Расчет мощности двигателя: методики и необходимые формулы

Кому-то необходимо рассчитать мощность двигательного агрегата, чтобы вычислить автомобильный налог. Некоторым важно самостоятельно произвести расчет мощности двигателя компрессора. Для кого-то важно точно знать мощности машины, чтобы сверить ее с той, что была заявлена. В целом расчет мощности и выбор двигателя – два неразделимых процесса.

Это не единственные причины, по которым автолюбители пытаются самостоятельно рассчитать мощности двигателей своих авто. Это довольно сложно сделать без наличия необходимых формул для расчета. Именно они будут приведены в этой статье, чтобы каждый автомобилист мог сам посчитать, сколько же составляет реальная мощность двигателя его авто.

Введение

Существует как минимум четыре распространенных способа расчета мощности двигателя внутреннего сгорания. В данных методах применяются следующие параметры двигательного агрегата:

1. Обороты.
2. Объем.
3. Крутящий момент.
4. Эффективное давление внутри камеры сгорания.

Для вычислений необходимо знать и вес автомобиля, а также время разгона до 100 км/ч.

Каждая из далее приведенных формул расчета мощности двигателя имеет некоторую погрешность и не может дать на 100% точный результат. Это всегда стоит учитывать при анализе полученных данных.

Если рассчитать мощность по всем формулам, которые будут описаны в статье, можно узнать среднее значение реальной мощности мотора, а расхождение с действительным результатом составит не более 10%.

Если не учитывать различные научные тонкости, связанные с определением технических понятий, то можно сказать, что мощность – это энергия, вырабатываемая двигательным агрегатом и преобразуемая в крутящий момент на валу. При этом мощность – величина непостоянная, а ее максимальное значение достигается при определенной скорости вращения вала (указывается в паспортных данных).

В современных двигателях внутреннего сгорания максимальная мощность достигается при 5,5-6,6 тысяч оборотов в минуту. Она наблюдается при наибольшем среднем эффективном значении давления в цилиндрах. Величина этого давления зависит от следующих параметров:

• качество топливной смеси;
• полнота сгорания;
• топливные потери.

Мощность, как физическая величина, измеряется в Ваттах, а в автомобильной отрасли она измеряется в лошадиных силах. Расчеты, описываемые в методах далее, будут давать результаты в киловаттах, затем их понадобится перевести в лошадиные силы с помощью специального калькулятора-конвертера.

Расчет по производительности форсунок

Форсунки — это детали-распылители, которые обеспечивают подачу топлива в цилиндры ДВС. Характер работы форсунок напрямую влияет на формат функционирования двигателя, поэтому подсчитать мощность движка можно по производительности форсунок.

Для подсчетов используется следующая сложная формула:

М = (ПФ x КФ x КЗ)/(ТТ x ТД)

• ПФ — это производительность 1 форсунки. Этот параметр обычно указывается в технической документации к двигателю (хотя в случае нового авто эти сведения можно узнать из бортового компьютера).
• КФ — это количество форсунок. Этот параметр можно также узнать из технической документации либо с помощью бортового компьютера.
• КЗ — коэффициент загруженности форсунок. Для большинства легковых автомобилей этот параметр равен 0,75-0,8.
• ТТ — тип топливной смеси. Для бензина высокой очистки этот коэффициент обычно равен 12-13.
• ТД — это тип двигателя. Для атмосферного движка этот параметр равен 0,4-0,5, для турбодвижка — 0,6-0,7.

Эта методика расчета является достаточно неточной, поскольку формула содержит множество поправочных коэффициентов, многие из которых не имеют точного цифрового выражения. Поэтому реальная мощность может отличаться от формульной на 10-15% (впрочем, это небольшая погрешность).

Мощность через крутящий момент

Один из способов вычисления мощности является определение зависимости крутящего момента мотора от количества оборотов.

Любой момент в физике – произведение силы на плечо ее приложения. Крутящий момент – произведение силы, которую может развивать двигатель для преодоления сопротивления нагрузки, на плечо ее приложения. Именно данный параметр определяет, насколько быстро мотор достигает своей максимальной мощности.

