Обороты что это такое в машине
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:
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.
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 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.
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.
Что такое тахометр?
Тахометрами называют измерительные приборы, которые позволяют установить частоту вращения дисков, валов и других деталей, которые вращаются в том или другом агрегате.
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 Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!
Гулять запрещено: что такое холостые обороты, и от чего они зависят
Если спросить автовладельца, что такое холостые обороты мотора, он наверняка ответит, что это режим, в котором мотор работает без нагрузки, и будет полностью прав. Многие даже смогут точно назвать правильную величину оборотов для их автомобилей. Но почему эти обороты именно такие? Почему не больше, не меньше, почему они изменяются, как и для чего поддерживаются? Сегодня мы попробуем в этом разобраться.
Как всё начиналось
Н а первых моторах не существовало даже самого понятия холостых оборотов. Частота рабочих и холостых оборотов практически совпадала, а рабочий диапазон двигателя был крайне мал (приблизительно всего от 250 до 450 оборотов в минуту). Ну а куда деваться: меньше нельзя, выше не крутится… Фитильные карбюраторы имели весьма небольшой рабочий диапазон и при малом потоке смеси сильно «переливали». Фактически их настраивали только на рабочие обороты.
Ситуация поменялась примерно к 1915 году. Появление на Packard Twin Six настоящего карбюратора с жиклерами и управления опережением зажигания позволило решить две задачи. Во-первых, значительно увеличить мощность, увеличив рабочие обороты до 3000 в минуту, а во-вторых, снизить устойчивые обороты за счет введения специальной системы смесеобразования на малых оборотах. Иными словами, системы холостого хода.
Под капотом Packard Twin Six Town Car ‘1916
Все более поздние конструкции карбюраторов уже предусматривали регулировку и настройку смесеобразования на холостых оборотах, часто используя для этого режима отдельные дозирующие системы. Конечно, экология и даже ресурс для тех конструкций не были определяющими факторами, но моторы просто не могли работать на оборотах ниже тех, на которых мог создавать смесь карбюратор. Но затем система стала значительно сложнее.
Зачем нужны холостые обороты?
Пока мотор заглушен, никакого крутящего момента он, разумеется, не создаёт. Но и при работающем моторе мощность растет исключительно с ростом оборотов, а крутящий момент имеет пик в области средних или высоких оборотов (на наддувных двигателях момент появляется раньше, но тоже далеко не с нуля).
Чтобы нагрузить мотор полезной нагрузкой, нужно, чтобы он уже устойчиво крутился и был готов создавать крутящий момент. Иначе он просто заглохнет. Простите, что так сложно объясняю простую вещь, но это крайне важный для понимания дальнейшего момент.
Нагрузить ДВС можно только если он уже работает на устойчивых и достаточных для восприятия нагрузки оборотах. Никаких способов обойти это ограничение нет. Можно только избежать этой проблемы, используя дополнительный двигатель, который будет работать вместо ДВС до достижения тем рабочих оборотов. Например, такую функцию выполняет электромотор на гибридах или пневматический стартер с избыточной мощностью.
Те обороты, с которых мотор может воспринимать нагрузку, и называются холостыми.
Все обороты выше холостых — рабочие. Ниже начинается зона пусковых оборотов, на которых двигатель не переносит нагрузку по тем или иным причинам. Для большинства моторов легковых автомобилей холостые обороты составляют 500-900 оборотов в минуту, что не так уж мало. В случае использования АКПП можно немного «схитрить» и установить холостые обороты без нагрузки со стороны трансмиссии ниже, повышая их только при включении режима «Drive» в коробке.
Почему холостые обороты не постоянны?
При разных системах питания причины изменения холостых оборотов различны. На ДВС с простыми нерегулируемыми карбюраторами обороты зависят от нагрузки и смесеобразования. Если срабатывают автоматы увеличения оборотов, то с ростом нагрузки обороты будут падать. То же самое произойдёт из-за плохого смесеобразования, но этого стараются избежать, применяя различные системы холодного запуска, которые завышают обороты для обеспечения устойчивой работы двигателя.
