что такое низкие обороты двигателя
Почему нельзя ездить на низких оборотах двигателя
Водители старой закалки нередко предпочитают ездить на автомобиле на низких оборотах и рекомендуют этот стиль друзьям. Главными преимуществами такого метода называются снижение расхода топлива, меньший шум в салоне от двигателя и якобы увеличивающийся ресурс мотора. Разбираемся, действительно ли стоит придерживаться данной рекомендации.
Для начала выясним, что такое низкие обороты и что они дают. Под низкими оборотами понимается такой режим работы двигателя, при котором он работает внатяг, то есть автомобиль движется на более высокой передаче, чем того требует дорожная ситуация. Для бензиновых безнаддувных моторов это режим до 2 500 об/мин., а для дизелей — до 1 100–1 200 об/мин.
Именно такой режим движения многие водители считают экономичным. В теории схема экономии топлива функционирует предельно просто: чем меньше оборотов коленчатого вала двигателя совершается на единицу преодолённого автомобилем расстояния, тем меньше потребление горючки. Отчасти эта формула справедлива, но далеко не всегда.
Представим ситуацию, когда автомобиль равномерно движется на низких оборотах и ему нужно ускориться. Это можно сделать двумя способами: резко нажав на педаль газа, сохранив выбранную передачу, или же перейдя на ступень ниже. В первом случае двигатель, и без того работающий на большой нагрузке, получает внушительную порцию топлива и захлёбывается, так как находился вне полки крутящего момента, во втором напротив переходит в оптимальный с точки зрения нагрузки режим. Владельцы автомобилей с бортовым компьютером могут лично убедиться, что на завышенной передаче топлива будет тратиться даже больше — до тех пор, пока двигатель не выйдет на оптимальный режим работы.
В самом моторе при этом происходят процессы, о которых также будет нелишним знать каждому автомобилисту. Во-первых, при работе на пониженных оборотах в двигателе возникают неприятные вибрации, вызванные детонацией. Все вы их наверняка ощущали, когда ездили с «профессионалами» — на автомобилях такси, городских автобусах или даже собственном авто. Их появление — верный признак того, что водитель в буквальном смысле убивает автомобиль. Вибрации разрушают подшипники и валы двигателя, коробку передач, сцепление и опоры силового агрегата. Повышенному износу подвергаются поршни, вкладыши коленчатого вала, двухмассовый маховик (если он имеется на автомобиле), растягивается цепь ГРМ, а в камерах сгорания стремительно нарастает нагар.
Во-вторых, повышенный износ компонентов двигателя происходит из-за их недостаточной смазки. Это связано с зависимостью давления масляного насоса от оборотов коленчатого вала: подшипники скольжения рассчитаны на работу в условиях гидродинамической смазки — масло подаётся под давлением в зазоры между валом и вкладышами. Следовательно, чем выше обороты, тем больше давление. Функционирующий на низких оборотах мотор испытывает масляное голодание.
Наконец, езда на низких оборотах попросту небезопасна: в случае экстренной необходимости ускориться сделать это на высокой передаче быстро попросту не получится. Увеличение подачи топлива не приводит к резкому и уверенному ускорению, а значит, велик шанс попасть в ДТП.
Вот почему важно помнить, что двигатель автомобиля активно изнашивается именно тогда, когда большинство водителей пытаются «сэкономить»: на малые обороты накладывается максимальная нагрузка, поэтому скорость износа компонентов мотора в зоне буксировочных режимов работы максимальна.
Наши рекомендации просты: если почувствовали падение оборотов или вибрацию, вызванную перегрузкой двигателя, немедленно переключайтесь на более низкую передачу. Старайтесь до этого не доводить и держите обороты коленчатого вала в районе средних (обычно 2,5—4 тыс. об/мин. для безнаддувного бензинового агрегата) и периодически выжигайте нагар в камерах сгорания и катализаторе, кратковременно раскручивая двигатель до оборотов, превышающих средние. Тем самым вы продлите жизнь силовому агрегату и своему железному коню в целом.
