которых намного больше внимания уделяется именно кутящему моменту, а не мощности дизельного мотора. Также следует упомянуть и о турбомоторах, которые могут разгонять автомобиль намного быстрее, хотя мощность самого ДВС с наддувом заметно уступает атмосферным аналогам с намного более внушительным количеством «лошадей» под капотом. Получается, мощнее, но не всегда динамичнее и быстрее? Давайте разбираться, почему так происходит и чем «моментная» характеристика отличается от «мощностной».

Как мощность двигателя и крутящий момент влияют на разгон автомобиля

Как уже было сказано, в технических характеристиках указывается максимальная мощность двигателя и крутящий момент. Итак, крутящий момент представляет собой силу вращения коленвала ДВС. Измеряется крутящий момент в ньютон-метрах. Также моментная характеристика может быть выражена в килограмм-силах на метр. Крутящий момент возникает тогда, когда свободно вращающийся коленвал начинают тормозить.

Так происходит по причине того, что на разных оборотах в камере сгорания происходят разные процессы, что отражается на эффективности наполнения цилиндров, качестве сгорания топливно-воздушной смеси, вентиляции цилиндров и т.д. Другими словами, количество воздуха на впуске, угол опережения зажигания, объем отработавших газов и ряд других параметров меняется в зависимости от числа оборотов коленвала. По этой причине каждому водителю бензиновой машины с малообъемным атмосферным мотором хорошо знакома ситуация, когда на «низах» при езде на высокой передаче двигатель не тянет, то есть крутящий момент очень мал.

Читать еще:  Что такое повышенное скольжение в двигателе

Нажатие на педаль газа и поднятие оборотов до средних значений приводит к тому, что эффективность наполнения воздухом на впуске растет, топливно-воздушная смесь сгорает более полноценно, цилиндры лучше вентилируются. Результатом становится то, что крутящий момент растет. Добавим, что турбомоторы в среднем диапазоне оборотов полностью преодолевают эффект турбоямы, после чего у двигателя возникает желаемый подхват. Дело в том, что поток отработавших газов после раскручивания двигателя начинает эффективно вращать крыльчатку турбокомпрессора для подачи большего количества воздуха в цилиндры.

Дальнейший рост оборотов вызывает то, что в двигателе существенно растут механические потери. К таким потерям следует отнести трение поршневых колец о стенки цилиндров, а также различные инерционные потери в других узлах и механизмах двигателя. В результате КПД мотора падает, энергия начинает расходоваться на преодоление таких потерь в условии езды на приближенных к максимальным оборотах. Закономерно, что крутящий момент начинает уменьшаться с учетом растущих нагрузок. Турбомоторы также теряют отдачу, так как сам турбонагнетатель не обеспечивает должную производительность на максимальных оборотах.

Если сказать иначе, мощность двигателя означает количество работы, которую агрегат способен выполнить за определенный промежуток времени. Мощность ДВС измеряется в киловаттах (кВт) и напрямую зависит от показателя крутящего момента на конкретных оборотах. Не вдаваясь в подробности, мощность является расчетной величиной и не измеряется отдельно от кутящего момента. Что касается максимальной мощности, такая мощность представляет собой условную точку начала уменьшения крутящего момента, но произведение мощности и оборотов еще не стремится к увеличению. С учетом данной информации становится понятно, что такое полка крутящего момента, которая часто отображается на графиках. Под такой полкой следует понимать диапазон оборотов, на которых постоянно доступен максимум крутящего момента.

Что касается самой максимальной мощности, от данного показателя зависит, прежде всего, та максимальная скорость, с которой способен двигаться автомобиль. Максимальная скорость становится доступной в том случае, когда расходуемая мощность равна мощности ДВС. При этом для определения «максималки» конструкторами учитывается ряд потерь на инерцию и трение, сопротивление потокам воздуха и качению колес. Если проще, от запаса мощности зависит способность мотора преодолевать растущие потери и сопротивление, что и позволяет агрегату разогнать автомобиль только до определенного предела и далее поддерживать набранную скорость.

