Оптимальный диапазон оборотов для механической коробки передач

Если вас беспокоит износ двигателя, проблема не в том, на каких оборотах вы его эксплуатируете. Проблема в том, как быстро вы достигли этих оборотов? Быстрое ускорение наносит гораздо больший вред, чем высокие обороты.

как насчёт переключения со второй передачи на третью, когда вам нужно больше ускорения, и доведения оборотов до 4000? разве это не лучше, чем переключение на третью передачу на 2500? я уверен, что переключение на 4000 — это уже перебор, но во время гонки разве не нужно сначала достичь оптимальной скорости вращения, чтобы преодолеть наибольшее расстояние по прямой

Это зависит от того, что вы пытаетесь оптимизировать. Если вам нужно оптимальное ускорение, то чем выше обороты, тем лучше. Большинство современных двигателей выдают максимальную мощность на пределе.

Что касается оптимальной эффективности, то здесь тоже есть два аспекта: максимально эффективное преобразование топлива в механическую энергию и использование наименьшего количества топлива для преодоления расстояния. Двигатель вырабатывает наибольшее количество механической энергии на единицу топлива при умеренных оборотах и умеренно высокой нагрузке. При очень низких оборотах эффективность снижается из-за теплопотерь в цилиндре и падения давления из-за продувки.

Но если вам нужно проехать как можно больше километров на одном баке и при этом продлить срок службы двигателя, то в каждом случае выиграют более низкие обороты (при условии, что двигатель не перегружен, о чём вы узнаете по звуку, похожему на стук отбойного молотка). Возможно, двигатель не будет работать с максимальной эффективностью, но вы не будете тратить бензин на выработку энергии, которая вам не нужна. При постоянной скорости на более высокой передаче обороты будут ниже, а при более низких оборотах двигатель будет расходовать меньше топлива, чем при более высоких, вот и всё.

Что касается буксировки, то это действительно сложно сделать с хорошо спроектированным двигателем, управляемым компьютером. В современном автомобиле компьютер управляет открытием дроссельной заслонки, впрыском топлива и моментом зажигания, поэтому даже если вы нажмёте на педаль газа на 1000 оборотах в минуту, компьютер позаботится о том, чтобы двигатель не перегружался.

Я знал одного парня, у которого была «Хонда» 80-х годов, и он ехал на пятой передаче со скоростью около 48 км/ч, и двигатель у него трясся. Он получал более 50 миль на галлон, и его машина проехала 400 000 км, прежде чем он отдал её дочери. Это было чертовски неудобно, но, судя по всему, никак не влияло на машину.

На самом деле езда на чуть более высоких (ключевое слово) оборотах действительно намного лучше (как с точки зрения топливной экономичности, так и с точки зрения срока службы двигателя. Диапазон оборотов для этих двух показателей может различаться).

Часть 1. Срок службы двигателя:

У каждого двигателя есть минимально резонансные обороты. Это те обороты, при которых двигатель вибрирует меньше всего (представьте, что это противоположность тому моменту, когда весь автомобиль начинает сильно трястись из-за чрезмерной нагрузки). Поскольку при таких оборотах вибрация минимальна, износ двигателя и трение между его компонентами также сведены к минимуму. Это, естественно, означает, что детали работают более плавно и служат дольше. Это также может повысить топливную экономичность, поскольку потери мощности на трение сведены к минимуму.

Часть 2. Оптимальная топливная экономичность:

Этот диапазон оборотов не обязательно должен совпадать с диапазоном, обеспечивающим оптимальный срок службы двигателя. Топливная экономичность лучше всего проявляется, когда вы не перегружаете автомобиль. Это имеет несколько аспектов. В идеале максимальная топливная экономичность достигается при движении на высокой передаче, чуть ниже средней отметки на тахометре (то есть при крейсерской скорости), но если вам нужно ускориться, вы сожжете много топлива, а получите очень мало. Такой стиль вождения лучше всего подходит для шоссе. В черте города лучше всего разогнать двигатель до оптимальной частоты вращения (когда резонанс минимален), а затем переключиться на более низкую передачу, чтобы снизить обороты, при этом не нажимая на педаль слишком резко.

Низкие обороты обеспечивают более высокую эффективность по двум причинам:

1. Динамическое трение пропорционально скорости. (Чем выше скорость, тем больше трение.) Это применимо везде: от коленчатого вала до поршня в цилиндре и коробки передач. Автомобиль может развивать только определённую скорость, потому что после достижения определённого значения вырабатываемая мощность становится меньше той, что необходима для преодоления силы трения.

Вывод: чем ниже скорость, тем выше эффективность.

2. Объёмный КПД. (Чем выше скорость, тем ниже объёмный КПД) На низких оборотах двигателя, когда он совершает такты выпуска и впуска, воздух может легко выходить из цилиндра и заполнять его. По мере увеличения оборотов двигателя сгорающей топливно-воздушной смеси становится всё труднее выходить из цилиндра (на такте выпуска), а свежему воздуху — всё труднее поступать в цилиндр (на такте впуска). Это приводит к потере мощности, поскольку двигателю приходится использовать часть вырабатываемой энергии, чтобы выталкивать воздух всё быстрее и быстрее. На такте впуска воздух движется недостаточно быстро, чтобы заполнить цилиндр за то короткое время, пока открыт впускной клапан.
   (Что ещё хуже, ЭБУ измеряет давление на впуске и ожидает, что в двигатель поступит определённое количество воздуха, и соответствующим образом регулирует впрыск топлива, но когда ожидаемое количество воздуха не поступает в двигатель, топливо, которое в противном случае было бы сожжено, расходуется впустую.)

Вывод: чем ниже скорость, тем выше эффективность.

Теперь вспомните, при каких оборотах возникает наименьший резонанс? Помните, как при приближении к этим оборотам уменьшаются потери на трение? Это примерно середина диапазона оборотов. Следовательно, вы получите максимальную топливную экономичность, когда будете находиться в зоне наименьшего резонанса, но достаточно низко, чтобы воспользоваться преимуществами пунктов 1 и 2.
Для лучшего понимания взгляните на этот график:

Приведённый выше график относится к двигателю на испытательном стенде. Для двигателя в автомобиле самая низкая точка находится немного левее, примерно на 2500 оборотах в минуту (как вы и сказали).

К чёрту объяснения, дайте мне ответ:

Для достижения наилучшей топливной экономичности:

При движении по шоссе держитесь ближе к середине полосы. В городе разгоняйтесь до максимальной скорости, а затем переключайтесь на более высокую передачу, чтобы вернуться к середине полосы.

Для увеличения срока службы двигателя:

Делайте всё возможное, чтобы оставаться на плаву.

Как найти золотую середину:

1. Припаркуйте автомобиль (ручной тормоз включён)

2. Запустите двигатель, включите вторую или третью передачу.

3. Не отпуская педаль сцепления, увеличивайте обороты двигателя примерно на 250 об/мин (если вы очень требовательны, можно делать это с меньшим шагом).

4. При очень точных оборотах двигатель будет работать более плавно, чем обычно.

5. Поздравляем. Вы нашли «золотую середину».

(PS. This is harder than it sounds, but I encourage you to do it!)



(Disclaimer: Sweet-spot is not a universally understood term, 

when searching online or talking to your car buddies, use the term 

"Point of least resonance".)