Чем совершеннее система питания, тем менее заметны колебания. С простым карбюратором водитель сам регулирует холостые обороты. Его вмешательство требуется, если температура двигателя или нагрузка на него отличаются от выставленных при регулировке холостых оборотов. С электронным карбюратором с автоматом холодного запуска водитель уже ничего не регулирует, но обороты заметно повышаются для обеспечения устойчивой работы до прогрева.
Под капотом ВАЗ-2107 Жигули ‘1997–2006
Системы впрыска разве что позволят немного завысить холостые обороты до прогрева лямбда-сенсоров и удержат их чуть повышенными до нормализации смесеобразования на 100-1000 оборотов в минуту. И ещё они могут немного увеличить обороты при увеличении нагрузки со стороны системы кондиционирования или нагрузки от генератора. Во всех остальных случаях исправная система должна поддерживать обороты практически постоянными, в пределах +/- 30 оборотов в минуту.
К сожалению, все способы регулирования не идеальны. Регуляторы ХХ и дроссельные заслонки с электроприводом со временем загрязняются, не все свечи и форсунки работают идеально, системы EGR пропускают газы, сбоят системы регулирования фаз, а у цилиндров может быть разная компрессия, отчего в реальной жизни на старых машинах обороты все же немного «гуляют»: излишне просаживаются под нагрузкой или наоборот, завышаются.
Почему холостые обороты именно такие?
Выбор холостых оборотов — это всегда компромисс. Увеличивать их – значит увеличивать расход топлива и теплоотдачу двигателя без нагрузки, что, очевидно, является плохой идеей и для гражданской машины не годится. Снижение же приводит сразу к нескольким неприятным последствиям.
Во-первых, нарушается смесеобразование. Процессы в ДВС динамические, и вся его конструкция рассчитана на рабочие обороты. При снижении частоты вращения ухудшается очистка цилиндров от отработанных газов, затрудняется наполнение цилиндров свежей смесью, растут потери на перепуск, а значит, падает и мощность.
Может, такое занижение ХХ сделает мотор хотя бы экологичнее? Тоже нет. Скорее, наоборот. Даже если двигатель сохраняет возможность восприятия нагрузки на оборотах менее холостых, его рабочий процесс будет далек от расчетного. Например, на оборотах менее 400-500 часто даже катколлекторы перестают прогреваться до рабочей температуры, а количество пропусков зажигания растет.
Серьезной проблемой является снижение давления масла и объема его подачи. Тут все просто: меньше обороты — ниже давление. При каком-то минимуме давления подшипники скольжения выходят из режима жидкостного трения, и ресурс мотора стремительно уменьшается. И чем выше нагрузка, тем выше должно быть давление, а значит, и обороты мотора.
Нагрузка на мотор уже на холостых оборотах может быть значительной (особенно с МКПП). Автоматические коробки передач способны предотвратить неприятности, но проблемы полностью не решают, хотя значительно увеличивают ресурс ДВС в целом. В результате давление масла на холостых оборотах должно быть уже достаточным для восприятия полной нагрузки на мотор. К сожалению, чем выше давление и производительность маслонасоса на холостых оборотах, тем больше избыток давления на рабочих. А значит больше расход топлива, меньше ресурс масла. Регулируемый маслонасос позволяет немного улучшить ситуацию, но в основном все же служит для компенсации избыточного снижения давления масла после прогрева двигателя, а не для снижения оборотов холостого хода.
На машинах с автоматической коробкой передач нужно учитывать и ее «пожелания». Ведь маслонасос АКПП приводится от коленчатого вала двигателя, а значит и работа коробки передач зависит от оборотов холостого хода. При слишком малых оборотах давления не хватит на корректную работу механико-гидравлической системы управления. А для систем старт-стоп приходится устанавливать гидроаккумуляторы и дополнительные электронасосы. Это позволяет гидравлике включаться в работу сразу при запуске двигателя, а не спустя пять-десять секунд.
Привод различного навесного оборудования тоже создает сложности. Генератор, насосы ГУРа и кондиционера и помпа системы охлаждения имеют ограниченный рабочий диапазон, поэтому передаточное отношение системы привода дополнительных агрегатов подбирают с учетом максимальных оборотов двигателя. А минимальные обороты любого из устройств и нагрузка на подсистемы машины ограничивают нижнее значение холостых оборотов. Слишком большое снижение оборотов может привести к перегреву многоцилиндровых моторов из-за нарушения циркуляции жидкости, к разряду аккумулятора или неработоспособности системы кондиционирования. Правда, эти проблемы тоже решаемы.
