Мощность двигателя и крутящий момент
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) это устройство, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.
Возгорание топлива в цилиндре (6) приводит к перемещению поршня (7), что, в свою очередь, приводит к проворачиванию коленчатого вала.
Циклы расширения и сжатия в цилиндрах приводят в действие кривошипно-шатунный механизм, который, в свою очередь, преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Из чего состоит двигатель и как он работает:
Обороты двигателя
Под широкоупотребимым термином «обороты двигателя» имеется в виду количество оборотов коленчатого вала в единицу времени (в минуту).
И мощность, и крутящий момент — величины не постоянные, они имеют сложную зависимость от оборотов двигателя. Эта зависимость для каждого двигателя выражается графиками, подобными нижеследующему:
Производители двигателей борются за то, чтобы максимальный крутящий момент двигатель развивал в как можно более широком диапазоне оборотов («полка крутящего момента была шире»), а максимальная мощность достигалась при оборотах, максимально приближенных к этой полке.
Мощность двигателя
Чем выше мощность, тем большую скорость развивает авто
Мощность — это отношение работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени. При вращательном движении мощность определяется как произведение крутящего момента на угловую скорость вращения.
Мощность двигателя последнее время все чаще указывают в кВт, а ранее традиционно указывали в лошадиных силах.
Как видно на приведенном выше графике, максимальная мощность и максимальный крутящий момент достигаются при различных оборотах коленвала. Максимальная мощность у бензиновых двигателей обычно достигается при 5-6 тыс. оборотов в минуту, у дизельных — при 3-4 тыс. оборотов в минуту.
График мощности для дизельного двигателя:
Крутящий момент
Крутящий момент характеризует способность ускоряться и преодолевать препятствия
Крутящий момент (момент силы) — это произведение силы на плечо рычага. В случае кривошипно-шатунного механизма, данной силой является сила, передаваемая через шатун, а рычагом — кривошип коленчатого вала. Единица измерения — Ньютон-метр.
Иными словами, крутящий момент характеризует силу, с которой будет вращаться коленвал, и насколько успешно он будет преодолевать сопротивление вращению.
На практике высокий крутящий момент двигателя будет особенно заметен при разгонах и при передвижении по бездорожью: на скорости машина легче ускоряется, а вне дорог — двигатель выдерживает нагрузки и не глохнет.
Еще примеры
Для большего практического понимания важности крутящего момента приведем несколько примеров на гипотетическом двигателе.
Даже без учета максимальной мощности, по графику, отражающему крутящий момент, можно сделать некоторые выводы. Разделим количество оборотов коленчатого вала на три части — это будут низкие обороты, средние и высокие.
На графике слева представлен вариант двигателя, который имеет высокий крутящий момент на низких оборотах (что равносильно высокому крутящему моменту на малых скоростях) — с таким двигателем хорошо ездить по бездорожью — он "вытянет" из любой трясины. На графике справа — двигатель, у которого высокий крутящий момент на средних оборотах (средних скоростях) — этот двигатель рассчитан для использования в городе — он позволяет достаточно резво ускоряться от светофора до светофора.
Следующий график характеризует двигатель, который обеспечивает хорошее ускорение даже на высоких скоростях — с таким двигателем комфортно на трассе. Замыкает графики универсальный двигатель — с широкой полкой — такой двигатель и из болота вытянет, и в городе позволяет хорошо ускоряться, и на трассе.
Крутящий момент отвечает за способность ускоряться и преодолевать препятствия,
мощность ответственна за максимальную скорость автомобиля,
а обороты двигателя все усложняют, так как каждому значению оборотов соответствует свое значение мощности и крутящего момента.
