Сколько мощности двигателя теряется из-за вспомогательных компонентов

Какая мощность двигателя теряется из-за вспомогательных компонентов?

Нам нужны эти компоненты для работы двигателя и других удобств, но какую цену (в лошадиных силах) мы платим за их работу?

Двигатели внутреннего сгорания — замечательная штуковина — каким-то образом набор сдерживаемых взрывов в быстрой последовательности умудряется разгонять куски металла до глупых скоростей и может вызвать ряд эмоций у нас, автолюбителей. Хотя его очевидной основной функцией является возвратно-поступательное движение поршней, вращение коленчатого вала и применение этого привода к трансмиссии, у двигателя также есть множество других задач, которые необходимо выполнять, чтобы поддерживать работу автомобиля.

Эти, казалось бы, тривиальные задачи обычно решаются одним или двумя поликлиновыми ремнями, расположенными в передней части двигателя. Ключевым аспектом этих резиновых ремней является то, что они вращаются в тандеме со скоростью двигателя, формируя внутреннюю связь между конкретными компонентами, которые их используют, и скоростью, с которой вращается двигатель. Мощность, необходимая для вращения ремня, исходит от движения двигателя, которое по своей сути отнимает часть общей мощности от достижения колес.

Первым компонентом, в котором используется такой ремень, является водяной насос. Используется для перемещения охлаждающей жидкости по двигателю для передачи тепла, выделяемого при сгорании, поэтому вполне логично, что этот компонент должен работать с использованием частоты вращения двигателя. По мере увеличения количества циклов сгорания будет производиться больше тепла, поэтому требуется большее взаимодействие с охлаждающей жидкостью. К сожалению, это лишит двигатель небольшого количества энергии, необходимой для вращения шкива, который, в свою очередь, вращает водяной насос.

Далее идет генератор переменного тока, который используется для поддержания электрической системы автомобиля в рабочем состоянии. Он делает это, используя возвратно-поступательное движение двигателя для создания магнитного поля и электрического тока. Наряду с предотвращением медленной разрядки автомобильного аккумулятора до тех пор, пока автомобиль не остановится, в генераторе используется шкив, который вплетается в маршрут поликлинового ремня.

Кондиционер не связан напрямую с частотой вращения двигателя, но для его работы требуется источник питания из-за наличия в его составе компрессора.Этот компрессор используется для перекачки паров хладагента под высоким давлением в конденсатор, откуда может быть создан поток охлаждающего воздуха для салона автомобиля. Но опять же, ему нужна секция поликлиновой ременной системы, чтобы этот компрессор мог… сжиматься.

Объем энергии, необходимый для кондиционера, является весьма спорным, и через секунду мы получим некоторые приблизительные цифры. Нагрузку двигателя можно услышать при включенном кондиционере, при этом большинство автомобилей повышают скорость холостого хода, чтобы противодействовать истощающему характеру компрессора. Компрессор можно запустить с помощью электронной муфты, которая приводится в действие при включении и выключении кондиционера.

Последнее использование поликлинового ремня связано с системой гидроусилителя руля. Предполагая, что мы говорим не об электрической установке, насос необходим для подачи гидравлической жидкости в систему, чтобы приложить усилие, помогающее рулевому управлению, и этому насосу нужен источник питания для питания. Это снова шкив, который вращается, позволяя насосу подавать давление в гидравлическую систему, что приводит к необходимой помощи.

Итак, сколько энергии теряется из-за этих вспомогательных компонентов? Это схематичный вопрос, потому что разные системы, используемые в разных автомобилях разными производителями, будут потреблять разные уровни мощности от двигателя. К счастью, мы можем делать предположения, проводя исследования автомобильных организаций и других инженерных фирм.

Известно, что кондиционер потребляет около 4 л.с. (по расчетам Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии), а генератор достаточного размера будет потреблять около 10 л.с. (по расчетам ZENA, специалистов по двигателям постоянного тока), когда двигатель находится под полной нагрузкой. Усилитель руля обойдется вам примерно в 2-4 л.с., в зависимости от силы рулевого управления.