Тут выручают переход на электроприводы усилителя руля, насосов системы охлаждения и кондиционера и установка регулируемого привода помпы. К счастью, генераторы имеют очень большой рабочий диапазон и не теряют КПД при высоких оборотах. Но у этих мер есть и недостатки. Зачастую они влекут за собой лишние затраты, а часто — и снижение КПД систем за счет двойного преобразования энергии.
Вибрация мотора при снижении оборотов в основном связаны с неустойчивостью рабочего процесса, но есть у неё и несколько других причин. Например, система подвески ДВС умеет гасить колебания только в определенном диапазоне частот. И чем ниже обороты, тем сложнее гасить возникающие вибрации. Причём помимо вибраций, передаваемых на кузов и влияющих на комфорт водителя и пассажиров, существует еще такая вещь как крутильные колебания, которые разрушительно действуют на трансмиссию и колеса.
Чем ниже обороты мотора, тем сложнее их гасить. Приходится или использовать не блокируемые гидротрансформаторы или двухмассовые маховики, или сочетание двух технологий одновременно. Повышение оборотов холостого хода позволяет снизить колебания момента при каждом обороте, отодвинуть частоты всех колебаний дальше от резонансных и сделать работу всех систем подавления вибраций эффективнее.
Тахометр в автомобиле: что это такое, виды, что измеряет, для чего нужен, принцип работы
Многих начинающих автолюбителей интересует, что такое тахометр в автомобиле и для чего он предназначается. Он представляет собой прибор, функцией которого является вычисление частоты вращения подвижных элементов в автомобильных механизмах. При помощи показаний водитель сможет переключиться на правильную передачу, либо снизить расход топлива, одновременно регулируя работу «движка».
Что это?
Помогает продлить «срок службы» двигателя.
Регулирует количество затраченного топлива.
Водитель получает возможность устанавливать верный режим езды.
На трансмиссию в процессе переключения скоростей не оказывается ударного влияния.
Получается, что тахометр демонстрирует владельцу авто самый лучший момент, когда следует переключить передачу. Если машина имеет МКПП, то прибор показывает момент максимальной нагрузки (стрелка «подходит» к красной зоне). Регулировку можно проводить в момент движения, либо на холостом ходу.
Если водитель будет следовать показаниям, то есть начинать движение и завершать его в заданном диапазоне вращения коленчатого вала, то ресурс мотора увеличится по максимуму.
Помимо этого, владелец имеет возможность самостоятельно диагностировать функционирование мотора. Если «движок» работает исправно, то при его запуске стрелка подходит на значение 1000-1200 об., спустя пару секунд опускаясь до 600-800 об. О неправильной работе мотора сигнализирует прыгающая стрелка.
Разновидности
Многим водителям интересно не то, что измеряет тахометр, а как точно это он делает. Точность определения оборотов полностью зависит от датчика. Сегодня устройства классифицируют по методу отображения данных или способу монтажа. Последние подразделяются на встроенные и бесконтактные. На спорткарах, в основном, используют бесконтактные тахометры, чтобы максимально точно определять число оборотов и корректировать его.
На автомобилях сегодня устанавливают механические, аналоговые и цифровые тахометры. Все они имеют свои особенности и принцип работы. Например, механический тип уже утратил свою востребованность. Его применяли в XX веке, поскольку других вариантов измерения оборотов просто не существовало. Сегодня такой тахометр можно встретить на очень старых авто или на мотоциклах.
Конструкция устройства включает в себя трос, подсоединенный к коленчатому валу. Работа прибора основывалась на том, что шестеренка и трос сцеплялись между собой. Тахометры успешно устанавливались на старых низкооборотистых «движках». У них была довольно низкая точность из-за того, что трос состоял из проволоки. Нить скручивалась, что приводило к неверному исчислению передаточного момента. Уровень погрешности составлял 500 об/мин.
