Регистрация Войти
Вопрос

ПОЧЕМУ глохнет двигатель? (механическая коробка передач)

Прежде чем вы ответите на мой вопрос, на который уже миллион раз отвечали, я хочу кое-что прояснить. Я понимаю, что двигателю нужно набрать определённое количество оборотов, и когда вы пытаетесь выжать сцепление сразу после полной остановки, двигателю не хватает мощности, чтобы сдвинуть автомобиль с места на таких оборотах, и тогда двигатель глохнет. Мой вопрос: ПОЧЕМУ двигателю нужно набрать минимальное количество оборотов? Чтобы было понятнее, я хочу обсудить два конкретных сценария:



1.) Допустим, вы переходите с полной остановки на 1-ю. Вы включаете сцепление слишком быстро; двигатель пытается сдвинуть автомобиль с места, заставляя обороты упасть слишком низко, что приводит к остановке автомобиля. Почему двигатели нельзя проектировать так, чтобы низкие обороты не приравнивались к заглохшему двигателю? Это потому, что двигатель перегревается, и это служит мерой защиты?



2.) Допустим, вы едете со скоростью 70 миль в час, а затем сбавляете скорость до 20 миль в час, все еще находясь на 5-й передаче. В этой ситуации (я никогда этого не делал, но я только предполагаю) двигатель, скорее всего, заглохнет, потому что двигатель хочет разогнаться до определенных оборотов, но на 5-й передаче двигатель должен работать медленнее, чем его минимальные обороты, а мощности двигателя недостаточно для ускорения автомобиля. Правильно ли это?



Спасибо вам за помощь, ребята! Я только учусь водить с помощью джойстика и хочу понять, как всё устроено под капотом :)
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/12752/why-does-an-engine-stall-manual-transmission
1
+ Читать

10 Комментариев

  1. При попытке снизить обороты двигателя внутреннего сгорания возникает ряд проблем.



    В четырёхтактном двигателе внутреннего сгорания цилиндр совершает четыре такта.



    Соси-выжимай-бей-дуй



    Цилиндр создаёт крутящий момент только во время такта «Впрыск». Во время других тактов, особенно такта сжатия и переходов между тактами, цилиндр потребляет крутящий момент. Если у нас четыре или меньше цилиндров, нам приходится полагаться на инерцию, чтобы двигатель продолжал вращаться. При определённой скорости это не сработает, и двигатель остановится.



    Если у нас больше четырёх цилиндров, мы избегаем этой проблемы. По крайней мере один цилиндр всегда находится в такте «Визг», но у нас есть другая проблема.



    Чтобы двигатель в целом создавал силу, цилиндры на такте «впрыска» должны создавать больше силы, чем потребляют цилиндры на такте сжатия. Большая часть этой силы создаётся за счёт теплового расширения газов, но тепловое расширение — это временный процесс. Когда газы в цилиндрах на такте «впрыска» остывают, они уже не могут создавать достаточную силу, чтобы преодолеть силу, создаваемую цилиндрами на такте «сжатия», и трение в двигателе.



    Паровые двигатели — это совсем другое дело. Сгорание топлива и образование пара — это непрерывные процессы, не зависящие от скорости вращения. Поэтому, если в двигателе достаточно цилиндров, он может создавать крутящий момент при нулевой скорости в любом положении.

  1. Двигатель оптимизирован для эффективной работы на высоких или низких оборотах (в зависимости от конструкции гоночного двигателя или бетономешалки), но он не может быть эффективным на всех возможных скоростях, поэтому водитель должен выбирать оптимальную передачу и скорость, соответствующие возможностям имеющегося у него двигателя, то есть поддерживать обороты на уровне, соответствующем скорости/крутящему моменту, требуемым для данного типа двигателя.

  1. Суть в том, что приходится чем-то жертвовать. В случае с двигателем это крутящий момент и вращающаяся масса в зависимости от частоты вращения двигателя... читайте дальше.



    Во-первых, для работы двигателя нужна не мощность, а крутящий момент. На заре двигателестроения у каждого двигателя был один цилиндр, и они работали не очень быстро. Чтобы двигатель работал, к нему прикрепляли очень большой маховик. Как только двигатель заработал, он продолжал работать, потому что есть такое небольшое правило физики, которое гласит примерно следующее: «масса, находящаяся в движении, стремится оставаться в движении», и наоборот, «масса, находящаяся в состоянии покоя, стремится оставаться в состоянии покоя». Маховик обеспечивает ту массу, о которой я говорю.



    Изображение взято с сайта mi.eng.cam.ac.uk
    (ПРИМЕЧАНИЕ: это одноцилиндровый паровой двигатель, но принцип работы тот же.)



    Изображение взято с сайта WZOZ 103.1FM
    (Этот одноцилиндровый газовый двигатель имеет два маховика, по одному с каждой стороны.)



    Современные двигатели ничем не отличаются от старых. Им по-прежнему нужна масса, чтобы продолжать работать. Без какого-либо маховика они перестанут работать. В механической коробке передач есть обычный маховик, который и является массой двигателя. В автоматической коробке передач есть гидротрансформатор, который и является массой двигателя. Без него двигатель остановится, потому что не будет достаточной массы, чтобы поддерживать его работу между тактами поршня. Масса маховика обеспечивает крутящий момент, необходимый для поддержания работы двигателя.