Оптимальные обороты двигателя или не приводит ли езда на низких оборотах к преждевременному износу мотора, тест журнала «За рулем»
Нашел давно статью, решил выложить, т.к. многие или спрашивают или спорят, когда я навожу данные. Что бы не было лишних вопросов публикую здесь.
Основной вопрос этой статьи — а не приводит ли езда на низких оборотах к преждевременному износу мотора? И, какие режимы самые «износообразующие»…
Постановка экспертных испытаний, в целом, понятна. Двигатель – один и тот же: ВАЗовский «восьмиклапанник». Стенд, аппаратура, бензин и несколько канистр масла – каждый цикл испытаний требует его замены. Задача простая – надо «проехать» одно и тоже расстояние, с одной скоростью, но используя различные режимы работы двигателя. На разных передачах…
Как этого достичь? Ехать можно на одной и той же скорости, поддерживая обороты двигателя и 1500, и 2500, и даже 4000 об/мин. Чем выше обороты – тем ниже передача, важно, чтобы мощность, выдаваемая мотором, была бы одинакова. На стенде это сделать просто – крутящий момент измеряем по динамометру, обороты известны – следовательно, и мощность знаем. «Скорость» множим на моточасы, которые мы тоже фиксируем – вот вам и пробег.
С износом сложнее – придется каждый раз, после наработки двигателя на фиксированном режиме заданного времени, мотор разбирать и взвешивать основные детали, образующие узлы трения, это вкладыши подшипников и поршневые кольца. Плюс к тому – дополнительный промежуточный контроль, который будем проводить, определяя содержание продуктов износа в пробах масла. Нашли хром – стало быть, изнашиваются первые поршневые кольца; обнаружили железо – цилиндры и шейки вала; появилось олово – оно определит скорость износа вкладышей подшипников (поскольку входит в состав антифрикционного слоя); алюминий – следствие износа поршней и подшипников распределительного вала.
Двигатель отработал на заданных постоянных режимах с примерно одинаковой мощностью по 50 моточасов на каждом. Немного для ресурса, но мы получаем скорости износа, а дальше простой экстраполяцией оцениваем и примерный ресурс мотора. При этом обороты двигателя на циклах испытаний меняли от 1200 до 4000, то есть больше, чем в три раза. А потом нагрузку на мотор увеличили – и еще раз прогнали цикл. А потом – еще… Получилась объемистая таблица, где для каждой точки режима была записана своя скорость износа, причем разделенная по узлам – подшипникам и кольцам.
Так меняется средняя скорость износа первых поршневых колец двигателя при изменении режима работы
«Черные зоны» активного износа обнаружились сразу. Самые серьезные — когда на малые обороты накладывается большая нагрузка, и с высокой температурой масла. Скорость износа в таком режиме максимальна – как для подшипников, так и поршневых колец с цилиндрами. У двигателистов эта область называется зоной буксировочных режимов.
С ростом оборотов зона износа сразу стала уменьшаться и где-то при 1800 об/мин – исчезла. Все узлы трения «всплыли» на масляные пленки, прямой контакт между поверхностями деталей исчез – и с ним и скорость износа обратилась практически в ноль. Но надо понимать, что ноль скорости износа на графиках, не означает, что его нет, просто износ на этих режимах меньше погрешности измерения. На практике, конечно, не совсем так. Микрочастицы пыли, продуктов износа, сажи, проскочившие масляный фильтр, дадут какой-то износ и здесь.
А так – вкладышей шатунных подшипников
С увеличением частоты вращения коленчатого вала, зона износа снова начинает появляться и расти. В нашем случае – уже где-то с режимов 3800 об/мин при большой нагрузке, и дальше – прогрессирует. Причем, здесь износ подшипников и поршневых колец с цилиндрами ведет себя по-разному. Быстрее всего высокие обороты начинают чувствовать подшипники коленчатого вала. Почему? Дело в том, что с ростом оборотов резко увеличиваются нагрузки на подшипники – давление инерционных сил от оборотов зависит в квадрате. А вот кольца свой износ снова получают с больших частот вращения – где-то с 4500 об/мин, и там это связано в основном с ростом температуры масла.