Ни для кого не секрет, что даже на дорогих авто устанавливают аналоговый тип прибора. Он привычен для глаз водителя, при этом быстро высчитывает показания. С его помощью автолюбитель сможет поймать момент для смены передачи, а также помочь двигателю достичь оптимального режима работы.
Принцип работы
Водители, которые не разбираются в механической составляющей мотора, обязаны знать, как работает тахометр в автомобиле. Это поможет понять им, для чего все-таки предназначено данное устройство.
В основе функционирования мотора лежит преобразование движения (от поступательного к вращательному). Этому способствуют газы, которые расширяются и «включают» поршни. Они, в свою очередь, с помощью шатунов раскручивают коленвал. Его обороты как раз и показывает прибор-тахометр.
Водитель, нажимая на «газ», заставляет поступать увеличенное количество горючего в камеру сгорания. Давление соответственно повышается, тем самым увеличивая частоту вращения коленчатого вала и показаний прибора.
Чтобы было еще понятнее, как функционирует устройство, приведем простой пример. Допустим, информация в документации «движка» гласит: 135 лошадиных сил при 3500 об/мин. Эти значения указывают на то, что мотор разовьет максимальный разгон при данных оборотах коленвала. Низкие показатели вращения снизят КПД, а значит, машина будет перемещаться тише.
Эксперты утверждают, что если водитель будет следить за показаниями тахометра и вовремя переключать скорости, то он добьется эффективного разгона. Но все же не рекомендуется проводить подобные манипуляции постоянно. Если число оборотов увеличится, значит, расход топлива также начнет расти вверх. Помимо этого, высокие обороты приведут к быстрому износу деталей. Лучше всего «не докручивать» мотор до максимальных значений. Это поможет сэкономить горючее и продлить срок службы деталей и масляной жидкости.
Как использовать информацию
Разобравшись, что показывает тахометр в автомобиле, водители, как правило, не знают, как действовать дальше и как использовать полученную информацию.
Для начала стоит запомнить, что прибор указывает на приемлемое время для начала езды. Это удобно, особенно тем, кто часто передвигается на машине зимой, поскольку прибор демонстрирует готовность «движка» к поездке. Большинство транспортных средств не способны начать движение при холодном моторе, поэтому запускают максимальное число оборотов. Автолюбителям остается дождаться момента, когда t хладагента станет нормальной. С тахометром такого не произойдет. Водителю разрешается отправляться в путь, если стрелка приблизится к 750-800 об/мин.
Какие неисправности могут быть
Тахометр механического типа может быть неисправен, если возникло повреждение элементов его конструкции. К примеру, при возникновении деформаций, обломе троса или появлении люфта. Что касается электронных устройств, то здесь причин поломки может быть несколько. Рассмотрим их подробнее:
Повреждена электропроводка, в т.ч. сигнальный провод.
Возникло окисление контактов, либо они имеют неплотный контакт.
Повреждены элементы измерительного блока (перегорание микросхем, вздутие резисторов).
Если устройство подключено от генератора, значит, не работает сам генератор. О неполадке сигнализирует индикатор низкого заряда аккумулятора. Бывает, что стрелка начинает прыгать без каких-либо на это причин. Водителю стоит внимательно осмотреть проводку, элементы двигателя и сам аппарат.
Если показатели прибора не меняются даже при сильном нажатии педали акселератора, то необходимо проверить целостность проводки. В этом водителю поможет тестер.
Как выбрать прибор для авто?
Сегодня каждому водителю важны точные показания тахометра, поскольку устаревшие приборы не всегда демонстрируют правильные значения. Кроме того, не все авто, особенно малолитражные, оснащены данным устройством. Именно владельцы таких машин больше всего нуждаются в приборе. Приобретая электронную модель, покупатель должен изучить ее технические характеристики. Также стоит помнить, что установка тахометра для бензинового и для дизельного двигателя отличаются. Способ установки зависит от размера и дизайна модели.
Большой популярностью пользуется тахометр Helios. Он имеет стандартный вид. Предназначается для авто с карбюраторными моторами, где число цилиндров варьируется от 1 до 16. К преимуществам модели относят стоимость, множество дополнительных опций и низкую погрешность.