Мощность двигателя автомобиля

Опубликовано 17 Авг 2014
Рубрика: О жизни | 8 комментариев



двигатель на фоне силуэта лошадиКакую реальную мощность развивает двигатель вашего автомобиля при различных режимах и условиях движения? Чаще — совсем не ту, что записана в свидетельстве о регистрации транспортного средства. Узнаем ответ на этот вопрос, вспомнив элементарную физику...

...и выполнив простой расчет в Excel.

Известно, что коэффициент полезного действия (КПД) нового современного бензинового автомобильного двигателя продолжает оставаться очень низким. Его значение составляет всего 20…25% и достигается лишь во время оптимального режима работы — при выходе на максимальную мощность при номинальных оборотах!

Потери величиной около 80% возникают в следствие:

— неполного сгорания бензина (около 25%!!!);

— потерь на трение в подвижных узлах мотора (около 5%);

— потерь тепла через систему охлаждения и систему отвода выхлопных газов (около 50%!!!).

КПД прямо (но не линейно) пропорционален развиваемой мощности двигателя автомобиля. При работе двигателя с частотой 2500…3500 оборотов в минуту его реальный КПД не достигает и 10%.

Трудно представить, но каждые девять литров топлива из десяти рассеиваются в виде тепла в окружающем пространстве и «вылетают в трубу» в буквальном смысле этого слова. И только один литр бензина из десяти, сгорая, совершает полезную работу – перемещает автомобиль в пространстве.

КПД современного дизельного двигателя в оптимальном режиме достигает несколько большего значения — 40%. Поэтому дизельные двигатели существенно экономичнее бензиновых собратьев.

Расчет в Excel мощности двигателя автомобиля.

Запускаем на компьютере программу MS Excel. В качестве простейшего примера рассмотрим случай равномерного длительного движения по загородной трассе небольшого легкового автомобиля, оснащенного бортовым компьютером.

Исходные данные:

Первую тройку исходных данных возьмем из показаний бортового компьютера или из замеров, выполненных любым иным  способом.

1. Среднюю скорость движения автомобиля  v в километрах в час запишем

в ячейку D3: 90,0

2. Пройденное расстояние S в километрах внесем

в ячейку D4: 100,0

3. Средний расход бензина V в литрах введем

в ячейку D5: 6,5

4. Предположительный КПД двигателя η в процентах впишем

в ячейку D6: 10

5. Плотность бензина ρ в килограммах на кубический метр занесем

в ячейку D7: 750

Средние значения плотностей различных марок и видов топлива:

для бензина марки АИ-80 ρ=715 кг/м3



для бензина марки АИ-92 ρ=735 кг/м3

для бензина марки АИ-95 ρ=750 кг/м3

для бензина марки АИ-98 ρ=765 кг/м3

для дизельного топлива ρ=770…840 кг/м3

для сжиженного газа ρ=600 кг/м3

Плотность топлива существенно зависит от температуры!

6. Удельную теплоту сгорания бензина q в мегаджоулях на килограмм запишем

в ячейку D8: 43

Средние значения удельной теплоты сгорания различных видов топлива:

для бензина и дизельного топлива  q=43 МДж/кг

для сжиженного газа ρ=45 МДж/кг

Мощность двигателя автомобиля. Расчет в Excel.

Результаты расчетов:

Выполним вывод расчетной формулы для средней мощности.

1. η=Q1/Q2

η– КПД двигателя

Q1–полезная тепловая энергия, затраченная на перемещение автомобиля

Q2– вся тепловая энергия, выделенная при сгорании топлива

2. Q1=A=N*t=N*S/v

A–работа, выполненная двигателем и затраченная на перемещение автомобиля

N–средняя мощность двигателя

t–время в пути

S–пройденный автомобилем путь

v–средняя скорость движения автомобиля

3. Q2=q*m=q*V*p

q–удельная теплота сгорания топлива

m–масса израсходованного топлива

V–объем израсходованного топлива

p–плотность (удельная масса) топлива

4. η=Q1/Q2=(N*S/v)/(q*V*p)

5. N=q*V*p*v*η/S

Формула для расчета средней мощности двигателя автомобиля получена.

7. Вычислим среднюю мощность двигателя автомобиля N в киловаттах при заданном режиме движения

в ячейке D10: =(D6/100)*D8*1000000*D7*(D5/1000)*(D3*1000/60/60)/(D4*1000)/1000=5,241

Переведем киловатты в лошадиные силы

в ячейке D11: =D10*1000/735,49875=7,125

Теперь вы можете выполнить расчет в Excel при любых иных исходных данных и определить реально развиваемую среднюю мощность двигателя автомобиля при различных режимах движения.