Где же наиболее благоприятная зона эксплуатации мотора? У испытанных нами вазовских «восьмерок» (неважно, карбюраторных или впрысковых, восьми- или шестнадцатиклапанных), зона оптимальных оборотов, при которых мотор способен воспринимать любые нагрузки без какого-либо ущерба для себя, составляет примерно 2000…3000 об/мин. Тут мы учитываем, что исходное состояние двигателя может быть разным, да и моторные масла – тоже… Принцип простой – чем больше изношен двигатель, тем выше нижняя и тем ниже верхняя границы зон безызносной работы. Чем выше вязкость масла, тем с более низких оборотов можно безопасно грузить мотор. Но точных цифр нет – очень это индивидуально.
А как это соотнести с моторами другой размерности? Тут есть одна зацепка… В принципе, узлы трения мотора чувствуют не обороты, а линейные скорости перемещения поверхностей деталей. Есть такой параметр мотора – средняя скорость движения поршня, это произведение хода поршня на частоту вращения коленчатого вала, деленное на тридцать. Тот диапазон, который мы получили, примерно соответствует средним скоростям поршня 5…7 м/с. Это значит, что для «длинноходовых» двигателей, которых ход поршня больше диаметра, зона оптимальных режимов сместится в область более низких оборотов. Отсюда – и их «эластичность». У «коротокоходных» зона оптимальных режимов сместится в область более высоких оборотов.
Кстати, именно этот диапазон изменения средних скоростей поршня обычно закладывают для определения основных зон эксплуатации двигателей с большими ресурсами. Судовых дизелей, дизель-генераторов и т.д.
Так что – берите свою размерность, выполните элементарные действия, и приблизительно получите свой диапазон безопасных оборотов. Но это так, приблизительно…
А в целом, вывод понятен. Мотору вредны как низкооборотные режимы с тяжелыми нагрузками, так и экстремальные обороты. Александр Шабанов
Привожу графики крутящего момента и мощности некоторых двигателей, они у всех приблизительно одинаковые. Каждый в инете может найти точные для своего двигателя
Чем опасна езда на низких оборотах и почему двигатель периодически нужно «крутить»
Какие обороты мотора считать оптимальными? Вредна ли езда «в натяг»? Для чего советуют периодически «прожаривать» мотор? Подробно отвечаем на все эти вопросы
Желание экономить топливо понятно. Но паспортный расход топлива – это одно, а вот реальные показатели прожорливости машины могут серьезно отличаться от него. Причем как в минус, так и в плюс. Не секрет, что «рваная» езда с постоянными ускорениями и торможениями, а также движение на скоростях выше разрешенных ПДД, тут же повышают расход топлива на десятки, а порой и на сотни процентов. На известной трассе М-11, где пока что за превышение скорости не наказывают, очень многие машины мчатся со скоростями 170 – 180, а то и под 200 км/ч. Кончается такая езда предсказуемо: преждевременным заездом на АЗС.
Впрочем, есть и обратные примеры. В нашумевшей лет 15 назад истории о поездке из Москвы в Санкт-Петербург и обратно без дозаправки московский журналист на бензиновом Volvo S60 мощностью 170 л.с. с АКП добился среднего расхода топлива в пять с небольшим литров на сотню. При этом никаких чудес, в общем-то, не было: автомобиль плавно разгонялся примерно до 80 – 90 км/ч, а затем двигался как бы в натяг, оставаясь на высшей передаче при невысокой частоте вращения коленвала. Позже подобные пробеги совершали и другие энтузиасты.