А вцелом все выглядит так:
— высокий крутящий момент на низких оборотах дает автомобилю тягу для передвижения по бездорожью (таким распределением сил могут похвастать дизельные двигатели). При этом мощность может стать уже вторичным параметром — вспомним, хотя бы, трактор Т25 с его 25 л.с.;
— высокий крутящий момент (а лучше — «полка крутящего момента) на средних и высоких оборотах дает возможность резко ускоряться в городском потоке или на трассе;
— высокая мощность двигателя обеспечивает высокую максимальную скорость;
— низкий крутящий момент (даже при высокой мощности) не позволит реализовать потенциал двигателя: имея возможность разогнаться до высокой скорости, автомобиль будет достигать этой скорости невероятно долго.
Автомобильный тахометр — что это такое и для чего нужен
Любой владелец авто хорошо знает, что в его транспортном средстве находится дополнительное окошко со стрелками и цифрами — тахометр. Между тем, многие автолюбители не придают этому значения и даже не представляют, для чего он нужен. Однако, если бы в тахометре не было потребности, то конструкторы не стали бы его размещать на приборной панели. Для чего же используется прибор? Что это за устройство и что он показывает?
Что такое тахометр?
Своим происхождениям термин «тахометр» идет корнем в греческий язык и состоит из двух слов — τάχος (скорость) и μέτρον (мера). Исходя из этимологии, можно было бы допустить, что прибор измеряет скорость. В общем понимании так и есть, только при его работе учитывается не скорость движения автомобиля, а частота вращения отдельных деталей.
Изобретателем тахометра является немецкий инженер Дитрих Ульхорн. Еще в 1817 году он придумал специальное механическое устройство, которое измеряло центробежную силу, аналогичную работе центробежного генератора. С 1840 года его начали ставить на железнодорожные локомотивы, а впоследствии — и на автомобильный транспорт.
Тахометрами называют измерительные приборы, которые позволяют установить частоту вращения дисков, валов и других деталей, которые вращаются в том или другом агрегате.
Автомобильный тахометр — это прибор, который устанавливают на автомобилях с целью измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя (об/мин). Он показывает частоту вращения двигателя и необходим, чтобы водитель не превышал максимально допустимые обороты мотора.
В качестве единицы измерения используются обороты в минуту. Обычно в автомобили встраиваются приборы с точностью измерения до 500 оборотов, хотя наиболее достоверными считаются тахометры до 100 оборотов.
Сегодня известно два вида тахометров, которые различаются по конструкции и принципу действия. Аналоговый прибор включает у себя магнитную катушку, элементы для считывания информации из коленчатого вала и индикатор, установленный на приборной панели. Более современный цифровой тахометр являет собой сложную конструкцию из процессора, оптрона, АЦП, микросхем и специальной жидкокристаллической панели, на которой выводятся полученные данные.
Кроме того, тахометры могут подразделяться на штатные и выносные. Первые встраиваются в приборную панель авто, вторые могут устанавливать на торпедо или на других частях транспортного средства.
Как работает тахометр?
Чтобы понять принцип работы тахометра, желательно для начала разобраться в функционирования двигателя внутреннего сгорания. Его задание заключается в превращении поступательного движения во вращательный. Подобный процесс происходит благодаря расширению газов в камере сгорания и дальнейшего приведения в действие специальных поршней, которые заставляют двигаться коленвал.
Частота вращения коленвала и записывается тахометром. Простыми словами, если нажать на педаль газа, то объем топлива, которое подается в камеру сгорания, растет, а следом за ним увеличивается скорость обращения коленвала и повышаются показатели тахометра.
Зачем нужен тахометр?
Невзирая на то, что многие водители не придают значения этому прибору, в действительности он играет важную роль в диагностике авто. С помощью тахометра можно легко выявить неисправность транспорта, не покидая салона. Мотор, находится в исправном состоянии, работает равномерно, то есть с одинаковой частотой на холостых оборотах.
Если при запуске двигателя вы заметили, что обороты резко изменяют значение — это повод проверить мотор, электронику, свечи зажигания или выяснить, насколько качественное топливо в баке. Кроме того, использование тахометра в авто позволяет водителю получить наиболее оптимальное тяговое усилие и при своевременном переключении скоростей «поймать» наилучший разгон.
Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!