Крутящий момент можно определить, как отношение произведения рабочего объема на среднее эффективное давление в камере сгорания к 0,12566 (константа):

• M = (Vрабочий * Pэффективное)/0,12566, где Vрабочий – рабочий объем мотора [л], Pэффективное – эффективное давление в камере сгорания [бар].

Обороты двигателя характеризуют скорость вращения коленвала.

Используя величины крутящего момента и оборотов двигателя, можно использовать следующую формулу расчета мощности двигателя:

• P = (M * n)/9549, где M – крутящий момент [Нм], n – скорость вращения вала [об/мин], 9549 – коэффициент пропорциональности.

Рассчитанная мощность измеряется в киловаттах. Чтобы перевести вычисленную величину в лошадиные силы, нужно результат умножить на коэффициент пропорциональности 1,36.

Этот способ вычисления состоит в использовании всего двух элементарных формул, поэтому считается одним из самых простых. Правда, можно поступить еще проще и воспользоваться онлайн-калькулятором, в который необходимо внести определенные данные об автомобиле и его двигательном агрегате.

Стоит заметить, что данная формула расчета мощности двигателя позволяет рассчитать лишь ту мощность, которая получается на выходе двигателя, а не ту, которая реально доход до колес автомобиля. В чем разница? Пока мощность (если представить ее как поток) доходит до колес, она испытывает потери в раздаточной коробке, например. Играют весомую роль и побочные потребители вроде кондиционера или генератора. Нельзя не упомянуть потери на преодоление сопротивления подъему, качению, а также аэродинамическому сопротивлению.

Частично этот недостаток компенсируется использованием других расчетных формул.

Выездная диагностика автомобиля

Услуга вошла в обиход недавно, но успела широко распространиться и обрасти огромным числом специалистов. Сегодня любой желающий может заказать проверку автомобиля с выездом на дом, это практически то же, что автосервис, только специалисты приезжают к вам, а не вы к ним.

Как правило, проверку проводят автомобильные эксперты, работающие или мастерами в автосервисе, или специалистами по продаже автомобилей с пробегом. Намётанным глазом они определят состояние автомобиля, проведут диагностику через бортовой компьютер и точно расскажут, что пережил этот автомобиль в прошлом, и чего следует опасаться в будущем.

Преимуществом по сравнению с сервисом является то, что вам не потребуется никуда ехать, и проверка будет проведена быстрее, однако слабой стороной выездных специалистов остается отсутствие сложной техники, присутствующей в автосервисах, такой как подъемник. Однако при наличии гаража с ямой эта проблема нивелируется.

• Специалисты приедут к вам с набором необходимой техники и осмотрят автомобиль. Работа занимает от 40 минут до одного часа.
• Как правило, специалисты выездной диагностики проводили подобную процедуру уже много раз, и намётанным глазом быстро и точно определяют, что именно не так с автомобилем. Качество диагностики и «вердикт» выездных экспертов обычно очень точен.
• Эксперты по подбору автомобилей также торгуются с продавцом за вас, и можно хорошо «сбить» цену на интересующий вас авто в хорошем состоянии. Несмотря на то, что цена на такие услуги высокая, обычно она меньше, чем сумма, на которую подборщикам авто удается сторговаться, и в результате все остаются при выгоде.

• Отсутствие некоторой профессиональной техники, присутствующей в автосервисе.
• Риск столкнуться с дилетантами, которые некорректно оценят состояние автомобиля.

Мощность через объем двигателя

Не всегда есть возможность определить крутящий момент двигателя. Иногда автовладельцы и вовсе не знают значения этого параметра. В таком случае мощность двигательного агрегата можно узнать при помощи объема мотора.

Для этого понадобится умножить объем агрегата на частоту вращения коленвала, а также на среднее эффективное давление. Полученную величину необходимо разделить на 120:

• P = (V * n * Pэффективное)/120 где V – объем двигателя [см3], n – скорость вращения коленвала [об/мин], Pэффективное – среднее эффективное давление [МПА], 120 – константа, коэффициент пропорциональности.

