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.

1. Основные показатели двигателя
2. Что такое мощность двигателя
3. Виды мощности
4. Как узнать мощность двигателя автомобиля
5. Что такое крутящий момент
6. Что такое расход (удельный расход) топлива
7. Внешняя скоростная характеристика (ВСХ)
8. Роль мощности и крутящего момента двигателя

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:

• 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.

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.

Что надо знать про мощность и крутящий момент в автомобиле

Мощность двигателя – это величина, показывающая, какую работу способен совершить мотор в единицу времени. То есть то количество энергии, которую двигатель передает на трансмиссию за определенный временной промежуток. Измеряется в киловаттах (кВт) или лошадиных силах (л. с.).

Как рассчитывается мощность двигателя?

Расчет мощности мотора проводится несколькими способами. Самый доступный способ – через крутящий момент. Умножаем крутящий момент на угловую скорость – получаем мощность двигателя.

N_дв=M∙ω=2∙π∙M∙n_дв

N_дв – мощность двигателя, кВт;

M – крутящий момент, Нм;

ω – угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/сек;

π – математическая постоянная, равная 3,14;

n_дв – частота вращения двигателя, мин-1.

Мощность рассчитывается и через среднее эффективное давление. Камера сгорания имеет определенный объем. Разогретые газы воздействуют на поршень в цилиндре с определенным давлением. Двигатель вращается с некоторой частотой. Произведение объема двигателя, среднего эффективного давления и частоты вращения, поделенное на 120, и даст теоретическую мощность двигателя в кВт.

N_дв=(V_дв∙P_эфф∙n_дв)/120

V_дв – объем двигателя, см3;

P_эфф – эффективное давление в цилиндрах, МПа;

120 – коэффициент, применяемый для расчета мощности четырехтактного двигателя (у двухтактных ДВС этот коэффициент равен 60).

Для расчета лошадиных сил киловатты умножаем на 0,74.

N_(дв л.с.)=N_дв∙0,74

N_дв л.с. – мощность двигателя в лошадиных силах, л. с.

Другие формулы мощности двигателя используются в реальных расчетах реже. Эти формулы включают в себя специфичные переменные. И чтобы измерить мощность двигателя по другим методикам, нужно знать производительность форсунок или массу потребленного двигателем воздуха.

На практике расчет мощности автопроизводители выполняют эмпирическим способом, то есть замеряют на стенде и строят график зависимости по факту, на основании полученных во время испытаний показателей.

Мощность двигателя – величина непостоянная. Для каждого мотора есть кривая, которая отображает на графике зависимость мощности от частоты вращения коленчатого вала. До определенного пика, примерно до 4-5 тысяч оборотов, мощность растет пропорционально оборотам. Далее идет плавное отставание роста мощности, кривая наклоняется. Примерно к 7-8 тысячам оборотов мощность идет на спад. Сказывается перекрытие клапанов на большой частоте вращения коленвала и падение КПД мотора из-за недостаточно интенсивного газообмена.

Чтобы узнать мощность двигателя, обратитесь к инструкции по эксплуатации авто. В разделе с техническими характеристиками мотора будет указана мощность и обороты, при которых она достигает пикового значения. Если мощность указана киловаттах, чтобы рассчитать лошадиные силы двигателя, воспользуйтесь приведенной выше формулой. В некоторых случаях автопроизводитель предоставляет график, на котором есть зависимость мощности двигателя и крутящего момента от частоты оборотов.

Видео: Простыми словами без сложных формул и расчетов, что такое мощность, крутящий момент и обороты двигателя.

Мощность ДВС определяет, насколько быстро автомобиль способен передвигаться или ускоряться (совершать работу). Полезная мощность двигателя рассчитывается с учетом потерь в трансмиссии, то есть указывает, сколько от изначальной мощности мотора по факту доходит до колес авто.

Что такое крутящий момент

Крутящий момент в двигателе автомобиля – это вращающая сила, которая численно равна произведению приложенной силы (давление раскаленных газов на поршень) на плечо (расстояние между осями коренных и шатунных шеек коленчатого вала в проекции, перпендикулярной оси вращения коленвала). Измеряется крутящий момент в ньютонах на метр (Нм).