С водяным насосом все не так просто. Поскольку она связана с частотой вращения двигателя, мощность, необходимая для вращения крыльчатки насоса, образует кубическую зависимость с возвратно-поступательным движением трансмиссии.Это было исследовано экспертами по автомобильному охлаждению Дэвисом Крейгом, который обнаружил, что его водяные насосы потребляют 0,13 л.с. (0,1 кВт) при 1000 об/мин, 1,1 л.с. (0,8 кВт) при 2000 об/мин и 8,6 л.с. (6,4 кВт) при 4000 об/мин.

Посчитайте, и вы получите где-то между 16-27 л.с. потери мощности от этих вспомогательных систем в зависимости от величины нагрузки, прикладываемой к каждому компоненту. Индивидуальные требования к мощности каждого компонента будут несколько сливаться вместе, поскольку движение поликлинового ремня для одного шкива будет способствовать вращению следующего шкива в системе. Так что в действительности максимальное значение потерь мощности должно быть меньше, чем простое суммирование.

Добавьте примерно 15-процентную потерю мощности из-за трения, тепла и звука, которые компенсируют потери в трансмиссии, а также неэффективность использования резинового ремня — и мощность, подаваемая непосредственно на колеса (л.с.), может сильно отличаться от производимой. изначально за счет начального внутреннего сгорания. Очевидно, что вспомогательные компоненты выполняют очень важную работу, но есть что-то немного удручающее в том количестве энергии, которое не передается на дорожное покрытие.

К счастью, в наши дни автомобильные инженеры одержимы максимизацией эффективности, где только могут, и Mercedes действительно продвигает эту идею с помощью своей последней трансмиссии. Его новый рядный шестицилиндровый двигатель будет оснащен большой батареей на 48 В, которая поможет питать упомянутые вспомогательные компоненты, освобождая двигатель для передачи крутящего момента исключительно на коленчатый вал и трансмиссию.

Используя ЭБУ в качестве бортовой информации, электропитание сможет объединить вспомогательные устройства с частотой вращения двигателя, имитируя поведение классического поликлинового ремня. В будущем, возможно, мы загоним этих жизненно важных лошадей обратно в конюшню.

Двигатели Mopar — мощность против. Роскошь

Сколько мощности отнимают у вашего двигателя аксессуары?

Существует множество способов измерить мощность двигателя: от использования спецификаций производителя до экстраполяции чисел путем оценки преимуществ запасных частей, использования компьютерного динамометрического программного обеспечения или фактического измерения мощности двигателя на динамометрическом стенде двигателя или шасси. Одно можно сказать наверняка: когда дело доходит до лошадиных сил и крутящего момента, мы все хотим их большего, и существует множество способов добиться более высоких показателей мощности от наших двигателей Mopar. Конечно, болтовое крепление запасных частей — это проверенный (и дорогой) способ добиться более высокого крутящего момента и мощности, но задумывались ли вы когда-нибудь об улучшении характеристик вашего двигателя, просто убрав из двигателя одно или несколько навесных устройств, снижающих мощность?

Единственный реальный способ узнать, приравниваются ли модификации двигателя к дополнительной мощности, — это либо измерить мощность двигателя на динамометрическом стенде, либо вывести машину на трассу и посмотреть, работает ли она быстрее за прошедшее время. И хотя трасса — забавное место для испытаний, с динамометрическим стендом, безусловно, связано меньше переменных, поэтому мы предпочитаем использовать динамометрическую ячейку для измерения прироста или потери мощности и крутящего момента, когда это возможно. Недавно у нас было несколько больших блоков на динамометрическом стенде в Auto Performance Engines, чтобы выполнить некоторую настройку и тестирование различных деталей, и, поскольку у нас было немного дополнительного времени на динамометрическом стенде с каждым двигателем, мы решили точно узнать, какая у него мощность. взяли для запуска аксессуары, такие как генератор переменного тока, насос гидроусилителя руля и водяной насос, и мы даже протестировали несколько разных стилей воздушных фильтров.

