Проектная работа «Мощность - основная характеристика автомобиля»

Тема: «Мощность - основная характеристика автомобиля»

Автор: Шенкнехт  Константин  Андреевич

обучающейся группы 4ТОРА  по специальности

                                     «Техническое обслуживание и ремонт автомобиля»

ГАПОУ РХ «Аграрный техникум», с. Шира

Руководитель: Матвеюк Валентина Сергеевна,

Преподаватель ГАПОУ РХ «Аграрный техникум», с. Шира

Технологии развиваются, а вместе с ними совершенствуются автомобили. Сегодня автомобилестроение достигло чрезвычайно высоких вершин развития — ежегодно  ценителей стальных коней приятно удивляют новейшие модели, которые предлагают повышенный комфорт, высокую мощность и надежность. Современные эксперты отмечают, что 5 лет назад разработчики уделяли огромное внимание системам безопасности, а в последние годы можно видеть другую тенденцию — каждый концерн пытается наращивать мощность новых моделей. Многие современные автомобили поражают количеством лошадиных сил своего двигателя. Благодаря усовершенствованию двигателей в свое время разработчики знаменитых концернов смогли успешно пересечь скоростную отметку в 350 километров в час.

В настоящее время утверждение, что автомобиль не роскошь, а средство передвижения приобрело некий новый смысловой оттенок.

При покупке автомобиля   волнует нас всем известная фраза: «Сколько у тебя лошадок?» – один из самых часто задаваемых вопросов в кругу автолюбителей. Традиционно сложилось так, что чем больше так называемых лошадиных сил в двигателе, тем быстрее и мощнее считается авто.

Основополагающий  вопрос: влияет ли мощность на скорость  автомобиля?

Цель: расширение знаний о мощности автомобиля

Задачи:

Ø     ознакомиться  с теоретическим материалом с использованием интернет - ресурсов и научно-исторической литературы;

Ø     рассмотреть основные характеристики автомобиля;

Ø     рассмотреть, как влияет мощность на скорость  автомобиля;

Ø     рассчитать  мощность  автомобиля ВАЗ-2106 и рассмотреть основные способы увеличения мощности двигателя.

Объект исследования:  мощность,  автомобиль ВАЗ-2106

Предмет исследования:  мощность 

Предмет: физика

История передвижения человека уходит в далекое прошлое. Первым средством передвижения стала прирученная лошадь, тогда человек понял, что может преодолевать большие расстояния. Но на этом он не остановился, жажда быстрого передвижения заставила человека искать иные средства. Верблюды, мулы, лошади и другие долгие годы служили транспортом для человечества. И лишь в конце 19 века, наконец, был изобретен первый автомобиль.

Основной характеристикой двигателя автомобиля  обычно считают – это его Мощность.  Такая характеристика двигателя, как мощность, является одной из важнейших. Как правило, именно по ней можно сделать вывод о том, насколько резво машина будет вести себя на дороге и насколько комфортно будет на ней ездить.

Мощность автомобиля определяется объёмом двигателя. Чем больше объём, тем больше мощность. Чем больше мощность, тем выше  максимальная скорость.

Что же такое мощность?

В двигателе внутреннего сгорания давление газов, образующееся в результате сгорания топливовоздушной смеси, воздействует на днище поршня и перемещает поршень в цилиндре. Перемещая поршень, газы совершают полезную работу, а двигатель развивает определённую мощность.

Мощность (Р) равна работе (А), совершённой за определённое время (единицу времени - t): P=A/t (Мощность=Работа/Время). Единица измерения мощности в системе СИ –Ватт (Вт). В технической литературе по автомобильной тематике также используется такая единица измерения, как лошадиная сила. Одна лошадиная сила равна 75 кгс м/с и 735,5 Вт.

Этот термин ввёл Джеймс Уатт — шотландский изобретатель и инженер. Это было нужно, чтобы подсчитать эквивалентное число лошадей, необходимое для того, чтобы тянуть паровую машину. В 1789 году изобретатель произвёл ряд математических расчётов, исследуя возможности лошади, усреднённые на большом промежутке времени. Так, одна лошадиная сила была названа именно в честь Джеймса Уатта спустя 64 года после его смерти. Так или иначе, мощность мотора — величина непостоянная. Она зависит от оборотов двигателя. Максимальная мощность среднего мотора составляет примерно 6000 оборотов в минуту. Разумеется, на таких оборотах никто не ездит — при передвижении по городу тахометр показывает примерно 3000 об/м. При езде с показателем, равным половине потенциала двигателя, его мощность также сокращается вдвое. Для повышения количества оборотов необходимо понизить передачу трансмиссионной коробки. Набор оборотов занимает некоторое время, что не позволяет мобилизовать все лошадиные силы мгновенно. За время набора оборотов отвечает крутящий момент — третий показатель, от которого зависит реальная мощность двигателя.