    Даже с учётом этого для поддержания работы двигателя на низких оборотах требуется, чтобы он создавал больший крутящий момент. Представьте себе большое океанское судно с дизельным двигателем. Wartsila-Sulzer RTA96-C, предположительно, является самым большим дизельным двигателем в мире. На полной мощности он работает при 127 оборотах в минуту (это примерно в 7 раз меньше, чем у обычного автомобильного двигателя). Как он работает на такой скорости? Две причины: масса и крутящий момент. Общая масса двигателя огромна... они не афишируют напрямую, какова вращающаяся масса (коленчатый вал, маховики и т. д.) двигателя, но если вы посмотрите видео, то поймёте, о чём я говорю. Вторая часть — крутящий момент. Они заявляют, что выходная мощность их 14-цилиндрового двигателя при 127 об/мин составляет 80 080 кВт. Если провести несколько расчётов, то 80 080 кВт преобразуются в 107 389,03 лошадиных силы, что при заданных оборотах составляет 4 441 001,46 футо-фунтов крутящего момента. Ваш стандартный 4-цилиндровый автомобиль выдаёт максимум 150–180 футо-фунтов крутящего момента, и это при гораздо более высоких оборотах, скажем, от 2500 до 6000. (ПРИМЕЧАНИЕ: некоторые 4-цилиндровые двигатели могут выдавать гораздо больше, скажем, около 300 фут-фунтов или даже больше. Я просто использую эти цифры в качестве общего ориентира.) Для поддержания работы двигателя требуется минимальный крутящий момент. Я даже не думаю, что Джей Лено стал бы устанавливать двигатель Wartsila в автомобиль (хотя, готов поспорить, это не мешает ему думать об этом двигателе, лол).



    Маховик может сделать не так уж много. Как только коленчатый вал достигнет порога низких оборотов, двигатель остановится. Когда двигатель опускается ниже этого порога и пытается продолжить работу, внутренние компоненты двигателя подвергаются большой нагрузке. Представьте себе неподвижный объект (поршни и шатуны), на который воздействует непреодолимая сила (взрыв топливно-воздушной смеси). Как только двигатель замедляется, его масса (а также масса автомобиля) достигает точки, в которой она стремится к покою (другой конец закона сохранения импульса). Что-то должно уступить, и обычно это происходит за счёт поршня/штока. Когда вы снижаете скорость автомобиля, не переключая передачу, вы делаете то, что называется пробуксовкой двигателя. Вы почувствуете, как двигатель сильно дёргается, пока не заглохнет. Именно об этом ощущении рывков я говорил, когда сказал, что ваш двигатель начнёт испытывать экстремальную нагрузку. Если так будет продолжаться достаточно долго, двигатель может подвергнуться такой нагрузке, которая приведёт к его катастрофическому отказу. Даже при кратковременной нагрузке могут возникнуть повреждения.



    Итак, суть в том, что двигателю требуется определённый крутящий момент для поддержания работы. По мере замедления работы двигателя потребность в крутящем моменте возрастает. В какой-то момент у небольшого двигателя просто не хватает массы, чтобы создавать крутящий момент, необходимый для поддержания работы.
  1. Некоторые большие паровые двигатели Викторианской эпохи имели большой цилиндр двойного действия, а также небольшой двигатель, который можно было подключить, если большой двигатель останавливался на одном из своих «мёртвых точек». Небольшой двигатель был сильно заторможен, поэтому он не мог быстро привести в движение большой двигатель, но мог сдвинуть его с места, чтобы его можно было запустить.
  1. Поршень одностороннего действия, воздействующий на кривошип, может эффективно прилагать силу на протяжении чуть менее 180 градусов; поршень двустороннего действия, воздействующий на кривошип, может эффективно прилагать силу на протяжении чуть менее 360 градусов. Чтобы начать движение из произвольного неподвижного положения, требуется как минимум три рабочих хода; паровозы обычно оснащались четырьмя цилиндрами (два цилиндра двустороннего действия, расположенные под углом 90 градусов друг к другу).
  1. Одноцилиндровому паровому двигателю прямого действия нужен маховик, чтобы возвращать поршень в исходное положение между тактами, но для этого требуется относительно немного энергии. Одноцилиндровому четырёхтактному бензиновому двигателю требуется гораздо больше энергии, полученной в результате одного рабочего такта, для подготовки к следующему.
  1. @supercat ... Двигатель не будет работать без маховика. Это может помочь вам разобраться.
  1. @supercat — На самом деле большинству паровых двигателей не нужен маховик для сброса между тактами. Причина в том, что они, по сути, являются однотактными двигателями. Цилиндры паровых двигателей могут использовать обе стороны поршня в качестве камеры расширения и, таким образом, выталкивать его в другую сторону цилиндра... это обеспечивает передачу мощности в обоих направлениях. Странно, но это работает довольно хорошо. Я думаю, что гидравлические цилиндры работают примерно так же, только с обеих сторон создаётся гидравлическое давление, необходимое для передачи мощности.
  1. Одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания совершает один рабочий ход на каждые два оборота. Он должен сохранять достаточно энергии, полученной в результате этого рабочего хода, чтобы вытолкнуть отработанное топливо, втянуть новое и сжать его для следующего рабочего хода. Дело не только в том, что двигателю не на чем работать, — ему действительно нужно достаточно энергии, чтобы совершить значительный объём работы в цикле сжатия.
  1. Я не механик, поэтому не могу дать исчерпывающее объяснение, но могу сказать, что обычно двигатель не глохнет на очень низких оборотах на пятой передаче. Я часто так делаю, когда пытаюсь плавно остановиться без торможения двигателем. Я подозреваю, что это как-то связано с тем, что колёса вращаются, заставляя двигатель работать даже на низких оборотах. С другой стороны, если в таком состоянии нажать на газ, то в лучшем случае ничего не произойдёт, а в худшем — раздастся неприятный шум.
Вы уже ответили на этот вопрос