Конечно, все мы знаем, что включение генератора переменного тока, насоса гидроусилителя руля, водяного насоса или компрессора кондиционера лишает двигатель мощности, которую можно было бы передать на задние колеса, а ограничение поступления воздуха в двигатель с помощью фильтра снижает мощность, поскольку Что ж. Моторные масла с высокой вязкостью также требуют большей мощности для прокачки двигателя.Но без измерения мощности, необходимой для вращения этих предметов, можно только догадываться, сколько лошадиных сил и крутящего момента требуется каждому из них на самом деле. Мы подумали, что было бы интересно измерить мощность и крутящий момент двигателя с каждым из этих аксессуаров и без него, чтобы мы могли поставить фактическое число для каждого элемента.

Усилитель руля

Большинство автомобилей Mopar, произведенных в 50-х, 60-х и 70-х годах, были оснащены усилителем рулевого управления, который состоял из гидравлического насоса с приводом от двигателя в сочетании со специальным рулевым механизмом и клапаном. Конечно, сообразительные покупатели автомобилей, которым нужна была максимальная мощность для передачи на колеса, выбирали бы ручное рулевое управление, но этот вариант, как правило, не был хорошим, если только вы не хотели по-настоящему потренироваться при параллельной парковке. Усилитель руля увеличивает вес автомобиля из-за насоса с приводом от двигателя и более тяжелого и сложного рулевого механизма, а также для привода насоса требуется мощность двигателя. Мы прикрутили насос гидроусилителя руля к большому блоку, который был у нас на динамометрическом стенде, просто чтобы посмотреть, сколько мощности он отнимает. С напорным шлангом, подключенным к обратной линии (как если бы автомобиль ехал прямо без помощи), наш двигатель потерял 8,3 фунт-фут пикового крутящего момента и 7,6 пиковой мощности при включении насоса гидроусилителя руля. Средняя потеря крутящего момента составила 6,8 фунт-фут во всем диапазоне оборотов, а средняя потеря мощности — 6,6 л.с. Помните, что независимо от того, какую мощность выдает ваш двигатель, эти цифры будут одинаковыми по всем направлениям. Поэтому, если вы хотите, чтобы вашим Mopar было легко управлять, вам придется либо пойти на эту жертву, либо построить более мощный двигатель.

Помпа

Независимо от того, насколько эффективна система охлаждения вашего двигателя, она полагается на водяной насос, который проталкивает охлаждающую жидкость через головки и блок, а затем к радиатору для охлаждения. Таким образом, хотя было бы невозможно запустить ваш Mopar без водяного насоса, есть возможность использовать электрический насос, который не создает паразитного сопротивления коленчатому валу двигателя.На рынке представлено множество водяных электрических насосов, и большинство из них перекачивают большое количество охлаждающей жидкости. Дополнительным преимуществом электрического водяного насоса, особенно для гонщиков, является возможность запуска насоса при выключенном двигателе для дополнительного охлаждения между раундами на дрэг-стрипе. На динамометрическом стенде мы запустили наш большой блок с водяным насосом с приводом от двигателя в соотношении 1: 1 (коленчатый вал и шкив водяного насоса одного размера), а затем сняли ремень и запустили насос с электродвигателем. Наш тест показал, что водяному насосу с приводом от двигателя требуется крутящий момент 6,4 фунта-фута для поворота на пике и пиковая мощность 4 лошадиных силы. В среднем водяной насос стоил 6,2 фунта-фута и 3,9 лошадиных силы во всем рабочем диапазоне оборотов двигателя. Помните, что большинство двигателей Mopar на самом деле перегружают водяной насос (вращаются быстрее, чем кривошип), что потребляет еще больше мощности двигателя.