В том, что подобный режим движения экономичен, сомнений нет. Обеспечить его несложно: современные коробки передач, как механические, так и автоматы, легко способствуют работе двигателя с большой нагрузкой и малыми оборотами. К тому же водители, как правило, не любят раскручивать мотор до больших оборотов, поскольку считают, что мотор при этом изнашивается быстрее. Поэтому при езде на «механике» они переключаются на повышенную как можно раньше, а при наличии АКП стараются не слишком интенсивно давить на газ. Гидромеханические коробки, как и вариаторы, при этом стремятся обеспечить передаточное отношение, соответствующее примерно 2000 об/мин. Но не вреден ли такой режим для автомобиля?
Увы – вреден! Больше всего мотору не нравится, когда при малых частотах вращения ему дают высокую нагрузку, а температура масла при этом приличная. В таком режиме скорость износа поршневых колец и цилиндров, а также подшипников коленвала максимальна. Детали кривошипно-шатунного механизма сильно нагружены, давление поршня на стенку цилиндра велико, а вот масляный насос при этом работает как бы в полсилы. Именно это и может привести к быстрому истиранию антифрикционного слоя на вкладышах коленчатого вала и на поршнях. Итог предсказуем: поршни фактически начнут болтаться в цилиндрах. А потому капитальный ремонт будет не за горами.
Паниковать, конечно же, не следует, но мотору нужно и помогать. Экономия экономией, однако все-таки желательно время от времени гонять двигатель на высоких оборотах для очистки камер сгорания и свечей зажигания от скопившегося нагара. Это будет полезно и для очистки элементов турбокомпрессора. Известно, что при описанной выше «пенсионерской» езде перепускной клапан или управляемый сопловой аппарат турбины (в зависимости от ее конструкции) начинают терять подвижность, не работая во всем диапазоне. А у вазовских моторов вращение клапанов ГРМ вокруг своей оси начинается примерно с 4000 об/мин. Понятно, что при более низких частотах никакого вращения не будет, а частицы нагара помешают им нормально закрываться. Возникнет местный перегрев, а затем и прогар. В холодное время года эффект усиливается за счет того, что мотор часто остается непрогретым, в картере конденсируется влага, которая в итоге ухудшает смазывающие свойства моторного масла. Рецепт – все тот же: время от времени мотор надо «погонять» на приличных оборотах и высокой скорости.
Выводы простые: во всем нужна умеренность. А потому экономичный режим езды время от времени нужно менять на более интенсивный, приводя мотор в чувство. Он будет только благодарен за это.
Гулять запрещено: что такое холостые обороты, и от чего они зависят
Если спросить автовладельца, что такое холостые обороты мотора, он наверняка ответит, что это режим, в котором мотор работает без нагрузки, и будет полностью прав. Многие даже смогут точно назвать правильную величину оборотов для их автомобилей. Но почему эти обороты именно такие? Почему не больше, не меньше, почему они изменяются, как и для чего поддерживаются? Сегодня мы попробуем в этом разобраться.
Как всё начиналось
Н а первых моторах не существовало даже самого понятия холостых оборотов. Частота рабочих и холостых оборотов практически совпадала, а рабочий диапазон двигателя был крайне мал (приблизительно всего от 250 до 450 оборотов в минуту). Ну а куда деваться: меньше нельзя, выше не крутится… Фитильные карбюраторы имели весьма небольшой рабочий диапазон и при малом потоке смеси сильно «переливали». Фактически их настраивали только на рабочие обороты.
Ситуация поменялась примерно к 1915 году. Появление на Packard Twin Six настоящего карбюратора с жиклерами и управления опережением зажигания позволило решить две задачи. Во-первых, значительно увеличить мощность, увеличив рабочие обороты до 3000 в минуту, а во-вторых, снизить устойчивые обороты за счет введения специальной системы смесеобразования на малых оборотах. Иными словами, системы холостого хода.
Под капотом Packard Twin Six Town Car ‘1916
Все более поздние конструкции карбюраторов уже предусматривали регулировку и настройку смесеобразования на холостых оборотах, часто используя для этого режима отдельные дозирующие системы. Конечно, экология и даже ресурс для тех конструкций не были определяющими факторами, но моторы просто не могли работать на оборотах ниже тех, на которых мог создавать смесь карбюратор. Но затем система стала значительно сложнее.
