Работа двигателя на холостом ходу
Холостой ход – особый режим функционирования двигателя, при котором отсутствует передача его энергии на движущие элементы, то если при неподвижном автомобиле.
Во время этого режима лямбда-зонд, который стоит на инжекторных машинах уже разогрет и во всю используется для получения сведений бортовым компьютером. Его температура достигает свыше трёх ста градусов по Цельсию. Сведения который он передаёт являются непосредственными сведениями для изготовления топливно-горючей смеси её балансировки и соотношении. Главная функция – обеспечить минимальный выброс токсичных веществ в окружающую среду.
Некоторые современные автомобили не имеют возможности холостого хода, что выглядит очень странно.
Нарушения работы мотора на холостом ходу
Ведь холостой ход не такой простой процесс как кажется. Это очень неудобный для двигателя режим. Потому что в этом режиме востребованной энергии вырабатывается столько, чтоб хватило на вращение коленвала с максимально низкой устойчивой скоростью, привода любого вспомогательного агрегата и привода газораспределяющего механизма с осуществлением возможности процессов газообмена. Толку от этого режима не много. Скорее, даже больше вреда. Внутри двигателя работа происходит в очень неблагоприятных условиях:
- Низкое давление в тактах сжатия и впуска не обеспечивает ожидаемой пропорции смеси.
- Большое время цикла роботы подвергает сильному теплообмену рабочего тела и деталей мотора.
- Нестабильный, медленный и не окончательно незавершенный процесс сгорания из-за маленькой концентрации реагирующих веществ при низком давлении.
- Из-за разницы давлений меж впускным и выпускными коллекторами, которая сочетается с долгой продолжительностью всех процессов происходит заброс несгоревших веществ обратно камеру сгорания, а потом во впускной коллектор, что ещё больше уменьшает концентрацию в камере сгорания реагирующих веществ.
На первые два пункта влияют непосредственно особенности конструкции и строения двигателя. А вот на последние два пункта влияет он сами.
Бензиновый двигатель системы внутреннего сгорания с поршнями является устройством, в котором можно количественно отрегулировать рабочий процесс, а именно так называемый, крутящий момент, который скидывается с коленвала и зависит от сгоревшей в камере топливной смеси. Регулировка подачи в камеру кислорода называется дросселированием.
Положение заслонки дросселя определяется в зависимости от того, какое количество воздуха мы хотим загнать в камеру сгорания и какую мощность хотим получить на выходе. Попадание внутрь потока в следствии разницы давлений впускного коллектора с атмосферным давлением обуславливает мощность и качественность сгорания воздушно-топливной смеси.
Когда двигатель работает на холостых оборотах, его работу все равно можно оценить, ведь топливо сгорает, несмотря на то, что толку от этого ровно ноль. Расход топлива, как и расход воздуха может охарактеризовать работу мотора внутреннего сгорания.
Расход топлива и воздуха всегда связанны. На холостом ходу заслонка дросселя всегда закрыта и воздух в камеру сгорания попадает только сквозь регуляторы добавочного воздуха, и двигатель получает столько, сколько ему надо, чтоб не заглохнуть при холостом ходе и продолжить крутить плавно обороты.
Есть такой интересный и многогранный параметр работы автомобильного двигателя внутреннего сгорания как давление коллектора впуска. Давление во впускных коллекторах напрямую влияет на количество попадаемой горючей смеси в цилиндр. Если же мы сравним два одинаковых мотора, которые одновременно работают на холостом ходу, то КПД будет больше у того двигателя, у которого давление коллектора впуска будет ниже!
Давление в впускных коллекторах оказывает влияние на обратные забросы газов. Чем ниже давление будет у впускного коллектора, тем больше будет разница между давлениями коллекторов впуска и выпуска, поэтому и будет происходить обратный заброс газов.
Конечно же, каждому типу расположения газораспределительных фаз будет соответствовать свой индивидуальный расход воздуха и топлива. И естественно будет своё давление в впускном коллекторе, которое обеспечит двигателю работу на определённых оборотах при холостом ходе.
Поэтому видно, что при регулировке и ремонте реально повлиять на ширину перекрытия фаз и их взаимное расположение. У каждой отдельной схемы компоновки ГРМ существуют свои нюансы и особенности.
Для двигателей, которые имеют гидрокомпенсаторы зазоров, находящиеся в приводе клапанов, а также индивидуальные валы на выпускной и впускной клапан газораспределительных фаз есть очень широкие возможности и вариации возможного монтажа.