Генератор

Если ваш Mopar является уличным автомобилем, мы не можем придумать никакого способа обойти генератор переменного тока на вашем автомобиле. Поскольку генератор обеспечивает питание электрической системы во время движения автомобиля и заряжает аккумулятор после запуска, этот элемент практически обязателен, если только ваш автомобиль не предназначен для дрэг-рейсинга. Однако есть способы уменьшить мощность, необходимую для вращения генератора переменного тока, например, шкив понижающей передачи или просто установка генератора с меньшей выходной силой тока. Большинство двигателей Mopar со шкивом генератора с двумя канавками рассчитаны на 60 ампер, а генераторы со шкивом с одной канавкой выдают 40 ампер. При установке генератора с меньшей выходной мощностью для вращения агрегата требуется меньшая мощность двигателя, что означает увеличение мощности на задние колеса. Мы установили генератор на 60 ампер на наш большой блок и запустили двигатель на динамометрическом стенде без какой-либо электрической нагрузки на генератор. При свободном вращении генератора (имитируя полностью заряженную батарею и отсутствие включенного электрооборудования) наш генератор уменьшил пиковый крутящий момент на 1,9 фунт-фут, а пиковую мощность — на 4,5 лошадиных силы.Потеря мощности была больше, потому что охлаждающие ребра генератора требуют большей мощности для вращения при увеличении оборотов. По этой причине средняя потеря мощности составляла около 3 л.с. при 3000 об/мин и увеличивалась до 4,5 л.с. при 6000 об/мин. При подключенной электрической нагрузке (зарядке аккумулятора, включенном освещении или другом электрическом оборудовании) эти цифры, безусловно, увеличатся.

Воздушные фильтры

Большинство из нас используют воздушный фильтр на своем двигателе просто для того, чтобы поддерживать чистоту поступающего воздуха и увеличить ожидаемый срок службы нашего двигателя. Однако ограничение воздуха, поступающего в двигатель (или из него), может только снизить мощность, поэтому идея состоит в том, чтобы иметь воздушный фильтр с минимальным ограничением для максимальной мощности. С нашим большим блоком на динамометрическом стенде мы запустили двигатель без воздушного фильтра, затем с трехдюймовым воздушным фильтром с бумажным элементом и, наконец, с четырехдюймовым коническим воздушным фильтром высокой пропускной способности AirAid. По сравнению с полным отсутствием фильтра трехдюймовый фильтр с бумажным элементом лишил наш двигатель крутящего момента 10,4 фунт-фут и 14,4 лошадиных сил. С фильтром высокого потока AirAid двигатель работал значительно лучше, теряя только 5,5 фунт-фут пикового крутящего момента и 5,9 лошадиных сил в пике. И хотя вы, безусловно, должны запускать двигатель своего автомобиля с установленным воздушным фильтром какого-либо типа, большинству двигателей не повредит снятие узла воздушного фильтра для случайной продувки на четверть мили.

Машинное масло

Моторное масло, безусловно, является самой важной жидкостью с точки зрения защиты и смазки вашего двигателя, и оно также может оказать существенное влияние на его производительность. Как правило, вы всегда должны учитывать рекомендации производителя при выборе моторного масла, но общее эмпирическое правило заключается в том, чтобы использовать как можно более жидкое масло, которое при этом обеспечивает адекватное давление моторного масла. Прокачка масла под давлением через двигатель требует значительной мощности, и чтобы показать это, мы сначала запустили наш двигатель с моторным маслом 20W50, а затем заменили масло и фильтр, используя моторное масло AMSOIL 5W20.Используя более жидкое синтетическое масло AMSOIL, наш двигатель увеличил крутящий момент на 12 фунт-фут и 16,4 пиковой мощности. Крутящий момент и мощность значительно увеличились во всем диапазоне оборотов двигателя, а давление масла лишь немного упало с 80 фунтов на квадратный дюйм до 75 фунтов на квадратный дюйм во время динамометрического стенда. Прежде чем выбирать моторное масло, обязательно проконсультируйтесь с производителем двигателя и примите во внимание все параметры вашего двигателя (например, зазоры в подшипниках), но, как показывает наш тест, более жидкое масло определенно обеспечивает большую мощность. И хотя 5W20 может не подходить для вашего двигателя, вы, вероятно, теряете значительную мощность, используя густое масло, такое как 20W50, которое мы использовали в нашем базовом динамометрическом стенде. (Примечание редактора: мы понимаем, что может возникнуть некоторая путаница при сравнении несинтетического и синтетического масел. Эта статья была основана исключительно на конечном результате грабителей лошадиных сил. Обсуждение сравнения несинтетических и синтетических масел — это тема для другого разговора. ).

