После предыдущего поста о мотор-редукторе мне пришло несколько вопросов по регулированию двигателя постоянного тока. Так что пора написать очередной пост 🙂
Двигатель постоянного тока (ДПТ) это один из самых привычных и понятных электродвигателей, он изучается даже в школе, на физике. Он используется практически везде, где нужен малогабаритный моторчик, а также не спешит сдавать своих позиций и там, где мощность измеряется десятками киловатт. О нем и поговорим.
▌Конструктив и базовый принцип
Не буду тут особо распинаться, покажу картинку из википедии и укажу ряд основных узлов. Все остальное вы и так знаете и трогали своими руками.
1. Статор состоит из источника магнитного поля. Далеко не всегда это постоянный магнит, более того, постоянный магнит это скорей исключение, чем правило. Обычно все же это обмотка возбуждения. По крайней мере на всем, что больше кулака по размерам.
2. Якорь состоит из обмотки якоря и коллекторного узла.
Работает все очень и очень просто.
Обмотка якоря отталкивается от магнитного поля статора силой Ампера и совершает пол оборота, стремясь вывести эту силу на ноль и таки вывела бы если бы не коллектор, который ловко всех обламывает переключает полярность катушки и сила вновь становится максимальной. И так по кругу. Т.е. коллектор служит механическим инвертором напряжения в якоре. Запомните этот момент, он нам еще пригодится 🙂
Обычно в мелких моторчиках всего два полюса обмотки возбуждения (одна пара) и трехзубцовый якорь. Три зуба это минимум для запуска из любого положения, но чем больше зубцов тем более эффективно используется обмотка, меньше токи и более плавный момент, т.к сила является проекцией на угол, а активный участок обмотки проворачивается на меньший угол
▌Происходящие в двигателе процессы
Думаю многие из вас кто баловался с движками могли заметить, что у них есть ярко выраженный пусковой ток, когда мотор на старте может рвануть стрелку амперметра, например, до ампера, а после разгона ток падает до каких-нибудь 200мА.
Почему это происходит? Это работает противоэдс. Когда двигатель стоит, то ток который через него может пройти зависит только лишь от двух параметров — напряжения питания и сопротивления якорной обмотки.
Так что предельный ток который может развить движок и на который следует рассчитывать схему узнать несложно. Достаточно замерить сопротивление обмотки двигателя и поделить на это значение напряжение питания. Просто по закону Ома.
Это и будет максимальный ток, пусковой.
Но по мере разгона начинается забавная вещь, обмотка якоря движется поперек магнитного поля статора и в ней наводится ЭДС, как в генераторе, но направлена она встречно той, что вращает двигатель. И в результате, ток через якорь резко снижается, тем больше, чем выше скорость.
А если движок дополнительно еще подкручивать по ходу, то противоэдс будет выше питания и движок начнет вкачивать энергию в систему, став генератором.
▌Немного формул
Не буду грузить никого выводами, их найдете сами если захотите. Чтобы было поменьше матана рекомендую найти учебник по электроприводу для средних учебных заведений и годом выпуска подревней. От 50х-60х годов самое то 🙂 Там и картинки винтажные и расписано для вчерашнего выпускника сельской семилетки. Много букв и никакого грузилова, все четко и по делу.
Самая главная формула коллекторного двигателя постоянного тока:
U = Е + Iя*Rя
- U — напряжение подаваемое на якорь
- Rя — сопротивление якорной цепи. Обычно за этот символ считают только сопротивление обмотки, хотя можно снаружи навесить резистор какой и он к ней приплюсуется. Тогда пишут как (Rя+Rд)
- Iя — ток в якорной цепи. Тот самый который замеряется амперметром при попытке измерять потребление движка 🙂
- Е — это противоэдс или ЭДС генератора, в генераторном режиме. Она зависит от конструкции двигателя, оборотов и описывается вот такой вот простой формулой
Е = Се * Ф * n
- Ce — одна из конструктивных констант. Они зависят от конструкции двигателя, числа полюсов, количества витков, толщин зазоров между якорем и статором. Нам она не особо нужна, при желании ее можно вычислить экспериментально. Главное, что она константа и на форму кривых не влияет 🙂
- Ф — поток возбуждения. Т.е. сила магнитного поля статора. В мелких моторчиках, где оно задается постоянным магнитом это тоже константа. Но бывает под возбуждение выведена отдельная обмотка и тогда мы можем ее менять.
- n — обороты якоря.
- Ну и зависимость момента от тока и потока:
- М = См * Iя * Ф
- См — конструктивная констатнта.