Крутящий момент ДВС зависит от силы давления на поршень и расстояния между коренными и шатунными шейками. Зависимость здесь прямая. Чем больше плечо и чем больше давление на поршень – тем больше крутящий момент двигателя.

У дизельных двигателей степень сжатия больше. Больше и ход поршня в цилиндре (при равном с бензиновым мотором диаметре цилиндров). А это значит, что и расстояние между коренными и шатунными шейками будет больше. То есть длиннее плечо. За счет большей степени сжатия при рабочем такте у дизелей выше сила, давящая на поршень. Крутящий момент в дизельных моторах при прочих равных больше, чем в бензиновых.

Крутящий момент влияет на то, сколько энергии отдает мотор в текущий момент времени. Крутящий момент есть та величина, которая определяет фактически передаваемую в данный момент времени энергию на трансмиссию. Чем больше момент, тем сильнее тяга двигателя при текущих оборотах.

Что лучше: мощность или крутящий момент

Мощность и крутящий момент двигателя – величины взаимосвязанные. Это хорошо видно в формуле из первого пункта.

Пик крутящего момента на графике зависимости от частоты вращения мотора появляется раньше, чем пик мощности. Это справедливо как для дизельных, так и для бензиновых моторов. Однако у дизелей крутящий момент достигается раньше, и плато (интервал частоты вращения при пиковом значении) длиннее. У бензиновых ДВС мощность выше, хотя для ее достижения нужно раскрутить мотор почти до максимальных оборотов.

Сказать определенно, что лучше: мощность или крутящий момент, нельзя. Все зависит от случая. Трансмиссия современного авто способна трансформировать эти величины под требуемые условия. Поясним на примерах.

Для тяжелой техники, которой важна тяга в широком диапазоне оборотов, важнее крутящий момент. Мотор должен хорошо тянуть. Раскручивать его до предельных оборотов не нужно. Отчасти поэтому почти вся коммерческая техника оснащается дизельными моторами.

В гоночных автомобилях важнее мощность. Моторы этих авто по оборотам пилоты во время заездов держат в красной зоне. Двигатель отдает максимальную мощность. А трансмиссия преобразовывает мощность в тягу.

Для гражданских авто важен стиль вождения. Для езды на автомате подойдут оба мотора. Автоматическая трансмиссия будет держать мотор в диапазоне оборотов, при которых двигатель отдает максимум своего потенциала.

Для агрессивной езды на механике с раскручиванием двигателя в красную зону тахометра лучше подойдет бензиновый мотор. Но в этом случае нужно понимать, что для получения максимальной производительности от мотора потребуется держать его на пике оборотов и часто переключать передачи. Пик мощности у бензинового ДВС имеет малый диапазон и находится около максимальных оборотов. Для уверенных обгонов и ускорений нужно будет понижать передачу и раскручивать двигатель.

Для размеренной езды, особенно в городе, больше подходит дизель. Для обгона на дизельном авто зачастую не потребуется переходить на пониженную передачу, а высокий крутящий момент в широком диапазоне оборотов позволит реже переключаться.

В чем разница между лошадиными силами, Bhp, Hp, кВт и PS?

Запутался в обозначениях мощности, КВт, л.с., PS, Hp? Мы поможем разобраться!

Автопроизводители из разных стран измеряют мощность своих автомобилей в различных единицах. Зачем? Ответ вы узнаете ниже

Читая статью про автомобили, будьте уверены, вы всегда будете встречаться с этими данными. С какими? С данными мощности автомобилей. Мощность двигателя автомобиля это один из важнейших показателей, актуальный в любое время, в любой ситуации. Как с практической, так и с теоретической точек зрения.

Показатели мощности всегда актуальны. По статистике одна из самых интересующих читателей частей информации о новинках кроется именно в мощности двигателей автомобилей. Таким образом на подсознательном уровне люди сравнивают модели, их преимущества и слабые стороны относительно друг друга лишь по одному параметру- мощности мотора.

Мощность как суть является мерой того, насколько быстро и как далеко двигатель при помощи физической работы может передвинуть машину вперед с помощью крутящего момента. В машиностроении этот явление обобщено понятием количества «работы», которую силовой агрегат автомобиля должен совершить для того чтобы продвинуть машину вперед. В качестве меры измерения такая работа получила с течением времени множество различных единиц. С некоторыми из них мы сегодня познакомимся поближе.

