Что такое холостой ход

Холостой ход | Автомобили от А до Я

Режим холостого хода.

Холостой ход представляет собой работу двигателя в автомобиле, который не движется. Когда включена нейтральная передача, двигатель работает с минимальными нагрузками, расход топлива незначительный – все это происходит на холостом ходу автомобиля. Торможение двигателем – это когда топливо не подается на ходу движения, обороты падают, автомобиль сам начинает тормозить.

Режим холостого хода запускается сразу же при повороте ключа в замке зажигания и прогреве двигателя. Режим не очень удобный, выделяются следующие негативные моменты холостого хода:

— при работающем двигателе без движения автомобиля запчасти покрываются нагаром, а в жаркую погоду возможен перегрев машины;

— системы вентиляции и кондиционирования быстрее выходят из строя.

Многие факторы напрямую зависят от состояния мотора и системы смазки. Также бензиновые двигатели и дизельные прогреваются с разной скоростью, это тоже следует учитывать, заводя машину. Бензиновые двигатели не нуждаются в длительном прогреве на холостом ходу. Нужно лишь завести, дождаться, пока работа мотора станет более или менее устойчивой, и когда стрелка температуры отклонится на одно деление, можно смело двигаться. Но в начале движения лучше ехать медленно, постепенно набирая скорость, без лишних рывков и резкого увеличения скорости.

Очень распространенной проблемой работы двигателя являются нестабильные обороты.

Автомобиль с данной проблемой тяжело вести, особенно в дорожном потоке. Как правило, плавающие обороты указывают на проблему с дроссельной заслонкой.

На работу холостого хода в значительной степени влияет качество топлива. В современных версиях автомобилей система питания оснащена очищающими фильтрами. В таких машинах холостой ход – отдельная самостоятельная система, которая отвечает за подачу топлива. Систему холостого хода автопроизводители постоянно совершенствуют и все больше усложняют.

8 июня 1909 года с конвейера сошел «Руссо-Балт» С-24/30 — первый серийный автомобиль отечественного производства. Попытки создать машину с двигателями внутреннего сгорания в Российской империи предпринимались с конца XIX века, однако тогда речь шла только о единичных экземплярах, с 1909 года же в стране возникло собственное автомобильное производство.

Благодаря своему элегантному внешнему виду и техническим характеристикам, отвечавшим самым современным требованиям, «Руссо-Балты» быстро снискали признание за рубежом. Их выпускали вплоть до революции, несколько машин сошли с конвейера уже после 1918 года. История развития отечественного автопрома на протяжении всего XX столетия и самые знаковые модели того времени — в подборке «Известий».

1909: «Руссо-Балт», модель С-24/30

Фото: commons.wikimedia.org

Выпуском легендарных «Руссо-Балтов» — визитной карточки Российской империи, — занималось вообще-то железнодорожное предприятие — Русско-Балтийский вагонный завод. Под производство автомобилей, спрос на которые становился всё активнее, на заводе приспособили отделение, занимавшееся обеспечением железнодорожных войск в годы Русско-японской войны, и с 1905 года фактически простаивавшее.

На должность главного конструктора был приглашен 26-летний бельгиец Жульен Поттера из компании Fondu, с которой плотно сотрудничал Русско-Балтийский завод. В подчинении у него было 10 инженеров, около 140 рабочих и три водителя-испытателя. Перед командой стояла цель собрать машину, которая могла бы передвигаться по бездорожью. Первую партию машин Поттера представил спустя всего год после начала работ. Самой первой и самой массовой моделью «Руссо-Балта» стала С-24/30, где 24 означало расчетную мощность двигателя в лошадиных силах, а 30 — максимальную мощность. Машина вышла надежной — во время одного из тестовых заездов водитель въехал в избу: машина не пострадала, а вот изба развалилась.

Впоследствии «Руссо-Балты» блестяще показали себя, участвуя в международных автопробегах и соревнованиях — например, Санкт-Петербург – Монте-Карло и Санкт-Петербург – Москва – Севастополь. Кроме того, «Руссо-Балт» стал первой машиной, добравшейся до вершины Везувия. За С-24/30 последовало еще несколько моделей, а всего к 1918 году на заводе было выпущено около 500 машин. Несколько из них стояли в императорском гараже. В 1918 году завод, к тому моменту эвакуированный в Москву, был национализирован. В начале 1920-х на нем было выпущено несколько «Руссо-Балтов» под названием «Промбронь», после чего завод перепрофилировали под нужды немецкой фирмы «Юнкерс».

