Aklaypart.ru

Авто Журнал
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Формула работы двигателя автомобиля

Сила, приложенная к телу и перемещающая его, совершает работу (рис. 1).

Работа силы — это скалярное произведение вектора силы на вектор перемещения.

Работу, совершаемую силой, можно посчитать, используя векторный или скалярный вид записи такой формулы:

Векторный вид записи

Для решения задач правую часть этой формулы удобно записывать в скалярном виде:

[ large boxed < A = left| vecright| cdot left| vec right| cdot cos(alpha) >]

( F left( H right) ) – сила, перемещающая тело;

( S left( text <м>right) ) – перемещение тела под действием силы;

( alpha ) – угол между вектором силы и вектором перемещения тела;

Работу обозначают символом (A) и измеряют в Джоулях. Работа – это скалярная величина.

В случае, когда сила постоянная, формула позволяет рассчитать работу, совершенную силой за полное время ее действия.

Если сила изменяется со временем, то в каждый конкретный момент времени будем получать мгновенную работу. Эти, мгновенные значения для разных моментов времени будут различаться.

Рассмотрим несколько случаев, следующих из формулы:

  1. Когда угол между силой и перемещением острый, работа силы положительная;
  2. А если угол тупой — работа отрицательная, так как косинус тупого угла отрицательный;
  3. Если же угол прямой – работа равна нулю. Сила, перпендикулярная перемещению, работу не совершает!

Измерение мощности по стандарту SAE

Страной происхождения данного метода измерения считается США (SAE = Society of Automotive Engineers (Общество инженеров автомобильной промышленности)). При измерении согласно старому стандарту SAE получали значения, которые были на 15-20% выше значений по стандарту DIN. Двигатели тестировались без серийных систем впуска и выпуска, а все навесное оборудование приводилось в действия не от двигателя, а посредством внешних источников. Кроме того, карбюратор и система зажигания настраивались для получения максимальной мощности. Согласно новому стандарту SAE двигатель приводится в действие так же, как и по стандарту DIN, с фильтром на впуске, смонтированной системой выпуска отработавших газов и с собственными приводами всего навесного оборудования. Соответственно, значения мощности между измерениями по новому стандарту SAE и по стандарту DIN незначительно различаются за счет несовпадения исходных параметров (например, давления и температуры воздуха) используемой формулы снижения мощности. Значения мощности при измерении по стандарту SAE лишь незначительно меньше, чем значения, измеренные по стандарту DIN.

Вперед Тонировка с рисунком

Назад Индикаторная мощность двигателя

Примеры из жизни

Насколько вы сильны?

Рассмотрим простейший пример. Ваш ребёнок сел на санки и просит вас его покатать. С какой силой вам нужно тянуть эти санки, чтобы ребёнок остался доволен быстрой ездой ? Пока санки с ребёнком остаются в состоянии покоя, все силы, действующие на них, уравновешены. Состояние покоя — это частный случай инерции. Здесь на санки действуют две силы: тяжести Fт = m•g, направленная вертикально вниз, и нормального давления N, направленная вертикально вверх. Поскольку санки не движутся, то N – m•g = 0. Тогда из этого равенства следует, что N = m•g.

Когда вы решили покатать своего ребёнка, вы прикладываете силу тяги (Fтяги) к санкам с ребёнком. Когда вы начинаете тянуть санки, возникает сопротивление движению, вызванное силой трения (Fтр.), направленной в противоположную сторону. Это так называемая сила трения покоя. Когда тело не движется, она равна нулю. Стоит потянуть за санки — и появляется сила трения покоя, которая меняется от нуля до некоторого максимального значения (Fтр. max). Как только Fтяги превысит Fтр.max, санки с ребёнком придут в движение.

Читать еще:  Чем мыть двигатель субару форестер

Чтобы найти Fтяги, применим второй закон Ньютона: Fтяги – Fтр.max = m•a, где a – ускорение, с которым вы тянете санки, m – масса санок с ребёнком. Допустим, вы разогнали санки до определённой скорости, которая не изменяется. Тогда a = 0 и вышеприведённое уравнение запишется в виде: Fтяги – Fтр. max = 0, или Fтяги = Fтр.max. Есть известный закон из физики, который устанавливает определённую зависимость для Fтр.max и N. Эта зависимость имеет вид: Fтр.max = fmax • N, где fmax – максимальный коэффициент трения покоя.

Если в эту формулу подставить выражение для N, то мы получим Fтр.max = fmax•m•g. Тогда формула искомой силы тяги примет вид: Fтяги = fmax•m•g = fск•m•g, где fск = fmax – коэффициент трения скольжения, g – ускорение свободного падения. Допустим, fск = 0,7, m = 30 кг, g = 9,81 м/с², тогда Fтяги = 0,7 • 30 кг • 9,81 м/с² = 206,01 Н (Ньютона).

Насколько силён ваш автомобиль?