Киловатты (кВт)

С технической стороны вопроса, эта форма измерения является наиболее универсальным методом вычисления мощности. Ей пользуются инженеры по всему миру.

Ватт- это единица измерения входящая в систему СИ (Международную систему единиц), означает, то, какая мощность потребуется для выполнения работы в 1Дж за единицу времени.

В основном используется профессионалами, как более «правильный» с точки зрения фундаментальной науки показатель мощности. Как единица измерения в автомобильной сфере используется в основном в Южном полушарии, так исторически сложилось.

Метод измерения мощности в киловаттах на автомобилях в основном происходит путем нахождения величины крутящего момента, передаваемого от колес на динамометрическом стенде, затем для подсчетов применяется данное уравнение:

Киловатты, стали современной мерой фиксации выходной мощности автомобилей и возможно в будущем они станут общепринятой мировой мерой. По крайней мере, если посмотреть на любые официальные данные предлагаемые автопроизводителями вы обязательно увидите единицы кВт мощности двигателей внутреннего сгорания наравне с лошадиными силами.

Более того, с начинающимся ажиотажем вокруг автомобилей с электрическими двигателями, вхождение в обиход этой формы измерения станет еще более оправданной, ведь количество произведенной электродвигателем работы измеряются с помощью кВт⋅ч (киловатт-часов), которые определяют, как долго электродвигатель может производить определенное количество энергии, к примеру, для движения автомобиля.

Лошадиные силы (л.с.)

Введенная в обиход «маэстро» и по совместительству создателем продуктивных паровых двигателей – мистером Джеймсом Уаттом – это единица мощности, основанная на лошадиных силах каким-то образом жива и по сей день, пронеся подсчеты гениального инженера сквозь столетия. Она является основной единицей измерения мощности автомобилей во многих странах, в том числе и в России, используется не только в качестве измерения мощности двигателя внутреннего сгорания в официальных документах к моделям автомобилей, но и для расчетов налогообложения в автомобильной сфере, например, подсчет транспортного налога.

Так что же такое лошадиная сила (л.с.)? Как она появилась и как ее высчитывают? Как ее появление было связано с лошадьми?

Шотландия, изобретатель Джеймс Уатт довел до ума свое первое паровое устройство, которое могло бы помочь сотням промышленникам и ремесленникам в их будничном труде. И вроде бы двигатель был всем хорош, но как объяснить это обывателям? Ответ напрашивался сам собой, нужно было сравнить работу самого распространенного на тот момент «силового устройства» (лошади) с работой новой машины. Сказано сделано, Уатт засел за подсчеты.

ПОДСЧЕТЫ И СРАВНЕНИЕ ЕДИНИЦ ИЗМЕРЕНИЯ

В большинстве стран Европы лошадиная сила определяется как 75 кгс·м/с, мощность, затрачиваемая при равномерном вертикальном поднимании груза массой в 75 кг со скоростью 1 метр в секунду при ускорении свободного падения 9.8 м/с.

В Международной метрической системе СИ официально мощность измеряется в ваттах. 1 л.с. (метрическая лошадиная сила) равна 735 Вт или 0.73 кВт.

В свою очередь 1 кВт равен 1.35 л.с.

Более того, в системе измерения в Соединенном Королевстве, а также в США лошадиные силы (horsepower, hp) приравнивают к 745 Вт, из-за чего есть небольшое расхождение с европейскими «лошадками». Таким образом 1 л.с. в США равна 1.0138 л.с. из Европы.

К примеру, мощность 3.8 литрового двигателя Nissan GT-R составляет 570 л.с., в киловаттах она будет равна 419, в hp 577 единицам.

Как Джеймс Уатт ввел в обиход свои паровые машины и понятие «лошадиная сила»

Сейчас точно никто не знает, насколько сильны были лошади, учувствовавшие в экспериментах Уатта, были ли они в расцвете сил или это были старые клячи. Однако сохранилось несколько легенд.

По одной из которых некий пивовар, первый покупатель парового агрегата Уатта, вероятно, чтобы сбить цену на машину изобретателя решил провести состязание. Лошадь в пивоваренном производстве привадила в действие водяной насос, взамен нее пивовар и хотел приобрести паровую машину.

