Экономические показатели двигателя автомобиля

Работа двигателя: определение технико-экономических показателей

Известным является тот факт, что мощностью выступает работа, которая совершается в единицу времени. Технико-экономическая эффективность двигателя оценивается не только эффективной мощностью, но и определяется при помощи индукторной мощности Ni.

Вычисление индукторной мощности

Индукторной мощностью является мощность, которая развивается в цилиндрах двигателя газами.

Показатель эффективной мощности меньше индикаторной, а связано это с тем, что определенная часть второй расходуется на механические потери в двигателе согласно следующей формуле — Ne = Ni—Nm.

Мощность механических потерь

Показатель мощности механических потерь (Nm) включает в себя расход части индикаторной мощности, связанный с преодолением сопротивления трения движущихся деталей, а также с приведением в действие дополнительных устройств двигателя, таких как масляной и водяной насос, вентилятор, топливный насос, генератор и др.

Что такое КПД?

Под механическим коэффициентом полезного действия двигателя (КПД) подразумевается соотношение мощности эффеективной и индикаторной в соответствии со следующей формулой — nm = Ne/Ni.

Работа в номинальном режиме, иными словами, использование полной мощности Ne, позволяет автотракторным двигателям достигать КПД от 0,75 до 0,88. Дизельный автотранспорт имеет меньший показатель КПД, чем карбюраторные двигатели, что связано с более высокой степенью сжатия и большими затратами мощности при трении движущихся деталей.

Часовой показатель расхода топлива

Показатель часового расхода топлива GT (кг/ч) – это масса топлива, которая расходуется при определенной загрузке двигателем на протяжении 1 ч. Для различных двигателей топливная экономичность оценивается по величине удаленного расхода топлива ge (г/(кВт-ч)), которая состоит из массы топлива в граммах, расходуемой на выработку единицы мощности эффективной на протяжение 1 ч — ge = 1000GT / е.

Современные автотракторные четырехтактные карбюраторные двигатели обладают номинальным значением ge, колеблющимся в пределах от 280 до 300 г/(кВт-ч). У дизельных агрегатов такое значение может составлять от 220 до 260 г/(кВт-ч). Из этого всего можно сделать вывод, что использование дизелей из-за более высокой степени сжатия намного экономичнее, чем карбюраторных аналогов. Чем больше показатель степени сжатия, тем двигатель экономичнее.

Использование современных бензиновых двигателей, по сравнению с карбюраторной системой, имеющей впрыскивание топлива во всасывающий коллектор или в сам цилиндр, позволяет обеспечить снижение показателя ge. Наименее экономичным вариантом станут двухтактные двигатели, в которых цилиндры продуваются горючей смесью, что приводит к испарению ее части с отработавшими газами. Более того, цилиндры таких видов двигателя очень плохо очищаются от продуктов сгорания.

Однако не только топливная экономичность учитывается при сравнении эффективности работы разнообразных двигателей. Также, в учет берется литровая мощность и удаленная масса.

Литровая мощность двигателя

Литровой мощностью N л называют соотношение эффективной мощности Ne и рабочего объема двигателя, которая отображает эффективность использования рабочего объема. Чем больше показатель литровой мощности, тем меньше масса и габаритные размеры двигателя. Тракторные дизеля имеют N л показатели от 11 до 20 кВт/л.

Современные модели автотракторных двигателей имеют большую эффективность и литровую мощность, а также значительно сниженные показатели удельного расхода масел и топлива, токсичности выбросов переработанных газов и металлоемкости. Более того, такой транспорт имеет большую долговечность и надежность. Такие особенности обуславливают широкое применение именно дизелей с турбонаддувом, которые имеют промежуточное охлаждение воздуха, повышающего наполнение цилиндров воздухом. Очень много зарубежных бензиновых двигателей оснащаются не карбюраторами, а системой впрыскивания топлива, которая работает в автономном режиме одновременно с системой зажигания. Такой вариант позволяет обеспечить оптимальный режим работы двух систем, повысить мощность агрегата и снизить расход топлива. Такой вид «инжекторного» двигателя можно встретить и на отечественных легковых машинах.