Суммирование

Мы надеемся, что эта статья поможет развеять некоторые слухи и даст вам некоторые точные цифры в отношении количества мощности, отнимаемой у двигателей, воздушных фильтров и более густого моторного масла, чем необходимо. То, что вы считаете подходящим для своего Mopar, безусловно, является вашим выбором, но производительность будет повышена, если вы решите использовать меньше аксессуаров с приводом от двигателя, воздушный фильтр со свободным потоком (или без него) и более жидкое моторное масло. В общей сложности наш двигатель увеличил крутящий момент на 39 Нм за счет отказа от генератора переменного тока, насоса гидроусилителя руля, водяного насоса и воздушного фильтра и использования более жидкого моторного масла. Мощность увеличилась на удивительные 46,9 лошадиных сил по сравнению с двигателем с водяным насосом, насосом гидроусилителя руля, генератором переменного тока, маслом 20W50 и воздушным фильтром с трехдюймовым бумажным элементом. В то время как генератор переменного тока и воздушный фильтр являются обязательными, такие изменения, как использование генератора с меньшим усилием и многоразового воздушного фильтра марлевого типа, определенно помогут. Что касается смены вашего автомобиля с гидроусилителя руля на ручное управление, это ваш выбор.И хотя вы, возможно, не хотите, чтобы ваш двигатель работал таким образом все время, может быть интересно снять ремни и воздушный фильтр, установить более жидкое масло и посмотреть, как это повлияет на ваше время в четверть мили. 46,9 дополнительных лошадиных сил, безусловно, достаточно, чтобы превратить низкую 13-секундную машину в высокую 12-секундную машину, что дает владельцу некоторые права на хвастовство!

2 ответа 2

Во-первых, комментарии, сделанные другими, верны. Мощность, потребляемая каждым из перечисленных компонентов, зависит от компонента и даже от установки к установке. Мощность, используемая каждым компонентом, также будет варьироваться в зависимости от скорости, с которой он работает. Кроме того, количество и тип компонентов будут варьироваться от автомобиля к автомобилю.
С учетом этого, вот некоторые цифры, которые можно использовать для грубых приближений.

Натяжитель

Мощность, используемая натяжителем, будет минимальной и, вероятно, незначительной. Это будет зависеть от того, насколько хороши подшипники, но если бы он вообще потреблял много энергии, вся эта энергия была бы преобразована в тепло (или, возможно, в шум). Так что натяжитель можно в значительной степени игнорировать, я думаю.

В автомобиле система кондиционирования будет потреблять около 5 лошадиных сил (4 кВт).

Он помечен как «Требуется ссылка», хотя поэтому принимайте его с долей скептицизма, но он будет приблизительно правильным для случая, когда кондиционер активирован. Помните, что кондиционер блокируется электроникой, поэтому он не всегда включен и, следовательно, не всегда использует так много. сила.

Генератор

. Генератор на 150 А, работающий на полную мощность, ожидаемая нагрузка на дизельный двигатель составит около 7-8 л.с.

Как и все остальные, это число следует использовать только в качестве приблизительного значения, и обратите внимание, что генератор переменного тока на 150 ампер является довольно большим генератором переменного тока.
Также обратите внимание, что эта цифра при «работе на полной мощности» довольно редко позволяет генератору работать на полной мощности.

