Источники энергии автомобиля
Для движения автомобиля нужна энергия. Только на спусках или после разгона автомобиль может пройти некоторый отрезок пути без помощи двигателя, расходуя энергию, накопленную за время подъема или разгона. Во всех прочих условиях и для подъема на вершину, с которой начинается спуск, и для разбега источником энергии на автомобиле служит двигатель. На подавляющем большинстве автомобилей — это поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком нефтяном топливе (бензине, дизельном топливе) или на газе (газогенераторные и газобаллонные автомобили). Существуют также электрические, паровые, газотурбинные автомобили. Впрочем и поршневой двигатель внутреннего сгорания здесь изучать не будем, поскольку применительно к теории автомобиля необходимо знать о двигателе сравнительно немного. Такие разделы теории автомобиля, как устойчивость, управляемость, плавность хода, вовсе или почти не связаны с работой двигателя. Работа двигателя имеет наибольшее значение для динамики и экономики автомобиля. 
О двигателе нужно сейчас знать лишь, что дает двигатель для движения автомобиля, т.е. знать так называемые скоростные характеристики двигателя; кроме того, надо знать, в каком количестве двигатель расходует топливо, т.е. знать его так называемую экономическую или топливную характеристику.
Вспомним, что величина мощности означает число килограммов, которые могут быть подняты на высоту 1 м в 1 сек. 1 лошадиная сила — это мощность, необходимая и достаточная для того, чтобы поднять 75 кг на высоту 1 м в 1 сек., а 52 л. с. (мощность двигателя автомобиля М-20 «Победа»), чтобы поднять в то же время на ту же высоту 52 * 75 = 3900 кг. Если ввести в систему передачи пару шестерен с передаточным числом, например 2 (ведомая шестерня вдвое больше ведущей), можно будет поднимать вдвое больший груз, но зато и вдвое медленнее, так что мощность останется неизменной.
Таким образом мощность, переданная к ведущим колесам автомобиля, не может быть больше мощности, полученной от двигателя, какие бы устройства не были применены в системе передачи усилия от двигателя к колесам.
Другое дело — крутящий момент, величина которого равна произведению числа килограммов, которые могут быть сдвинуты рычагом или вращающимся колесом, на длину этого рычага или радиус колеса. Ясно, что, меняя длину рычага или радиус колеса, можно уменьшать или увеличивать момент. Если наибольший крутящий момент двигателя М-20 равен 12,5 кгм, то это значит, что при радиусе маховика этого двигателя, равном 200 мм, можно закрепить на маховике груз, равный 62,5 кг, и стронуть этот груз с места вращением маховика при работе двигателя:
Для того чтобы сдвинуть с места автомобиль, потребуется значительно больший момент, и этот момент можно получить, вводя в систему силовой передачи пары шестерен с соответствующими передаточными числами. Перемещение автомобиля в момент трогания с места будет происходить медленнее, чем происходило бы перемещение груза на ободе маховика.
Скоростные характеристики представляют собой кривые изменения мощности и крутящего момента, развиваемых двигателем, в зависимости от числа оборотов его вала при полной или частичной подаче топлива (дизель) или открытии дроссельной заслонки (карбюраторный двигатель).
Рис. Внешние характеристики двигателей показывает изменение мощности и крутящего момента, разбиваемых при разных числах оборотов вала. Слева — характеристики двигателей легковых автомобилей, справа — грузовых.
Наиболее важной является скоростная характеристика двигателя, построенная для двигателя, работающего при полностью открытой дроссельной заслонке. Такую характеристику называют внешней.
Внешнюю характеристику вычерчивают на основе испытания двигателя на стенде, называемом тормозным.
Принцип испытания может быть объяснен схематически следующим образом:
- двигатель работает с заданным числом оборотов вала, которое измеряют тахометром
- на продолжении вала устанавливают тормоз
- этим тормозом задерживают вращение вала двигателя и определяют силу, которая для этого потребовалась
- производя необходимые расчеты, определяют мощность двигателя и его крутящий момент при заданных оборотах
- повторяя испытания для разных чисел оборотов, наносят на график ряд точек и проводят через эти точки кривые мощности и крутящего момента двигателя
Во внешней характеристике двигателя наиболее существенными являются самые верхние точки кривой — точки, соответствующие наибольшим (или максимальным) мощности и моменту, которые обычно и записываются в технические характеристики автомобилей и их двигателей; например, для двигателя автомобиля М-20 «Победа»:
- наибольшая мощность 52 л.с. при 3800 об/мин;
- наибольший крутящий момент 12,5 кгм при 1800 об/мин.