Ответ на вопрос:

Для движения небольшого легкового автомобиля со скоростью 90 км/час по загородной трассе достаточно мощности двигателя всего в 7 лошадиных сил! Почти у всех автомобилей такого класса максимальная мощность двигателей превышает 80…100 лошадиных сил! Безусловно, такая мощность необходима для быстрого разгона и уверенного движения на подъемах и по дорогам с повышенным сопротивлением (грязь, снег). С мощностью двигателя в  7 лошадиных сил автомобиль до скорости 90 км/час будет разгоняться, наверное, с десяток минут…

Прошу уважающих труд автора  скачивать файл после подписки на анонсы статей!

Ссылка на скачивание файла: moshchnost-dvigatelya-avtomobilya (xls 31.5KB).

Другие статьи автора блога

На главную


Введите Ваш e-mail:

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

8 комментариев на «Мощность двигателя автомобиля»

  1. Виктор 24 Авг 2014 00:19

    Интересно, конечно. Есть ли возможность оценить КПД конкретного автомобиля? Как можно учесть турбонаддув? С уважением Виктор

  2. Александр Воробьев 24 Авг 2014 20:34

    О влиянии турбонаддува на КПД мнения специалистов разнятся. Если при прочих равных автомобиль с турбонаддувом в среднем меньше потребляет литров топлива на 100 километров пути чем этот же автомобиль без турбонаддува, то значит КПД двигателя такого автомобиля выше.

  3. Александр Воробьев 24 Авг 2014 20:40

    Оценить КПД двигателя конкретного автомобиля в «домашних условиях» сложно. Для этого необходимо знать либо общий коэффициент сопротивления движению (трение и о воздух и о дорогу), либо силу, которую следует приложить к автомобилю для обеспечения движения с заданной скоростью.

  4. Сергей 25 Фев 2015 05:25

    ИМХО, самая оптимальная схема привода автомобиля у...заводного детского автомобильчика. Там вся энергия завода тратится сугубо на движение, без холостых оборотов перед светофором и в других случаях. Заманчиво сделать большой накопитель энергии, его мог бы постоянно «подзаводить» небольшой ДВС, а движуха авто обеспечивалсь бы по трансмиссии с заводной пружиной.

    Проблемы езды на затяжном подъёме, быстрого старта от светофора представляется решаемыми.

    Никто не считает реального расхода топлива на одну персону с учётом заполненности салона, КПД с учётом соотношения «снаряженной массы» к фактической полезной нагрузке.

    Пора уже сделать двигатель с переменной мощностью и расходом топлива по примеру ракетных двигателей с разной тягой и расходом топлива.

  5. Семен 26 Окт 2015 01:48

    Здравствуйте, Александр!

    Я нашёл Ваш Блог на просторах интернета, когда сам «изобретал» формулу для расчёта средней мощности, выдаваемой ДВС. Я ещё «изобрёл» формулу для двигателя, который работает стационарно: вместо средней скорости автомобиля, пройденного пути и израсходованного на этом пути топлива, используется часовой расход (л/час).

    N=q*Р*p*η*К, где

    N–средняя мощность двигателя, кВт;

    q–удельная теплота сгорания топлива, МДж/кг;

    Р-часовой расход топлива, л/час;

    p–плотность топлива, кг/м3;

    η–КПД двигателя, %;

    К-переводной коэффициент, =2,7778Е-06.

    Ещё можно в двигающемся автомобиле учитывать мгновенный расход (л/100км) и скорость, и в маршрутном компьютере будет показываться выдаваемая двигателем мощность, как обороты, например.

  6. Николай 01 Окт 2016 21:40

    Здравствуйте, Александр!

    У меня в голове крутится одна мысль... Правда, это скорее мечта — на реализацию финансов пока не хватает, плюс остаётся вопрос с регистрацией этого дела в ГИБДД.

    В общем, задумка такая: хочу убрать из автомобиля ДВС и заменить его дизель-электрикой

    То есть поставить на ось (можно на обе) электрические двигатели, вместо КПП батареи, а вместо ДВС — генератор.

    Зачем всё это? Так получится как раз та самая «заводная машинка», а если ещё и рекуперацию добавить — это вообще сказка :)

    У электрических двигателей, на мой взгляд, одни плюсы по сравнению с ДВС — механически намного проще и надёжней, КПД близко к 100%, почти не шумят

    Конечно, генератор — тот же ДВС, но он, в отличие от своего собрата, будет работать в одном режиме, на который и был спроектирован. То есть опять же меньший износ и более высокий КПД. А рекуперация, кроме экономии топлива, даёт меньший износ тормозов.

    Пока не наткнулся на ваш блог, задавался вопросом — а хватит ли мощности генератора?