Вот тут стоит обратить внимание, что зависимость момента от тока совершенно прямая. Т.е. просто замеряя ток, при неизменном потоке возбуждения, мы можем совершенно точно узнать величину момента. Это может быть важно, например, чтобы не сломать привод, когда двигло может развить такое усилие, что легко поломает то, что оно там вращает. Особенно с редуктором.
Ну и из этого же следует, что момент у машины постоянного тока зависит только от способности источника снабжать его током. Так что идеальный нерушимый сверхпроводящий движок вам на раз лом в узел завяжет, пусть даже он сам с ноготок будет. Только энергию подавай.
А теперь смешаем все это в кучу и получим зависимость оборотов от момента — механическую характеристику двигателя.
Если ее построить, то будет нечто следующее:
n0 — это обороты идеального холостого хода сферического двигателя в вакууме. Т.е. когда наш движок ну ваще халявит, момент равен нулю. Ток потребления тоже, естественно, ноль. Т.к. противоэдс равна напряжению. Чисто теоретический вариант.
А вторая точка строится уже с каким-либо моментом на валу. Получается прямая зависимость оборотов от момента. А наклон характеристики определяется сопротивлением якорной цепи.
Если никаких добавочных резисторов там нет, то это зовут естественной характеристикой.
Обороты идеального холостого хода зависят от напряжения и потока. Больше ни от чего. А если поток константа (постоянный магнит), то только от напряжения. Снижая напряжение вся наша характеристика параллельно смещается вниз. Уменьшили напряжение в два раза — скорость упала в два раза.
Если есть возможность менять поток возбуждения, то можно поднимать скорость выше номинальной. Тут зависимость обратная. Ослабляем поток — двигатель разгоняется, но либо падает момент, либо ему надо жрать больше тока.
Иной двигатель со снятием возбуждения может и в разнос пойти. Помнится сдавал я затянувшийся курсач по электроприводу, уже хрен знает спустя сколько времени после сессии. Вломы мне его делать было, ага 🙂 Ну и сидел в лаборатории, ждал препода. А там какие то балбесы, на курс ниже, лабу делали. Крутили движок вхолостую, а возбуждение к стенду приверчено было на соплях и слетело с клеммы.
Движок в разнос пошел. У нас в лаборатории ЭПА ЮУРГУ все серьезно было, машины стояли нешуточные, по десятку киловатт и под сотню другую кг каждый. Все на суровом напряжении в 380 вольт. В общем, когда эта дура взревела как монстр и стала рваться с креплений, я только и успел крикнуть, что все нахер от машины, вырубай к черту.
Не успели, двигло сорвало с креплений, обмотка повылетала с пазов и движку пришел кирдык. Ладно никого не покалечило. Впрочем, лабы привода это то еще развлечение было. У нас там и горело и взрывалось. Там я приобрел замечательные навыки чинить что угодно, чем угодно в сжатые сроки.
В среднем, каждый успел по разу убить стенд наглухо, а лаба часто начиналась с починки паяльника, которым чинили осциллограф с помощью которого реанимировали убитый стенд.
Есть еще двигатели не независимого, а последовательного возбуждения. Это когда обмотка статора включена последовательно якорю. Не каждый двигатель так можно включить, обмотка возбуждения должна выдерживать ток якоря.
Но у них возникает одно интересное свойство. При пуске возникает большой пусковой ток и этот пусковой ток является же током возбуждения, обеспечивая огромный пусковой момент.
Механическая характеристика напоминает гиперболу с максимумом в районе нулевых оборотов.
А дальше, по мере разгона, момент падает, а обороты наоборот растут. И если нагрузку убрать с вала, то движок сразу же уходит в разнос. Такие движки ставят на тягловый привод в основном. По крайней мере ставили раньше, до развития силовой электроники. С места эта хрень рвет так, что все стритсракеры нервно закуривают.
▌Режимы работы двигателя постоянного тока
Направление вращения движка зависит от направления тока якоря или направления потока возбуждения.
Так что если взять коллекторный двигатель и подключить обмотку возбуждения параллельно якорю, то он будет прекрасно вращаться и на переменном токе (универсальные двигатели, их в кухонную технику часто ставят). Т.к. ток будет одновременно меняться и в якоре и в возбуждении.
Момент правда будет пульсирующим, но это мелочи. А для реверса там надо будет поменять полярность включения якоря или возбуждения.
Если нарисовать механическую характеристику в четырех квадрантах, то у нас будет нечто похожее на это:
Вот, например, характеристика 1 на I участке у нас машина работает как двигатель. Нагрузка растет и в определенный момент двигатель останавливается и начинает вращаться в обратную сторону, т.е. нагрузка обращает его вспять.
Это тормозной режим, противовключение. Режим очень тяжелый, двигло греется просто зверски, но для торможения очень эффективный.
