Что такое холостой ход дизельного двигателя

Режимы работы дизельного двигателя

При пуске двигателя стартером прокручивается кривошипно-шатунный механизм, в цилиндрах происходит воспламенение смеси и обороты коленвала увеличиваются до холостого хода. Из-за сжатия, воздух нагревается и воспламеняет дизельное топливо (минимальная температура для воспламенения составляет 250 С). Минимальная температура должна быть гарантирована при низкой частоте вращения коленвала, а также низкой температуре окружающей среды (в зимний период) и низкой температуре охлаждающей жидкости (холодный двигатель).

Существенно осложняют быстрый пуск следующие причины:

низкая частота вращения коленвала влияет на понижение конечного давления сжатия и понижение температуры. Причина этого — утечки заряда в зазорах поршневых колец между поршнем и стенкой цилиндра. И из-за первоначальной масляной пленки, которая ещё не успела образоваться. Во время сжатия, максимум температуры приходится на угол за несколько градусов до угла термодинамических потерь.

потеря тепла на такте сжатия на холодном двигателе. Высокие теплопотери у двигателей с разделенными камерами сгорания (из-за большой поверхности камер);

повышение трения в кривошипно-шатунном механизме из-за вязкости масла при низкой температуре;

падающее (на холоде) напряжение аккумулятора влияет на снижение частоты вращения вращения стартера;

образование парафина в топливе, при использовании его в погодных условиях с низкой температурой (зима).

Решение проблем с топливом

Проблему образования кристаллов парафина можно решить подогревом топлива или фильтра. Или можно (а лучше — желательно) использовать топливо, предназначенное специально для зимнего времени года.

Системы предвпускного подогрева

При впрыске топлива облегчение пуска дизеля осуществляется за счет подогрева воздуха во впускном тракте (грузовые автомобили) или свечами накаливания (легковые автомобили). В двигателях с разделенными камерами сгорания применяются свечи накаливания. Это способствует облегчению испарения топлива и надежному воспламенению. Свечи накаливания предварительно нагреваются за несколько секунд, это обеспечивает быстрый пуск. Последнее поколение свечей имеют низкую температуру нагретого состояния, и это позволяет дольше сохранять им температуру. За счет этого снижается эмиссия ОГ и уровень шума работающего прогретого двигателя.

Изменение параметров впрыскивания

Для облегчения пуска должны быть соблюдены несколько условий:

увеличение стартовой цикловой подачи топлива для повышения крутящего момента и компенсации потерь на утечки и конденсат.

ранний момент начала впрыска для облегчения воспламенения в ВМТ поршня при максимальной температуре конца сжатия.

Момент начала впрыска важно установить максимально точно. Если топливо впрыснуто рано, то оно оседает на холодных стенках цилиндра и испаряется только малое количество, так как температура заряда воздуха еще низкая. При позднем впрыске топливо воспламеняется на такте расширения, и поршень имеет слишком малое ускорение.

Для качественного своевременного распыления топлива и его распределения по камере системой впрыска должна соблюдаться дисперсность (минимальный размер распыляемых частиц топлива) для быстрого смесеобразования.

Нулевая нагрузка

Нулевая нагрузка — это все рабочие режимы двигателя, при которых крутящий момент не развивается, а двигатель при этом преодолевает только своё внутреннее трение, педаль газа может занимать любое положение, также как и частота вращения коленвала (до срабатывания ограничителя частоты вращения) может быть любой.

Холостой ход

Этот режим подразумевает минимальную частоту вращения коленвала при нулевой нагрузке.

Педаль газа при этом в свободном состоянии. Двигатель не производит крутящий момент, а преодолевает только внутреннее трение. Максимальная частота вращения коленвала при нулевой нагрузке называют максимальной частотой вращения коленвала на холостом ходу.

Читайте также:  Как запустить двигатель с помощью пускового устройства

Полная нагрузка

Педаль газа полностью нажата. В стационарном режиме работы двигатель развивает максимальный крутящий момент. В нестационарном режиме (с ограничением давления наддува) двигатель выдает максимально возможный (ниже по сравнению со стационарным режимом) крутящий момент, доступен весь диапазон частоты вращения — от холостого хода до максимально допустимого значения.

Охватывает промежуток между нулевой и полной нагрузкой. Крутящий момент, при этом, между нулевым и максимально возможным значением.

Частичная нагрузка в режиме холостого хода

Частота вращения холостого хода поддерживается регулятором. Значение крутящего момента может доходить до максимального.

Нижняя область частичных нагрузок

При низкой частоте вращения коленвала температура сжатия мала. Тепловыделение и повышение температуры не велики и камера сгорания остается холодной и её разогрев происходит медленно. При маленькой нагрузке и предварительном впрыске за один цикл в камеру сгорания подается несколько кубических миллиметров топлива. Как и при пуске, максимальная температура сгорания возникнет только в верхней мертвой точке поршня.

Момент начала впрыска должен определяться с высокой точностью. Во время задержки воспламенения, нужно малую часть подачи из всего цикла, так как количество топлива в камере сгорания определяет скорость повышения давления в цилиндре.

Шум сгорания зависит от повышения давления. Предварительный впрыск топлива сведет задержку воспламенения к нулю и шум от сгорания уменьшится.

Принудительный холостой ход

В этом режиме двигатель приводится трансмиссией (при движении под уклон).

Стационарный режим

Крутящий момент равен требуемому, частота вращения коленвала — неизменна.

Нестационарный режим

Крутящий момент не соответствует нужному. Частота вращения коленвала изменяется.

Переход между режимами

При изменении нагрузки, частоты вращения, педали газа изменяется и работа двигателя.

Источник

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.

Читайте также:  Аварийный режим работы двигателя митсубиси

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.

Читайте также:  Как самому сделать воздушный фильтр для двигателя

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.

Источник

Adblock
detector