На двигателях одновальных, то есть у которых один распределительный вал и тепловой зазор который может регулироваться в приводе клапанов, широта перекрытия фазораспределения зависит от величины теплового зазора и профиля кулачков. Чем тепловой зазор больше, тем перекрытие фаз меньше.
На одновальных двигателях с установленными гидрокомпенсаторами в приводе клапанов зазоров на ширину и взаимное влияние положения газораспределительных фаз оказывают только профили кулачков.
Выполняя ремонт можно добиться только совместного смещения газораспределительных фаз по отношению к положению в цилиндрах поршней (прокрутка распределительного вала в отношении коленчатого вала). Стоит вспомнить, что ширина газораспределительных фаз и их взаиморасположение на моторах автомобилей общего пользования устанавливается как баланс между максимальными крутящими моментами, режимами с максимальной мощностью, минимальных оборотов с нагрузкой и на холостом ходе.
Для того чтобы комфортно пользоваться автомобилем, он должен обладать «хорошими низами», ровную работу на холостых оборотах, плавную линию крутящего момента в диапазоне большой частоты вращения. На газораспределительном механизме лежит огромная ответственность и задача обеспечить оптимальную очистку цилиндра от газов сгорания смеси и максимально залить его свежим зарядом смеси во всех диапазонах режимов функционирования мотора.
Если же смотреть со стороны холостого хода, то режим, при котором наблюдается наивысшая мощность, является полным ему противопоставлением. Потому что для работы на холостом ходу нужны узкие газо распределяющие фазы с ранним закрытием и поздним открытием обходясь без перекрытия фаз. Чтобы получить максимальные показатели мощности нужны фазы широкие.
Потому что чем больше интенсивность вращения, тем фаза шире. Аргументировать такой принцип можно двумя путями и обстоятельствами. Первое. Это объясняется уменьшенным временем, которое уходит на газо обменные процессы и большим увеличением скорости, и естественно ускорения, в следствие чего увеличиваются прилагательные усилия для клапанов при повышении интенсивности оборотов.
Второе обстоятельство устанавливает ограничения на клапанную траекторию движения, в частности в большей мере на местах закрытия и открытия. То есть, на месте, где клапан отдаляется от седла и соприкасается с седлом обратно меняя своё положение, очень мал угол поворота распределительного вала. На высоком темпе вращения данные участки (места, где клапан начинает и прекращает движение) абсолютно неважны и никак не влияют на газо обменные процессы. Если же рассматривать режим холостых ходов, то именно как раз эти места мешают плавному ходу двигателя на холостых оборотах. В жизни, проблемы с плавностью работы двигателя на холостых оборотах могут возникать в следствии удлинения (вытяжки) цепи или привода, или замены распредвалов.
Как бы странно это не выглядело, но у «старого» вала профиль кулачка может иметь кардинальные отличия от профиля вала нового. Если нас абсолютно не устраивают характеристики качества работы двигателя на холостых оборотах, то чтобы это исправить посредством выполнения корректировка фаз, придется в обязательном порядке пожертвовать некими параметрами.
Двигатели, которые имеют два распределительных вала обладают укороченным перекрытием газораспределительных фаз из-за видоизменённого положения распределительных валов относительно к коленчатому валу, что в свою очередь жертвуя режимами мощности (сокращение угла перекрытия газораспределительных фаз на 6 градусов поворота коленчатого вала).
На моторах только с одним валом увеличенный тепловой зазор в клапанном приводе, с целью получения меньшего угла перекрытия газораспределительных фаз, повышает характеристику ускорения, а значит и прилагаемые в привод клапанов усилия. В это время значительно возрастает количество шума, продуцируемого при работе двигателя, и существенно повышаются шансы на более быстрый износ пар рокер – кулачок и клапан – эксцентрик.
При рассмотрении, анализе того, насколько газораспределительные фазы влияют на работу двигателя, можно определить для себя и понять, почему столь несущественная корректировка угла перекрытия газораспределительных фаз (всего то шесть-десять градусов ПКВ – поворотов коленчатого вала) влечет за собой достаточно ощутимое увеличение показателя неровности частот вращений (фазы расширены) и, наоборот, при снижении угла перекрытия газораспределительных фаз неравномерность и неровность оборотов резко падает.