Если же момент на валу сменит направление и пойдет вращать навстречу движку, то мотор сразу же выйдет на генерацию (IV участок).
Характеристика 2 это то же самое, только с обратной полярностью питающего напряжения двигателя.
А характеристика 3 это динамическое торможение. Оно же реостатное. Т.е. когда мы берем и просто коротим наш двигатель на резистор или сам на себя. Можете сами проверить, возьмите любой моторчик и покрутите его, а потом закоротите ему якорь и покрутите снова. На валу будет ощутимое усилие, тем больше, чем качественнее движок.
Кстати, драйвера двигателей вроде L293 или L297 имеют возможность включить реостатное торможение, подачей обоих ключей вверх или вниз. При этом якорь коротится через драйвер на шину земли или питания.
▌Бесколлекторные двигатели постоянного тока
Коллекторный движок он очень хорош. Он чертовски легко и гибко регулируется. Можно повышать обороты, понижать, механическая характеристика жесткая, момент он держит на ура. Зависимость прямая. Ну сказка, а не мотор. Если бы не одна ложка говна во всей этой вкусняшке — коллектор.
Это сложный, дорогой и очень ненадежный узел. Он искрит, создает помехи, забивается проводящей пылью от щеток. А при большой нагрузке может полыхнуть, образовав круговой огонь и тогда все, капец движку. Закоротит все дугой наглухо.
Но что такое коллектор вообще? Нафига он нужен? Выше я говорил, что коллектор это механический инвертор. Его задача переключать напряжение якоря туда сюда, подставляя обмотку под поток.
А на дворе то уже 21 век и дешевые и мощные полупроводники сейчас на каждом шагу. Так зачем нам нужен механический инвертор если мы можем сделать его электронным? Правильно, незачем! Так что берем и заменяем коллектор силовыми ключами, а еще добавляем датчики положения ротора, чтобы знать в какой момент переключать обмотки.
А для пущего удобства выворачиваем двигатель наизнанку — гораздо проще вращать магнит или простенькую обмотку возбуждения, чем якорь со всей этой тряхомудией на борту. В качестве ротора тут выступает либо мощный постоянный магнит, либо обмотка питаемая с контактных колец. Что хоть и смахивает на коллектор, но не в пример надежней его.
И получаем что? Правильно! Бесщеточный двигатель постоянного тока aka BLDC. Все те же няшные и удобные характеристики ДПТ, но без этого мерзкого коллектора. И не надо путать BLDC с синхронными двигателями.
Это совсем разные машины и разным принципом действия и управления, хотя конструктивно они ОЧЕНЬ схожи и тот же синхронник вполне может работать как BLDC, добавить ему только датчиков да систему управления.
Но это уже совсем другая история.
Как скорость и обороты влияют на состояние двигателя?
От состояния силового агрегата в транспортном средстве зависит эффективность и скорость движения. Не стоит полагать, что выходить из строя могут только устаревшие моторы.
Очень часто к такой неполадке автомобилисты могут приводить даже относительно новые транспортные средства.
Общая проблема заключается в том, что многие не осознают в процессе эксплуатации автомобиля, что они допускают ошибки, которые могут приводить к поломке двигателя.
Ещё в автошколе автомобилистов должны учить, какую оптимальная скорость необходимо выбирать под определённую передачу
Самая частая ошибка, которую совершают водители – передвигаются со скоростью 60 километров в час на высшей передачи. В таких условиях масляный насос просто не способен создавать необходимое давление в системе.
Из-за этого происходит масляное голодание, которое наносит колоссальный урон силовому агрегату. Нагрузка на двигатель, топливный расход и отсутствие каких-либо серьезных дефектов у двигателя зависит от того, в каком стиле автомобилист управляет транспортным средством.
Сюда же можно отнести и среднюю скорость передвижения. Слишком заботливые владельцы автомобилей привыкли полагать, что главный залог долгой службы мотора – езда на низкой скорости. Однако, это не всегда так.
То же можно сказать и про стереотип о том, что частые поездки на высокой скорости быстрее выводят из строя двигатель.
Ещё в автошколе автомобилистов должны учить, какую оптимальная скорость необходимо выбирать под определённую передачу. Владельцам транспортных средств с автоматической коробкой передач намного проще – здесь сам механизм выбирает оптимальный режим работы, снимая данную обязанность с водителя. С механической коробкой передач дела обстоят намного труднее.
Нередки ситуации, когда автомобилист разгоняется до 60 км/час и уже включает пятую или шестую передачу. У таких водителей даже есть мотив подобных действий. Тем самым они хотят снизить нагрузку на мотор и сэкономить горючее. Как полагают они, движение на максимально высокой передаче позволяет поддерживать обороты двигателя на минимуме.