Для того чтобы наверняка победить, не чистый на руку промышленник выбрал для соревнования самую сильную лошадь и путем манипуляций с кнутом и другими инструментами повышения производительности труда выжал из бедной животины максимальный КПД. В ответ на вызов Джеймс Уатт применив свою машину превысил выполненную лошадью работу по некоторым данным в 1.5 раза, что послужило принятием за образчик именно металлическое устройство, работавшее на водяном пару.

Вторая легенда наоборот, рассказывает нам, что сам Уатт немного «подкрутил» расчёты в свою пользу. Понадобилось это ему для того, чтобы убедить несговорчивых владельцев угольных шахт для переходя с тягловых лошадей на паровые машины. В 18 веке уголь их шахт поднимали при помощи лошадей веревкой через систему блоков. Подсчитав производительность среднестатистической лошади, Уатт применил коэффициент, умножив полученное число на 1.5, за счет чего его машина с легкостью выигрывала в производительности у любой лошади, совершавшей ту же работу.

Поскольку лошадиная сила значительно распространилась по всему Земному шару ввиду простоты подсчетов и понятности для пользователей, появились различные виды (определения) лошадиных сил: метрическая лошадиная сила, механическая лошадиная сила, котловая л.с., электрическая л.с. и водяная лошадиная сила.

Возможно в некоторых статьях и новостях, как в зарубежных, так и в отечественных вы не раз сталкивались с непонятными сокращениями, к примеру: nhp, rhp, bhp, shp, ihp, whp. Что они обозначают?

Nhp или rhp, Nominal horsepower, rated horsepower— полезная мощность, использовалась для оценки мощности паровых двигателей.

Bhp, Brake horsepower— эффективная мощность в л.с., мощность «снимаемая» с коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, не учитывает потери мощности от КПП и трансмиссии автомобиля.

Shp, Shaft horsepower— мощность двигателя на валу, это мощность, подводимая к валу винта, на вал турбины или на выходной вал автомобильной коробки передач. Брутто

Ihp, Indicated horsepower— индикаторная мощность в л.с., это теоретическая мощность поршневого двигателя, определяемая суммой мощности с коленчатого вала, эффективной мощности, и энергии расходуемой на трение.

Whp, Wheel horsepower— лошадиная сила «снимаемая» с колес автомобиля на динамометрическом стенде. Самое точное измерение, позволяющее учесть все виды потерь- трансмиссионные, паразитные (потери на приведение в движение насоса, вентиляторов, генератора, потери выхлопной системы и другие). Нетто.

Как видите количество видов измеряемой мощности двигателя достаточно обширно. Также автопроизводители проводят замеры мощности по различным стандартам и инструкциям, DIN, ECE, измерение мощности брутто, нетто. Все измерения мощности двигателей предполагают различное выходное значение мощности. Чем иногда в своих интересах пользуются автопроизводители.

Сокращение «PS» расшифровывается как pferdestärke, в переводе с немецкого это означает «лошадиная сила». Казалось бы, все просто, PS=л.с., однако это не совсем так. Для нее были применены некоторые метрически уточнения, которые должны перенести старые «лошади» в 21 век. Этот стандарт измерения метрических лошадиных сил был принят в Европе в качестве нового вида измерения мощности.

Подводя итоги обзора по кВт, л.с. и PS, произведем практическое сравнение трех мер измерения мощности на примере нескольких крутых автомобилей:

Nissan Skyline GTR R34: 206 кВт = 276 л.с. = 280 PS

McLaren 570S: 419 кВт = 562 л.с. = 570 PS

Honda Civic Type-R FK2: 228 кВт = 306 л.с. = 310 PS

Bugatti Chiron: 1,103 кВт = 1,479 л.с. = 1500 PS

Поделитесь в комментариях, как вы лучше всего воспринимаете мощность в автомобилях. Старые-добрые лошадиные силы, киловатты или предпочитаете новомодное веяние из Европы- PS?

Источник Источник http://techautoport.ru/dvigatel/teoriya/osnovnye-pokazateli-dvs.html
Источник http://topmekhanik.ru/moshhnost-dvigatelya/
Источник http://1gai.ru/publ/518142-v-chem-raznica-mezhdu-loshadinymi-silami-bhp-hp-kvt-i-ps.html