1932: ГАЗ АА

Фото: commons.wikimedia.org/Вадим Кондратьев

Знаменитую полуторку начали собирать на Горьковском (тогда еще Нижегородском) автозаводе в самом начале 1930-х годов. В основу легла конструкция американского грузовика Ford AA — отечественные инженеры изменили конструкцию, адаптировав машину к местным условиям, и 29 января 1932 года с конвейера сошел первый отечественный грузовик ГАЗ АА, собранный, правда, с использованием деталей иностранного производства. С 1933 года полуторку начали собирать исключительно из отечественных деталей.

До 1934 года кабина грузовика делалась из дерева и прессованного картона, а затем была заменена на металлическую с дерматиновой крышей.

Полуторки активно использовались в годы войны, однако из-за нехватки запчастей «военные» модификации выпускались с брезентовыми дверями, которые можно было свернуть, на передних колесах отсутствовали тормоза, головной свет обеспечивался только одной фарой. В 1944 году завод постепенно вернулся к довоенной комплектации.

Последний ГАЗ АА сошел с конвейера в 1949 году. Всего было выпущено 985 тыс. экземпляров, на дорогах полуторки можно было встретить вплоть до конца 1960-х годов. Они стали самым массовым советским автомобилем первой половины XX века.

1936: ГАЗ М-1

Фото: commons.wikimedia.org/Музей отечественной военной истории

Спустя несколько лет после выпуска полуторки Горьковский автозавод представил очередную новинку — легковой автомобиль ГАЗ М-1, который вошел в историю отечественного автомобилестроения как эмка.

К этому моменту выпущенный на том же заводе легковой ГАЗ-А почти полностью вытеснил устаревшие модели иностранных марок. Однако конструкция машины практически целиком копировала американский Ford Model A, и вскоре стало ясно, что характерный открытый кузов-фаэтон в советских реалиях не комфортабелен и не слишком долговечен. Перед инженерами поставили задачу разработать более жизнеспособную технологию, и в результате, после нескольких экспериментальных моделей, появился автомобиль ГАЗ М-1. Прототипом для него послужил четырехцилиндровый Ford Model B 40A Fordor Sedan модели 1934 года, однако на этот раз конструкция его была значительно переработана.

Отличительной чертой машины, серийное производство которой началось в 1936 году, стал черный цвет кузова с узкой красной полосой вдоль борта. Металлические детали салона были покрашены под дорогие сорта дерева, салон был обит серым или коричневым шерстяным сукном.

Автомобиль выпускался до 1942 года, пользовался большой популярностью — всего было выпущено 62 888 экземпляров — и стал одним из символов своей эпохи. При этом современники чаще всего называли его не эмкой, а именно М-1. Название расшифровывалось как «Молотовский-1», в честь наркома иностранных дел Вячеслава Молотова, имя которого носил Горьковский автозавод.

1946: ГАЗ М-20 «Победа»

Фото: commons.wikimedia.org

Первая советская легковушка оригинальной конструкции и один из первых серийных легковых автомобилей в мире без выступающих крыльев, подножек и фар, «Победа» поступила в серийный выпуск в 1946 году. Однако работа по ее созданию была начата значительно раньше — еще до войны.

К концу 1930-х стало очевидно, что специалисты Горьковского завода готовы были перейти от адаптации западных моделей к разработке автомобиля оригинальной конструкции. Первые наброски будущей машины были представлены уже в 1938–1939 годах, но дальнейшие работы прервала война. Завод смог вернуться к разработке уже в 1943 году, после Сталинградской битвы. Считается, что именно в военные годы проекту и было присвоено название «Победа».