И это, якобы, снижает нагрузку на силовой агрегат и сохраняет финансы владельца.
Главная проблема в определении крейсерской скорости заключается в том, что она индивидуальна для каждого транспорта
Но любой механик может сказать, что скорость 60 километров в час никак не сочетается с пятой или шестой передачей. Дело в том, что в таком режиме трансмиссии нужно получать больше энергии, чтобы прокручивать валы в коробке и моторе.
И это создает повышенную нагрузку на силовую установку и может привести к преждевременному износу трансмиссии. Автомобилистам, при выборе режима движения, нужно учитывать такое понятие как крейсерская скорость.
Именно на ней сокращается нагрузка на двигатель и начинает понижаться топливный расход.
Главная проблема в определении крейсерской скорости заключается в том, что она индивидуальна для каждого транспорта. К примеру, для малолитражных автомобилей 110 километров в час уже является крейсерской скоростью.
Если разогнаться больше, можно сильно увеличить расход топлива. На более мощных машинах крейсерской скоростью определяют 140 – 150 км час.
Именно в таком режиме отмечается минимальная нагрузка на мотор и снижается вероятность его преждевременной поломки.
Ещё одна распространённая ошибка многих автомобилистов – движение накатом. В таком режиме эксплуатации нагрузка на мотор все же есть
Каждый автомобилист задумывался о том, чтобы сэкономить топливо. В первую очередь для этого нужно научиться правильно подбирать передачу в зависимости от скорости.
После включения более высокой передачи, обороты двигателя должны быть на отметке не менее 2000.
Если они снижаются, а транспорт передвигается со скоростью 60 километров в час на высокой передаче, это приводит к снижению давления масла.
И ещё одна распространённая ошибка многих автомобилистов – движение накатом. В таком режиме эксплуатации нагрузка на мотор все же есть, несмотря на убеждение многих. Как уже говорилось ранее, определяющим фактором в достижении максимально низкого расхода топлива является крейсерская скорость. Подбирать её следует индивидуально.
Итог. Многие автомобилисты не знают, но обороты двигателя и скорость при неправильном соотношении могут нанести сильный вред силовому агрегату. Чтобы добиться снижения нагрузки на двигатель и сокращения расхода топлива, необходимо обратить внимание на такое понятие как крейсерская скорость.
Крутящий момент двигателя- Что это и от чего зависит
Паспорт транспортного средства содержит данные о максимальной мощности силового агрегата. Но там не всегда можно увидеть значение крутящего момента двигателя. Не все водители могут точно ответить, что значит крутящий момент двигателя.
Для объяснения физического смысла нужно обратиться к учебникам школьной программы и вспомнить основное определение данного понятия. Крутящий момент двигателя – это расчетная величина, отображающая максимальное значение силы, передаваемой на коленвал.
Единица измерения – Н.м (ньютон метр).
Что означает крутящий момент двигателя
Узлы, системы, сложные механизмы, входящие в состав транспортного средства, играют важную роль в слаженной работе авто. Двигатель внутреннего сгорания несет основную функцию – обеспечение энергией движения каждого элемента.
При его работе, в результате сгорания топлива усилие воздействует на поршень, далее – на кривошипно-шатунный механизм – коленчатый вал.
Затем, с выходного вала силового агрегата мощность передается при помощи элементов трансмиссии на ходовую часть. Благодаря передаваемому крутящему моменту, колеса транспортного средства приходят в движение.
При давлении на педаль газа увеличивается воздействие на плечо, что приводит к возрастанию этого параметра.
Благодаря стабильной работе ДВС, автомобиль может:
- Быстро набирать заданную скорость.
- Изменять тяговые усилия.
- Осуществлять движение при различных дорожных условиях.
Крутящий момент является определяющим параметром для оценки работы двигателя. С помощью данного показателя можно узнать, с какой силой раскручивается коленчатый вал. Крутящий момент двигателя измеряется в единицах ньютоно метрах, вычисляется методом умножения: сила умножается на расстояние от коленвала до точки крепления поршня.
Мощность двигателя зависит от Мкр. Расчет мощности осуществляется по формуле: Р = Мкр х n.
- P – мощность двигателя.
- Мкр – крутящий момент.
- n – число об/мин коленвала.
От чего зависит крутящий момент двигателя
Для определения параметров двигателя задаются характеристики, требуемые на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации.
… Двигатель ПД 14- Характеристики
- Крутящий момент двигателя, формула расчета: Мкр = F х L (F – усилие, L – длина плеча).
- Чем качественнее и полноценнее сгорают топливные смеси в цилиндрах, тем большее значение имеет сила F, в качестве длины плеча L здесь выступает ход поршня.
- От правильности расчета Мкр зависят характеристики двигателя:
- Динамика разгона.