Особенности определения технико-экономических способностей двигателя

Определить технико-экономические способности двигателя можно на специализированных обкаточно-тормозных стендах, которые могут замерять частоту оборотов коленчатого вала двигателя и его загрузку. Именно показатель загрузки (показатель силоизмерительного механизма) помогает определить вращающий момент двигателя (Мвр): производимая на плечо ее приложения сила в соотношении с осью вращения коленчатого вала. Вращение такого вала измеряется тахометром. Рассчитать эффективную мощность двигателя можно по следующей формуле — N = M вр* n / 9550.

Оцениваются технико-экономические показатели в разнообразных условиях работы (нагрузке и частоте вращения) по определенным характеристикам. Характеристики представляют собой графическое выражение соотношения одних показателей функционирования двигателя от остальных независимых показателей. Строятся такие характеристики на результатах тестирования двигателя на тормозном стенде.

Самый эффективный вид двигателя должен работать в пределах максимальной мощности. При таком режиме работы, вращающий момент и частоту вращения коленчатого вала двигателя принято называть номинальным. Если присутствует недозагрузка двигателя, то топливная экономичность и производительность автомобилей и тракторов значительно пострадает.

Источник статьи: http://www.autoshcool.ru/5735-rabota-dvigatelya-opredelenie-tehniko-ekonomicheskih-pokazateley.html

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.

Основные показатели ДВС

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

Для определения характеристик двигателя применяют такие понятия мощности как:

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.

Внешняя скоростная характеристика (ВСХ)

Внешняя скоростная характеристика двигателя показывает зависимость мощности, расхода топлива и крутящего момента от числа оборотов коленвала. Все эти параметры показываются графически в виде кривых.

Внешняя скоростная характеристика

На рисунке можно видеть кривые с обозначениями Pe – мощность двигателя, Mе – крутящий момент, ge – удельный расход топлива. Как видно, с ростом числа оборотов и мощности увеличивается расход топлива. Крутящий момент растет до определенного уровня, а затем идет на спад. В точке, где наиболее эффективный крутящий момент и мощность двигателя, будет самый оптимальный показатель расхода топлива.

Производители моторов борются за то, чтобы максимальный крутящий момент двигатель развивал в как можно более широком диапазоне оборотов («полка крутящего момента была шире»), а максимальная мощность достигалась при оборотах, максимально приближенных к этой полке. Такой двигатель и из болота вытянет, и в городе позволяет быстро ускоряться.

Внешняя скоростная характеристика дает оценку динамическим характеристикам автомобиля, определяет КПД и топливный расход при разных параметрах.

Высокий крутящий момент на более низких оборотах увеличивает тяговую силу агрегата, грузоподъемность и проходимость.

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.

Источник статьи: http://techautoport.ru/dvigatel/teoriya/osnovnye-pokazateli-dvs.html

Технико-экономические показатели работы двигателей

Как известно, мощность — это работа, совершенная в единицу времени. Кроме эффективной мощности для оценки технико-экономической эффективности двигателей используют индикаторную мощность Ni.

Индикаторная мощность — это мощность, развиваемая газами в цилиндрах двигателя.

Эффективная мощность меньше индикаторной вследствие того, что часть последней затрачивается на преодоление механических потерь в двигателе:

Мощность механических потерь Nm учитывает затраты части индикаторной мощности на преодоление сопротивлений трения движущихся деталей и приведение в действие вспомогательных устройств двигателя — масляного и водяного насосов, вентилятора, генератора, топливного насоса и др.