Оптимальные обороты двигателя при эксплуатации автомобиля
Режим эксплуатации двигателя – один из главных факторов, влияющих на скорость износа его деталей. Хорошо, когда автомобиль оборудован автоматической коробкой либо вариатором, самостоятельно выбирающим момент перехода на высшую или низшую передачу. На машинах с «механикой» переключением занимается водитель, который «раскручивает» мотор по своему разумению и не всегда правильно. Поэтому автолюбителям без опыта стоит изучить, на каких оборотах лучше ездить, чтобы максимально продлить ресурс силового агрегата.
Движение на малых оборотах с ранним переключением
Зачастую инструктора автошкол и старые водители рекомендуют новичкам ездить «в натяг» – переходить на высшую передачу при достижении 1500–2000 об/мин коленчатого вала. Первые дают советы из соображений безопасности, вторые – по привычке, ведь раньше на машинах стояли низкооборотные моторы. Сейчас подобный режим годится разве что для дизеля, чей максимальный крутящий момент находится в более широком диапазоне оборотов, чем у бензинового двигателя.
Не все автомобили оборудованы тахометрами, поэтому малоопытным водителям при данном стиле езды стоит ориентироваться по скорости движения. Режим с ранним переключением выглядит так: 1-я передача – движение с места, переход на II – 10 км/ч, на III – 30 км/ч, IV – 40 км/ч, V – 50 км/ч.
Подобный алгоритм переключения – признак очень спокойного стиля вождения, дающий несомненное преимущество в безопасности. Минус – в повышении скорости износа деталей силового агрегата и вот почему:
- Масляный насос достигает номинальной производительности начиная с 2500 об/мин. Нагрузка при 1500–1800 оборотах вызывает масляное голодание, особенно страдают шатунные подшипники скольжения (вкладыши) и компрессионные поршневые кольца.
- Условия сжигания топливовоздушной смеси далеки от благоприятных. В камерах, на тарелках клапанов и днищах поршней усиленно откладывается нагар. В процессе работы эта сажа раскаляется и воспламеняет топливо без искры на свече зажигания (эффект детонации).
- Если нужно резко увеличить обороты двигателя при езде с самых «низов», вы нажимаете на акселератор, но разгон остается вялым, пока мотор не достигнет своего крутящего момента. Но как только это происходит, вы включаете высшую передачу и частота вращения коленвала снова падает. Нагрузка большая, смазки недостаточно, помпа слабо перекачивает антифриз, отсюда возникает перегрев.
- Вопреки распространенному мнению, экономия бензина в данном режиме отсутствует. При нажатии на педаль газа топливная смесь обогащается, но сгорает не полностью, значит, расходуется впустую.
Владельцам авто, оснащенных бортовым компьютером, легко убедиться в неэкономичности движения «в натяг». Достаточно включить на дисплее показ мгновенного расхода горючего.
Подобная манера езды усиленно изнашивает силовой агрегат, когда автомобиль эксплуатируется в тяжелых условиях – по грунтовым и проселочным дорогам, с полной загрузкой либо прицепом. Не стоит расслабляться и владельцам авто с мощными моторами объемом 3 л и более, способными резко ускоряться с «низов». Ведь для интенсивного смазывания трущихся деталей двигателя нужно держать минимум 2000 об/мин коленчатого вала.
Чем вредна высокая частота вращения коленвала?
Манера езды «тапку в пол» подразумевает постоянное раскручивание коленчатого вала до 5–8 тыс. оборотов за минуту и позднее переключение скоростей, когда от шума двигателя буквально звенит в ушах. Чем чреват данный стиль вождения, кроме создания аварийных ситуаций на дороге:
- все узлы и агрегаты автомобиля, а не только мотор, испытывают максимальные нагрузки в течение срока эксплуатации, что снижает общий ресурс на 15–20%;
- из-за интенсивного нагрева двигателя малейший сбой охлаждающей системы ведет к капитальному ремонту вследствие перегрева;
- трубы выхлопного тракта прогорают значительно быстрее, а вместе с ними – дорогостоящий катализатор;
- ускоренно изнашиваются элементы трансмиссии;
- поскольку частота вращения коленвала превышает нормальные обороты чуть ли не вдвое, расход горючего тоже увеличивается в 2 раза.