- Изменение тяги.
- Возможность эксплуатации авто в напряженных режимах.
Мкр двигателя зависит от:
типа мотора (дизельный либо бензиновый):
- объема цилиндров;
- степени сжатия;
- количества оборотов.
Максимальный крутящий момент двигателя отмечается на представленном графике до начала его снижения на соответствующих оборотах коленвала. Замечено, что при достижении максимального значения Мкр, последующее увеличение оборотов не приводит к росту момента вращения силового агрегата. На графике это выглядит в виде параболы перевернутого типа.
На что влияет крутящий момент двигателя
Известно, что величина мощности мотора рассчитывается по математическим формулам с участием Мкр. Крутящий момент и мощность двигателя находятся в прямой зависимости друг от друга. Эти два понятия взаимосвязаны и не существуют отдельно.
На практике, во время совершения обгона, на дороге водитель нажимает на педаль газа. Чем выше развивается момент вращения, тем больше возрастает мощность. С ростом мощности машина получает достаточное количество энергии для улучшения показателя динамики при разгоне.
Вывод: Величина Мкр влияет на мощность силового агрегата и скорость разгона транспортного средства.
При правильных расчетах передаточных чисел коробки передач, скорость автомобиля достигает максимальных значений, когда мощность, затрачиваемая на работу ходовой части и мощность, вырабатываемая двигателем, выравниваются между собой.
Факторы, приводящие к потерям мощности, получаемой на колесах:
- Напор встречных воздушных потоков при больших скоростях.
- Сопротивление качения.
- Преодоление сил трения элементов трансмиссии.
Мощность суммарных потерь увеличивается при возрастании скорости движения автомобиля.
Важно: Чтобы правильно оценить рабочие параметры автомобильного двигателя, необходимо узнать величину Мкр.
При схожих конструкциях и эксплуатационных характеристиках, лучше отдать предпочтение агрегатам, обладающим наибольшим крутящим моментом.
С целью улучшить качество и динамичность разгона, а также повысить тягу авто, рекомендуется поддерживать частоту оборотов в минуту выходного вала в пределах, где Мкр имеет пиковые значения.
При достаточном диапазоне оборотов, чем выше данный параметр, передаваемый на колеса автомобиля, тем легче происходит ускорение и преодолеваются самые трудные отрезки пути.
Какому двигателю отдать предпочтение
Опытные автомобилисты считают, что при выборе между двух двигателей, обладающих схожими мощностными характеристиками, лучше приобрести авто с мотором, имеющим более высокий крутящий момент. В большей степени это касается транспортных средств, оснащенных механической коробкой передач.
Машина нуждается в достаточной мощности не только при максимальных оборотах двигателя, но и при равномерном движении. Данный показатель определяется величиной Мкр.
Сравнении основных показателей по мощности и моменту вращения:
- момент– это базовый параметр, по которому оценивается работа;
- мощность зависит как от Мкр, так и от числа оборотов коленчатого вала (до определенных пределов);
- Мкр тоже возрастает при увеличении оборотов, однако, при достижении пиковых значений, он начинает снижаться, даже при усилении оборотов.
Улучшение разгона авто за счет изменения момента вращения
Автопроизводители, с целью улучшения динамических показателей, устанавливают на авто моторы, имеющие максимальный Мкр. Дизельные, а также турбированные и много цилиндровые моторы характеризуются повышенным моментом вращения.
Степень влияния мощности и момента на динамику автомобиля:
- Машины, имеющие более мощный мотор, но с недостаточным Мкр, уступают аналогам, с лучшим разгоном.
- При наличии высокого Мкр, автомобиль ускоряется намного уверенней на пониженных оборотах.
- Максимальная скорость автомобиля всецело диктуется мощностью движка и не зависит от величины Мкр.
Важно: Чтобы сравнивать разгонные характеристики двигателей, при схожих трансмиссиях, необходимо удостовериться в идентичности конструкций силовых агрегатов, типа коробок передач, передаточных чисел. Иначе сравнение не будет считаться корректным.
Отличия бензиновых моторов от дизелей по моменту
Бензиновые двигатели не отличаются высоким Мкр. Максимальный Мкр достигается в узких границах при 3 – 4 тыс. оборотах. Резкое увеличение мощности происходит при 7 – 8 тысячах об/мин.
Дизели не развивают высоких оборотов. Их максимальное значение не превышает 3 – 5 000 об/мин. Однако, дизельные двигатели развивают высокий Мкр, превышающий по значению бензиновые в несколько раз, даже на холостом ходу.
Крутить или не крутить? На каких оборотах полезнее всего ездить
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.
Что такое крутящий момент двигателя?
