Характеристика кривой момента 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.

Подбор движителя

Помимо электродвигателя, собственный КПД, зависящий от скорости вращения и нагрузки, имеет и движитель: колесо, подводный гребной винт, авиационный пропеллер.

Если зависимость КПД колеса от скорости носит линейный характер и связана только с трением качения (формой протектора, степенью упругости покрышки и весом пассажира), то винты, работающие в воде или воздухе, имеют сложные зависимости. Рассмотрим кривую «скорость-тяга-сопротивление» для гребного винта китайской компании Kenzen (рис. 3).

Рис. 3. Кривые зависимости «скорость-тяга-сопротивление» для гребных винтов с разным шагом от компании Kenzen

На представленном графике показаны кривые создаваемой тяги и потребляемой мощности для разных скоростей вращения. Видно, что данный винт имеет лучшие удельные характеристики работы на участке скоростей вращения 2000–4000 об/мин с оптимумом при 3000 об/мин (где достигается наилучшее соотношение создаваемой тяги к потребляемой мощности).

Пересчет потребляемой винтом мощности в крутящий момент, передаваемый на вал двигателя, проводится на основе известной формулы P = MN/9,55. Аналогичные зависимости строятся и для авиационных пропеллеров. Совмещая карту эффективности электродвигателя (см. вертикальную ось «Нагрузка на вал» карты эффективности двигателя, рис. 1) с рабочей кривой движителя, можно получить величину эффективности тягового узла, которая может выражаться в «грамм тяги/Вт», «литр/Вт» (перекачиваемой жидкости), «км/ч/Вт».

Рис. 4. Пропеллер для коаксиального спаренного электродвигателя «Дрозд» (ООО «Мотохром») по заказу ООО «Авиановации»

Одной из компаний, работающих в этой сфере, является ООО «Мотохром», которое занимается изготовлением как электродвигателей, так и движителей (рис. 4, 5).

Рис. 5. Гребной винт для подводного электродвигателя Vortex (ООО «Мотохром»)

Подбор движителя осложняется тем, что частота вращения ротора при заданном уровне напряжения питания и скважности проседает под нагрузкой. Если двигатель работает в сенсорном режиме (с датчиками положения ротора), а напряжение на регулятор подается с запасом, то скорость вращения ротора будет поддерживаться на установленном настройками или оператором уровне.

Если же двигатель работает без датчиков положения ротора, а контроллер подает питание с минимальной скважностью (для большинства контроллеров это 95% полноты заполнения широтно-импульсной модуляции), то с ростом нагрузки частота вращения ротора будет падать и при максимальном моменте снижаться до двух раз. Рассмотрим кривую зависимости «нагрузка — скорость вращения ротора» опытного двигателя «Мотохром» МХКБ.11.3.02 (рис. 6).

Рис. 6. График падения частоты вращения ротора под нагрузкой

При верификации рабочих кривых движителей сначала на нагрузочном стенде определяются карты КПД электродвигателей, которые при определении удельной тяги винтов позволяют вычислить фактическую (механическую) мощность на основе КПД и потребляемой мощности, определяемой по вольтметру и амперметру (рис. 7).

Рис. 7. Результаты испытаний работы двигателя с опытным пропеллером

При более тонком проектировании системы «АКБ–электродвигатель-движитель» учитывается и просадка напряжения аккумуляторной батареи, однако, как правило, достаточно подобрать двигатель таким образом, чтобы напряжение питания при максимальной рабочей скорости было меньше напряжения АКБ с учетом просадки. А выравнивание напряжения при полностью заряженной аккумуляторной батарее будет осуществляться при помощи регулятора (контроллера).

Разновидности курвиметров

С момента изобретения курвиметра прошло много лет. Сфера применения такого приспособления стала более широкой. Новые задачи в использовании прибора подтолкнули к изобретению новых модификаций. Теперь они имеют много полезных функций и делятся на два вида:

• механические — эти модели не требуют источника питания;
• электронные — модели оснащены дисплеем и нуждаются в источнике питания.