Музей ретро-автомобилей «Московский транспорт». Фотогалеря:

Знаменитые «Москвичи» разных модификаций

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков

В кабине «Волги» ГАЗ-21

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков

Автомобиль Ford Model T, собранный в России

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков

Один из «Москвичей» в музее «Московский транспорт»

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков

Советский ответ «Жуку» — малолитражный «Запорожец»

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков

Легендарные лимузины ЗИЛ

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков

«Москвич 401» — одна из первых отечественных машин экономкласса

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков

В музее «Московский транспорт»

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков

«Волга» ГАЗ-21

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков

Скачущий олень — эмблема автомобиля «Волга» ГАЗ-21

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков

Музей «Московский транспорт» был основан в 2003 году, сегодня его коллекция насчитывает около 260 единиц техники

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков

«Волга» ГАЗ-24

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков

Автомобиль Marussia

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков

ГАЗ-М1, знаменитая «Эмка»

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков

ГАЗ-М1, знаменитая «Эмка»

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков

ГАЗ-13 «Чайка», пришедший на смену устаревшим лимузинам ЗИМ

Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков

К моменту возобновления работ по созданию «Победы» советские специалисты успели поработать с автомобилями, полученными из США и Великобритании по ленд-лизу, а также изучить трофейную немецкую технику. Так, при разработке были позаимствованы отдельные элементы модели Opel Kapitan.

В июне 1945 года машина прошла государственную приемку, а в июне 1946 года начался их серийный выпуск на заводе. При этом Горьковский завод еще не успел полностью восстановить производство после войны, поэтому первые 28 машин были собраны почти вручную, и лишь после этого была запущена конвейерная линия.

Вскоре стало очевидно, что машина, собранная второпях, имеет множество недочетов. Конвейер был временно остановлен для их ликвидации, а директор завода Иван Лоскутов освобожден от должности. Впоследствии усовершенствованные М-20 в различных модификациях выпускались вплоть до конца 1950-х годов.

1960: ЗАЗ-965 «Запорожец»

Фото: commons.wikimedia.org

К середине 1950-х годов советские автомобилестроители в полной мере освоили производство машин представительского класса, однако сегмент небольших «народных» автомобилей был представлен лишь стремительно устаревавшим «Москвичом-401». Между тем самые трудные послевоенные годы остались позади, и спрос на такой массовый автомобиль начал расти.

Заполнить нишу предстояло «Запорожцу» — малолитражному автомобилю ЗАЗ-965. Первоначально предполагалось, что выпускаться новая машина будет в цехах завода «Москвич». Однако завод был полностью загружен, и специально для производства малолитражки было запущено предприятие в Запорожье.

За основу был взят итальянский Fiat 600, однако, как и в случае с «ГАЗами», инженеры серьезно доработали конструкцию, чтобы адаптировать модель к требованиям отечественного рынка. Первый серийный автомобиль был выпущен в 1960 году. В 1963-м была представлена его модификация ЗАЗ-965А.

Автомобиль, получивший в народе название «Горбатый», отвечал всем требованиям, предъявлявшимся к подобным машинам — он был прост в производстве и экономичен в использовании. Прототипами для него послужили знаменитый Volkswagen «Жук» и маленькая городская BMW 600.

Всего было выпущено свыше 322 тыс. автомобилей обеих модификаций. Кроме того, «Запорожцы» появились в целом ряде популярных фильмов — например, в «Королеве бензоколонки», комедии «Три плюс два» и мультфильме «Ну погоди!».

1959: ГАЗ-13 «Чайка»

Фото: ТАСС/Дмитрий Серебряков

Легковой автомобиль представительского класса был спроектирован в конце 1950-х, чтобы заменить устаревший лимузин «ЗИМ». Изначально предпринимались попытки модернизировать уже существовавшую машину, но вскоре стало очевидно, что в условиях стремительно развивающегося мирового авторынка требуется принципиально новая модель. Проект был поручен Горьковскому автомобильному заводу.

В качестве названия было предложено два варианта: «Чайка» и «Стрела». По легенде, решение остановиться на «Чайке» один из разработчиков объяснил так: «Представьте себе Волгу. Кто над ней летит? Чайка. Вот и у нас — «Волга», а над ней — «Чайка». Первые опытные образцы были выпущены в 1956 году. Они были отправлены в испытательный пробег длиной 21 тыс. км. Официальным же днем рождения машины считается 16 января 1959 года — именно тогда с конвейера сошли серийные, хорошо знакомые всем «Чайки».

Впоследствии эта модель, в которой воплотились основные направления автомобильной моды 1950-х, неоднократно экспонировалась на международных автомобильных салонах, в том числе в Будапеште, Женеве, Нью-Йорке, Лейпциге и Мехико, а двухцветная бордово-бежевая «Чайка» несколько лет стояла на ВДНХ.