Эксплуатация автомобиля «на разрыв» имеет дополнительный негативный эффект, связанный с качеством дорожного покрытия. Движение на большой скорости по неровным дорогам буквально убивает элементы подвески, причем в кратчайшие сроки. Достаточно влететь колесом в глубокую выбоину – и передняя стойка согнется либо треснет.
Общее техническое состояние автомобиля, в том числе его двигателя, системы охдаждения, трансмиссии и многое другое, всегда можно проверить с помощью персонального ODB-II автосканера. Одним из лучших представителей данного рода устройств является сканер корейской сборки Scan Tool Pro Black Edition.
Помимо точной диагностики всех узлов и агрегатов автомобиля, автосканер способен в режиме реального времени отображать обороты, давление масла, показания со всех датчиков и т.д. Сканер совместим с большинством автомобилей имеющих ODB-II разъём и довольно прост в эксплуатации. Информацию о состоянии вашего авто всегда можно вывести на любое устройство под управлением iOS, android или windows.
Как правильно ездить?
Если вы не автогонщик и не приверженец езды «внатяжку», которому трудно переучиться и поменять стиль вождения, то для сбережения силового агрегата и автомобиля в целом старайтесь удерживать рабочие обороты двигателя в диапазоне 2000–4500 об/мин. Какие бонусы вы получите:
- Пробег до капитального ремонта мотора увеличится (полный ресурс зависит от марки авто и мощности мотора).
- Благодаря сгоранию топливовоздушной смеси в оптимальном режиме вы сможете экономить горючее.
- Быстрый разгон доступен в любой момент, стоит лишь нажать на педаль акселератора. Если оборотов недостаточно, с ходу переключайтесь на низшую передачу. Те же действия повторяйте при движении в гору.
- Система охлаждения будет функционировать в рабочем режиме и убережет силовой агрегат от перегрева.
- Соответственно, дольше прослужат элементы подвески и трансмиссии.
Рекомендация. На большинстве современных автомобилей, оснащенных высокооборотными бензиновыми моторами, лучше переключать передачи при достижении порога 3000 ± 200 об/мин. Это касается и перехода с высшей на низшую скорость.
Как говорилось выше, приборные панели авто не всегда имеют тахометры. Для водителей с малым стажем вождения это является проблемой, поскольку частота вращения коленвала неизвестна, а ориентироваться по звуку новичок не умеет. Есть 2 вариант решения вопроса: купить и установить на торпедо электронный тахометр либо пользоваться таблицей, где указаны оптимальные обороты двигателя по отношению к скорости движения на разных передачах.
Позиция 5-ступенчатой коробки передач | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Оптимальная частота вращения коленвала, об/мин | 3200–4000 | 3500–4000 | не менее 3000 | > 2700 | > 2500 |
Приблизительная скорость автомобиля, км/ч | 0–20 | 20–40 | 40–70 | 70–90 | более 90 |
Примечание. Учитывая, что у различных марок и модификаций машин разное соответствие скорости движения и числа оборотов, в таблице приведены усредненные показатели.
Несколько слов о езде накатом с горы либо после разгона. В любой системе топливоподачи предусмотрен режим принудительного холостого хода, активирующийся в определенных условиях: автомобиль движется накатом, включена одна из передач, а обороты коленвала не опускаются ниже 1700 об/мин. Когда режим активирован, подача бензина в цилиндры блокируется. Так что вы спокойно можете тормозить двигателем на высшей скорости, не боясь напрасно израсходовать горючее.
