MENGAPA sebuah mesin mati? (transmisi manual)

Sebelum Anda menuliskan pertanyaan saya sebagai salah satu yang sudah dijawab sejuta kali, saya ingin mengklarifikasi. Saya mengerti bahwa mesin perlu melaju pada putaran tertentu dan ketika Anda mencoba menggunakan kopling sekaligus dari posisi berhenti penuh, mesin tidak memiliki tenaga yang cukup untuk menggerakkan kendaraan pada putaran itu dan kemudian mesin berhenti. Pertanyaan saya adalah, MENGAPA mesin perlu dijalankan pada rpm minimum? Untuk memperjelas, ada dua skenario khusus yang ingin saya diskusikan:

1.) Katakanlah Anda akan berhenti dari posisi pertama ke posisi 1. Anda menggunakan kopling terlalu cepat; mesin mencoba untuk memindahkan kendaraan, memaksa rpms untuk jatuh terlalu rendah yang menyebabkan mobil berhenti. Mengapa mesin tidak dapat dirancang agar rpms rendah tidak sama dengan mesin yang macet? Apakah ini karena mesin akan terlalu panas dan ini berfungsi sebagai langkah perlindungan?

2.) Katakanlah Anda pergi di 70mph dan kemudian Anda melambat ke 20mph saat masih di gigi 5. Dalam situasi ini (saya belum pernah melakukan ini tetapi saya hanya menebak-nebak), mesin kemungkinan akan berhenti karena mesin ingin melaju pada rpm tertentu, tetapi pada gigi ke-5 mesin harus melaju lebih lambat daripada rpm minimum dan mesin. tidak memiliki tenaga yang cukup untuk mempercepat mobil. Apakah ini benar?

Terima kasih atas bantuannya kalian! Saya baru belajar cara mengemudi tongkat, dan saya ingin memahami bagaimana semuanya bekerja di bawah tenda juga :)

Apa yang terjadi adalah ada trade off. Dalam hal mesin, ini adalah output torsi dan massa berputar versus kecepatan mesin ... baca terus.

Pertama, bukan tenaga yang dibutuhkan, tetapi torsi untuk menjaga mesin berjalan. Pada hari-hari awal mesin, masing-masing memiliki satu silinder dan tidak berjalan sangat cepat. Agar tetap berjalan, ada roda gila yang sangat besar terpasang padanya. Begitu mesin berjalan, mesin itu terus berjalan karena ada sedikit pernyataan fisika yang mengatakan sesuatu seperti, "massa yang bergerak cenderung tetap bergerak" dan sebaliknya, "massa yang diam cenderung tetap diam". Roda gila menyediakan massa yang saya bicarakan.

( CATATAN: Ini adalah mesin uap satu silinder, tetapi prinsip yang sama berlaku.)

(Mesin gas silinder tunggal ini memiliki dua massa roda gila, satu di setiap sisi.)

Mesin saat ini tidak berbeda dari yang lama. Mereka masih membutuhkan massa untuk terus berjalan. Tanpa roda gila, mereka akan berhenti berlari. Transmisi manual memiliki roda gila biasa, yang merupakan massa mesinnya. Transmisi otomatis memiliki konverter torsi, yang merupakan massa untuk mesinnya. Tanpa itu, mesin akan mati karena tidak ada massa yang cukup untuk membuatnya tetap di antara penembakan piston. Massa roda gila menyediakan torsi yang dibutuhkan untuk mempertahankannya.

Bahkan dengan ini dalam pikiran, untuk menjaga mesin berjalan pada kecepatan yang lebih rendah membutuhkan mesin untuk menghasilkan lebih banyak torsi. Pikirkan kapal laut besar dengan mesin diesel. Wartsila-Sulzer RTA96-C konon merupakan mesin diesel terbesar di dunia. Itu berjalan, keluar penuh, pada 127 rpm (yang biasanya 1/7 kecepatan mesin mobil rata-rata Anda). Bagaimana cara menjalankannya pada kecepatan ini? Dua alasan: massa dan torsi. Total massa mesin sangat besar ... mereka tidak mengiklankannya secara langsung seperti apa massa yang berputar (poros engkol, roda gila, dll.) Dari mesin tersebut, tetapi jika Anda melihat video, Anda akan melihat apa yang saya bicarakan. Bagian kedua adalah torsi. Mereka mengiklankan bahwa output KW untuk mesin 14-silinder @ 127rpm adalah 80.080 KW. Jika Anda menjalankannya melalui beberapa perhitungan, 80.080 KW dikonversi menjadi 107.389,03 tenaga kuda, yang pada RPM yang diberikan adalah 4.441.001,48 ft lbs torsi. Mobil 4 silinder standar Anda hanya mengeluarkan torsi maksimum 150-180 ft lbs, dan itu pada RPM yang jauh lebih tinggi, katakanlah antara 2500-6000. ( CATATAN:Beberapa mesin 4-silinder dapat menghasilkan lebih dari ini, katakanlah sekitar 300 ft lbs atau bahkan lebih. Saya hanya menggunakan angka sebagai pedoman umum.) Diperlukan torsi minimal untuk menjaga mesin tetap hidup. Saya bahkan tidak berpikir Jay Leno akan merenungkan menempelkan mesin Wartsila di mobil (meskipun saya bertaruh itu tidak menghentikannya dari memikirkan mesin, lol).