Вся проблема в том, что на месте начала открытия и также конца закрытия клапана, поверхность сечения проходного между клапаном и седлом изменяется неравномерно. В начале пути открытия клапанов изменение его проходного сечения несущественно по мере поворачивания распределительного вала. Далее, сечение начинает нарастать с повышенной интенсивностью. Исходя из этого, количественный показатель перекрытия газораспределительных фаз, то есть сечение проходящего времени, будет значительно меняться при несущественной корректировке взаимного угла перекрытия газораспределительных фаз.
Вот причины, по которым возникают колебания двигателей, работающих на холостых оборотах на опорах.
Согласно, всем нам известному, физическому закону сохранения импульса, в двигателе происходят колебательные процессы, связанные с работой его отдельных структурных элементов.
А именно, когда коленчатый вал приобретает угловое ускорение в направлении по часовой стрелке, блок, согласно закону сохранения момента импульса, приобретает угловое ускорение в направлении против часовой стрелки.
Соответственно, чем выше неравномерность частоты вращения коленчатого вала (то есть определённая амплитуда частоты оборотов за короткий промежуток времени), тем большей амплитуда колебания двигателя будет на опорах. При работе в холостую средняя тактность вращения вала обеспечивается ЭБУ на определённой величине. Поршневой двигатель – дискретная система, и ничто не может гарантировать эффективной стабильности тактов серий вращения при различных режимах.
Это особенно касается работы на холостых оборотах, нестабильность режима которой была описана выше. Даже если просчитанная за определённое короткое время средняя эффективность по каждому из цилиндров двигателя будет равна нулю, то при анализе работы последовательной серии рабочих тактов будет замечено тактное чередование, при котором будет по очереди наступать положительная и отрицательная эффективность.
В данном контексте эффективность подразумевается как изменение интенсивности вращения коленчатого вала в промежутке между ВМТ у двух последовательно функционирующих цилиндров. При возрастающей частоте оборотов – следовательно положительная эффективность, при спадающей – отрицательная. Такты работы положительной или отрицательной эффективности могут чередоваться каким-либо образом и в любых соотношениях при работе двигателя с углом перекрытия газораспределительных фаз, который увеличен. При этом, чем более увеличен этот угол, тем большим будет разброс и амплитуда значений эффективности рабочих тактов, как отрицательной, так и положительной.
При этом всём, если брать отдельно конкретный цилиндр и пытаться проследить последовательность чередование эффективности его тактов в определённый промежуток времени, то можно заметить строгую последовательность данных чередований.
К примеру, если в одном цикле цилиндр работает с положительной эффективностью, то в следующем будет иметь отрицательную, а потом опять положительную. Каждый цикл складывается из последовательность рабочих тактов с различной эффективностью, поэтому двигатель может сильно раскачиваться на опорах, эффективность рабочих тактов при просчете её среднего арифметического показателя будет равна нулю. Но почему так?
Как описано выше, при увеличенном угле перекрытия газораспределительных фаз, в цилиндр имеет свойство попадать гораздо больше газа сгорания, оставшегося после предыдущего такта, который был выпущен в коллектор выпуска.
Эти газы вместе со всеми их примесями продуктов сгорания имеют свойство при попадании в цилиндр уменьшать количество реагирующих веществ, из-за чего, сгорание смеси вновь происходит не должным образом и не полностью. Из-за этого, продукты сгорания текущего рабочего такта содержащие повышенную концентрацию кислорода, смешиваются со смесью следующего такта. В следствии чего, смесь приобретает повышенную концентрацию веществ реагирования и значительно превышает по воспламеняемости смесь на таком же двигателе с нормальным углом перекрытия фаз. Это объясняется повышенным давлением в коллекторе впуска. В результате всего этого имеются хорошие рабочие такты с более высокой эффективностью и, следовательно, с более полным сгоранием смеси.
В свою очередь, продукты сгорания такого рабочего такта повышенной эффективности будут обладать меньшей концентрацией кислорода и веществ реагирования, что своим разведением со смесью следующего такта повлечет за собой его малую эффективность. Таким образом, происходит чередование тактов с повышенной и пониженной эффективностью в каждом цилиндре мотора.
Тут вот и просматривается зависимость нестабильности работы двигателя на холостых оборотах от угла перекрытия газораспределительных фаз и повышенного давления в коллекторе впуска, и, который в свою очередь влияет на газообмен.
Исходя из этого, можно сделать вывод, что изменение угла коленчатого вала буквально на несколько градусов относительно заводских настроек не влечет за собой серьезных изменений динамических характеристик двигателя, так же как и регулировка теплового зазора является вполне допустимой.
Корисне Работа двигателя на холостом ходу
