ПОЧЕМУ глохнет двигатель? (механическая коробка передач)

Прежде чем записать мой вопрос как вопрос, на который уже миллион раз отвечали, я хочу уточнить. Я понимаю, что двигатель должен вращаться с определенной частотой вращения, и когда вы пытаетесь включить сцепление сразу после полной остановки, у двигателя недостаточно мощности для движения транспортного средства на этих оборотах, и затем двигатель глохнет. Мой вопрос: ПОЧЕМУ двигатель должен работать на минимальных оборотах? Чтобы уточнить, есть два конкретных сценария, которые я хочу обсудить:

1.) Скажем, вы идете с полной остановки в 1-й. Вы включаете сцепление слишком быстро; двигатель пытается переместить автомобиль, заставляя обороты опускаться слишком низко, что приводит к остановке автомобиля. Почему двигатели не могут быть спроектированы так, чтобы низкие обороты не равнялись остановленному двигателю? Это потому, что двигатель перегреется, и это служит мерой защиты?

2.) Скажем, вы едете со скоростью 70 миль в час, а затем замедляетесь до 20 миль в час, пока все еще на 5-й передаче В этой ситуации (я никогда не делал этого, но я только догадываюсь), двигатель, скорее всего, заглохнет, потому что двигатель хочет развивать определенную скорость, но на 5-й передаче двигатель должен двигаться медленнее, чем его минимальные обороты, и двигатель не хватает мощности для разгона автомобиля. Это верно?

Спасибо за помощь ребята! Я только учусь управлять флешкой и хочу понять, как все работает под капотом тоже :)

То, что сводится к тому, есть компромиссы. В случае с двигателем, это выходной крутящий момент и масса вращения в зависимости от частоты вращения двигателя ... читайте дальше.

Во-первых, нужна не мощность , а крутящий момент для поддержания работы двигателя. В первые дни двигателей у каждого был один цилиндр, и он не работал очень быстро. Чтобы он работал, к нему был прикреплен очень большой маховик. Как только двигатель работал, он продолжал работать, потому что есть небольшое утверждение физики, которое говорит что-то вроде: «масса в движении имеет тенденцию оставаться в движении» и, наоборот, «масса в покое имеет тенденцию оставаться в покое». Маховик обеспечивает массу, о которой я говорю.

( ПРИМЕЧАНИЕ. Это одноцилиндровый паровой двигатель, но применяется тот же принцип.)

(Этот одноцилиндровый газовый двигатель имеет две массы маховика, по одной с каждой стороны.)

Современные двигатели ничем не отличаются от старых. Они все еще нуждаются в массе, чтобы продолжать бежать. Без какого-либо маховика они перестанут работать. Механическая коробка передач имеет обычный маховик, который является массой ее двигателя. Автоматическая коробка передач имеет гидротрансформатор, который является массой для его двигателя. Без этого двигатель умрет, потому что не хватит массы, чтобы поддерживать его между поршневыми выстрелами. Масса маховика обеспечивает крутящий момент, необходимый для его поддержания.

Даже с учетом этого, чтобы двигатель работал на более низких скоростях, требуется, чтобы двигатель создавал больший крутящий момент. Представьте себе большое океанское судно с дизельным двигателем. Предполагается, что Wartsila-Sulzer RTA96-C является крупнейшим дизельным двигателем в мире. Он работает на полную мощность со скоростью 127 об / мин (это обычно 1/7 скорости вашего среднего автомобильного двигателя). Как он продолжает работать на этой скорости? Две причины: масса и крутящий момент. Общая масса двигателя огромна ... они не рекламируют это непосредственно, какова вращающаяся масса (коленчатый вал, маховики и т. Д.) Двигателя, но если вы посмотрите на видео, вы увидите, о чем я говорю. Вторая часть - это крутящий момент. Они рекламируют, что мощность для их 14-цилиндрового двигателя при 127 об / мин составляет 80 080 кВт. Если вы проведете это в нескольких расчетах, 80 080 кВт преобразуется в 107 389,03 лошадиных сил, что при заданных оборотах составляет 4 441 001,46 фут-фунтов крутящего момента. Ваш стандартный 4-цилиндровый автомобиль развивает максимальный крутящий момент в 150-180 футов, и это при гораздо более высоких оборотах, например, 2500-6000. ( ПРИМЕЧАНИЕ:Некоторые 4-цилиндровые двигатели могут выходить за рамки этого, скажем, около 300 футов фунтов или даже больше. Я просто использую цифры в качестве общего руководства.) Для поддержания работы двигателя требуется минимальный крутящий момент. Я даже не думаю, что Джей Лено мог бы подумать о том, чтобы вставить в автомобиль двигатель Wartsila (хотя, держу пари, это не мешает ему думать о двигателе, смеется).