Massa roda gila hanya bisa melakukan banyak hal. Setelah poros engkol mencapai ambang rpm rendah, mesin akan berhenti bekerja. Ketika sebuah mesin berada di bawah ambang batas ini dan mencoba untuk terus berjalan, sejumlah besar tekanan diberikan pada komponen internal mesin. Pikirkan benda tak bergerak (piston dan batang) yang memenuhi gaya yang tak tertahankan (campuran udara / bahan bakar meledak). Setelah mesin melambat, massa (dan juga massa mobil) mencapai titik di mana ia ingin beristirahat (ujung lain dari kesepakatan mass-in-motion). Sesuatu harus memberi dan memberi itu biasanya datang dengan mengorbankan piston / batang. Ketika Anda memperlambat kendaraan dari kecepatan sambil menjaga transmisi pada gigi ke-5, Anda akan melakukan apa yang disebut menyeret mesin. Anda akan mulai merasakan mesin tersentak berat sampai berhenti berjalan. Perasaan menyentak ini adalah apa yang saya bicarakan ketika saya mengatakan mesin Anda akan mulai mengalami tekanan yang ekstrem. Jika dilakukan cukup lama, mesin dapat mengalami tekanan yang cukup untuk menyebabkan kegagalan bencana. Bahkan dilakukan dalam waktu singkat kerusakan dapat terjadi.

Jadi, intinya adalah, mesin membutuhkan begitu banyak output torsi agar tetap berjalan. Saat mesin melambat, kebutuhan torsi itu naik untuk membuatnya tetap berjalan. Pada titik tertentu, mesin kecil tidak memiliki massa yang dibutuhkan, juga tidak dapat menghasilkan torsi yang diperlukan untuk membuatnya tetap berjalan.

Mesin dioptimalkan agar efisien pada rpm tinggi atau pada rpm rendah (masing-masing dirancang untuk mesin balap atau mixer semen) tetapi tidak dapat efisien pada setiap kecepatan yang mungkin, sehingga terserah kepada pengemudi untuk memilih gigi dan kecepatan terbaik untuk disesuaikan. kemampuan motor yang dimilikinya, yakni tetap berputar pada rpm yang sesuai untuk kecepatan / torsi yang diminta dari tipe motor itu.

Ada beberapa masalah dengan mencoba menjalankan mesin pembakaran internal secara perlahan.

Dalam mesin pembakaran internal empat langkah, silinder melewati empat langkah.

Sedot-Squeeze-Bang-Blow

Hanya pada pukulan "Bang", silinder menghasilkan torsi. Selama stroke lainnya, terutama stroke dan transisi antara stroke, silinder mengkonsumsi torsi. Jika kita memiliki empat silinder atau kurang, kita perlu mengandalkan inersia untuk menjaga mesin berputar. Di bawah kecepatan tertentu ini tidak akan berhasil dan mesin akan berhenti.

Jika kami memiliki lebih dari empat silinder, kami menghindari masalah itu. Selalu ada setidaknya satu silinder dalam pukulan "Bang" tetapi kami memiliki masalah lain.

Agar mesin dapat memberikan gaya secara keseluruhan, silinder pada stroke "ledakan" harus memberikan kekuatan yang lebih besar daripada yang dikonsumsi silinder pada tekanan squeeze. Sebagian besar gaya ini dihasilkan oleh ekspansi termal gas tetapi ekspansi termal adalah proses sementara. Saat gas dalam silinder "letusan" mendingin, mereka tidak lagi dapat memberikan kekuatan yang cukup untuk mengatasi tekanan dari silinder "tekan" dan gesekan pada engine.

Mesin uap adalah masalah yang berbeda. Pembakaran dan pembangkit uap adalah proses kontinu yang bergantung pada kecepatan rotasi. Jadi asalkan mesin memiliki silinder yang cukup dapat menghasilkan torsi pada kecepatan nol di posisi apa pun.