    Ведь мощность ДВС у моей машины 90 л.с. (около 60 кВт), а под капот хорошо если 10-киловаттный генератор влезет.

    Понятно, что это только максимальная мощность, а средняя намного меньше. Но я хотел найти конкретные цифры, хотя бы из статистики.

    Ваш расчёт — 5 кВт — меня обрадовал. Получается, если удастся запихнуть 10-киловаттник, среднюю скорость по прямым чистым участкам он сможет обеспечить и без батарей. А запас в батареях понадобятся для разгона, подъёма и преодоления каши на дорогах

    Машина у меня — минивэн, с местом особых проблем нет

    Если генератор не влезет под капот, можно взять мощность чуть поменьше

    Коробка (на её место думаю поставить батареи) не очень большая, но и батарей, думаю, много не надо — это же не чистый электромобиль

    Боюсь только, что если когда-нибудь и примусь за реализацию своей мечты, сменю уже не одну машину :)

    Но, опять же, присматриваюсь к грузовичкам-полуторкам — двухкабинные варианты вместят всю семью, а генератор можно и в кузов поставить, так что может это и к лучшему.

  7. Александр Воробьев 02 Окт 2016 10:01

    Здравствуйте, Николай!

    Интересная идея. Только не реализуют ее, думаю, по следующей причине: зачем от дизельного двигателя механическую энергию преобразовывать в электрическую, а затем обратно, когда колесо вот оно — рядом? Дешевле? Сомнительно...

  8. Николай 30 Окт 2016 02:31

    Вы правы, массово не реализуют её потому что дорого, плюс все привыкли к ДВС

    Для выпуска таких авто нужно проектирование, а это совсем не копейки и неизвестно, окупится ли это

    Электромобили в последнее время завоёвывают популярность благодаря Тесле, но всё равно пока многие смотрят на них с недоверием, хотя другие автопроизводители тоже потихоньку подтягиваются

    Но всё-таки реализации есть

    Если не ошибаюсь, карьерные самосвалы и МАЗовские «Ураганы» именно дизель-электрические (не уверен только, что сделано именно так, как я задумал)

    Кроме того, есть гибридные авто — сразу с ДВС и электродвигателем, где аккумулятор заряжается от ДВС и вроде бы при торможении (в чистых электромобилях — Теслах — рекуперация точно есть)

    Зачем механическую энергию преобразовывать в электрическую?

    Я расчёты не проводил, но думаю, что КПД увеличится

    Во-первых, электродвигатели имеют КПД, близкий к 100%

    То есть их потерями можно пренебречь, по крайней мере, в грубых расчётах

    Во-вторых, КПД у ДВС рассчитано только на идеальный режим, который можно достичь только на трассе, и то не всегда

    В городе же с его пробками и светофорами с этим вообще всё печально

    Генератор же всегда работает примерно в одном режиме, близком к идеальному

    Если он будет питать только аккумуляторы, то ему даже увеличивать мощность не придётся при нажатии педали газа, в отличие от ДВС

    В-третьих, если электродвигатели можно использовать как генераторы, их можно использовать при торможении и дополнительно заряжать аккумуляторы «нахаляву» (хотя на самом деле никакой халявы, конечно, нет, просто обычно энергия от торможения тратится впустую)

    В Теслах так и сделано — плавное торможение использует двигатели (и работает рекуперация), а обычные тормоза включаются при резком нажатии на педаль

    То есть ещё и износ тормозной системы снижен

    Аккумуляторы при зарядке и отдаче, конечно, теряют часть энергии

    Но намного меньше, чем теряется в коробке, карданах и редукторах

    Ещё плюс — упрощается ремонт и обслуживание

    Электродвигатели по сравнению с ДВС вечные, особенно если сравнивать с современными (сейчас их проектируют на меньший расход и более чистый выхлоп, но запас хода при этом сильно теряется)

    Другая механика — коробка, редукторы, карданы (то есть где нагрузка и износ самые высокие) — становится не нужна

    Остаётся подвеска, рулевое, тормоза, сами двигатели, ну и «гранаты» для передачи вращения на колёса

    А генератор проще снять для ремонта, чем ДВС (или вообще заменить, если ремонт уже невозможен)

    Генератор, кстати, может ещё и для других нужд пригодиться — на даче, например или на пикнике :)

    Вообще, можно переделать свою машину и в чистый электромобиль — вместо генератора поставить дополнительные батареи и разъём для зарядки

    Такое давно уже делают специализированные фирмы и у нас, и за рубежом, да и своими руками можно

    Но в России на таком много не поездишь — заряжать особо негде

    А если встанешь на трассе — «ведро электронов» никто в «бак» залить не сможет

Ваш отзыв







  • Посетители: 656 202

  • Подписчики: 3 414