Крутящий момент дизельного двигателя

Особенностью дизельных двигателей сравнительно с бензиновыми аналогами является более высокий крутящий момент и меньшая мощность. Дело в том, что дизельные моторы имеют суженный диапазон оборотов. Это связано с конструктивными отличиями таких моторов (ход поршня), а также более высокой степенью сжатия и спецификой процесса сгорания дизтоплива.

Другими словами, дизель изначально не приспособлен для работы на высоких оборотах. Следовательно, агрегат не так хорошо раскручивается. Параллельно с этим температура выхлопа у дизельного двигателя ниже по сравнению с бензиновым, а также на «низах» моторы на солярке не так склонны к детонации. В результате конструкторы смогли установить сложные и максимально эффективные системы турбонаддува именно на дизель.

Добавим, что потенциал дизеля позволяет сделать его даже мощнее бензиновых собратьев, но это приведет к существенному удорожанию и утяжелению всей конструкции двигателя. Также понадобится доработка системы питания дизельного мотора и установка более выносливой КПП, которая будет способна выдерживать просто огромный крутящий момент. Не следует забывать и об экологических нормах, для соответствия которым мощные дизели потребуют серьезной модернизации. Получается, поднимать мощность дизеля сегодня попросту нецелесообразно.

Подведем итоги

Если вы столкнулись с возможностью выбрать автомобиль с незначительно отличающимися по характеристикам двигателями, тогда оптимально выбирать агрегат с большим крутящим моментом. Данное правило особенно актуально для машин с МКПП. Например, производитель может выпускать одну и ту же модель, которая получает ДВС с рабочим объемом 1.8 литра (140 л.с.) и 2.0 (155 л.с.). Также следует учитывать и упомянутую выше полку крутящего момента, то есть зависимость мощности и крутящего момента от оборотов двигателя.

Лучшим вариантом двигателя будет тот, когда мотор выходит на пик момента не на определенных оборотах, а в максимально широком диапазоне. Например, простой атмосферный двигатель может иметь пик крутящего момента на 3500 об/мин, в то время как его продвинутый высокотехнологичный аналог с турбиной выходит на пик момента уже при 1500 об/мин, сохраняя «ровную» полку до 4500 об/мин. Это значит, что в первом случае для уверенного разгона мотор нужно крутить, удерживать ДВС на оборотах максимального момента, а также чаще переключать передачи вниз при возникновении нагрузок. Во втором случае максимум крутящего момента будет доступен водителю в широком диапазоне оборотов, что позволяет эффективно ускоряться и справляться с меняющимися нагрузками без частого переключения передачи на пониженную. Другими словами, доступность высокого крутящего момента в расширенном диапазоне фактически означает, что и мощности почти всегда достаточно.

Читать еще:  Ngk 4511 bp6hs для каких двигателей

Различные силовые установки тестируются на эластичность путем анализа тяги и разгона с 60 до 100 км/ч при движении на четвёртой передаче или ускорения с 80 до 120 км/ч на включенной пятой передаче. По этой причине малообъемный высокофорсированный двигатель, который имеет отличный подхват на низких оборотах и широкую полку момента, покажет себя отличным вариантом для города. Именно в городском цикле, то есть в условиях умеренных скоростей и режимов ускорение-замедление, потенциала такого ДВС более чем достаточно. При этом следует учитывать, что на более высокой скорости в режиме трассы подобный агрегат может не обеспечить уверенного обгона, уступив в этом плане простому атмосферному двигателю с большим крутящим моментом и мощностью.

Индикаторная и эффективная мощности

Индикаторной мощностью N i называют мощность, развиваемую газами внутри цилиндра двигателя. Единицами измерения мощности являются лошадиные силы (л. с.) или киловатты (квт); 1 л. с. = 0,7355 квт.