Зачем нужны холостые обороты?
Пока мотор заглушен, никакого крутящего момента он, разумеется, не создаёт. Но и при работающем моторе мощность растет исключительно с ростом оборотов, а крутящий момент имеет пик в области средних или высоких оборотов (на наддувных двигателях момент появляется раньше, но тоже далеко не с нуля).
Чтобы нагрузить мотор полезной нагрузкой, нужно, чтобы он уже устойчиво крутился и был готов создавать крутящий момент. Иначе он просто заглохнет. Простите, что так сложно объясняю простую вещь, но это крайне важный для понимания дальнейшего момент.
Нагрузить ДВС можно только если он уже работает на устойчивых и достаточных для восприятия нагрузки оборотах. Никаких способов обойти это ограничение нет. Можно только избежать этой проблемы, используя дополнительный двигатель, который будет работать вместо ДВС до достижения тем рабочих оборотов. Например, такую функцию выполняет электромотор на гибридах или пневматический стартер с избыточной мощностью.
Те обороты, с которых мотор может воспринимать нагрузку, и называются холостыми.
Все обороты выше холостых — рабочие. Ниже начинается зона пусковых оборотов, на которых двигатель не переносит нагрузку по тем или иным причинам. Для большинства моторов легковых автомобилей холостые обороты составляют 500-900 оборотов в минуту, что не так уж мало. В случае использования АКПП можно немного «схитрить» и установить холостые обороты без нагрузки со стороны трансмиссии ниже, повышая их только при включении режима «Drive» в коробке.
Почему холостые обороты не постоянны?
При разных системах питания причины изменения холостых оборотов различны. На ДВС с простыми нерегулируемыми карбюраторами обороты зависят от нагрузки и смесеобразования. Если срабатывают автоматы увеличения оборотов, то с ростом нагрузки обороты будут падать. То же самое произойдёт из-за плохого смесеобразования, но этого стараются избежать, применяя различные системы холодного запуска, которые завышают обороты для обеспечения устойчивой работы двигателя.
Чем совершеннее система питания, тем менее заметны колебания. С простым карбюратором водитель сам регулирует холостые обороты. Его вмешательство требуется, если температура двигателя или нагрузка на него отличаются от выставленных при регулировке холостых оборотов. С электронным карбюратором с автоматом холодного запуска водитель уже ничего не регулирует, но обороты заметно повышаются для обеспечения устойчивой работы до прогрева.
Под капотом ВАЗ-2107 Жигули ‘1997–2006
Системы впрыска разве что позволят немного завысить холостые обороты до прогрева лямбда-сенсоров и удержат их чуть повышенными до нормализации смесеобразования на 100-1000 оборотов в минуту. И ещё они могут немного увеличить обороты при увеличении нагрузки со стороны системы кондиционирования или нагрузки от генератора. Во всех остальных случаях исправная система должна поддерживать обороты практически постоянными, в пределах +/- 30 оборотов в минуту.
К сожалению, все способы регулирования не идеальны. Регуляторы ХХ и дроссельные заслонки с электроприводом со временем загрязняются, не все свечи и форсунки работают идеально, системы EGR пропускают газы, сбоят системы регулирования фаз, а у цилиндров может быть разная компрессия, отчего в реальной жизни на старых машинах обороты все же немного «гуляют»: излишне просаживаются под нагрузкой или наоборот, завышаются.
Почему холостые обороты именно такие?
Выбор холостых оборотов — это всегда компромисс. Увеличивать их – значит увеличивать расход топлива и теплоотдачу двигателя без нагрузки, что, очевидно, является плохой идеей и для гражданской машины не годится. Снижение же приводит сразу к нескольким неприятным последствиям.
Во-первых, нарушается смесеобразование. Процессы в ДВС динамические, и вся его конструкция рассчитана на рабочие обороты. При снижении частоты вращения ухудшается очистка цилиндров от отработанных газов, затрудняется наполнение цилиндров свежей смесью, растут потери на перепуск, а значит, падает и мощность.
