Куда уходит мощность двигателя на холостом ходу?

На холостом ходу мощность двигателя используется для обеспечения его плавной работы без рывков и вибраций, при этом вспомогательные устройства, такие как водяной насос, компрессор кондиционера и насос гидроусилителя руля, продолжают работать и используются по мере необходимости.

Когда вы отпускаете сцепление, двигатель соединяется с трансмиссией, и мощность передаётся на колёса, заставляя их вращаться, несмотря на вес автомобиля. На холостом ходу развиваемой мощности недостаточно для вращения колёс при выбранной передаче, поэтому дополнительная нагрузка снижает обороты двигателя (об/мин), а ускорение при одновременном отпускании сцепления увеличивает обороты двигателя, чтобы привести автомобиль в движение.

Посмотрите на следующую анимацию

Жёлтая часть идёт от двигателя и постоянно вращается.
Синяя часть идёт к колёсам.

Проще говоря, когда вы нажимаете на педаль сцепления, вы разрываете связь между двигателем и колёсами.
Когда вы отпускаете педаль сцепления, вы восстанавливаете связь между двигателем и колёсами, и (если вы находитесь на передаче) автомобиль начинает двигаться.

Что касается второй части, представьте, что вы толкаете пустую тележку для покупок. Это легко, и вы будете толкать её с определённой скоростью (например, с частотой вращения двигателя).

В какой-то момент кто-то бросает в тележку камень (например, выжимает сцепление). В этот момент ваша скорость снижается (например, падают обороты), и чтобы снова двигаться с той же скоростью, вам придётся приложить больше усилий (например, разогнать двигатель).

Надеюсь, это ответ на ваш вопрос

Сходите в мастерскую и сделайте рукоятку для двигателя вашего автомобиля. Прокрутите его. Обратите внимание, что провернуть его довольно сложно даже при 20–30 оборотах в минуту.

Теперь придумайте приспособление, которое позволит вам вручную проворачивать двигатель на его нормальной частоте вращения на холостом ходу (например, 600 об/мин).

Серьёзно, я не жду, что вы будете всё это делать. Если вы когда-нибудь проворачивали двигатель с помощью трещоточного ключа, то знаете, что это требует небольших усилий, а на высоких оборотах — в четыре раза больше усилий. Чтобы провернуть двигатель на 600 оборотах в минуту, требуется много энергии. Вот куда уходит энергия.

Итак, если мы проворачиваем двигатель вхолостую на 600 оборотах в минуту (без топлива), куда девается эта энергия? В тепло. Двигатель нагревается. Если бы мы могли проворачивать его в течение 5–10 минут, он нагрелся бы настолько, что потребовалось бы циркулировать охлаждающей жидкости. Это совершенно не связано с теплотой сгорания, которая добавляется к этому процессу, но большая часть тепла сгорания уходит через выхлопную трубу.

В результате сгорания температура газов в цилиндре повышается. Не вся эта энергия может быть использована для совершения механической работы, часть её расходуется на нагрев самого двигателя, а остальная часть теряется при выпуске нагретых газов из цилиндра.

Двигатель состоит из множества движущихся частей. При любом контакте движущихся частей возникает трение, которое отнимает часть энергии двигателя в виде износа и выделения тепла.

В обычном автомобиле двигатель является источником энергии для всего транспортного средства, поэтому от него питается множество других устройств.

• Генератор отбирает часть энергии для зарядки аккумулятора.


• Питание от аккумулятора используется для питания электроники двигателя, в том числе системы зажигания для топлива, требующего её, электроники управления двигателем и для запуска двигателя.


• Дополнительная мощность используется для питания всей электроники в остальной части автомобиля: радио, подсветки приборной панели, внутреннего и наружного освещения и т. д.


• Двигатель должен охлаждаться, поэтому в большинстве двигателей часть мощности используется для привода механического или электрического водяного насоса, обеспечивающего циркуляцию охлаждающей жидкости. Эта жидкость проходит через радиатор, который лучше всего работает при хорошем обдуве воздухом. Поэтому там, где воздух поступает слабо (например, в стационарном транспортном средстве), используется механический, электрический или гидравлический вентилятор, нагнетающий воздух на радиатор.


• Упомянутое выше трение можно уменьшить, смазав детали. Для этого необходимо обеспечить циркуляцию смазочного масла, часто с помощью механического масляного насоса.


• Если автомобиль оснащён кондиционером, он будет иметь электрический или механический привод.


• Двигатели могут быть оснащены турбонаддувом или нагнетателем для увеличения мощности на высоких оборотах, но на холостом ходу они создают небольшую дополнительную нагрузку.


• Топливо часто находится на некотором расстоянии от двигателя, поэтому его необходимо перекачивать из бака в двигатель.

Что касается снижения оборотов двигателя при включении сцепления:

Многие компоненты, получающие энергию от двигателя, потребляют больше энергии, когда двигатель работает быстрее. Таким образом, существует определённая скорость, при которой мощность, получаемая от двигателя, равна вырабатываемой мощности. Поэтому двигатель работает на холостом ходу с постоянной скоростью, и если вы немного увеличите подачу топлива, он будет работать на холостом ходу немного быстрее. Если вы начнёте выжимать сцепление, вы добавите двигателю нагрузку, так как между дисками сцепления возникнет трение, которое будет передавать часть энергии на ускорение автомобиля или преодоление трения в тормозах и т. д. Двигатель по-прежнему вырабатывает ту же мощность, поэтому он замедляется, если только вы не нажимаете на педаль газа, чтобы увеличить мощность.

Значительная часть энергии, содержащейся в сгораемом топливе, преобразуется в тепло. Это тепло вырабатывается в цилиндрах и передается охлаждающей жидкости двигателя в радиатор. Когда автомобиль движется, воздух проходит через радиатор и отводит тепло.

Когда автомобиль неподвижен и двигатель работает на холостом ходу, потока воздуха часто бывает недостаточно для отвода избыточного тепла, поэтому включается электрический вентилятор, который нагнетает воздух через радиатор. В жаркий день, когда автомобиль работает на холостом ходу, шум вентилятора часто слышен громче, чем звук двигателя.

При работе двигателя на холостом ходу происходит несколько процессов. Вращающиеся части двигателя (поршни, шатуны, коленчатый вал) должны оставаться в движении, и на это уходит значительная часть энергии.

Ещё значительная часть энергии расходуется на вспомогательные устройства (генератор, насос охлаждающей жидкости, компрессор кондиционера, насос гидроусилителя руля). Хотя многие из этих устройств обычно не создают нагрузку на холостом ходу, водяной насос и генератор создают, и их работа на оптимальном уровне крайне важна.

В зависимости от конструкции двигателя существует минимальное число оборотов, при котором двигатель может работать стабильно. При более низких оборотах внутреннее трение в двигателе превышает силу движущихся частей.

Наконец, когда двигатель включается в работу, на него приходится значительная нагрузка. Впервые двигателю приходится преодолевать инерцию трансмиссии и всего автомобиля, поэтому часть мощности уходит на это.

Что касается последней части, подумайте вот о чём. Ваша рука обладает определённой силой, и вы обычно используете её, чтобы поднимать и перемещать предметы. В зависимости от веса, который вы поднимаете, вы рано или поздно устанете. Но если вы просто поднимете руку без какого-либо груза, она всё равно устанет, даже если вы не поднимаете ничего, кроме собственного веса. Но если вы опустите руку, она никогда не устанет.