Если по-научному, то это произведение силы, приложенной к рычагу, и расстояния от оси вращения рычага до точки приложения силы. В физике это называется моментом силы, а в технике устоялось словосочетание «крутящий момент». Распространенная единица измерения – Н*м (ньютон на метр).
Теперь по-человечески Крутящий момент двигателя – величина, демонстрирующая нам тяговые возможности мотора.
Чем больше крутящий момент приходит от мотора на колеса автомобиля, тем больший груз может сдвинуть с места автомобиль и тем большее ускорение может развить.
Отсюда ясно, что грузовики, тракторы, тягачи и бульдозеры, а также машины для спортивного вождения в первую очередь «заинтересованы» в большом крутящем моменте.
Крутящий момент, приходящий от двигателя на колеса, зависит не только от двигателя, но и от передаточных чисел главной пары и коробки передач: чем больше передаточные числа, тем больший крутящий момент передается на колеса при одном и том же крутящем моменте мотора и тем динамичнее автомобиль.
Каковы оптимальные обороты двигателя
В каждом конкретном случае оптимальные обороты двигателя будут различаться, в зависимости от мощности силового агрегата, наличия или отсутствия турбины, типа топлива и так далее.
Например, дизельные моторы являются низкооборотистыми, максимум тяги у них отмечается в диапазоне 2000-2500 оборотов.
Тогда как небольшой по своему объему турбированный бензиновый мотор выдаст свою наивысшую мощность на показателях 3000-3500 оборотов в минуту.
Большинство экспертов и автомастеров рекомендуют оптимальные обороты двигателя на уровне 2500-3000 оборотов в минуту.
В этом случае отмечается существенное уменьшение нагрузки на двигатель, сокращается расход топлива, автомобиль двигается в так называемом крейсерском режиме, что в особенности на трассе сокращает нагрузку, продлевая срок службы силового агрегата.
Также необходимо при использовании автомобиля на трассе активировать высшую передачу, что позволяет улучшить показатели расхода топлива, одновременно при этом обеспечивается качественная смазка двигателя и его оптимальное охлаждение.
Подведём итоги
В каждом конкретном случае показатель оптимальных оборотов двигателя будет различаться, в зависимости от его мощности, рабочего объема, типа топлива и так далее.
Автовладельцу на бензиновых авто следует стараться держать мотор в диапазоне 2,500-3,500 оборотов коленвала в минуту, что позволяет несколько снизить нагрузку на двигатель.
Кстати, современные коробки автомат имеют продвинутую логику управления, они оптимальным образом переключают передачи, поддерживая обороты мотора таким образом, чтобы минимизировать нагрузку на силовой агрегат.
17.01.2020
Лошади – ни при чем
Заметьте, про мощность мотора, которую принято измерять в лошадиных силах, я пока не написал ни слова.
Хотя максимальная мощность считается основной характеристикой мотора и часто с удовольствием обсуждается автолюбителями, она имеет мало отношения к безопасности управления автомобилем и напрямую «отвечает» за максимальную скорость машины. Но часто ли нам в жизни приходится ездить на максималке?
На динамику разгона влияет много разных факторов, в частности, номер включенной передачи в коробке, и об этом мы еще поговорим. А если обсуждать характеристики именно двигателя, то вкратце все выглядит так: для максимальной скорости нужна мощность, для ускорения – крутящий момент.
Двс или двигатель внутреннего сгорания. принцип работы 4-х тактного двигателя
ДВС или двигатель внутреннего сгорания преобразует энергию сгорания топлива в движение и имеет большой КПД (коэффициент полезного действия).
4 тактный двигатель так называется, потому что один цикл работы двигателя происходит в 4 такта и дальше все по новой.
Действие происходит в цилиндре, где находится поршень, который двигается вверх и вниз. Над цилиндром находится камера сгорания и отверстия клапанов впрыска и выхлопа. Там же находится свеча зажигания. Поршень двигается на шатуне, который вращается на коленвале вокруг его оси со смещением.
Шаг 1 — впрыск
Камера сгорания открыта и в нее попадают пары бензина и воздуха. Должно быть достаточно кислорода, иначе взрыв не возможен.
Шаг 2 — сжатие
Впускной клапан закрывается и поршень начинает двигаться вверх, сжимая смесь в цилиндре. Давление смеси растет, увеличивается скорость молекул и температура. Приближается взрыв.
Шаг 3 — взрыв
Как только поршень достигает своего верхнего положения, свеча дает искру мощностью в 40 000 Вольт. Температура газа резго возрастает. Выделяется большая порция тепла и увеличивается давление, которое начинает толкать поршень вниз, совершая полезное действие и приводя автомобиль в движение.
Шаг 4 — выхлоп
Выходной клапан открыт и поршень начинает двигаться вверх, выталкивая остатки сгоревшего газа из двигателя.
Потом все с начала. Так работают 4 такта одноцилиндрового двигателя.
Клапана приводит в движения специальный распределительный вал, который настроен специальным образом, чтобы клапана открывались и закрывались в нужный момент.
Двигатель может состоять из 1, 2, 4, 8 — ми цилиндров и даже больше. В таких двигателях происходит тоже самое и все синхронно. Чем больше цилиндров — тем больше мощность двигателя.
Было интересно? Ставь палец! Впереди еще много интересного.
Источник
Для чего нужен тахометр?
В любой «уважающей себя» машине есть такой прибор как тахометр. Для многих опытных водителей очевидно, о чём я сейчас напишу, но часто встречаются люди, которые вообще никогда не задумывались ни о наличии тахометра, ни о его предназначении.
Он обычно располагается рядом со спидометром и показывает, простите за выражение, частоту вращения коленчатого вала двигателя Или на жаргоне это проще называют «обороты двигателя». Чем сильнее водитель нажимает на педаль газа, тем больше топлива поступает в мотор и тем больше его обороты.
Соответственно, при разгоне стрелка тахометра движется вверх по шкале, при замедлении – вниз.
Как все это связано между собой? И какое отношение это имеет к безопасному вождению?
Тахометр и крутящий момент
Теперь самое интересное. Посмотрите на технические характеристики любого автомобиля, и вы увидите: в них указаны не просто мощность и крутящий момент, а максимальная мощность и максимальный крутящий момент. Стало быть, бывают еще и не максимальная мощность и не максимальный крутящий момент…
Эти вопросы мы подробно разбираем на эксклюзивном курсе нашей школы «курс MBA для водителя: Мастерство Вождения Автомобиля», где я часто задаю студентам вопрос: «Предположим, мощность вашего авто – 200 л.с.
Всегда ли вы имеете под капотом эти 200 лошадей?» В ответ я обычно слышу либо «не знаю», либо «всегда». Причем ответ «всегда» аргументируется так: «Ну ведь в паспорте написано, что мощность равна 200 л. с.
, значит, она у меня есть всегда».
Ответ неверный. Обратимся к техническим характеристикам, например, Honda Accord VII 2.4. Вот что там написано:
- максимальная мощность: 190 л.с. при 6800 об/мин
- максимальный крутящий момент: 220 Н*м при 4500 об/мин
Мотор развивает максимальные мощность и момент не всегда, а только когда стрелка тахометра показывает определенные значения, в случае с Honda Accord, 6800 об/мин! И максимальный крутящий момент – при показании стрелкой 4500 об/мин.
Отсюда первый вывод: максимальная мощность и максимальный крутящий момент зависят от оборотов двигателя.
Опасность высоких оборотов — миф
И отсюда же второй вывод. Многие из моих учеников и просто знакомых рассказывают, что инструкторы в автошколах очень не любят, когда мотор ревёт, и, ругаясь, заставляют переключаться на повышенную передачу. Якобы, движение на высоких оборотах вредно и разрушительно для мотора, снижается его ресурс и т.п. Друзья мои, это миф!
Сами посудите, производитель заложил в характеристики мотора возможность и, порой, необходимость движения на средних и высоких оборотах вплоть до того, когда стрелка тахометра «ложится» на красную зону.
И без этого невозможно достичь ни максимального крутящего момента, ни максимальной мощности.
Как думаете, у кого больший авторитет в этом вопросе: у инструктора из местной автошколы или у мирового производителя автомобилей?
Максимальное ускорение – на высоких оборотах
Идем дальше и посмотрим на график – так называемую внешнюю скоростную характеристику – для той же Honda Accord VII 2.4:
Как видно из графика, максимальная мощность «находится» в конце шкалы тахометра, возле его красной зоны – 6800 об/мин. Выходит, наши 190 лошадей машина выдает только в те самые «ужасные» моменты, когда мотор ревет, а тахометр зашкаливает В остальные 99% времени езды вы используете лишь какую-то часть его мощности.
Что лучше при удалении катализатора – обманка или прошивка?
Что касается крутящего момента, то он имеет форму горба, и его зона максимума находится в районе 3000-5000 об/мин.
Какой в этом практический смысл? При показаниях тахометра ниже 3000 об/мин движок тянет не ахти как, а в районе 2000 и ниже – не тянет вообще и очень страдает, если в эти, по-настоящему для него ужасные, моменты водитель от него что-то требует.
И самое интересное, это актуально для большинства бензиновых моторов – ниже 3000 двигатель тянет плохо! У зоны ниже 3000 есть и свой плюс: низкий расход топлива.
Два режима работы двигателя
И тогда мы можем условно разделить тахометр на 2 зоны:
Экономичная зона: 2000-3500 об/мин. На рисунке отмечена зеленым. В этой зоне мотор потребляет мало топлива и плохо ускоряется.
Скоростная зона: 3500 об/мин и выше. На рисунке отмечена желтым. В этой зоне мотор необычно прожорлив, но ускорение выдает что надо – максимальное.
Обратите внимание на еще одну зону – красную: туда стрелке тахометра лучше вообще никогда не попадать, поскольку это будет уже разрушительно для двигателя. Но не стоит волноваться: в современных машинах на заводе устанавливают ограничитель оборотов, который не позволяет стрелке зайти в красную зону.
Все приведенные показания тахометра в целом актуальны для атмосферных бензиновых моторов. У турбированных моторов максимум момента начинается при более низких оборотах: 2000-2500 об/мин. А у дизелей вся картинка мощности и момента смещена влево, в зону более низких оборотов. То есть у дизелей все выглядит точно так же, только минус 1000 об/мин.
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 оборотычуть 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.
Безопасное вождение, крутящий момент и тахометр
И теперь переходим к самой сути вопроса. Как связана безопасность вождения с крутящим моментом и, тем более, с тахометром? Очень просто. Безопасность вождения означает возможность совершить маневр, который позволил бы избежать ДТП. А маневров может быть три:
1. Изменение направления движения (действия рулем);
2. Торможение:
- торможение рабочим тормозом (нажатие на педаль тормоза)
- торможение двигателем (отпускание педали газа)
3. Ускорение (нажатие на педаль газа)
Руль и тормоз: всегда готовы!
Если сцепление шин с дорогой хорошее, изменить направление движения мы можем всегда, поскольку руль по умолчанию находится в «боевом» состоянии. Повернули руль – повернул и автомобиль. Аналогичная ситуация с торможением: педаль тормоза всегда готова к работе. Нажали – затормозили.
Педаль газа часто дремлет
А с педалью газа дело обстоит куда сложнее. Автомобиль не всегда хорошо реагирует на действия педалью газа, а только в зоне максимального крутящего момента, то есть в зоне средних и высоких показаний тахометра. Совершить маневр ускорения или торможения двигателем мы можем, только в тот удачный и счастливый момент, когда стрелка тахометра показывает не ниже 3000 об/мин.
Получается, руль и педаль тормоза в машине готовы к маневру всегда, а педаль газа – не всегда, а только при показаниях тахометра не ниже 3000 об/мин.
И если дорожная ситуация возможно (возможно! Мы ведь не можем заранее знать исход событий на 100%, а можем только прогнозировать) потребует от вас активных действий педалью газа, вам следует заблаговременно повысить обороты двигателя до 3500 об/мин или выше.
Безопасность вождения — максимальный крутящий момент
Уверен, теперь вам понятна связь между тахометром, крутящим моментом двигателя и безопасностью вождения
Итак, чтобы сохранить безопасность вождения и быть готовым к маневру, нужно повысить обороты двигателя до «желтой», скоростной зоны тахометра. Как это сделать? Очень просто – включить пониженную передачу.
Если у вас механическая коробка передач, то, без вариантов, делаете это сами. Если же у вас «автомат», идеально, если вы тоже переключите передачу заранее сами, с помощью режима ручного переключения.
Зачем в ручном режиме? Об этом читайте в статье «Безопасное вождение: минусы автомата».
Опасность езды на высоких оборотах
Общеизвестно, что высокие обороты, в особенности около красной зоны тахометра будут крайне опасными для двигателя. В подобном случае отмечается износ силового агрегата, моторное масло плохо смазывает подвижные элементы, появляется износ мотора и его перегрев, при этом смазка быстро теряет свои свойства, что еще больше усугубляет состояние двигателя.
При этом нужно помнить, что несколько раз в месяц всё же полезно раскручивать двигатель до таких высоких оборотов и давать ему, что называется жару. То есть, на трассе прохватывать на высокой скорости 5-10 километров, что позволит убрать весь нагар и закоксовку внутри двигателя. Нужно лишь обязательно помнить о безопасности во время таких профилактических поездок на высоких оборотах.
Забитые форсунки
Если форсунки загрязнены или забиты, то это непременно увеличивает обороты двигателя. Главная причина неисправности – использование низкокачественного топлива. И если поломка заключается действительно в этом, то стоит провести очистку форсунок.
Это, пожалуй, самые наиболее частые причины, которые могут спровоцировать повышение оборотов мотора при работе на холостом ходу. О других можно узнать вот в этой статье . Надеюсь данная информация поможет решить проблему с холостыми оборотами вашего автомобиля.
Источник
Загрузка...