Существует несколько модификаций знаменитого лимузина, в том числе модель для киносъемок со «срезанным» верхом и «Чайка» — катафалк. Всего было произведено 3189 автомобилей. Многие из конструктивных решений, впервые испробованных при создании «Чайки», позднее были задействованы при производстве «Волг» среднего класса.

1970: ВАЗ-2101 «Жигули»

Фото: commons.wikimedia.org

Основоположник «классического» семейства хорошо знакомых всем автомобилей «ВАЗ», производство которого завершилось только в 2012 году.

Основа для его производства была заложена в 1966-м, когда СССР заключил договор с итальянской компанией Fiat о сотрудничестве в сфере разработки легковых автомобилей. Страны в том числе договорились о строительстве завода на территории Советского Союза, а также определили модели машин, которые предполагалось запустить в производство. За средний класс должны были «отвечать» ВАЗ-2101 и ВАЗ-2102. Прототипом для них стал автомобиль Fiat 124.

Уже в 1967 году было придумано название для будущей машины, и советские инженеры заказали у Fiat таблички с надписью «Жигули», которые предполагалось крепить на задней панели кузова. Первые шесть машин были собраны на новом заводе в Тольятти в апреле 1970 года, серийный выпуск начался в августе того же года. Пик производства пришелся на 1973 год — тогда было собрано 379 тыс. экземпляров.

В народе новую модель сперва назвали «Единичка», а затем, когда «Жигули» снискали популярность, прозвище сменилось на «Копейку».

Всего же с 1970 по 2012 год Волжский автомобильный завод выпустил почти 5 млн автомобилей ВАЗ-2101 различных модификаций.

Холостой ход — специальный режим работы двигателя внутреннего сгорания на неподвижном автомобиле. Следует после режима «пуск» и режима «прогрев».

Во время холостого хода лямбда-зонд (на инжекторных автомобилях) уже разогрет до рабочей температуры (выше 300°C) и бортовой компьютер начинает использовать показания датчика для регулирования состава горючей смеси. Целевая функция — минимум токсичности выхлопных газов.

Некоторые современные двигатели не имеют холостого хода, что иногда создает курьезные проблемы с техосмотром.

Неравномерности работы двигателя на холостом ходу

Холостой ход, несмотря на кажущуюся простоту его реализации в бензиновых двигателях, является весьма «неудобным» режимом. На этом режиме полезной энергии выделяется ровно столько, чтобы обеспечить вращение коленвала с минимальной устойчивой скоростью, привод механизма газораспределения с осуществлением процессов газообмена и привод вспомогательных агрегатов. Индикаторный КПД на режиме холостого хода минимален. Рабочий процесс в двигателе, работающем на холостом ходу, происходит при весьма неблагоприятном сочетании условий:

  • низкая скорость топливно-воздушной смеси в тактах впуска и сжатия не способствует хорошему смесеобразованию;
  • продолжительное время рабочего цикла способствует интенсивному теплообмену рабочего тела с деталями двигателя;
  • низкое давление во впускном коллекторе является причиной низкой концентрации реагирующих веществ (углеводородов и кислорода), и, как следствие, процесс сгорания происходит медленно и нестабильно;
  • перепад давлений между впускным и выпускным коллекторами, в сочетании с большой продолжительностью всех процессов, приводит к обратному забросу отработавших газов в камеру сгорания, и далее во впускной коллектор, в момент перекрытия фаз газораспределения (перекрытие клапанов), что ещё больше снижает концентрации реагирующих веществ в камере сгорания.

На пункты 1 и 2 влияют исключительно конструктивные особенности двигателя. Поговорим теперь о пунктах 3 и 4 и их взаимном влиянии. Для начала вспомним, что поршневой бензиновый двигатель внутреннего сгорания является двигателем с количественным регулированием рабочего процесса, то есть, крутящий момент, снимаемый с коленвала двигателя, зависит от количества поступившей в цилиндр свежей смеси. Ограничение подачи воздуха (топливовоздушной смеси) называется дросселированием. Двигатель «душат», не дают ему «дышать».