Помпа

По словам Дэвиса, Крейг часто задаваемый вопрос № 19

Дэвис, Крейг провел ряд тестов, которые пришли к выводу, что обычный водяной насос потребляет мощность до 10 кВт для работы на высоких скоростях.

Имейте в виду, что Davies, Craig продает сменные водяные насосы, которым требуется меньше энергии для работы, поэтому примите во внимание, что цифры являются приблизительными.
Также стоит прочитать вопрос 2 на той же странице, где описывается, как мощность, вытягиваемая механическим насосом, работающим от приводного ремня, будет увеличиваться пропорционально кубу рабочей скорости. Таким образом, если потребляемая мощность при 1000 об/мин составляет 0,1 кВт, при 2000 об/мин — 0,8 кВт, а при 4000 об/мин — 6,4 кВт.

Усилитель руля

. замена насоса рулевого управления мощностью от трех до пяти лошадиных сил и связанной с ним громоздкой гидравлики на электродвигатель — это одно из усовершенствований, которое фактически повышает производительность.

Имейте в виду, что он продает преимущества замены вашего насоса гидроусилителя руля на электрический, поэтому предположим, что цифры приблизительны.

Итак, подведем итог

0 кВт

Переменный ток: 4 кВт (5 л.с.)

Генератор: 5–6 кВт (7–8 л.с.)

Водяной насос: 10 кВт (13 л.с.)

Усилитель руля: 2–4 кВт (3–5 л.с.)

Имейте в виду, что все эти значения являются приблизительными для начала, и они относятся к максимальной тяге, AC будет почти ничего не потреблять, когда он не активен, как и генератор переменного тока. Традиционные водяные насосы потребляют больше энергии, чем быстрее они вращаются (поэтому чем выше обороты двигателя). Я не совсем уверен в насосах гидроусилителя руля, но я считаю, что они потребляют максимальную мощность только при полном использовании.

Ссылки, которые я использовал здесь, ни в коем случае не являются «окончательными», поэтому, если кто-то найдет какие-либо ссылки более подходящими, обязательно отредактируйте этот ответ, чтобы улучшить его.

10 кВт для водяного насоса. Это звучит слишком высоко! Водяной насос потребляет около 100 Вт, также в более продвинутых автомобилях используется электронный термостат, который перепускает воду, поэтому гидравлическое сопротивление еще меньше.

Кроме того, насос гидроусилителя руля потребляет менее 1 кВт в пиковое время, когда вы рулите, когда автомобиль стоит. При движении гидравлическая жидкость имеет минимальное сопротивление, так как клапан открыт.То же самое с переменным током, когда он отключен или генератор работает с частичной нагрузкой. Нормальная электрическая нагрузка современного автомобиля составляет около 300 Вт при использовании дневных светодиодных фонарей и эффективного двигателя и другой электроники. Генератор переменного тока имеет cos fi около 0,85, поэтому для создания магнитного поля в роторе требуется 15%.

Я не знаю насчет переменного тока, но 4 кВт звучит слишком много. Если это так, то автомобильный поршневой компрессор переменного тока очень неэффективен.

Вы забыли, что в автомобиле есть еще масляный насос, воздушный компрессор для усилителя тормозов (только дизель), топливный насос высокого давления (с приводом от ремня или звездочки), и что большая часть мощности (10% номинальной мощности двигателя) теряется. в выхлопной системе из-за сопротивления потоку (глушители и каталитические нейтрализаторы). Также не забывайте, что резиновый ремень является очень неэффективным методом передачи мощности и что не имеет значения, насколько хорошие шарикоподшипники вы используете, сопротивление возникает между колесом и резиновым ремнем.

Таким образом, если все потребители вместе потребляют 10 кВт, двигатель потеряет 15 кВт из-за сопротивления в ремне. Если не верите, прикоснитесь к ремню, когда вернетесь с привода и посмотрите, какой он теплый.

Сколько л.с. потребляет кондиционер на 5л??