На какой минимальной скорости (не нулевой) может работать двигатель автомобиля без вреда для него и с экономией топлива

У моего сына 328i x-drive 2014 года выпуска сам по себе глохнет и перезапускается, когда он убирает ногу с тормоза. У меня 328D (турбодизель) x-drive 2016 года выпуска делает то же самое. Оба автомобиля с 2-литровым двигателем и турбонаддувом. Я проезжаю через светофор, который горит красным в течение 90 секунд в мою сторону. Я рад, что мой расход топлива не снижается в течение 90 секунд, а иногда и во время второго цикла, пока я стою в ожидании проезда. В холодное время года и летом, когда работает кондиционер, он перезапускается всего через 60 секунд.

Я бы предпочёл, чтобы двигатель просто остановился, а не пытался работать на очень низких оборотах. У меня небольшой самолёт с двигателем объёмом 360 кубических дюймов (думаю, это примерно 5,9 л), и после приземления с убранным газом и медленным качением он работает на холостом ходу около 500 оборотов в минуту, но возникает вопрос, остановится ли он. Думаю, большой 86-дюймовый пропеллер спереди может помочь сгладить ситуацию. На 700–800 оборотах в минуту звук действительно намного лучше.

У меня такое же чувство, как у @dmitry-grigoryev,

Это не экономит топливо при каждой остановке, но в среднем экономия есть. Обычные светофоры работают циклами по 30–60 секунд, так что в среднем вы останавливаетесь на половину этого времени, то есть на 15–30 секунд. Бывают случаи, когда нет смысла глушить двигатель, например в медленно движущейся пробке или когда вам нужен кондиционер, а компрессор кондиционера приводится в действие только двигателем. Вот почему у вас есть кнопка для отключения функции «Стоп/Старт».

Вот почему я проверяю, будет ли автомобиль стоять на светофоре долго или меньше 10 секунд. Если меньше 10 секунд, я отключаю функцию «Стоп/Старт». Если больше 10 секунд, я останавливаю двигатель автомобиля. Кнопка, которую устанавливает производитель автомобиля, находится сбоку. Если кнопка «Стоп/Старт» расположена на руле, это будет лучше.

Но Question прав в том, что привлекает внимание к альтернативным способам экономии топлива без ущерба для аккумулятора автомобиля или двигателя в целом при частых остановках и запусках двигателя.

Есть несколько моментов, которые стоит изучить (я понимаю, что в будущем могут появиться гибридные/электрические автомобили), но

1. Спроектируйте двигатель таким образом, чтобы он останавливался непосредственно перед запуском цилиндра. Когда двигатель снова запускается, ЭБУ приводит в действие этот поршень, чтобы помочь стартеру запустить двигатель, тем самым снижая износ системы запуска.


2. Делаем несколько цилиндров


3. поддерживайте давление масла на достаточно высоком уровне, чтобы подшипники не касались дна, с помощью системы изменения фаз газораспределения на впуске и выпуске или масляного насоса с электроприводом


4. Когда автомобиль останавливается на светофоре, холодному двигателю нужно работать на более высоких оборотах холостого хода, потому что масло более вязкое, поэтому сначала двигатель будет горячим. Убавьте обороты на 10–15 %, а затем, через 30 секунд, увеличьте их (возможно, двигатель остыл).

Нефтяная проблема

Вы можете использовать любую частоту вращения двигателя при условии, что давление масла не падает.

Из-за невозможности установки роликового подшипника на коленчатый вал подшипники двигателя представляют собой «подшипники скольжения» с полированной сталью, плавающей над баббитом (мягким металлом). Под давлением масла подшипники «плавают», поэтому динамические силы, возникающие при движении поршней, передаются через масло, а не через контакт твёрдой стали с баббитом. Баббит нужен только для холодного запуска и очень редких непреднамеренных остановок. Частые удары о дно приведут к поломке подшипников (звук будет немного похож на дизелинг).

Поэтому необходимо поддерживать достаточно высокое давление масла, чтобы подшипники не всплывали.

Сверхмедленный холостой ход не работает на обычных серийных двигателях, потому что в них установлен простой масляный насос с постоянным рабочим объёмом, расход которого примерно пропорционален частоте вращения. Это означает, что чем ниже частота вращения, тем меньше давление масла, необходимое для «плавания» подшипников. На очень низких оборотах расход масла недостаточен для поддержания давления, и подшипники могут выйти из строя, особенно при полном открытии дроссельной заслонки.

Итак, чтобы двигатель работал на холостом ходу при 100 оборотах в минуту, вам нужно решить проблему с маслом. В больших музейных двигателях есть электрический вспомогательный масляный насос, предназначенный для предварительного заполнения маслопроводов (которые были повреждены и теперь пусты), чтобы при запуске двигателя сразу создавалось давление. Но этого недостаточно для создания давления — для этого нужен гораздо более мощный насос. Но он должен работать только на пониженных оборотах.

С этим насосом будут проблемы. На слишком низких оборотах он становится источником потерь энергии, потому что вы тратите больше энергии на работу насоса, чем даёт вам двигатель. А это противоречит цели использования двигателя.

Проблема с импульсом мощности

Допустим, вы решили проблему с маслом. Опыт показывает, что обороты двигателя должны составлять 500–900 об/мин, чтобы импульсы мощности были достаточно усреднёнными и не раздражали клиентов. Кроме того, не стоит попадать в резонанс с двигателем, опорами, подвеской или дорожным покрытием (или датчиками подушек безопасности, ха!), иначе они выйдут из строя.

Другие подробно рассказывают об этом. Я не буду вдаваться в подробности. Потому что я предполагаю, что ваш двигатель будет напрямую соединён с большим электродвигателем/генератором и вы сможете использовать управление вектором потока для активного гашения этих импульсов мощности: во время импульсов мощности двигатель работает как генератор, а в остальное время — как мотор, поэтому частота вращения двигателя остаётся постоянной. Вам нужно будет это сделать, иначе ничего не получится.

С физической точки зрения снижение оборотов двигателя означает, что вам нужно запастись энергией, необходимой для поддержания работы двигателя (и преодоления трения) при меньшей угловой скорости. А кинетическая энергия пропорциональна скорости в квадрате.

Если вы хотите снизить частоту вращения с 600 до 100 оборотов в минуту, вам нужно (помимо прочего) сделать маховик в 36 раз тяжелее. Конечно, это небольшое преувеличение, поскольку с увеличением скорости уменьшается и трение, но полезная работа, которую должен выполнять маховик (сжатие, управление клапанами и т. д.), меняется незначительно.

Кстати, если не до конца выжать сцепление, это помогает перезапустить двигатель, но одного цилиндра недостаточно, чтобы разогнать двигатель с 0 до 600 оборотов в минуту. Такой трюк облегчает работу стартера, но стартер всё равно нужен.

Несколько мыслей о системе «старт-стоп»: она не экономит топливо при каждой остановке, но в среднем позволяет экономить. Обычные светофоры работают циклами по 30–60 секунд, так что в среднем вы останавливаетесь на половину этого времени, то есть на 15–30 секунд. Бывают случаи, когда нет смысла глушить двигатель, например при движении в пробке или когда вам нужен кондиционер, а компрессор кондиционера приводится в действие только двигателем. Вот почему у вас есть кнопка для отключения функции «Стоп/Старт».

Автомобильные компании уделяют особое внимание системе «старт-стоп» просто потому, что

1. Существует минимальное число оборотов, при котором двигатель может работать. Его можно увеличить с помощью системы изменения фаз газораспределения на впуске и выпуске, но у этого метода есть ограничения.


2. Если двигатель работает, он всегда потребляет некоторое количество топлива.

Кроме того, некоторые компании идут дальше, чем просто система «старт-стоп». Они останавливают двигатель при движении накатом в режиме мягкого гибрида, обычно используя 48-вольтовую систему.

Некоторые компании идут ещё дальше и выпускают полноценные гибриды, которые могут отключать двигатель на высоких скоростях (до 80 км/ч или около того), когда нагрузка невелика, и полностью обеспечивать потребность в энергии за счёт аккумулятора.

Лучшие гибридные автомобили оснащены отдельным электрическим насосом охлаждающей жидкости для обогрева салона при выключенном двигателе и электрическим компрессором кондиционера для охлаждения салона при выключенном двигателе.

Я бы сказал, что будущее явно за гибридами и электромобилями. Вашей идее о низких оборотах нет места в этом будущем. Кроме того, при очень низких оборотах масляный насос может работать недостаточно эффективно, поскольку он рассчитан на работу при нормальных оборотах холостого хода.

Вы правы в том, что хотите использовать меньше бензина, и именно для этого была создана функция «старт-стоп». Основная цель (по крайней мере, здесь, в США) — свести к нулю расход топлива и выбросы при выключенном двигателе. Это позволяет снизить общий расход топлива и соответствовать требованиям Агентства по охране окружающей среды, которые компании должны соблюдать. Учитывая требования правительства, при нулевом числе оборотов в минуту выбросы будут нулевыми, а расход топлива — меньше, чем при 100 оборотах в минуту... все сходится.

Что касается износа стартера/аккумулятора из-за частых запусков/остановок, которого в противном случае не было бы, то вы правы. Производитель может сделать две вещи, которые, на мой взгляд, помогут смягчить эту проблему (делают ли они это на самом деле — другой вопрос):

1. Они могут спроектировать более надёжную систему запуска/зарядки аккумулятора в автомобиле.


2. Они могут (и делают это) сконструировать двигатель таким образом, чтобы он останавливался непосредственно перед запуском цилиндра. Когда двигатель снова запускается, этот цилиндр помогает стартеру запустить двигатель, тем самым снижая износ системы запуска.

Солар Майк прав насчёт двигателей V8 по сравнению с 3-цилиндровыми двигателями и относительной скорости, необходимой для их работы. Это в меньшей степени зависит от размера (объёма или количества цилиндров) двигателя, а в большей — от физики. Двигатель должен иметь достаточную вращающуюся массу, чтобы продолжать движение (старая добрая масса в движении стремится оставаться в движении). Чем больше вращающаяся масса, тем легче поддерживать движение. Если массы нет, то для поддержания движения ей нужно вращаться быстрее. Второстепенное значение имеет количество цилиндров и то, сколько цилиндров срабатывают за один оборот кривошипа. В двигателе V8 за один оборот (каждые 90° поворота кривошипа) срабатывают четыре цилиндра, а в трёхцилиндровом двигателе за 240° поворота кривошипа срабатывает только один цилиндр (при условии, что оба двигателя четырёхтактные). Я обращаю на это внимание, потому что более крупные двигатели, например те, что используются на больших грузовых судах, работают на полной скорости ~120 об/мин. На холостом ходу обороты будут намного ниже. Дело в том, что вращающаяся масса двигателя позволяет ему работать на гораздо более низких оборотах. Однако двигатель Wartsila не поместится в автомобиль.

Для плавной работы на холостом ходу двигателю требуется минимальное число оборотов в минуту. Двигатель V8 может работать на холостом ходу при 500–600 оборотах в минуту, а 1-литровому 3-цилиндровому двигателю требуется от 700 до 900 оборотов в минуту...

На самом деле не компании решили внедрить систему «старт-стоп». Если вы проведёте небольшое исследование, то узнаете, что правительства разных стран на протяжении многих лет принимали законы, обязывающие водителей выключать двигатель при остановке на светофоре, чтобы уменьшить количество смога и выхлопных газов. Компании разработали систему «старт-стоп», потому что некоторые водители никогда не утруждали себя этим... должно быть, иногда слишком сложно повернуть ключ...