По функциональности устройства делятся на два вида моделей: топографические и дорожные. Топографические представляют собой карманные приборы небольших размеров, а дорожные модели отличаются более крупными размерами.

Небольшие карманные курвиметры могут быть механическими и электронными. Габаритные дорожные модели в наше время работают преимущественно от источника питания. Механические дорожные курвиметры также встречаются, но гораздо реже. Современные приборы теперь оснащены разнообразными полезными мелочами для облегчения работы. К ним относятся:

• фонарик;
• подсветка шкалы-дисплея;
• карта памяти;
• компас;
• калькулятор;
• инженерные функции;
• синхронизация с ПК.

Такими дополнительными функциями оснащены только электронные модели, поскольку для них необходим источник питания током.

Механический вариант

Несмотря на появление разных новых вариантов курвиметров, механические модели остаются востребованными. Карманные устройства имеют много преимуществ. Пользователи ценят данные приборы за то, что они:

• легкие и удобные;
• прочные и компактные;
• не нуждаются в источнике питания.

Такие модели незаменимы в полевых и экстремальных условиях, а также в походах. В простых механических курвиметрах корпус ударопрочный. Модели выполнены из качественного и легкого металла либо сплава. Ручка у них изготовлена из дерева. Карманные механические модели обладают высокой устойчивостью к влаге, что немаловажно в использовании. Особой популярностью такие курвиметры пользуются среди водителей, туристов, моряков, спасателей, путешественников, военных и других.

Однако у таких моделей есть и свои недостатки. Например, после измерений необходимо выполнять дополнительные вычисления, в том случае, если нужно соотнести расстояние с масштабами карты или схемы и определить реальную длину изогнутой линии. Механические приборы часто выдают результаты измерений с небольшой погрешностью в 0,5%.

Электронные образцы

Электронные курвиметры могут дать самые точные данные, когда необходимо сделать вычисления до сотых долей измерения. Существуют кабинетные варианты, предназначенные для работы:

• за столом;
• в штабе;
• в географических институтах;
• в научных лабораториях.

Именно в лабораториях эти приборы находят самый большой спрос. Данные устройства оснащены специальными программами с нужным масштабом. В процессе работы на дисплее курвиметра появляется нужный результат.

Компактные и умные, современные модели находят применение не только в профессиональной деятельности. Некоторые модели выполнены в виде брелков или шариковых ручек, что очень удобно в походах. Такой предмет не обременяет багаж. Есть и другие преимущества у электронных курвиметров, среди которых:

• возможность работы от 1 подзарядки до 400 часов;
• легкий корпус из полимера весом до 50 гр, который не боится ударов;
• широта диапазона работы при различных температурных условиях;
• наличие дополнительных функций, которые облегчают работу и помогают в пути;
• возможность автоматизации сложных инженерных расчётов, которые будут необходимы для инженеров, архитекторов и других специалистов, работающих с чертежами, планами, схемами.

Длительность работы таких приборов будет зависеть от модификации и марки производителя, работы батарейки, аккумулятора.

К минусам стоит отнести подверженность устройства негативному воздействию влаги. Такой факт следует учитывать в эксплуатации прибора, например, при плохих погодных условиях, на воде.

Дорожные курвиметры

Эти приборы отличаются большими габаритами, по сравнению с обычными курвиметрами. Их называют измерительным дорожным колесом. Они созданы для работы на грунте, чтобы выполнять замеры, если рельеф извилистый, так как данный факт мешает правильно измерить длину дорожной полосы или расстояние между двумя объектами.

Прибор оснащен складывающейся ручкой, большим колесом на дисках либо спицах. Колесо имеет аналоговый или цифровой счетчик. Весит прибор около 1,5 кг. Очень часто такие экземпляры продаются с чехлами и сумками, чтобы было удобно носить их с собой.