Так производится расчет мощности двигателя автомобиля с помощью объема агрегата.

Чаще всего значение Pэффективное в бензиновых двигателях стандартного образца варьируется от 0,82 МПа до 0,85 МПа, в форсированных моторах – 0,9 МПа, а в дизельных агрегатах значение давления находится в промежутке от 0,9 МПа до 2,5 МПа.

При использовании данной формулы для расчета реальной мощности мотора, чтобы перевести кВт в л. с., необходимо разделить полученную величину на коэффициент, равный 0,735.

Данный метод расчета также далеко не самый сложный и занимает минимум времени и усилий.

С помощью этого метода можно произвести расчет мощности двигателя насоса.

Пересчитываем «лошадей»: народные авто на стенде мощности

Насколько официальные технические характеристики отличаются от реальных? Мы уже проверяли на лукавство машины из пограничной налогововыгодной категории до 250 л.с. Результаты оказались разными: кто-то честно выдавал заявленную мощность, а кто-то — несколько не дотягивал. Но одно дело — довольно мощные автомобили, которые в любом случае не страдают дефицитом тяги, и совсем другое — народные.

Вот мы и проверили машины попроще. Поскольку силенок у таких меньше, потеря каждой «лошади» становится весьма ощутимой. То же касается и крутящего момента.

Итак, вот наша тестовая пятерка. В бюджетном сегменте выступают Лада XRAY Cross и ее родственник-конкурент Renault Logan Stepway. В гольф-классе — набирающий обороты Kia Ceed третьего поколения. Привлек наше внимание и один из лидеров в стане кроссоверов — обновленный Nissan X‑Trail.

Китайский кроссовер Haval H6 не самый популярный на российском рынке среди одноклассников, но довольно свежий. О реальной мощности «китайцев», особенно с турбонаддувом, судачат в каждом гараже. Вот и проверим!

Мощность через расход воздуха

Мощность агрегата можно определить и по расходу воздуха. Правда, данный метод расчета доступен только тем автовладельцам, у которых установлен бортовой компьютер, позволяющий зафиксировать расход воздуха при 5,5 тысячи оборотов на третьей передаче.

Чтобы получить приблизительную мощность двигателя, необходимо полученный при вышеописанных условиях расход разделить на три. Формула выглядит так:

• P = G/3, где G – расход воздуха.

Данный расчет характеризует работу двигателя в идеальных условиях, то есть без учета потерь на трансмиссию, сторонних потребителей и аэродинамическое сопротивление. Реальная мощность ниже вычисленной на 10 или даже 20%.

Соответственно, величина расхода воздуха определяется в лабораторных условиях на специальном стенде, на который устанавливают автомобиль.

Показания бортовых датчиков сильно зависят от их загрязнения и от калибровки.

Поэтому расчет мощности двигателя на основе данных о расходе воздуха является далеко не самым точным и эффективным, но для получения приблизительных данных он вполне подойдет.

Мощность через массу авто и время разгона до «сотни»

Расчет с применением веса автомобиля и его скорости разгона до 100 км/ч – один из самых простых методов вычисления реальной мощности двигателя, ведь масса авто и заявленное время разгона до «сотни» – паспортные параметры машины.

Этот метод актуален для двигателей, работающих на любых видах топлива – бензин, дизельное топливо, газ – ведь он учитывает лишь динамику разгона.

При расчете стоит учитывать вес транспортного средства вместе с водителем. Также чтобы максимально приблизить результат вычислений к действительному, стоит учесть и потери, затрачиваемые на торможение, пробуксовку, а также скорость реакции коробки передач. Играет роль и тип привода. Например, переднеприводные автомобили теряют на старте около 0,5 секунды, заднеприводные – от 0,3 секунды до 0,4 секунды.

Остается найти в сети калькулятор для расчета мощности авто через скорость разгона, внести необходимые данные и получить ответ. Нет смысла приводить математические расчеты, которые производит калькулятор, из-за их сложности.

Результат вычислений будет одним из самых точных, приближенных к реальному.

Данный метод расчета реальной мощности машины многие считают самым удобным, ведь автовладельцам придется приложить минимум усилий – измерить для чистоты эксперимента скорость разгона до 100 км/ч и внести дополнительные данные в автоматический калькулятор.

Разбежавшийся табун

Замеры мы проводим совместно с нашими хорошими знакомыми из мастерской AGP Motorsport — на современном динамометрическом стенде Dynomax 5000 AWD с беговыми барабанами, который рассчитан на привод любого типа. Прежде чем загнать машины на барабаны, несколько слов о методике испы­таний.

Сейчас все производители замеряют мощность на маховике двигателя со всем вспомогательным оборудованием. Естественно, мы не можем снять мотор с каждой машины. Понятно, что стендовая мощность «с колес» при разгоне на прямой передаче с 1500–2000 об/мин до максимальных оборотов будет значительно меньше мощности нетто на маховике. Потому что неизбежны потери в трансмиссии. Именно ­поэтому любой современный стенд умеет пересчитывать результаты с учетом всех потерь.

Еще один автоматически применяемый стендом коэффициент касается условий испытаний. Согласно правилам ЕЭК ООН № 85 и ИСО 1585, температура окружа­ющего воздуха должна быть +25 °C, атмосферное давление — 99 кПа.

При этом все равно стенд дает погрешность, которая не превышает 5%. Как показывает наш опыт, погрешность эта всегда не в пользу автомобилиста. Но если полученные данные укладываются в эти проценты, считаем, что мощность и момент двигателя указаны честно.

Чтобы подкрепить результаты стенда, мы проведем и замеры динамики, то есть времени разгона с места до 100 км/ч.

НЕТТО И БРУТТО

Как измеряется мощность двигателя при составлении технических данных нового автомобиля? Когда-то производители оперировали мощностью брутто, или так называемой лабораторной мощностью, — снимаемой с двигателя без навесного оборудовании. Понятно, что в этом случае показатели выше, но к реальной отдаче «на колесах» эти данные не имеют никакого отношения. Поэтому постепенно от таких замеров отказались в пользу мощности нетто, замеряемой на маховике двигателя со всем вспомогательным оборудованием.

Другие типы двигателей

Не секрет, что двигатели применяются не только в автомобилях, но и в промышленности и даже в быту. Двигатели разных размеров можно найти на заводах – приводят в движение валы – а также в бытовой технике вроде автоматической мясорубки.

Иногда требуется вычислить реальную мощность и таких двигателей. Как это сделать, описано далее.

Стоит сразу заметить, что расчет мощности 3-фазного двигателя можно произвести следующим образом:

• P = Mкрутящий * n, где Mкрутящий – крутящий момент, а n – скорость вращения вала.

Сколько лошадиных сил у лошади?

Фото:ShutterstockКратковременно это животное может развить мощность и до 13 лошадиных сил, но при нормальной ритмичной работе как раз около одной.

Интересные материалы:

Как удалить дубликаты фотографий? Как удалить дубликаты контактов в Вайбере? Как удалить дубликаты в CCleaner? Как удалить Duo Xiaomi? Как удалить двухсторонний скотч с автомобиля? Как удалить двухсторонний скотч с деревянной поверхности? Как удалить двухсторонний скотч с линолеума? Как удалить двухсторонний скотч с мебели? Как удалить двухсторонний скотч с пластика автомобиля? Как удалить двухсторонний скотч с пластика окна?

Асинхронный двигатель

Асинхронный агрегат – устройство, особенность которого заключается в том, что частота вращения магнитного поля, создаваемого его статором, всегда больше частоты вращения его ротора.

Принцип действия асинхронной машины похож на принцип действия трансформатора. Применяются законы электромагнитной индукции (изменяющееся во времени потокосцепление обмотки наводит в ней ЭДС) и Ампера (на проводник определенной длины, по которому течет ток, находящийся в поле с определенным значением индукции, действует электромагнитная сила).

Асинхронный двигатель в общем случае состоит из статора, ротора, вала и опоры. Статор включает в себя следующие основные составляющие: обмотка, сердечник, корпус. Ротор состоит из сердечника и обмотки.

Основная задача асинхронного двигателя – преобразование электрической энергии, которая подается на обмотку статора, в механическую энергию, которую можно снять с вращающегося вала.

Мощность асинхронного двигателя

В технической области науки выделяют три вида мощности:

• полную (обозначается буквой S);
• активную (обозначается буквой P);
• реактивную (обозначается буквой Q).

Полную мощность можно представить в виде вектора, который имеет действительную и мнимую часть (стоит вспомнить раздел математики, связанный с комплексными числами).

Действительная часть представляет собой активную мощность, которая затрачивается на выполнение полезной работы вроде вращения вала, а также на выделение тепла.

Мнимая часть выражена реактивной мощностью, которая принимает участие в создании магнитного потока (обозначается буквой Ф).

Именно магнитный поток лежит в основе принципа работы асинхронного агрегата, синхронного двигателя, машины постоянного тока, а также трансформатора.

Реактивная мощность используется для заряда конденсаторов, создания магнитного поля вокруг дросселей.

Активная мощность рассчитывается как произведение тока с напряжением на коэффициент мощности:

• P = I * U * cosφ.

Реактивная мощность рассчитывается как произведение тока с напряжением на коэффициент мощности, сдвинутый по фазе на 90°. Иначе можно записать:

• Q = I * U * sinφ.

Значение полной мощности, если помнить, что ее можно представить в виде вектора, можно рассчитать по теореме Пифагора как корень суммы квадратов активной и реактивной мощности:

• S = (P2+Q2)1/2.

Если рассчитать формулу полной мощности в общем виде, то получится, что S – это произведение тока на напряжение:

• S = I * U.

Коэффициент мощности cosφ – это величина, численно равная отношению активной составляющей к полной мощности. Чтобы найти sinφ, зная cosφ, нужно вычислить значение φ в градусах и найти его синус.

Это стандартный расчет мощности двигателя по току и напряжению.

Расчет мощности 3-фазного асинхронного агрегата

Чтобы рассчитать полезную мощность на обмотке статора асинхронного 3-фазного двигателя, следует умножить фазное напряжение на фазный ток и на коэффициент мощности, а полученное значение мощности умножить на три (по количеству фаз):

• Pстатора = 3 * Uф * Iф * cosφ.

Расчет мощности эл. двигателя, имеющей активный характер, то есть мощности, которая снимается с вала двигателя, производится так:

• Pвыходная = Pстатора – Pпотерь.

В асинхронном двигателе имеют место следующие потери:

• электрические в обмотке статора;
• в стали сердечника статора;
• электрические в обмотке ротора;
• механические;
• добавочные.

Для расчета мощности трехфазного двигателя в обмотке статора, имеющей реактивный характер, необходимо сложить три составляющие данного типа мощности, а именно:

• реактивную мощность, расходуемую на создание потока рассеяния обмотки статора;
• реактивную мощность, расходуемую на создание потока рассеяния обмотки ротора;
• реактивную мощность, расходуемую на создание основного потока.

Реактивная мощность в асинхронном двигателе в основном расходуется на создание переменного электромагнитного поля, но часть мощности расходуется на создание потоков рассеяния. Потоки рассеяния ослабляют основной магнитный поток и снижают эффективность работы асинхронного агрегата.

Мощность по току

Расчет мощности асинхронного двигателя можно осуществить, используя данные тока. Для этого следует выполнить следующие действия:

1. Подать питание в двигатель.
2. С помощью амперметра замерить ток в каждом витке.
3. Рассчитать среднее значение тока по итогам замеров, выполненных во втором пункте.
4. Умножить среднее значение тока на напряжение. Получится мощность.

Мощность всегда можно рассчитать, как произведение тока на напряжение. При этом важно знать, какие именно значения U и I следует брать. В данном случае U – напряжение питания, это постоянная величина, а I может варьироваться в зависимости от того, на какой обмотке (статора или ротора) замеряется ток, поэтому необходимо выбрать именно его среднее значение.

Проверка в автосервисе

Верный способ узнать всё о машине и её двигателе, если вы не считаете себя хорошим экспертом для самостоятельного осмотра. Специалисты сервисов за умеренную плату осмотрят автомобиль полностью, считают его компьютером (если у авто есть диагностический разъём), проверят все технические составляющие машины и даже выяснят, были ли вмешательства в память бортового компьютера, скручивался ли через него пробег и затирались ли ошибки.

Обращаться лучше или к официальным дилерам, или к специализированным центрам, которые работают с одной маркой автомобилей, или с узким кругом автомобильных брендов. Как правило, в таких сервисах лучше знают все типичные «болячки» автомобилей и очень хорошо разбираются в двигателях, представленных на моделях марки.

В данном случае от вас требуется лишь выбрать сервис, который имеет большое число положительных отзывов и продолжительную историю работы, оплатить услуги сервиса и дождаться окончания диагностики, после которой вам на руки выдадут заказ-наряд на выполнение работ. Приобретать авто после этого и оплачивать запчасти и ремонт, или же вручить документ продавцу и отказаться от покупки автомобиля, дело уже ваше. Такой способ проверки двигателя автомобиля очень действенный и, как правило, безошибочный – если автомобиль неисправен или требует существенных вложений, специалисты сообщат об этом по результатам диагностики.

Плюсы обращения в автосервис:

• Вы будете знать наверняка всю подноготную автомобиля и его узлов: вам расскажут, скручивался ли пробег машины, были ли ДТП, что именно нужно заменить или отремонтировать на данный момент времени и т.д.
• На месте выдадут заказ-наряд, подскажут, где приобрести запчасти и расходники. В случае, если вы приобретаете автомобиль прямо на месте, можно начинать проводить работу по устранению проблем, никуда не выезжая.

Минусы работы с автосалоном:

• Необходимо оплатить услуги специализированного сервиса, цены варьируются в зависимости от региона и квалификации сервисменов. В среднем для сервисов, специализирующихся на иномарках, один нормочас оценивается от 900 до 2000 рублей, диагностика длится час-полтора, эти расходы потенциальный покупатель берёт на себя.
• Придется затратить время на дорогу до сервиса, диагностику автомобиля и после – дорогу домой, также нужно согласовывать время, удобное для всех сторон: вас, продавца и автосервиса. Ввиду сложности организации, процесс может затянуться на недели.
• В случае, если вы выберете недорогой сервис «за гаражами», есть риск, что диагностику не смогут провести качественно, что после покупки автомобиля выльется для вас в дополнительные расходы.

Если вы располагаете достаточным количеством времени и готовы потратить несколько тысяч рублей, чтобы точно избежать ошибки, то сервис – ваш вариант. Но будьте внимательны при выборе самого сервиса, экономить здесь – не лучший путь, лучше потратить больше денег на услуги высокоуровневых специалистов.

Мощность по габаритам

Статор имеет множество различных составляющих, одна из которых – сердечник. Для расчета мощности двигателя с использованием габаритов следует выполнить следующие действия:

1. Измерить длину и диаметр сердечника.
2. Вычислить постоянную C, которая будет использована при дальнейшем расчете. C = (π * D * n)/(120 * f), где D – диаметр сердечника, n – скорость вращения вала, f – частота напряжения (чаще всего это промышленная частота 50 Гц).
3. Вычислить мощность P по формуле P = C * D2 * l * n * 10-6, где C – вычисленная константа, D – диаметр сердечника, n – скорость вращения вала, l – длина сердечника.

Лучше производить все измерения и вычисления с максимальной точностью, чтобы расчет мощности двигателя электропривода был максимально приближен к действительности.