Может, такое занижение ХХ сделает мотор хотя бы экологичнее? Тоже нет. Скорее, наоборот. Даже если двигатель сохраняет возможность восприятия нагрузки на оборотах менее холостых, его рабочий процесс будет далек от расчетного. Например, на оборотах менее 400-500 часто даже катколлекторы перестают прогреваться до рабочей температуры, а количество пропусков зажигания растет.
Серьезной проблемой является снижение давления масла и объема его подачи. Тут все просто: меньше обороты — ниже давление. При каком-то минимуме давления подшипники скольжения выходят из режима жидкостного трения, и ресурс мотора стремительно уменьшается. И чем выше нагрузка, тем выше должно быть давление, а значит, и обороты мотора.
Нагрузка на мотор уже на холостых оборотах может быть значительной (особенно с МКПП). Автоматические коробки передач способны предотвратить неприятности, но проблемы полностью не решают, хотя значительно увеличивают ресурс ДВС в целом. В результате давление масла на холостых оборотах должно быть уже достаточным для восприятия полной нагрузки на мотор. К сожалению, чем выше давление и производительность маслонасоса на холостых оборотах, тем больше избыток давления на рабочих. А значит больше расход топлива, меньше ресурс масла. Регулируемый маслонасос позволяет немного улучшить ситуацию, но в основном все же служит для компенсации избыточного снижения давления масла после прогрева двигателя, а не для снижения оборотов холостого хода.
На машинах с автоматической коробкой передач нужно учитывать и ее «пожелания». Ведь маслонасос АКПП приводится от коленчатого вала двигателя, а значит и работа коробки передач зависит от оборотов холостого хода. При слишком малых оборотах давления не хватит на корректную работу механико-гидравлической системы управления. А для систем старт-стоп приходится устанавливать гидроаккумуляторы и дополнительные электронасосы. Это позволяет гидравлике включаться в работу сразу при запуске двигателя, а не спустя пять-десять секунд.
Привод различного навесного оборудования тоже создает сложности. Генератор, насосы ГУРа и кондиционера и помпа системы охлаждения имеют ограниченный рабочий диапазон, поэтому передаточное отношение системы привода дополнительных агрегатов подбирают с учетом максимальных оборотов двигателя. А минимальные обороты любого из устройств и нагрузка на подсистемы машины ограничивают нижнее значение холостых оборотов. Слишком большое снижение оборотов может привести к перегреву многоцилиндровых моторов из-за нарушения циркуляции жидкости, к разряду аккумулятора или неработоспособности системы кондиционирования. Правда, эти проблемы тоже решаемы.
Тут выручают переход на электроприводы усилителя руля, насосов системы охлаждения и кондиционера и установка регулируемого привода помпы. К счастью, генераторы имеют очень большой рабочий диапазон и не теряют КПД при высоких оборотах. Но у этих мер есть и недостатки. Зачастую они влекут за собой лишние затраты, а часто — и снижение КПД систем за счет двойного преобразования энергии.
Вибрация мотора при снижении оборотов в основном связаны с неустойчивостью рабочего процесса, но есть у неё и несколько других причин. Например, система подвески ДВС умеет гасить колебания только в определенном диапазоне частот. И чем ниже обороты, тем сложнее гасить возникающие вибрации. Причём помимо вибраций, передаваемых на кузов и влияющих на комфорт водителя и пассажиров, существует еще такая вещь как крутильные колебания, которые разрушительно действуют на трансмиссию и колеса.
Чем ниже обороты мотора, тем сложнее их гасить. Приходится или использовать не блокируемые гидротрансформаторы или двухмассовые маховики, или сочетание двух технологий одновременно. Повышение оборотов холостого хода позволяет снизить колебания момента при каждом обороте, отодвинуть частоты всех колебаний дальше от резонансных и сделать работу всех систем подавления вибраций эффективнее.