Положением дроссельной заслонки определяется, сколько воздуха попадёт во впускной коллектор при данном перепаде давлений между атмосферным давлением и давлением во впускном коллекторе.

Как оценить эффективность работы двигателя? Очевидным критерием будет расход топлива, отнесённый к производимой работе.

При работе двигателя на холостом ходу эффективная работа равна нулю, следовательно, расход топлива (при прочих равных условиях) однозначно характеризует эффективность работы двигателя на холостом ходу. Но расход топлива и расход воздуха являются взаимосвязанными величинами. На холостом ходу дроссельная заслонка полностью закрыта, воздух поступает во впускной коллектор через РДВ (регулятор добавочного воздуха), и он даёт двигателю столько воздуха, сколько ему нужно для работы на холостом ходу.

Рассмотрим такой интересный параметр работы двигателя, как давление во впускном коллекторе. При рассмотрении этого параметра можно вспомнить задачу про бассейн, в который по одной трубе вода вливается (дроссельная заслонка), а по другой – выливается (впускные клапана), а уровень воды (давление во впускном коллекторе) является результирующей работы этих двух труб. Только в случае с автомобильным двигателем всё сложнее: расход воздуха через РДВ зависит от его положения и перепада давлений между впускным коллектором и атмосферой, а расход воздуха через впускные клапана зависит от давления во впускном коллекторе и от фаз газораспределения. От давления во впускном коллекторе напрямую зависит, какое количество свежей рабочей смеси попадёт в цилиндр. И если, два одинаковых двигателя работают на холостом ходу с одинаковой дополнительной нагрузкой, обусловленной приводом агрегатов, то индикаторный КПД выше у того двигателя, у которого ниже давление во впускном коллекторе (чем ниже давление (больше разрежение), тем меньше свежей смеси попадает в цилиндры, а если работа этими двигателями совершается одинаковая, то КПД выше у того, который меньше потребляет топлива). Для удобства рассмотрения мы принимаем, что оба рассматриваемых двигателя работают по лямбда-регулированию и с одинаковым УОЗ. Величина давления во впускном коллекторе оказывает существенное влияние на процесс обратного заброса газов: чем ниже давление во впускном коллекторе, тем большим будет перепад давлений между впускным и выпускным коллекторами, то есть перепад, под действием которого происходит обратный заброс. Если мы начинаем увеличивать угол перекрытия клапанов (время-сечение, когда открыты оба клапана), то тем самым мы резко увеличиваем обратный заброс. Отработавшие газы из выпускного коллектора попадают через открытые клапана и камеру сгорания во впускной коллектор. Во время впуска в цилиндр сначала поступают заброшенные из выпускного коллектора отработавшие газы, а затем только свежая смесь. При неизменном давлении во впускном коллекторе это приведёт к замещению части свежего заряда отработавшими газами (снижение циклового наполнения свежей смесью) и снижению концентрации реагирующих веществ. Оба этих момента ведут к снижению эффективности рабочего цикла. Компенсационной мерой для поддержания частоты вращения двигателя является увеличение расхода воздуха (и топлива) на данной частоте вращения. Увеличение расхода воздуха осуществляется за счёт увеличения проходного сечения РДВ. Это приводит к росту давления во впускном коллекторе (снижению перепада давлений между впускным и выпускным коллекторами) и, как следствие, сокращению обратного заброса отработавших газов.

Соответственно, каждому взаиморасположению фаз газораспределения соответствует свой расход воздуха и топлива и своё давление во впускном коллекторе, обеспечивающие работу двигателя на заданных оборотах холостого хода.

Итак, мы приходим к выводу, что при проведении ремонтных и регулировочных работ реально можно повлиять только на взаимное расположение и ширину перекрытия фаз газораспределения. У каждой компоновочной схемы ГРМ свои особенности. На двигателях с гидрокомпенсаторами зазоров в приводе клапанов и индивидуальными валами на впускные и выпускные клапана фазы газораспределения имеют весьма широкий диапазон возможной установки.

На одновальных (с одним распределительным валом) двигателях с регулируемым тепловым зазором в приводе клапанов, ширина перекрытия фаз газораспределения зависит от профиля кулачков и величины тепловых зазоров (чем больше зазор, тем меньше перекрытие фаз).

На одновальных двигателях с гидрокомпенсаторами зазоров в приводе клапанов влияние на ширину и взаимное положение фаз газораспределения оказывает только профиль кулачков.