В результате большого накопленного опыта по испытаниям двигателей удалось найти формулы, по которым можно строить приблизительную внешнюю характеристику любого двигателя, зная только его наибольшую мощность и соответствующее ей число оборотов вала. Вот одна из простейших и достаточно точных формул для подсчета мощности карбюраторного двигателя (формула С.Р.Лейдермана):
где Nе — искомая мощность при данном числе оборотов;
Nm — наибольшая мощность;
n — данное число оборотов;
nm — число оборотов, соответствующее наибольшей мощности.
Рис. Частичная скоростная характеристика двигателя показывает изменение мощности, развиваемой при различном открытии дроссельной заслонки карбюратора.
Если известны мощность и соответствующее ей число оборотов вала, крутящий момент можно подсчитать по формуле
Если в формулу подставлять значения мощности, подсчитанные по предыдущей формуле, наибольший крутящий момент для современных двигателей получится меньшим, чем в действительности, примерно на 15%.
Скоростные характеристики, построенные для двигателя, работающего при неполном (частичном) открытии дроссельной заслонки, называют частичными.
Экономическая характеристика двигателя отражает удельный расход топлива, т.е. расход топлива в граммах на 1 лошадиную силу в час; эта характеристика, как и скоростные характеристики двигателя, может быть построена для работы двигателя при полной нагрузке или частичных нагрузках.
Рис. Экономические характеристики двигателя М-20 «Победа» при различном открытии дроссельной заслонки.
Важно отметить, что при уменьшении открытия дроссельной заслонки на получение каждой лошадиной силы мощности приходится затрачивать больше топлива. При неизменном положении дроссельной заслонки расход топлива зависит от скорости вращения вала двигателя, причем наименьший расход получается при меньшем числе оборотов вала, чем число оборотов, соответствующее максимальной мощности.
Пользуясь экономической характеристикой двигателя и зная передаточные числа силовой передачи автомобиля, радиус качения колеса и условия движения, можно определить расход топлива автомобилем при движении с данной скоростью.
Приведенное описание характеристик двигателя является несколько упрощенным, но достаточно для практической оценки динамической и экономической характеристики автомобиля.
Источник статьи: http://ustroistvo-avtomobilya.ru/teoriya/istochniki-energii-avtomobilya/
Самые «прожорливые» электроприборы в автомобиле
Статья об энергобалансе автомобиля — функционирование электроприборов, бортового оборудования, возможности экономии. В конце статьи — видео о поиске утечки тока в автомобиле.
Содержание статьи:
- Как функционирует автомобильный аккумулятор
- Блок управления бортовой сетью
- Энергетический баланс
- Видео о поиске утечки тока в автомобиле
Трудно подсчитать, чего больше потребляет автомобиль – топлива, энергии, жидкости? Помимо ключевых систем, заставляющих транспортное средство двигаться, современный автомобиль не мыслим без многообразия электронных помощников и приборов, дополнительно потребляющих энергетические ресурсы автомобиля.
Когда аккумулятор уже не новый и быстро теряет заряд или же в зимний период при повышенной нагрузке на батарею, экономия ресурса весьма актуальна. Поэтому полезно знать о том, сколько потребляет каждый гаджет, какие приборы и системы требуют минимума энергии, а какие можно назвать самыми прожорливыми.
Как функционирует автомобильный аккумулятор
Аккумуляторная батарея похожа на некий резервуар, питающий от щедрот своих энергией всех потребителей, установленных в автомобиле. Помимо этого, он:
- помогает легкому старту двигателя, в том числе в холодное время года;
- оказывает поддержку генератору при чрезмерной на него нагрузке;
- обеспечивает постоянную силу тока, стабилизируя напряжение для бесперебойной работы двигателя.
Не перестает работать аккумулятор даже во время фактического «простоя», когда он переходит в холостой режим. Например, когда автомобилист попадает в пробку, у него все равно работают фары, обогреватель или кондиционер, стеклоочиститель, мультимедийная система или просто радио. В совокупности все эти приборы менее чем за час способны настолько сильно истощить аккумулятор, что при запуске двигателя для продолжения движения могут возникнуть определенные неполадки.
Конструкция аккумулятора такова, что ломаться в нем по большому счету нечему. Тогда почему он выходит из строя и подлежит замене?
Как раз в большинстве случаев все неприятности с батареей связаны не с поломками или дефектами, а с высокой нагрузкой от многочисленного дополнительного оборудования. Особенно, если владелец не склонен выключать зарядные устройства для гаджетов, навигатор или отопление, забывать о включенных габаритах, оставляя машину на долгое время.
Крайне неприятен такой «сюрприз» на новом автомобиле, чего водитель никак не может ожидать. Связано это с тем, что некоторые производители в целях экономии специально оснащают свои модели слабыми аккумуляторами.
Блок управления бортовой сетью
Несколько лет назад машина обладала несколькими реле и независимыми блоками, сейчас же он оснащен общей бортовой сетью, несущей ответственность за уровень напряжения на выходе во всех выводах аккумуляторной батареи и за контроль расходования энергии.