Эффективная мощность меньше индикаторной мощности на величину механических потерь. Механические потери удобно представлять в виде механического КПД двигателя (η).
КПД двигателя равен отношению эффективной и индикаторной мощности (η = Рef/Pi). Величина КПД современных двигателей лежит в пределах 0,7 – 0,9. Величину КПД определяют экспериментально на специальных установках (тормозных установках барабанного или иного типа, развивающих заданное тормозное усилие).
Эффективная мощность двигателя описывается формулой: Рef = piV n/2x60x75 (л.с.) , где в числителе:
pi – среднее индикаторное давление газов (кг/м.кв.), действующее на поршень;
V – рабочий объём двигателя (м.куб.);   n – число оборотов двигателя (об/мин.);
в знаменателе:
2 – числовой коэффициент (для четырёхтактных двигателей = 2, для двухтактных = 1);
60x75 – числовой коэффициент, для перевода величины мощности из «кгс м/мин» в «лошадиные силы».

Из формулы  следует, что эффективная мощность двигателя автомобиля  зависит от:

среднего индикаторного давления газов, действующего на поршень;

рабочего объёма двигателя;

числа рабочих циклов, осуществляемых за условное время работы двигателя, выраженное в оборотах коленчатого вала.  Мощность автомобиля - это показатель вырабатываемой двигателем работы

(энергии) в единицу времени. Пока двигатель работает, он производит работу, то есть переводит один вид энергии в другой. В данном случае тепловую энергию в крутящую (кинетическую) энергию движения.Если на движущееся тело действует сила, то эта сила совершает работу. Мощность в этом случае равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется тело:

Формула показывает связь между мощностью и скоростью при равномерном движении. Так же формула справедлива и для переменного движения, если под P понимать мгновенную мощность, а под  — мгновенную скорость. Если направление силы совпадает с направлением перемещения, то cos =1  и  Тогда следует, что отсюда следует:       движение автомобиля зависит от мощности двигателя.  Чем больше мощность двигателя, тем больше скорость.

Я рассчитал мощность двигателя автомобиля ВАЗ2106 в программе 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=Рt=РS/v

A–работа, выполненная двигателем и затраченная на перемещение автомобиля

Р–средняя мощность двигателя    t–время в пути

S–пройденный автомобилем путь     v–средняя скорость движения автомобиля

3. Q2=qm=qVp

q–удельная теплота сгорания топлива      m–масса израсходованного топлива

V–объем израсходованного топлива    p–плотность (удельная масса) топлива

4. η=Q1/Q2=(РS/v)/(qVp)   5. Р=qVpvη/S    Формула для расчета средней мощности двигателя автомобиля получена.

6. Вычислим среднюю мощность двигателя автомобиля Р 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=71,25л.с

Значит: Для движения небольшого легкового автомобиля со скоростью 90 км/час по загородной трассе достаточно мощности двигателя всего в 71 лошадиную силу! 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  71 лошадиных сил автомобиль до скорости 90 км/час будет разгоняться, наверное, с десяток минут…

Способы увеличения мощности:

1.       расточка блока  двигателя позволяет несколько увеличить рабочий объем камер внутреннего сгорания, что считается наиболее простым и быстрым способом нарастить мощность двигателя.

2.      установка турбины, турбокомпрессора;

современные турбины, которые затягивают дополнительные потоки воздуха с помощью специальных лопастей.

В заключение можно сказать, что поставленные цели и задачи  по теме «Мощность – основная характеристика автомобиля» достигнуты.

Мощность двигателя автомобиля является основной характеристикой, и  движение автомобиля зависит от мощности двигателя.  

В процессе написания работы я открыл для себя много нового и интересного. Я понял, что знания предмета «Физика» в моей профессии является основой.

Библиографический список:

1.           http://www.as007.ru/power.html

2.           https://ru.wikipedia.org/wiki/ВАЗ-2106

3.           http://всеформулы.рф/механика/мощность/

4.           Учебник по физике 10-11 класс В. А. Касьянов