Зачем нужно переключать передачи в автомобиле?

Шестерни необходимы для того, чтобы поддерживать обороты двигателя на уровне, при котором он вырабатывает необходимое количество энергии в широком диапазоне дорожных скоростей. Как правило, чем быстрее вращается двигатель, тем больше топлива он потребляет и тем больше энергии вырабатывает. Кроме того, двигатели способны вращаться только до максимальной скорости (красной зоны).

Если бы транспортное средство имело только одну передачу:

• Мощность на низких оборотах была бы очень низкой, так как двигатель тоже вращался бы очень медленно.


• Расход топлива и износ на высоких скоростях будут очень высокими, так как двигателю придётся работать с невероятной скоростью.

Передачи рассчитаны на определённый ограниченный диапазон скоростей движения. Первая передача позволяет двигателю выдавать большую мощность на очень низких оборотах. Как только достигается приемлемая скорость движения и двигатель выходит на верхнюю границу рабочего диапазона, включается более высокая передача. Это снижает обороты двигателя до нижней границы рабочего диапазона при той же скорости движения. Процесс повторяется до тех пор, пока автомобиль не достигнет точки, в которой передаточное число обеспечивает максимально возможную скорость движения в сочетании с максимально возможной мощностью двигателя. Обычно устанавливается повышающая передача, которая переключается на более высокую комбинацию мощности и скорости для снижения расхода топлива.

Обычные — неэлектрические — автомобили оснащены двигателями внутреннего сгорания. Эти двигатели должны работать (вращаться), чтобы развивать мощность, и достигают максимальной мощности в относительно узком диапазоне оборотов — примерно от 1500 до 2000 об/мин. Переключая передачи, вы подстраиваете частоту вращения двигателя под ту скорость, с которой хотите двигаться по дороге. Это позволяет поддерживать относительно постоянную «хорошую» частоту вращения двигателя и при этом изменять скорость.

Применительно к техническому обслуживанию и ремонту это означает, что частая эксплуатация за пределами этого диапазона может привести к повреждению двигателя. Если вы будете слишком медленно вращать двигатель, что называется «медленным вращением», давление в цилиндрах может стать достаточно высоким, чтобы привести к поломке. Если вы будете слишком быстро вращать двигатель, «перекручивая» его, вы столкнётесь с другим набором проблем. На высоких оборотах двигатель будет сильнее нагреваться, и начнут возникать такие проблемы, как «залипание клапанов». Поскольку многие детали двигателя вращаются и меняют направление движения, баланс таких деталей, как поршни, шатуны и коленчатый вал, становится критически важным при увеличении оборотов двигателя. Трансмиссия и переключение передач позволяют избежать этих проблем.

Сядьте на горный велосипед и переключайте передачи. То же самое относится к переключению передач в автомобиле и на велосипеде: вы не можете крутить педали быстрее, чем x, и не можете уехать, если передачи слишком экстремальные.

Дело в том, что люди и двигатели лучше всего работают при определённом количестве оборотов в минуту. Если двигатель вращается слишком медленно, он не может выдавать достаточную мощность. Если он вращается слишком быстро, компоненты испытывают чрезмерную нагрузку, перегреваются и быстро выходят из строя. Двигатель болида «Формулы-1» может вращаться до 18 000 оборотов в минуту, но после каждой гонки его нужно разбирать. Большой грузовик развивает скорость всего от 2000 до 3000 оборотов в минуту, и, несмотря на то, что он довольно мощный, он не может ехать очень быстро.