Механический коэффициент полезного действия двигателя (КПД) — отношение эффективной мощности к индикаторной:

При работе на номинальном режиме, т. е. при полном использовании мощности Ne, КПД автотракторных двигателей составляет 0,75…0,88. У дизелей КПД меньше, чем у карбюраторных двигателей, так как из-за более высокой степени сжатия выше затраты мощности на трение движущихся деталей.

Массу топлива, расходуемую двигателем при определенной загрузке в течение 1 ч, называют часовым расходом топлива GT (кг/ч). Топливную экономичность различных двигателей оценивают по удельному расходу топлива ge (г/(кВт-ч)), под которым подразумевают массу топлива в граммах, расходуемую за 1 ч на создание единицы эффективной мощности:

Номинальное значение ge современных автотракторных четырехтактных карбюраторных двигателей находится в пределах 280…300 г/(кВт-ч), а у дизелей — в пределах 220…260 г/(кВт-ч), т. е. дизели более экономичные, чем карбюраторные двигатели, за счет более высокой степени сжатия. Чем выше степень сжатия, тем экономичнее двигатель.

Применение на ряде современных бензиновых двигателей вместо карбюратора системы с впрыском топлива во всасывающий коллектор или непосредственно в цилиндр обеспечивает снижение ge по сравнению с карбюраторными двигателями. Наименее экономичными являются двухтактные двигатели, так как у них цилиндры продуваются горючей смесью, из-за чего часть ее уходит с отработавшими газами. Кроме того, их цилиндры хуже очищаются от продуктов сгорания.

Эффективность работы различных двигателей сравнивают не только по топливной экономичности, но и по литровой мощности и удельной массе.

Литровая мощность Nл — это отношение эффективной мощности Ne к рабочему объему двигателя, показывающее, насколько эффективно используется рабочий объем. Чем больше литровая мощность при других равных условиях, тем меньше габаритные размеры и масса двигателя. У тракторных дизелей Nл = 11…20 кВт/л.

Современная тенденция развития автотракторных двигателей характеризуется увеличением их полной эффективной и литровой мощностей, снижением удельного расхода топлива и масел, уменьшением металлоемкости и токсичности выбросов отработавших газов, повышением надежности и долговечности. Этим объясняется широкое применение дизелей с турбонаддувом, имеющим промежуточное охлаждение воздуха, поступающего в цилиндры, для повышения наполнения их воздухом. Многие зарубежные бензиновые двигатели вместо карбюраторов оснащают системой впрыска топлива, работающей в автоматическом режиме совместно с системой зажигания, что обеспечивает оптимальный режим работы обеих систем, повышение мощности и снижение расхода топлива, а также уменьшение токсичности выбросов отработавших газов. Такие «инжекторные» двигатели устанавливают и на некоторых отечественных легковых автомобилях.

Технико-экономические показатели двигателей определяют на специальных обкаточно-тормозных стендах, на которых замеряют загрузку двигателя и частоту вращения его коленчатого вала. По загрузке (показанию силоизмерительного механизма) определяют вращающий момент двигателя Мвр (Нм) как произведение силы на плечо ее приложения относительно оси вращения коленчатого вала. Частоту вращения этого вала n (мин-1) замеряют тахометром. Эффективную мощность двигателя рассчитывают по формуле:

Технико-экономические показатели при различных режимах работы (частоте вращения и нагрузке) оценивают по характеристикам. Характеристики — это графические выражения зависимости одного или нескольких показателей работы двигателя от другого независимого показателя. Характеристики строят по результатам испытаний двигателя на тормозном стенде.

Наиболее эффективно двигатель работает на режиме максимальной мощности. Частоту вращения коленчатого вала и вращающий момент двигателя на этом режиме называют номинальными. Недогрузка двигателя существенно влияет на производительность и топливную экономичность тракторов и автомобилей. Так, удельный расход топлива интенсивно растет при уменьшении Ne от максимального значения до нуля.

Источник статьи: http://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/tehniko-e-konomicheskie-pokazateli-raboty-dvigatelej/