Gaznaauto Сайт про автомобили
Якщо запитати автовласника, що таке холості оберти мотора, він напевно відповість, що це режим, в якому мотор працює без навантаження, і матиме рацію. Багато хто навіть зможе точно назвати правильну величину оборотів для їхніх автомобілів. Але чому ці оберти саме такі? Чому не більші, не менші, чому вони змінюються, як і для чого підтримуються? Сьогодні ми спробуємо в цьому розібратися.
Як усе починалося
На перших моторах не існувало навіть самого поняття холостих обертів. Частота робочих і холостих обертів практично збігалася, а робочий діапазон двигуна був вкрай малий (приблизно лише від 250 до 450 обертів на хвилину). Ну а куди діватися: менше не можна, вище не крутиться… Гнотові карбюратори мали досить невеликий робочий діапазон і за малого потоку суміші сильно «переливали». Фактично їх налаштовували тільки на робочі оберти.
Ситуація змінилася приблизно до 1915 року. Поява на Packard Twin Six справжнього карбюратора з жиклерами і управління випередженням запалювання дала змогу вирішити два завдання. По-перше, значно збільшити потужність, збільшивши робочі оберти до 3000 на хвилину, а по-друге, знизити стійкі оберти за рахунок введення спеціальної системи сумішоутворення на малих обертах. Іншими словами, системи холостого ходу.
Усі пізніші конструкції карбюраторів уже передбачали регулювання і налаштування сумішоутворення на холостих обертах, часто використовуючи для цього режиму окремі дозувальні системи. Звісно, екологія і навіть ресурс для тих конструкцій не були визначальними факторами, але мотори просто не могли працювати на обертах, нижчих за ті, на яких міг створювати суміш карбюратор. Але потім система стала значно складнішою.
Навіщо потрібні холості оберти?
Поки мотор заглушений, жодного крутного моменту він, зрозуміло, не створює. Але і при працюючому моторі потужність зростає виключно зі зростанням обертів, а крутильний момент має пік на середніх або високих обертах (на наддувних двигунах момент з’являється раніше, але теж далеко не з нуля).
Щоб навантажити мотор корисним навантаженням, потрібно, щоб він уже стійко крутився і був готовий створювати крутний момент. Інакше він просто затихне. Вибачте, що так складно пояснюю просту річ, але це вкрай важливий для розуміння подальшого момент.
Навантажити ДВЗ можна тільки якщо він уже працює на стійких і достатніх для сприйняття навантаження оборотах. Жодних способів обійти це обмеження немає. Можна тільки уникнути цієї проблеми, використовуючи додатковий двигун, який працюватиме замість ДВЗ до досягнення тих робочих обертів. Наприклад, таку функцію виконує електромотор на гібридах або пневматичний стартер із надлишковою потужністю.
Ті оберти, з яких мотор може сприймати навантаження, і називаються холостими.
Усі обороти вище холостих — робочі. Нижче починається зона пускових обертів, на яких двигун не переносить навантаження з тих чи інших причин. Для більшості моторів легкових автомобілів холості оберти становлять 500-900 обертів на хвилину, що не так вже й мало. У разі використання АКПП можна трохи «схитрувати» і встановити холості оберти без навантаження з боку трансмісії нижчими, підвищуючи їх тільки під час увімкнення режиму «Drive» у коробці.
Чому холості оберти не постійні?
За різних систем живлення причини зміни холостих обертів різні. На ДВЗ із простими нерегульованими карбюраторами оберти залежать від навантаження і сумішоутворення. Якщо спрацьовують автомати збільшення обертів, то зі зростанням навантаження оберти падатимуть. Те саме станеться через погане сумішоутворення, але цього намагаються уникнути, застосовуючи різні системи холодного запуску, які завищують оберти для забезпечення стійкої роботи двигуна.
Що досконаліша система живлення, то менш помітні коливання. З простим карбюратором водій сам регулює холості оберти. Його втручання потрібне, якщо температура двигуна або навантаження на нього відрізняються від виставлених під час регулювання холостих обертів. З електронним карбюратором з автоматом холодного запуску водій вже нічого не регулює, але оберти помітно підвищуються для забезпечення стійкої роботи до прогріву.
Системи впорскування хіба що дадуть змогу трохи завищити холості оберти до прогрівання лямбда-сенсорів і втримають їх трохи підвищеними до нормалізації сумішоутворення на 100-1000 обертів на хвилину. І ще вони можуть трохи збільшити оберти при збільшенні навантаження з боку системи кондиціонування або навантаження від генератора. У всіх інших випадках справна система має підтримувати оберти практично постійними, в межах +/- 30 обертів на хвилину.
На жаль, усі способи регулювання не ідеальні. Регулятори ХХ і дросельні заслінки з електроприводом з часом забруднюються, не всі свічки і форсунки працюють ідеально, системи EGR пропускають гази, дають збої системи регулювання фаз, а в циліндрах може бути різна компресія, через що в реальному житті на старих машинах оберти все ж таки трохи «гуляють»: надміру просідають під навантаженням або навпаки, завищуються.
Чому холості оберти саме такі?
Вибір холостих обертів — це завжди компроміс. Збільшувати їх — значить збільшувати витрату палива і тепловіддачу двигуна без навантаження, що, очевидно, є поганою ідеєю і для цивільної машини не годиться. Зниження ж призводить одразу до кількох неприємних наслідків.
По-перше, порушується сумішоутворення. Процеси в ДВЗ динамічні, і вся його конструкція розрахована на робочі оберти. При зниженні частоти обертання погіршується очищення циліндрів від відпрацьованих газів, ускладнюється наповнення циліндрів свіжою сумішшю, зростають втрати на перепуск, а отже, падає і потужність.
Може, таке заниження ХХ зробить мотор хоча б екологічнішим? Теж ні. Швидше, навпаки. Навіть якщо двигун зберігає можливість сприйняття навантаження на оборотах, менших за холості, його робочий процес буде далеким від розрахункового. Наприклад, на обертах менше 400-500 часто навіть катколектори перестають прогріватися до робочої температури, а кількість пропусків запалювання зростає.
Серйозною проблемою є зниження тиску оливи та обсягу її подачі. Тут усе просто: менші оберти — нижчий тиск. За якогось мінімуму тиску підшипники ковзання виходять з режиму рідинного тертя, і ресурс мотора стрімко зменшується. І що вищим є навантаження, то вищим має бути тиск, а отже, і оберти мотора.
Навантаження на мотор вже на холостих обертах може бути значним (особливо з МКПП). Автоматичні коробки передач здатні запобігти неприємностям, але проблеми повністю не вирішують, хоча значно збільшують ресурс ДВЗ загалом. У результаті тиск оливи на холостих обертах має бути вже достатнім для сприйняття повного навантаження на мотор. На жаль, що вищий тиск і продуктивність маслонасоса на холостих обертах, то більший надлишок тиску на робочих. А отже, більша витрата палива, менший ресурс оливи. Регульований масляний насос дає змогу трохи поліпшити ситуацію, але здебільшого все ж таки слугує для компенсації надлишкового зниження тиску оливи після прогріву двигуна, а не для зниження обертів холостого ходу.
На машинах з автоматичною коробкою передач потрібно враховувати і її «побажання». Адже маслонасос АКПП приводиться від колінчастого вала двигуна, а значить і робота коробки передач залежить від оборотів холостого ходу. За занадто малих обертів тиску не вистачить на коректну роботу механіко-гідравлічної системи управління. А для систем старт-стоп доводиться встановлювати гідроакумулятори і додаткові електронасоси. Це дає змогу гідравліці вмикатися в роботу одразу під час запуску двигуна, а не через п’ять-десять секунд.
Привід різного навісного обладнання теж створює складнощі. Генератор, насоси ГУРа і кондиціонера та помпа системи охолодження мають обмежений робочий діапазон, тому передавальне відношення системи приводу додаткових агрегатів підбирають з урахуванням максимальних обертів двигуна. А мінімальні оберти будь-якого з пристроїв і навантаження на підсистеми машини обмежують нижнє значення холостих обертів. Занадто велике зниження оборотів може призвести до перегріву багатоциліндрових моторів через порушення циркуляції рідини, до розряду акумулятора або непрацездатності системи кондиціонування. Щоправда, ці проблеми теж можна вирішити.
Тут виручають перехід на електроприводи підсилювача керма, насосів системи охолодження і кондиціонера та встановлення регульованого приводу помпи. На щастя, генератори мають дуже великий робочий діапазон і не втрачають ККД за високих обертів. Але у цих заходів є і недоліки. Найчастіше вони тягнуть за собою зайві витрати, а часто — і зниження ККД систем за рахунок подвійного перетворення енергії.
Вібрація мотора під час зниження обертів здебільшого пов’язана з нестійкістю робочого процесу, але є у неї і кілька інших причин. Наприклад, система підвіски ДВЗ вміє гасити коливання тільки в певному діапазоні частот. І що нижчі оберти, то складніше гасити вібрації, що виникають. Причому крім вібрацій, що передаються на кузов і впливають на комфорт водія і пасажирів, існує ще така річ як крутильні коливання, які руйнівно діють на трансмісію і колеса.
Що нижчі оберти мотора, то складніше їх гасити. Доводиться або використовувати не блоковані гідротрансформатори, або двомасові маховики, або поєднання двох технологій одночасно. Підвищення обертів холостого ходу дає змогу знизити коливання моменту при кожному оберті, відсунути частоти всіх коливань далі від резонансних і зробити роботу всіх систем придушення вібрацій ефективнішою.