Масса маховика может сделать только так много. Как только коленчатый вал достигнет низкого порога оборотов, двигатель остановится. Когда двигатель опускается ниже этого порога и пытается продолжить работу, большое количество нагрузки оказывается на внутренние компоненты двигателя. Представьте себе неподвижный объект (поршни и шатуны), встречающий непреодолимую силу (взрывающаяся смесь воздуха и топлива). Как только двигатель замедляется достаточно, его масса (так же как масса автомобиля) достигает точки, где он хочет отдохнуть (другой конец сделки массы-в-движении). Что-то должно дать, и это обычно происходит за счет поршня / шатуна. Когда вы замедляете транспортное средство от скорости, сохраняя коробку передач на 5-й передаче, вы будете делать то, что называется подтягиванием двигателя, Вы начнете чувствовать, что двигатель сильно дергается, пока он не прекращает работать. Именно об этом дергающемся чувстве я и говорил, когда говорил, что ваш двигатель начнет испытывать сильное напряжение. Если сделать это достаточно долго, двигатель может испытать достаточное напряжение, чтобы вызвать катастрофический отказ. Даже нанесенный за короткий промежуток времени может произойти повреждение.

Итак, суть в том, что двигателю требуется такой большой крутящий момент, чтобы он работал. Когда двигатель замедляется, это требование к крутящему моменту возрастает, чтобы поддерживать его работу. В какой-то момент маленький двигатель просто не имеет необходимой массы и не может производить крутящий момент, необходимый для его работы.

Двигатель оптимизирован для работы на высоких оборотах или на низких оборотах (гоночный двигатель или конструкция бетономешалки соответственно), но он не может работать на каждой возможной скорости, поэтому водитель должен выбрать наилучшую передачу и скорость, соответствующую возможности мотора, которым он обладает, то есть поддерживать его на соответствующих оборотах в минуту для скорости / крутящего момента, требуемых для этого типа мотора.

Есть несколько проблем с попыткой запустить двигатель внутреннего сгорания медленно.

В четырехтактном двигателе внутреннего сгорания цилиндр проходит четыре такта.

Suck-Отжим-Bang-Удар

Только при ударе "цилиндр" цилиндр создает крутящий момент. Во время других тактов, особенно такта сжатия и переходов между тактами, цилиндр потребляет крутящий момент. Если у нас четыре или менее цилиндров, нам нужно полагаться на инерцию, чтобы двигатель продолжал вращаться. Ниже определенной скорости это не будет работать, и двигатель остановится.

Если у нас более четырех цилиндров, мы избежим этой проблемы. В такте «взрыва» всегда есть хотя бы один цилиндр, но у нас есть другая проблема.

Для того чтобы двигатель создавал усилие в целом, цилиндры в ходе "взрыва" должны обеспечивать большее усилие, чем потребляют цилиндры в ходе сжатия. Большая часть этой силы создается тепловым расширением газов, но тепловое расширение является временным процессом. Когда газы в цилиндрах «взрыва» остынут, они больше не смогут обеспечивать достаточную силу, чтобы преодолеть силу от «сжатых» цилиндров и трение в двигателе.

Паровые машины это другое дело. Сжигание и генерация пара являются непрерывными процессами, не зависящими от скорости вращения. Таким образом, при условии, что двигатель имеет достаточное количество цилиндров, он может создавать крутящий момент на нулевой скорости в любом положении.