Почему двигатель необходимо регулярно «крутить»
Рачительные водители предпочитают передвигаться в городе и на трассе в спокойной манере, во-первых, для того, чтобы не давать излишнюю нагрузку на двигатель, трансмиссии и подвеску, во-вторых, чтобы экономить на топливе. Плюс к тому, сами современные автоматизированные коробки передач откалиброваны таким образом, чтобы при первой возможности переключаться «вверх» и удерживать обороты в низкой или средней зонах.
Вопреки расхожему мнению, постоянная езда на низких оборотах не продлевает срок службы двигателя. Скорее наоборот. Детали кривошипно-шатунного механизма начинают испытывать повышенные нагрузки, а производительность масляного насоса снижается, что создает предпосылки для масляного голодания трущихся элементов силового агрегата и как следствие, появлению задиров на стенках цилиндров или того хуже — протирания антифрикционного слоя на вкладышах коленвала и поршнях.
Чтобы исключить такой нежелательный сценарий, двигатель время от времени следует хорошенько раскрутить. Но что значит это «время от времени» и «хорошенько»? Речь идет о поддержании оборотов коленвала на отметке 4500 — 5000 об/мин на протяжении как минимум 30 минут во время движения на высоких скоростях.
Проще всего для этого выехать на загородную трассу и переключиться на пониженную передачу. Не важно, «механика» у вас, «робот», «автомат» и вариатор. Принудительно включаем третью или четвертую передачу и едем со скоростью 100 км/ч обозначенное выше время. Какой эффект даст такая прожарка? Прежде всего, камеры сгорания и свечи зажигания будут достаточно эффективно очищаться от нагара. Кроме того, из-за увеличения объема отработавших газов будут эффективнее прочищаться элементы турбокомпрессора.
Вспомним также об устройстве клапанного механизма ГРМ. Здесь все организовано таким образом, что клапаны при работе двигателя вращались и их износ соответственно был бы равномерным. Однако такое стабилизирующее вращение реализуется преимущественно на повышенных оборотах коленвала.
Иными словами, если постоянно плестись в потоке и не нагружать силовой агрегат, на торце клапана со временем появляется выемка из-за давления толкателя. Если это произойдет при достижении повышенных оборотов, клапан уже не будет проворачиваться. Выступ на толкателе будет входить в выемку на торце клапана и не давать ему вращаться. Отсюда — повышенный износ детали и приближение капремонта.
Кроме того, дав мотору «прожариться», вы можете решить такую нередкую проблему, как скопление влаги в поддоне картера двигателя в результате конденсации. Последняя ситуация наблюдается наиболее часто, когда машину эксплуатируют зимой без предварительного прогрева. Влага в поддоне картере в результате смешивается с моторным маслом, ухудшая смазывающие свойства и ускоряя износ силового агрегата. Иными словами, давая мотору поработать на высоких оборотах, вы «прожариваете» также и масло, улучшая его эксплуатационные свойства. И влага, кстати, выпарится из масла в результате езды на высоких оборотах практически бесследно.
Можно ли выводить мотор на высокие обороты во время стоянки или неспешной езды в пробках? Увы, положительный эффект будет практически минимальный. Дело в том, что нагрузка на мотор при «прогазовках» на месте невелика. Мотор будет раскручиваться, но очистка свечей и камеры сгорания осуществляться не будет.
Как часто нужно осуществлять «прожарку» силового агрегата? Это зависит в том числе и от того, сколько лет вашему автомобилю. На новой машине «перекручивать» мотор нецелесообразно, а если он еще и не обкатан, то даже вредно. И, кстати, у машин с пробегом больше 20 тысяч км «прожарку» следует начинать с приходом весны, то есть сейчас — самое время. Рекомендуется проводить вышеописанные процедуры как минимум раз в 2-3 тысячи км пробега.
Впрочем, злоупотреблять ездой на повышенных оборотах тоже не стоит. При постоянной езде на высоких оборотах коленвала двигателя на трущиеся детали оказывается повышенная нагрузка. Масляная пленка на металле в результате становится слишком тонкой и не может должным образом защитить детали от трения. Поэтому «крутите» движок лишь время от времени и, повторимся, на хорошей скорости.