При ремонтном воздействии возможно только совместное смещение фаз газораспределения относительно положения поршня в цилиндре (поворот распредвала относительно коленвала). Нужно отметить, что ширина фаз газораспределения и их взаимное расположение на автомобильных моторах общего назначения выбирается как компромисс между режимами максимальной мощности, максимального крутящего момента, минимальных оборотов под нагрузкой и холостого хода.

Для обеспечения комфортной эксплуатации автомобиля, автомобильный двигатель должен иметь «хорошие низы», плавную кривую крутящего момента в широком диапазоне частоты вращения и ровную работу на холостом ходу. На механизм газораспределения возложена задача обеспечить максимальную очистку цилиндра от отработавших газов и максимальное наполнение его свежим зарядом во всём диапазоне работы двигателя.

С точки зрения холостого хода режим максимальной мощности является диаметрально противоположным. И, если для работы на холостом ходу оптимальны узкие фазы газораспределения (позднее открытие – раннее закрытие) без перекрытия фаз, то для максимальной мощности требуются широкие фазы, чем выше максимальная частота вращения тем шире фазы. Это объясняется двумя обстоятельствами: сокращением времени на процессы газообмена и увеличением скоростей, а следовательно, ускорений, а следовательно, усилий в приводе клапанов при увеличении частоты вращения.

Второе обстоятельство накладывает жесткие ограничения на траекторию движения клапана, особенно на участках открытия и закрытия. Это значит, что на участке отрыва клапана от седла и его посадки в седло изменение положения клапана за некий угол поворота распредвала очень мало. На высоких скоростях вращения эти участки (начало и окончание движения клапана) не играют существенной роли в процессах газообмена, на режиме же холостого хода именно эти участки создают описанные выше проблемы неравномерности на холостом ходу. На практике проблемы с равномерностью работы двигателя на холостом ходу могут возникнуть в результате удлинения (вытяжки) приводной цепи или замены распределительных валов.

Как ни странно, но профиль кулачка у «старого» вала может существенно отличаться от профиля «нового». Если мы говорим, что равномерность работы двигателя на холостом ходу нас не устраивает, то для её улучшения путём корректировки фаз нужно чем-то жертвовать. В двигателях с двумя распределительными валами уменьшение перекрытия фаз газораспределения путём изменением положения распредвалов относительно коленвала приносит в жертву мощностные режимы (уменьшение угла перекрытия фаз газораспределения на 6 градусов поворота коленвала на двигателе М60 увеличивает время свободного разгона до 6000 об/мин на 4 – 6 %). На одновальных двигателях увеличение теплового зазора в приводе клапанов, с целью уменьшения угла перекрытия фаз газораспределения, увеличивает ускорения, а следовательно и усилия, в приводе клапанов. При этом повышается шумность работы двигателя и риск ускоренного износа пар кулачок – рокер и эксцентрик – клапан. Теперь, рассмотрев влияние фаз газораспределения на работу двигателя, постараемся понять, почему незначительное изменение угла перекрытия фаз газораспределения (6 – 10 градусов ПКВ — поворота коленвала) приводит к столь ощутимому увеличению уровня неравномерности частоты вращения (при расширении фаз) и, наоборот, при уменьшении угла перекрытия фаз неравномерность резко уменьшается?

Дело в том, что на участках начала открытия и конца закрытия клапана, площадь проходного сечения между седлом и клапаном меняется нелинейно. На начальной части траектории открытия клапана увеличение его проходного сечения по мере поворота распредвала незначительно. Затем, проходное сечение клапана начинает увеличиваться всё более интенсивно. Соответственно, интегральный показатель перекрытия фаз газораспределения, «время – проходное сечение», будет резко меняться при незначительном изменении угла взаимного перекрытия фаз газораспределения.

Рассмотрим причины возникновения колебаний двигателя на опорах при работе на холостом ходу.

Известно, что при выстреле, пушка откатывается в сторону, противоположную направлению выстрела: работает закон сохранения импульса. В случае с двигателем роль снаряда отводится коленвалу с маховиком, а роль пушки – блоку цилиндров с навесным оборудованием. Когда коленвал получает угловое ускорение по часовой стрелке, блок по закону сохранения момента импульса, получает угловое ускорение против часовой стрелки.

Соответственно, чем выше нестабильность частоты вращения коленвала (изменение частоты вращения за малый промежуток времени), тем большей будет амплитуда колебания двигателя на опорах. При работе на холостом ходу средняя частота вращения коленвала поддерживается блоком управления двигателем на заданной величине. Поршневой двигатель – машина дискретного типа, и эффективность работы серии рабочих тактов не может быть абсолютно одинаковой.

Это особенно относится к холостому ходу, неблагоприятность режима которого была отмечена выше. И, даже если значения средней эффективности, посчитанные по всем цилиндрам двигателя, за какой-либо промежуток времени работы двигателя (5 – 10 секунд) близки к нулю, при рассмотрении серии последовательных рабочих тактов наблюдается чередование тактов с положительной и отрицательной эффективностью.

Под эффективностью понимается изменение частоты вращения коленвала на промежутке между ВМТ двух последовательно работающих цилиндров. Если частота вращения возросла – эффективность положительная, снизилась – отрицательная. При работе двигателя с увеличенным углом перекрытия фаз газораспределения рабочие такты с положительной и отрицательной эффективностью могут следовать в самых различных комбинациях, причём, чем больше угол перекрытия фаз газораспределения, тем большие значения как положительной, так и отрицательной эффективности будут у тактов, составляющих рабочий процесс. Но, если проследить последовательно эффективности работы каждого цилиндра на выбранном промежутке времени работы двигателя, то обнаруживается интересный факт: в каждом цилиндре рабочие такты с положительной и отрицательной эффективностью следуют со строгим чередованием.

То есть, если в одном цикле, например, пятый цилиндр имеет положительную эффективность то в следующем – отрицательную, затем – вновь положительную и так далее. При этом каждый цикл состоит из комбинации рабочих тактов с положительной и отрицательной эффективностью, двигатель сильно раскачивается на опорах, а средняя арифметическая эффективность рабочих тактов от нуля отличается не значительно. Попробуем разобраться, чем вызвана такая работа двигателя? Как уже упоминалось, при увеличении угла перекрытия фаз, в цилиндр попадает значительно большее количество продуктов сгорания от предыдущего рабочего такта, ранее выброшенных в выпускной тракт. Эти продукты снижают концентрацию реагирующих веществ, и процесс сгорания в очередном рабочем такте идёт плохо и неполно. Соответственно, продукты горения этого рабочего такта содержат много кислорода и углеводородов, и когда этими продуктами разбавляется свежая смесь последующего рабочего такта, то итоговая концентрация реагирующих веществ в нём оказывается выше, чем у двигателя с нормальным углом перекрытия фаз (этому способствует более высокое давление во впускном коллекторе). В результате получается рабочий такт с высокой эффективностью и, соответственно, с хорошей полнотой сгорания.

Продукты этого, эффективного рабочего такта, содержат мало кислорода и углеводородов и, разбавляя собой свежую смесь очередного рабочего такта, приводят к его низкой эффективности. Таким образом, этот процесс повторяется и происходит во всех цилиндрах двигателя. Ниже приведены фрагменты работы на холостом ходу двигателя M50B25 Vanos. В первом фрагменте впускной вал повёрнут вперёд на 5 градусов ПКВ, а выпускной – назад на 5 градусов ПКВ. Во втором фрагменте наоборот, впускной вал повёрнут назад, а выпускной – вперёд на те же 5 градусов ПКВ. При сравнении этих фрагментов бросается в глаза отличие по неравномерности вращения коленвала. Также можно отметить, при сужении фаз, сокращение расхода воздуха и топлива, снижение давления воздуха во впускном коллекторе двигателя.

Подводя итог, можно отметить, что уход на 3 – 6 градусов поворота коленвала от заводских ТУ при установке распредвалов у двухвальных двигателей не приводит к ощутимому изменению динамических и экономических показателей двигателя. У двигателей с регулируемым тепловым зазором в приводе клапанов, увеличение теплового зазора на 0.05 – 0.10 мм также является допустимым.

Данная статья рассматривает неравномерность работы двигателя на холостом ходу, вызванную исключительно особенностями газообмена. За рамками рассмотрения остались проблемы, вызванные неравномерным распределением картерных газов, различным распределением топлива по цилиндрам, различной компрессией и т.д.

Авторы: Долгов И. А.; Александров А. В.

Когда появились первые моторы, не существовало даже самого понятия холостых оборотов. Впрочем, на заре автомобилизма многое чего не знали, терминология только-только зарождалась.

Сегодня же любой нормальный автомобилист скажет, что холостые обороты мотора — это режим, в котором он работает без нагрузки. Но этого будет уже мало.

Толковые автовладельцы могут точно назвать правильную величину оборотов двигателей, который стоят на их машинах. Но неплохо бы знать, почему эти обороты именно такие, почему они изменяются, как и для чего поддерживаются? Тогда и эксплуатация автомобиля будет более осмысленной.

Как все начиналось?

Карбюратор относится к главным автомобильным изобретениям. Около 1915 года в двигателестроении произошел серьезный прорыв: на автомобиле Packard Twin Six появился настоящий карбюратор с жиклерами и управлением опережением зажигания.

Это позволило решить две задачи: значительно увеличить мощность, подняв рабочие обороты до 3000 в минуту; снизить устойчивые обороты за счет введения специальной системы смесеобразования на малых оборотах. Это и был холостой ход.

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. Да и само слово «экология» еще не вошло в обиход. Все силы были направлены на то, чтобы постоянно совершенствовать силовые агрегаты и конструкцию авто, независимо от влияния на окружающую среду.

Для чего «холостые» нужны?

При работающем моторе мощность растет исключительно с ростом оборотов, а крутящий момент имеет пик в области средних или высоких оборотов (на наддувных агрегатах момент появляется раньше, но тоже не с нуля).

Чтобы дать мотору полезную нагрузку, нужно, чтобы он уже устойчиво крутился и был готов создавать крутящий момент. Иначе он просто заглохнет. Никаких способов обойти это ограничение не существует. Те обороты, с которых мотор может воспринимать нагрузку, и принято называть холостыми. Обороты выше холостых — рабочие.

Для большинства моторов легковых автомобилей холостые обороты составляют 500–900 оборотов в минуту, что не так уж мало.

Почему обороты не постоянны?

Чем совершеннее система питания, тем менее заметны колебания оборотов. Если на двигателе стоит простой карбюратор, 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 человек уже ничего не регулирует, но обороты заметно повышаются для обеспечения устойчивой работы.

А что система впрыска? Она позволят лишь немного завысить холостые обороты до прогрева лямбда-сенсоров и удерживать их до нормализации смесеобразования на 100–1000 оборотов в минуту. Обороты могут немного подняться при увеличении нагрузки со стороны системы кондиционирования или нагрузки от генератора. Во всех остальных случаях исправная система должна держать обороты практически постоянными, в пределах ± 30 оборотов в минуту.

Регуляторы холостого хода и дроссельные заслонки с электроприводом со временем загрязняются, не все свечи и форсунки работают идеально, системы EGR пропускают газы, барахлят системы регулирования фаз, а у цилиндров может быть разная компрессия. Получается, что в реальной жизни на старых машинах обороты все же немного «гуляют»: или излишне снижаются под нагрузкой или же, наоборот, завышаются.

Холостые обороты — это компромисс

Увеличивать холостой ход — значит поднимать расход топлива и теплоотдачу двигателя без нагрузки. Это — плохая идея. Снижение же оборотов приводит сразу к нескольким неприятным последствиям:

1) нарушается смесеобразование: при снижении частоты вращения ухудшается очистка цилиндров от отработанных газов, затрудняется наполнение цилиндров свежей смесью, растут потери на перепуск, а значит, падает и мощность;

2) серьезной проблемой является снижение давления масла и объема его подачи, потому что чем меньше обороты, тем ниже давление (при определенном минимуме давления подшипники скольжения выходят из режима жидкостного трения и ресурс мотора стремительно уменьшается).

3) 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.

Кроме того, на машинах с АКПП нужно учитывать следующее: маслонасос АКПП приводится от коленчатого вала двигателя, а значит и работа коробки 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…

Как видим, даже сегодня самые продвинутые моторы еще не приблизились к идеалу настолько, чтобы не учитывать целую сумму факторов, которые влияют на их работу. Значит, мотористам есть, куда расти.

Текст: Александр Валентинов

Фото с Интернет-сайтов

Как всё начиналось

На 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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *