Як розрахувати ККД двигуна

Мета мотора – змусити щось рухатися. Часто це щось вісь, обертальний рух якої може бути перетворений на поступальний рух, як у машині, або іншим чином використовувати його для виконання механічних робіт (у яких є одиниці енергії).

Потужність (енергія на одиницю часу) для двигуна зазвичай надходить від електроенергії, кінцевим джерелом якої може бути вугільна установка, вітряк або банк сонячних батарей.

Прикладна фізика може бути використана для визначення працездатності, яка є мірою частки енергії, що вкладається в механічну систему, що призводить до корисної роботи. Чим ефективніший мотор, тим менше витрачається енергія, як тепло, тертя і так далі, і тим більш кінцева економія коштів для власника бізнесу у виробничому сценарії.

Сила, енергія та робота

Енергія – це фізика у багатьох формах: кінетична, потенціальна, теплова, механічна, електрична тощо. Робота визначається як кількість енергії, витраченої на переміщення маси m через відстань x шляхом прикладання сили F. Робота в системі СІ (метрика) має одиниці ньютонометрів, або джоулів (Дж).

Потужність – це енергія за одиницю часу. Ви можете витратити задану кількість джоулів, перетинаючи парковку, але якщо ви спринтер і подолаєте відстань за 20 секунд, а не амбл і зайняти дві хвилини, ваш привід потужність відповідно вище в спринтерському прикладі. Одиницею SI є Вт (Вт) або Дж / с.

Типові величини ККД двигуна

Ефективність – це просто вихідна (корисна) потужність, поділена на вхідну потужність, з різницею втрати через недосконалість конструкції та інші неминучість. Ефективність у цьому контексті – це десяткова величина, яка змінюється від 0 до 1, 0, а іноді і у відсотках.

Зазвичай, чим потужніший мотор, тим ефективнішим він буде. Ефективність 0, 80 хороша для двигуна потужністю від 1 до 4 к.с., але нормально орієнтуватися на вище 0, 90 для 5-сильних і більш потужних двигунів.

Формула ефективності електричних двигунів

Ефективність часто позначається грецькою літерою eta ( η ) і обчислюється за такою формулою:

Тут, hp = моторні кінські сили, навантаження = вихідна потужність у відсотках від номінальної потужності, і P _i = вхідна потужність у кВт.

• Постійний коефіцієнт 0, 7457 використовується для перетворення кінських сил у кіловат. Це тому, що 1 к.с. = 745, 7 Вт, або 0, 7457 кВт.

Приклад: Враховуючи двигун потужністю 75 к.с., виміряне навантаження 0, 50 та вхідну потужність 70 кВт, яка ефективність двигуна?

Формула розрахунку потужності двигуна

Іноді вам дають ефективність в проблемі і просять вирішити іншу змінну, наприклад, вхідну потужність. У цьому випадку ви переставляєте рівняння за потребою.

Приклад: Враховуючи ефективність двигуна 0, 85, навантаження 0, 70 і мотор потужністю 150 к.с., яка вхідна потужність?

Калькулятор ефективності двигуна: альтернативна формула

Іноді вам задаються такі параметри двигуна, як його крутний момент (сила, прикладена навколо осі обертання) та оберти його в хвилину (об / хв). Ви можете використовувати співвідношення η = P _o / P _i, де P _o – вихідна потужність, для визначення ефективності в таких випадках, оскільки P _i задається I × V , або напруга в поточному часі, тоді як P _o дорівнює моменту τ разів швидкість обертання ω . Швидкість обертання в радіанах в секунду задається по черзі ω = (2π) (rpm) / 60.

Таким чином :

Як розрахувати постійний крутний момент двигуна

Ви можете використовувати рівняння обертаючого моменту в налаштуваннях двигуна постійного струму, щоб розрахувати, яка сила обертання використовується в двигуні постійного струму. Ці двигуни використовують електричний струм, що рухається в одному напрямку, як електричне джерело для створення руху. Це також досягає онлайн-методи обчислення моменту рухового моменту.

Як розрахувати ККД електричного генератора

Коли електрогенератор зазнає втрат, його ефективність падає зі 100 відсотків. ККД генератора визначається потужністю ланцюга навантаження та загальною потужністю, виробленою генератором. Він виражається у відсотках, оскільки ви ділите одиниці потужності на одиниці потужності.

Як розрахувати споживання електроенергії двигуна

Якщо у вас вдома чи в гаражі є прилади з моторним приводом, які хочете врахувати їх вартість в щомісячну плату за комунальні послуги, ви можете легко підрахувати, скільки електроенергії вони використовують у кіловат-годинах, стандартній одиниці вимірювання для побутового електричного використання. Мотори зазвичай вимірюють кінські сили на своїх .

Основні технічні характеристики двигуна

Про будь-який двигун можна отримати уявлення, знаючи набір певних технічних характеристик.

4.4.2 Діаметр циліндра

Діаметр циліндра. Мається на увазі внутрішній діаметр циліндра. Зазвичай вимірюється в декількох точках і розраховується як середнє арифметичне з отриманих даних.

4.4.3 Хід поршня

Хід поршня — це відстань, яку поршень проходить від ВМТ до НМТ. Дорівнює також подвоєному радіусу кривошипа.

Примітка
Зазвичай в описі технічних характеристик двигуна діаметр циліндра й хід поршня записують разом, через знак «х», наприклад 95 х 85 мм.
Якщо хід поршня перевищує діаметр циліндра, двигун називають довгохідним, якщо навпаки — короткохідним.

4.4.4 Радіус кривошипа

Радіус кривошипа – це відстань, на яку шатунна шийка (та, до якої кріпиться шатун) відведена від осі корінної шийки колінчастого вала, як показано на малюнку 4.4.

4.4.5 Робочий об’єм двигуна

Робочий об’єм двигуна – об’єм простору, поміщений між ВМТ і НМТ поршня, помножений на кількість циліндрів. Вимірюють у сантиметрах кубічних (см 3 ) або літрах (л). Об’єм, який знаходиться над поршнем, коли той установлений у ВМТ, називають об’ємом камери згоряння. Суму об’єму камери згоряння й робочого об’єму називають повним об’ємом. Зазвичай у характеристиках повний об’єм не наводять, проте використовують для отримання такого важливого параметра, як ступінь стиснення.

4.4.6 Ступінь стиснення

Ступінь стиснення – відношення повного об’єму циліндра до об’єму камери згоряння. Цей параметр характеризує те, у скільки разів стискається паливо-повітряна суміш у циліндрі. Записують зазвичай у вигляді співвідношення, наприклад, 14:1 — у цьому випадку мається на увазі, що камера згоряння за обсягом у 14 разів менша за повний об’єм. Ступінь стиснення впливає на ефективність і потужність двигуна: що вона вища, то ефективніший двигун, але є й обмеження, зважаючи на особливості використовуваного палива (дивіться нижче, у розділі «Система живлення сучасних двигунів»).

Примітка
Якщо двигун бензиновий, то нескінченно збільшувати ступінь стиснення не можна, оскільки разом із цим збільшується ймовірність детонації паливо-повітряної суміші і, як наслідок, відбувається вихід з ладу всього двигуна. Детальніше про детонацію буде розказано нижче.

4.4.7 Рядність

Рядність – позначення взаємного розташування циліндрів. Двигун може бути рядним, V-подібним, W-подібним.

Малюнок 4.5 Різні варіанти взаємного розташування циліндрів.

4.4.8 Порядок роботи

Порядок роботи. Якщо у двигуні більше двох циліндрів, то для більш рівномірної і збалансованої роботи агрегату необхідно, щоб робочий хід у кожному з циліндрів реалізовувався не одночасно, а в певній послідовності, при цьому черговість визначається переважно кількістю циліндрів.

Примітка
Для ДВЗ з однаковою кількістю циліндрів може бути кілька варіантів порядку роботи.

Так, наприклад, найпоширеніший порядок роботи чотирициліндрового двигуна: 1 — 3 — 4 — 2. Такий запис говорить про те, що спочатку робочий хід здійснюватиме поршень першого циліндра, потім третього, четвертого й другого, відповідно.

Як приклад, опишемо роботу чотирициліндрового рядного двигуна.

Малюнок 4.6 Схематичне зображення чотиритактного чотирициліндрового рядного двигуна.

У чотиритактному чотирициліндровому рядному двигуні (показаний на малюнку 4.6.) кривошипи колінчастого вала розташовані в одній площині: два крайні кривошипи 1-й і 4-й під кутом 180 градусів до двох середніх — 2-го й 3-го. Під час обертання вала поршні першого й четвертого, а також другого й третього циліндрів попарно рухаються в одному напрямку.

Коли поршні першого й четвертого циліндрів приходять у ВМТ, поршні другого й третього циліндрів знаходяться в НМТ, і навпаки. У кожному з циліндрів робочий цикл завершується за два оберти колінчастого вала, а чергування тактів підібрано таким чином, що одночасно у всіх циліндрах відбуваються різні такти. Це забезпечує рівномірність обертання вала.

Припустимо, що за першого напівоберту вала (від 0 до 180 градусів) у першому циліндрі поршень іде від ВМТ до НМТ і в ньому відбувається робочий хід. Тоді в четвертому циліндрі поршень також рухається до НМТ, але відбувається впуск горючої суміші. У другому й третьому циліндрах поршні рухаються до ВМТ, при цьому в третьому циліндрі йде стиснення робочої суміші, а в другому — випуск відпрацьованих газів.

Примітка
Моменти відкриття й закриття клапанів регулюються розподільним валом (докладніше розглянуто нижче).

Протягом наступних трьох напівобертів колінчастого вала в кожному з циліндрів такти йтимуть у звичайній для чотиритактного процесу черговості.

На той час, коли вал закінчить четвертий напівоберт, у всіх циліндрах відбудуться всі такти робочого циклу. За подальшого обертання вала такти повторюватимуться в тій самій послідовності.

Під час роботи чотиритактного чотирициліндрового двигуна на кожен напівоберт колінчастого вала припадає один робочий хід, причому робочі ходи чергуються не в порядку розташування циліндрів, а в іншій послідовності. Спочатку робочий хід відбувається в першому циліндрі, потім у третьому, далі в четвертому і, нарешті, у другому, тобто робочі ходи чергуються в порядку 1 — 3 — 4 — 2.

Малюнок 4.7 Напівоберти колінчастого вала.

Цей порядок чергування робочих ходів по циліндрах називається порядком роботи двигуна. За однієї й тієї самої форми розташування кривошипів вала, але за іншого порядку відкриття й закриття клапанів, що залежить від конструкції механізму газорозподілу, чотирициліндровий двигун може мати іншу послідовність чергування тактів та інший порядок роботи. Якщо за першого напівоберту вала в третьому циліндрі відбуватиметься такт випуску, а в другому — такт стиснення, то чергування тактів у двигуні зміниться, і буде порядок роботи 1 — 2 — 4 — 3.

4.4.9 Компресія в циліндрі

Компресія в циліндрі – максимальний тиск, що створюється в циліндрі під час стиснення повітря поршнем. Найчастіше вимірюється в барах, кг/см 2 або МПа. Часто ступінь стиснення плутають із компресією. Однак треба завжди пам’ятати, що ступінь стиснення — параметр виключно геометричний, на відміну від компресії.

4.4.10 Потужність двигуна

Потужність двигуна – робота двигуна, що здійснюється за одиницю часу, вимірюється в кінських силах (к. с.) або кіловатах (кВт). Простіше кажучи, потужність — це параметр, що описує, як швидко може обертатися колінчастий вал двигуна. Аби краще зрозуміти, уявіть, що ви велосипедист, а потужність — це характеристика, що описує, як швидко ви можете крутити педалі.

4.4.11 Крутний момент

Крутний момент – добуток сили на плече. У випадку двигуна внутрішнього згоряння — це тяга, створювана на колінчастому валі, інакше кажучи — сила, з якою поршень тисне через шатун на шатунну шийку колінчастого вала, помножена на радіус кривошипа (дивіться вище). Щоб було зрозуміліше, повернімося до велосипедиста. Величина тяги на осі педалей залежить як від довжини педалі (плеча), так і від сили, з якою велосипедист тисне на цю педаль. Вимірюється крутний момент у ньютонах на метр (Нм).