Как работает тахометр: измерение оборотов двигателя

Тахометр это прибор для измерения частоты вращения вала двигателя, выраженной в оборотах в минуту (об/мин). В автомобиле тахометр показывает водителю режим работы двигателя: на каких оборотах целесообразно переключать передачу, не допускает ли мотор перегрузки. В промышленности тахометры применяются на станках, компрессорах, насосах и любом оборудовании, где важно контролировать скорость вращения.

Механический тахометр: центробежный принцип

Ранние тахометры были механическими. Гибкий трос соединял вал двигателя с измерительным узлом прибора. Внутри находился центробежный регулятор: два груза на шарнирах расходились под действием центробежной силы по мере роста оборотов, передвигая муфту и стрелку прибора. Такие приборы устанавливались, например, на двигателях тракторов и ранних советских автомобилей. Главный недостаток: трение в тросе и шарнирах давало заметную погрешность.

На некоторых двигателях применялся магнитоиндукционный вариант механического тахометра, по принципу идентичный механическому спидометру: вращающийся постоянный магнит создавал вихревые токи в алюминиевой чашке-картушке, которая отклонялась под действием электромагнитного момента. Угол отклонения картушки, ограниченной пружиной, пропорционален оборотам вала.

Электронный тахометр: подсчёт импульсов зажигания

В бензиновых двигателях современные электронные тахометры получают сигнал от системы зажигания. Каждый раз, когда на свечу зажигания подаётся высоковольтный импульс, в первичной обмотке катушки возникает электрический импульс. Тахометр подсчитывает количество таких импульсов за единицу времени и, зная число цилиндров двигателя, вычисляет обороты. Для четырёхцилиндрового четырёхтактного двигателя каждый цилиндр даёт один импульс на два оборота коленчатого вала, то есть при 2000 об/мин прибор фиксирует 4000 импульсов в минуту.

В дизельных двигателях свечей зажигания нет, поэтому тахометр подключается к датчику положения коленчатого вала (ДПКВ). Этот датчик работает на эффекте Холла или индуктивном принципе: он фиксирует прохождение зубьев зубчатого венца маховика и генерирует импульсный сигнал. Блок управления двигателем (ЭБУ) передаёт вычисленное значение оборотов на тахометр по шине данных CAN, которая объединяет все электронные блоки современного автомобиля.

Красная зона и рабочий диапазон

На шкале тахометра красная зона обозначает обороты, при которых двигатель испытывает критические нагрузки. У большинства бензиновых легковых автомобилей красная зона начинается с 6000–7000 об/мин. Номинальные рабочие обороты бензинового атмосферного двигателя, как правило, лежат в диапазоне 1500–4500 об/мин. Длительная работа в красной зоне перегревает поршневую группу, ускоряет износ подшипников коленвала и может привести к гидроудару масла.

Дизельные двигатели имеют более узкий рабочий диапазон: обычно 800–4000 об/мин. Максимальный крутящий момент у современных турбодизелей достигается уже при 1500–2500 об/мин, поэтому водителю не требуется «раскручивать» двигатель для уверенного ускорения.

Промышленные тахометры

В промышленности применяются бесконтактные тахометры: оптические и лазерные. Оптический тахометр направляет луч на вращающийся вал с нанесённой светоотражающей меткой. Каждый раз, когда метка проходит под лучом, фотодатчик фиксирует отражённый импульс. Частота импульсов напрямую соответствует частоте вращения. Такие приборы измеряют обороты без физического контакта с валом с точностью до 0,01% и применяются при диагностике электродвигателей, балансировке роторов и настройке технологического оборудования.