В случае снижения выходного напряжения до критического показателя блок управления повышает частоту вращения коленчатого вала двигателя, после чего возрастает частота вращения генератора, что в свою очередь возвращает в оптимальное состояние всю бортовую сеть машины.
Таким образом, бортовая есть выполняет следующие задачи:
- контролирует расход энергии;
- выравнивает напряжение на клеммах аккумулятора;
- регулирует нагрузки путем отключения наименее значимых потребителей;
- управляет основными системами жизнедеятельности автомобиля: обогревом стеклом, отоплением, стеклоочистителями.
Разновидность бортового оборудования
Автомобильное электрооборудование можно поделить на несколько групп:
- основное;
- длительного использования;
- кратковременного включения.
В первую категорию включают системы, гарантирующие работоспособность автомобиля: автоматическую трансмиссию, топливную систему и систему зажигания, блок управления двигателем, систему впрыска.
Ко второй относятся системы пассивной и активной безопасности, освещение и охлаждение, сигнализация, мультимедийная аппаратура, электронные помощники.
Наконец, в последнюю группу попадают обогрев стекол, механизм функционирования стеклоподъемников, прикуриватель, клаксон, стоп-сигнал.
Многие современные модели оборудованы бортовой сетью на две батареи, одна из которых направлена исключительно на работу двигателя, а вторая обслуживает все прочее электрооборудование. Главное преимущество подобной разветвленной системы – ее впечатляющая надежность и долговечность, что позволяет не беспокоиться о стабильном запуске двигателя при любых условиях.
Следом идет автомобильный кондиционер, которому требуются от 80 до 600 Вт. Энергию вытягивает на себя компрессор, механический или электрический, в рабочем состоянии он поглощает для себя большой кусок топлива, энергии и мощности двигателя.
На третьем месте расположился обогрев сидений с его показателем в 240 Вт. После активации функции элементы системы начинают постепенно нагревать сиденья до температуры в 35-40°С, а в процессе увеличивают и потребление энергии, и расход топлива, и повышают нагрузку на генератор.
Некоторые владельцы с целью экономии специально устанавливают заниженную температуру или частично отключают систему, направляя обогрев только на сиденье или только на спинку.
Далее с небольшим отрывом друг от друга следуют электрические стеклоподъемники – 150 Вт и примерно по 100 ВТ забирают прикуриватель, система впрыска, звуковой сигнал, свечи накаливания. Затем по убыванию идут стеклоочиститель, топливный насос, омыватель фар, гидроусилитель руля, ближний свет и противотуманки – все эти приборы требуют от 70 до 200 ВТ.
Энергетический баланс
Этот термин характеризует пропорцию между емкостью аккумулятора и аппетитом всех потребителей электроэнергии. Если перевес идет в сторону прожорливого оборудования, это приводит к быстрой разрядке аккумулятора. Поэтому задача автовладельца — поддерживать этот баланс на оптимальном уровне, не перегружая чрезмерным количеством дополнительных приборов или экстремальными нагрузками в процессе эксплуатации машины.
Например, не следует злоупотреблять дальним светом, который требуется в основном во время передвижения по загородным трассам и на больших скоростях. В городской черте при наличии достаточного освещения вдоль дороги свет рекомендуется отключать, хоть немного, но экономя энергию.
Экономить на ближнем свете небезопасно, но одновременно с ним горит подсветка номерного знака и приборной панели, а также габаритные огни. В совокупности они потребляют порядка 150 Вт, но так как правила не требуют этого освещения как обязательного, его как раз можно исключить.
У автомобилиста есть 2 способа сэкономить энергию в данном случае:
- Подключить ближний свет с помощью отдельного реле, чья катушка будет иметь свой выключатель на клемме замка зажигания. Тогда ближний свет днем будет включаться только во время работы двигателя, а отключить фары всегда можно будет посредством выключателя.
Светодиоды окажутся полезным приобретением для тех владельцев, которые забывают выключить габаритные огни, оставляя автомобиль на короткое или длительное время.
А вот замена освещения в противотуманных фонарях или фонарях заднего хода не даст какого-либо заметного результата вследствие редкого использования и низкого потребления ресурса. Сменить их можно только в рамках планового ремонта, техобслуживания, при выходе из строя штатных ламп, то есть в случае крайней необходимости и по желанию водителю.
Если речь идет о владении большим автомобилем – микроавтобусом, кемперем, который представляет собой дом на колесах, там идет чрезвычайно большое потребление энергии. Реально сэкономить водитель сможет в том случае, если находящиеся в кемпере бытовые приборы (холодильник, электрочайник, кофеварку) подключит к собственной, отдельной батарее, не тратя ресурсы аккумулятора.
Видео о поиске утечки тока в автомобиле:
Источник статьи: http://fastmb.ru/soveti_auto/2573-samye-prozhorlivye-elektropribory-v-avtomobile.html