Рассмотрим ещё пример. У вас есть автомобиль, мощность двигателя которого N. вы едете со скоростью v. Как в этом случае узнать силу тяги двигателя вашего автомобиля ? Поскольку скорость автомобиля не меняется, то Fтяги уравновешена силами трения качения, лобового сопротивления, трения в подшипниках и т. д. (первый закон Ньютона). По второму закону Ньютона она будет равна Fтяги = m•a. Чтобы её вычислить, достаточно знать массу автомобиля m и ускорение a.

Допустим, вы разогнали свой автомобиль до скорости v за какое-то время t, проехав расстояние s. Тогда Fтяги будет легко рассчитана по формуле: Fтяги = m•v/t. Как и в примере с санками, справедлива также такая формула: Fтяги = f•m•g, где f – коэффициент трения качения, который зависит от скорости автомобиля (чем больше скорость, тем меньше этот коэффициент).

Но что делать, если масса автомобиля m, коэффициент трения качения f и время разгона t неизвестны ? Тогда можно поступить по-другому. Двигатель вашего автомобиля при разгоне совершил работу A = Fтяги • s. Поскольку формула расстояния имеет вид s = v•t, то выражение для работы будет таким: A = Fтяги • v • t. Разделив обе части этого равенства на t, получим A/t = Fтяги • v. Но A/t = N – это мощность двигателя вашего автомобиля, поэтому N = Fтяги • v. Отсюда уже получим искомую формулу: Fтяги =N/v.

Допустим, вы разогнали свой автомобиль до скорости v = 180 км/ч, а мощность его двигателя N = 200 л. с. (лошадиных сил). Чтобы вычислить Fтяги двигателя, необходимо прежде перевести указанные единицы измерения в единицы СИ, т. е. международной системы измерения. Здесь 1 л. с. = 735,499 Вт, поэтому мощность двигателя составит N = 200 л. с. • 735,499 Вт/л. с. = 147099,8 Вт. Скорость в системе СИ будет равна v = 180 км/ч = 180 • 1000 м/3600 с = 50 м/с. Тогда искомое значение будет равно Fтяги = 147099,8 Вт/50 (м/с) = 2941,996 Н

2,94 кН (килоньютона).

Около 3 килоньютонов. Много это или мало ? Допустим, вы жмёте 100 килограммовую штангу. Чтобы её поднять, вам нужно преодолеть её вес, равный P = m•g = 100 кг • 9,81 м/с² = 981 Н (ньютон)

Читать еще:  Электрическая схема двигателя лифан 190fd

0,98 кН. Полученное для автомобиля значение Fтяги больше веса штанги в 2,94/0,98 = 3 раза. Это равносильно тому, что вы будете поднимать штангу массой в 300 кг. Такова сила тяги двигателя вашего автомобиля (на скорости 180 км/ч).

Таким образом, зная школьный курс физики, мы можем с лёгкостью вычислить силу тяги:

  • человека,
  • лошади,
  • паровоза,
  • автомобиля,
  • космической ракеты и всех прочих видов техники.

В нашем видео вы найдете интересные опыты, поясняющие, что такое сила тяги и сила сопростивления.

Мощностные показатели

1. Крутящий момент двигателя Me, Нм

где Р — показания тормоза, Н.

2. Эффективная мощность двигателя — мощность, снимаемая с коленчатого вала двигателя Ne, кВт

где пе — частота вращения вала двигателя, об/мин.

3. Среднее эффективное давление — условное, постоянное давление газов в цилиндре двигателя при котором за один ход поршня совершается работа, равная эффективной работе цикла Ре, МПа

где /л — литраж двигателя, л.

4. Механический КПД, оценивает полноту передачи индикаторной мощности на коленчатый вал двигателя rjM,

Знак работы силы

Знак работы силы определяется только косинусом угла между вектором силы и вектором перемещения:

  1. Если α = 0 о , то cosα = 1.
  2. Если 0 о o , то cosα > 0.
  3. Если α = 90 о , то cosα = 0.
  4. Если 90 о o , то cosα о , то cosα = –1.

Работа силы трения скольжения всегда отрицательна, так как сила трения скольжения направлена противоположно перемещению тела (угол равен 180 о ). Но в геоцентрической системе отсчета работа силы трения покоя будет отличной от нуля и выше нуля, если оно будет покоиться на движущемся предмете (см. рис. выше). В таком случае сила трения покоя будет направлена с перемещением относительно Земли в одну сторону (угол равен 0 о ). Это объясняется тем, что тело по инерции будет пытаться сохранить покой относительно Земли. Это значит, что направление возможного движения противоположно движению предмета, на котором лежит это тело. А сила трения покоя направлена противоположно направлению возможного движения.