Для определения индикаторной мощности двигателя необходимо знать среднее индикаторное давление p i т. е. такое условное постоянное по величине давление, которое, действуя на поршень в течение только одного такта сгорание—расширение, могло бы совершить работу, равную работе газов в цилиндре за весь цикл.

Это давление p i можно подсчитать по полезной площади индикаторной диаграммы (на рис. 1 и 2 она заштрихована). Для карбюраторных двигателей величина р i составляет 8—12 кг/см 2 , а для дизельных — 7,5—10,5 кг/см 2 .

Если известно p i, то индикаторную мощность четырехтактного двигателя можно выразить следующей формулой:

где p i — среднее индикаторное давление, кг/см 2 ;
V л — сумма рабочих объемов всех цилиндров (литраж) двигателя дм3 или л;
n — число оборотов коленчатого вала в минуту.

Литраж двигателя определяется по формуле:

где π — постоянное число, равное 3,14;
D — диаметр поршня, дм;
S — ход поршня, дм;
i — число цилиндров двигателя.

Эффективной мощностью N e называют мощность, получаемую на коленчатом валу двигателя. Она меньше индикаторной мощности N i на величину мощности, затрачиваемой на трение в двигателе (трение поршней о стенки цилиндров, шеек коленчатого вала о подшипники и др.) и приведение в действие вспомогательных механизмов (газораспределительного механизма, вентилятора, водяного, масляного и топливного насосов, генератора и др.).

Для определения величины эффективной мощности двигателя можно воспользоваться приведенной выше формулой для индикаторной мощности, заменив в ней среднее индикаторное давление p i средним эффективным давлением р е (р е меньше p i на величину механических потерь в двигателе).

На практике эффективную мощность N е определяют путем испытания двигателя на тормозных стендах (электрических или гидравлических), пользуясь следующей формулой:

где М е — крутящий момент двигателя, кгм, равный произведению окружной силы на маховике на радиус маховика;
n — число оборотов коленчатого вала в минуту.

Эффективная мощность повышается с увеличением крутящего момента и числа оборотов коленчатого вала (до некоторого предела).

Эффективная мощность и крутящий момент тем больше, чем больше:

  1. литраж двигателя (т. е. диаметр и число цилиндров, длина хода поршня);
  2. наполнение цилиндров, которое повышается при усовершенствовании камер сгорания, уменьшении сопротивления впускной и выпускной систем, снижении подогрева горючей смеси, установке многокамерных карбюраторов и общем улучшении конструкции двигателя;
  3. степень сжатия, так как при ее повышении увеличивается скорость горения рабочей смеси, повышается температура и давление газов в начале такта сгорание — расширение, уменьшается количество тепла, уходящего с отработавшими газами и охлаждающей жидкостью.

Предельные значения степени сжатия ограничиваются свойствами применяемого топлива — октановым числом бензина.

Эффективная мощность изменяется с изменением угла опережения зажигания. Наивыгоднейшая величина этого угла зависит от числа оборотов коленчатого вала, нагрузки двигателя, сорта топлива и состава смеси.

Эффективная мощность тем больше, чем меньше потери на трение в двигателе и приведение в действие вспомогательных механизмов двигателя.

Литровой мощностью называют наибольшую эффективную мощность, получаемую с одного литра рабочего объема цилиндров двигателя.

Литровая мощность карбюраторных двигателей современных легковых автомобилей достигает 40—50 л. c. / л.

Одним из способов повышения, эффективной мощности двигателя без существенного увеличения его веса является наддув. Так, Ярославский моторный завод производит V-образные четырехтактные дизельные двигатели с турбонаддувом: 8-цилиндровые ЯМЗ-238Н (300—320 л. с.) и 12-цилиндровые ЯМЗ-240Н (500—520 л. с.).

Статья из книги «Устройство грузового автомобиля». Читайте также другие статьи из

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector