Мне сложно понять, как положение дроссельной заслонки влияет на постоянство оборотов двигателя при переключении передач. Почему автомобили ведут себя именно так?

Я думаю, что здесь упускается из виду важный момент: как только трансмиссия блокируется (сцепление выжато в механической коробке передач или скорость превышает несколько миль в час в автоматической), скорость вращения колёс напрямую и всегда пропорционально зависит от частоты вращения двигателя. Коэффициент пропорциональности — это передаточное число. Двигатель и колёса представляют собой единый блок и всегда вращаются вместе.

Таким образом, нажатие на педаль газа на высокой скорости не может изменить только число оборотов двигателя, оно должно изменить как скорость вращения колёс, так и частоту вращения двигателя. Открытие дроссельной заслонки означает, что вы получаете больше мощности на один оборот, потому что в каждый такт в цилиндры поступает больше воздуха и топлива, но это не меняет число оборотов, по крайней мере на первых порах (если только вы не переключаете передачи). Число оборотов не может измениться, пока не начнут ускоряться колёса.

На полной остановке всё немного иначе: колёса и двигатель не заблокированы, поэтому сцепление или гидротрансформатор позволяют двигателю вращаться быстрее, чем позволяют колёса при данном передаточном числе. Это позволяет автомобилю плавно перейти от остановки к стабильному передаточному числу между колёсами и двигателем, при котором они могут быть заблокированы (блокировка — наиболее эффективное состояние, так как проскальзывающие сцепления и гидротрансформаторы теряют мощность в виде тепла)

У меня недостаточно репутации, чтобы оставлять комментарии, но я хочу добавить ещё один момент к ответу MTA:

На практике положение педали не всегда точно соответствует мощности или крутящему моменту, поэтому при отсутствии нагрузки (например, при движении на нейтральной передаче) положение дроссельной заслонки хорошо коррелирует с частотой вращения.

Причина этого в традиционном двигателе с механическим дросселем заключается в том, что для всасывания воздуха через частично открытую дроссельную заслонку требуется мощность, и эта мощность резко возрастает с увеличением расхода воздуха, а значит, и с увеличением числа оборотов.
При нажатии на педаль газа в ненагруженном двигателе вырабатывается больше мощности, и число оборотов увеличивается до тех пор, пока потребляемая мощность не уравновесит её.

Когда частота вращения в основном ограничена нагрузкой на двигатель, например при движении на высокой передаче на большой скорости, потери на перекачку становятся менее значительными, и положение педали начинает точно соответствовать мощности или крутящему моменту.

Современные автомобили с электронными дросселями или дизельные двигатели практически любого типа не обязаны вести себя подобным образом, но в большинстве случаев они ведут себя именно так, как привыкли водители, и обеспечивают хороший баланс управляемости на низких и высоких скоростях.

Это также одна из причин, по которой езда на более высокой передаче, как правило, более экономична. При одинаковой мощности использование большего количества газа при более низких оборотах двигателя позволяет тратить меньше энергии на прокачку воздуха через дроссельную заслонку.

Для любого заданного положения дроссельной заслонки мы можем определить как минимум три различных значения частоты вращения:

1. обороты, при которых двигатель наиболее эффективен


2. обороты, при которых двигатель выдаёт наибольшую мощность


3. обороты, при которых двигатель наиболее чувствителен к небольшим изменениям положения дроссельной заслонки

Обычно (1) намного меньше, чем (2) и (3). При нажатии на педаль все эти значения увеличиваются.

По умолчанию автоматическая коробка передач поддерживает обороты двигателя на уровне чуть выше (1).

Почему не ровно в (1)?

В любом случае вы не сможете точно настроить (1) обороты в минуту из-за ограниченного количества доступных передаточных чисел, к тому же коробка передач не одинаково эффективна на разных передаточных числах. На (1) передаче автомобиль будет двигаться вяло, и управлять им будет неприятно.

Когда вы переключаетесь в «спортивный» режим, заданное значение коробки передач либо становится немного ниже (2), либо переключение полностью зависит от водителя, если он не выжимает из двигателя максимум.

Короче говоря, ваше ощущение от конкретного положения дроссельной заслонки, соответствующего 2500 об/мин, заложено в конструкции коробки передач.

Во многих современных автомобилях нет прямой связи между педалью и дроссельной заслонкой (а в некоторых нет даже дроссельной заслонки), но схемы управления устроены так, чтобы имитировать такое же поведение для упрощения вождения.

Вы можете взглянуть на вопрос с другой стороны:
при заданной потребности в мощности (определённой скорости на определённом уклоне и ускорении) числа (1) и (3) тоже существуют. Числа (2) не существует (теперь у нас есть заданная мощность). Коробка передач обеспечивает комфорт и вам, и двигателю, стараясь поддерживать обороты чуть выше (1) (настройка по умолчанию) или чуть ближе к (3) (спортивная настройка).

p.s. автоматические коробки передач меня раздражают. Они никогда не делают того, что я хочу.

Мне понравился ответ MTA, но я чувствую необходимость добавить следующее:

Вы замечаете, что в спортивном режиме двигатель работает на более высоких оборотах между переключениями передач, потому что целью было более быстрое ускорение. Этого можно добиться, если дать двигателю возможность работать на максимальных или близких к максимальным оборотах по мощности и крутящему моменту. (Эти два показателя никогда не совпадают, но находятся выше обычных точек переключения.)

Опять же, это для «спортивного» вождения. Хотя может быть весело обгонять другую машину на светофорах, такой стиль вождения ужасно сказывается на расходе топлива. Вот почему есть кнопка, переключатель или способ переключения с помощью механизма, позволяющий включать и выключать более высокие передачи.

Производители автомобилей обнаружили, что можно уменьшить объём двигателя, но при этом увеличить его мощность и крутящий момент и использовать это для того, чтобы автомобиль двигался с большим количеством передач в трансмиссии и с помощью нового компьютеризированного управления переключением передач И добавить опцию, которая позволяет водителю выбирать способ переключения передач: спортивный или экономичный. Многие новые автомобили даже начинают движение на второй передаче в экономичном или стандартном режиме. (Вы можете даже не знать, что у вас включена пониженная передача.)

Это также позволяет производителям получать данные о пробеге, которые устраивают Агентство по охране окружающей среды, но при этом дают некоторым водителям ощущение, что они управляют спортивным автомобилем. Всё дело в выборе.

Инженеры рассчитали крутящий момент и оптимальные точки переключения передач, а также предоставили вам возможность управлять ими с помощью подрулевых переключателей. Остальное делают компьютеры. Этот компьютер изменяет точки переключения передач и карту двигателя, которая включает в себя большое количество входных данных и связанных с ними корректировок, выполняемых за миллисекунды. Ваша нога должна адаптироваться, иначе вы запутаетесь.

Я с нетерпением жду отдельного ответа от Полстера, поскольку он гораздо лучше меня разбирается в устройстве двигателей. Тем не менее я могу предложить другой, более полезный подход к пониманию глубины дроссельной заслонки / силы нажатия на педаль акселератора / реакции педали газа.

Короче говоря . . .

Глубина дроссельной заслонки x => приводит к 2500 об/мин

... это просто неправда, и для большинства транспортных средств это никогда не было правдой.

Но сначала я расскажу вам о машине, которая у меня была и для которой это было правдой. Это был дизельный пикап Dodge Cummins 1989 года выпуска, в котором педаль «газа» на самом деле регулировала обороты. Это достигалось за счёт механической связи с регулятором оборотов двигателя внутри топливного насоса высокого давления. Это совершенно по-другому ощущалось при управлении автомобилем: казалось, что педаль «газа» не управляет напрямую двигателем мощностью, а вместо этого устанавливает воображаемый круиз-контроль на определённое число оборотов, и пока вы едете на одной передаче, двигатель вырабатывает столько мощности, сколько необходимо для поддержания этих оборотов и скорости.

Это также означало, что вы могли просто ради забавы установить педаль так, чтобы двигатель работал на определённой частоте вращения на нейтральной передаче, скажем, на 2000 оборотах в минуту, а затем переключать передачи с первой на пятую, вообще не меняя положение педали, и варьировать скорость движения от быстрой рыси до превышения скорости, и всё это при 2000 оборотах в минуту. Педаль «газа» регулировала только частоту вращения двигателя, а не его мощность. При такой манере вождения на любой передаче, когда педаль газа нажата до упора, а грузовик движется с постоянной скоростью, кратковременное выжимание сцепления НЕ приводит к увеличению оборотов двигателя; они остаются на уровне 2000 об/мин.

Так не работают ни обычные автомобили, ни более поздние модели этого грузовика. В вашем автомобиле, если вы едете по шоссе с постоянной скоростью, удерживаете педаль газа в одном положении и переключаетесь на нейтральную передачу, двигатель будет работать на пределе!

Так как же вам совместить мысленную карту положения ноги с оборотами двигателя? Просто выбросьте её! Вам нужно думать о глубине нажатия на педаль газа как о регулировке мощности двигателя, а не оборотов. На самой низкой передаче достаточно слегка нажать на педаль, чтобы удвоить обороты двигателя и увеличить скорость с 5 до 10. На самой высокой передаче, если вы хотите удвоить обороты и увеличить скорость с 45 до 90, вам придётся вдавить педаль в пол.

Положение дроссельной заслонки просто не связано с частотой вращения двигателя. Оно связано с мощностью двигателя.

Допустим, вы хотите поддерживать постоянную скорость и обороты двигателя на шоссе и подъезжаете к подъёму. Вы инстинктивно понимаете, что нужно сильнее нажать на педаль газа, верно? Это нужно для увеличения мощности при тех же оборотах.

В следующий раз, когда будете садиться за руль, вспомните об этой модели и подумайте, не будет ли более логичным сопоставление глубины нажатия на педаль газа с мощностью двигателя. Я буду рад услышать ваше мнение в комментариях после того, как вы попробуете это сделать.