Крутящий момент двигателя: формула расчета

p, blockquote 5,0,0,0,0 —>

Согласно физическому определению крутящий момент М есть произведение силы F на длину плеча рычага L, куда эта сила приложена:

p, blockquote 6,0,0,0,0 —>

М = F * L

p, blockquote 7,0,0,0,0 —>

Сила F измеряется в ньютонах, длина – в метрах. Таким образом, момент силы — в ньютон на метр.

p, blockquote 8,0,0,0,0 —>

p, blockquote 9,0,0,0,0 —>

Применительно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) сила, выработанная в рабочем объеме при сгорании топливно-воздушной смеси, давит на поршень, который передает свое усилие кривошипно-шатунному механизму коленвала. Именно длина рычага кривошипа учитывается при расчете крутящего момента. Именно он является определяющей характеристикой при оценке параметров динамического разгона автомобиля.

p, blockquote 10,0,1,0,0 —>

Видео — мощность и крутящий момент двигателя: что это такое с примерами

p, blockquote 11,0,0,0,0 —>

p, blockquote 12,0,0,0,0 —>

Максимальный крутящий момент двигателя в технических характеристиках всегда указывается совместно с величиной оборотов двигателя, при которых он может быть достигнут. В этом смысле различают низкооборотные и высокооборотные двигатели. К низкооборотным относятся, в большинстве, дизельные двигатели. Они могут «выстрелить» при движении с оборотами от 2000 до 3000 в минуту. Бензиновые двигатели обычно показывают максимальный крутящий момент при более высоких оборотах – от 4500 об./минуту.

Читать еще:  Датчики температуры для 409 двигателя

p, blockquote 13,0,0,0,0 —> adsp-pro-1 —>

Бензиновые высокооборотные двигатели достигают большой мощности за счет того, что им подвластны обороты до 8.000 об./минуту и более. Низкооборотные дизельные двигатели способны при меньшей мощности достигать максимальный крутящий момент на более малых оборотах (вплоть до 2.000), поэтому в динамике движения и обгона в городском ритме нисколько не уступают бензиновым.

p, blockquote 14,0,0,0,0 —>

Для любителей математических вычислений полезна формула расчета мощности двигателя, исходя из его максимального крутящего момента:

p, blockquote 15,0,0,0,0 —>

Р = М * n / 9549 [килоВатт]

p, blockquote 16,0,0,0,0 —>

Здесь Р – мощность двигателя в килоВаттах, М – максимальный крутящий момент, n – количество оборотов двигателя.

p, blockquote 17,0,0,0,0 —>

Для перевода мощности Р в привычные лошадиные силы можно полученную величину умножить на 1,36.

p, blockquote 18,0,0,0,0 —>

p, blockquote 19,0,0,0,0 —>

Некоторые производители указывают величину номинального крутящего момента, определяемую на холостых оборотах двигателя.

p, blockquote 20,0,0,0,0 —>

Мощность вращающихся объектов

Для расчета подобной системы применяют формулу:

N = M * w = (2π * M* n)/60,

где:

  • M – момент силы;
  • w – угловая скорость, характеризующая вращение;
  • n – количество оборотов, которое совершает двигатель или другое устройство за 60 секунд.

Приведенные сведения используют с учетом целевого назначения и реальных условий. Так, в термодинамике необходимо помнить о зависимости эффективности системы от температуры окружающей среды. Тепловые потери нагревателя оценивают по соответствующей мощности на единицу площади поверхности. Аналогичным образом поступают при решении механических задач для расчета тяги, КПД, иных рабочих параметров. Как правило, приходится специальным коэффициентом компенсировать трение.

В электрических цепях ток ограничивает сопротивление проводника. Для небольших расстояний при малой мощности тщательные расчеты не нужны. Однако проект магистральной трассы обязательно содержит соответствующие вычисления. На основе полученных результатов делают выводы о среднегодовых экономических показателях. Следует помнить о необходимости учета искажений, которые добавляют при работе с переменным напряжением реактивные нагрузки.

Альтернативный способ выбора правильного интервала смены масла

Для расчета нужно учесть количество топлива на 100 км пути по паспорту и по факту (при условном пробеге 15 тысяч километров). Например, по паспорту это 8 л, а по факту – 10,6 л. Теоретически авто тратит на 15 000 км 1200 л (15000 умножить на 8 и разделить на 100), а фактически – 1590 л (15000 умножить на 10,6 и разделить на 100).

Можно посчитать другим способом, учитывающим знание нормы расхода топлива в смешанном цикле (для конкретного авто) и периодичность замены масла в километраже (рекомендуемую производителем). Например, если авто нужно около 7 литров топлива на 100 км, а используется масло с километражом в 15 тыс. км, то этот километраж делится на 7. Как только указанное количество топлива будет израсходовано, необходимо поменять масло.

Теперь вы убедились, почему так важно считать моточасы двигателя своего авто? Поначалу это может казаться сложным, но затем входит в привычку, и ваше авто будет служить вам долго и никогда не подведет.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector