ПЕРЕЙТИ К НАЧАЛУ СТРАНИЦЫ
Интернет магазин запчастей: +7 (495) 984 3220
Адреса доставки запчастей

Москва, Ленинградский проспект, 64, институт МАДИ


Московская область, Ленинградское ш. 34-й км. Полигон МАДИ

Поиск запчастей

Код запчасти:

Сортировать:   


Вход в магазин

Логин:

Пароль:


Ремонт и обслуживание


Каталоги запчастей


Свежие темы форума
Течет антифриз на Е70 с N62 с появлением холодов
20/11/2017
Течет антифриз на Е70 с  N62, так же будет и на любом ...
Пропали тормоза на BMW Е60 с дизелем N47
18/11/2017
Нет тормозов на Е60 с дизелем  N47
Наблюдали...
Горит гирлянда на приборке (4х4, DSC, и т.п.) BMW X3 E83
18/11/2017
Горит 4х4,  DSC, лампа неисправности тормозной системы...
Не работает электрооборудование на BMW Е90
13/11/2017
Доброго времени суток!
Есть такая проблема: всегда...
Слишком богатая смесь на двигателе BMW N20
09/11/2017
Слишком богатая смесь на  двигателе BMW N20
Слишком...
Вырезали катализатор на BMW E70 двиг. N55
07/11/2017
Вырезали дяди  катализатор на  N55 в Е70 и продали...
Без лоха и жизнь плоха
07/11/2017
Познакомилась я тут с таким реликтом и мастодонтом...



Новости



Результаты опроса по BMW
Сколько Вы тратите на обслуживание своего в год?
Какой расход масла у Вашего авто?
Сколько лет Вашему авто?
С какой периодичностью (по пробегу) Вы обслуживаете свое авто?
Перейти на главную страницу сайта


Влияние перекрытия фаз газораспределения на неравномерность работы двигателя на холостом ходу

28 октября 2016

Холостой ход, несмотря на кажущуюся простоту его реализации в бензиновых двигателях, является весьма «неудобным» режимом. На этом режиме двигатель задросселирован настолько, что производимой работы хватает только на то, чтобы обеспечить вращение коленчатого вала с минимальной устойчивой скоростью, привод механизма газораспределения с осуществлением процессов газообмена и привод вспомогательных агрегатов. Индикаторный КПД на режиме холостого хода минимален. Как оценить работу двигателя на холостом ходу? Если два одинаковых двигателя работают на холостом ходу с одинаковой дополнительной нагрузкой, то индикаторный КПД выше у того двигателя, у которого ниже цикловое наполнение воздухом и топливом (меньше подведенная теплота). Для удобства рассмотрения мы принимаем, что оба рассматриваемых двигателя работают по лямбда-регулированию и с одинаковым УОЗ. На цикловое наполнение цилиндра воздухом влияет давление во впускном трубопроводе, поэтому в дальнейшем ходе рассуждений давление во впускном трубопроводе будет одним из важных диагностических показателей работы двигателя. Рабочий процесс в двигателе, работающем на холостом ходу, происходит при весьма неблагоприятном сочетании условий:

  1. Низкая скорость топливно-воздушной смеси в тактах впуска и сжатия не способствует хорошему смесеобразованию;
  2. Продолжительное время рабочего цикла способствует интенсивному теплообмену рабочего тела с деталями двигателя;
  3. Низкое давление во впускном трубопроводе является причиной низкой концентрации реагирующих веществ (углеводородов и кислорода), и, как следствие, процесс сгорания происходит медленно и нестабильно;
  4. Перепад давлений между впускным и выпускным трубопроводами, в сочетании с большой продолжительностью всех процессов, приводит к обратному забросу отработавших газов в камеру сгорания, и далее во впускной трубопровод, в момент перекрытия фаз газораспределения, что еще 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.

При работе над этим текстом была проведена серия экспериментов на двух шестицилиндровых рядных двигателях концерна BMW: 1) одновальном двигателе М30 с двумя клапанами на цилиндр и регулируемым тепловым зазором в приводе клапанов и 2) двухвальном двигателе М50 с четырьмя клапанами на цилиндр и гидравлическими толкателями в приводе клапанов. На двигателе М50, с индивидуальными валами впускных и выпускных клапанов, имеется весьма широкий диапазон возможной установки фаз газораспределения путем поворота распределительных валов вперед или назад относительно коленчатого вала. В указанной серии испытаний распределительные валы поворачивались вперед и назад на угол до 10 градусов ПКВ. На одновальном двигателе с регулируемым тепловым зазором в приводе клапанов ширина фаз газораспределения и их взаимное перекрытие зависит от величины тепловых зазоров в приводе клапанов. В проведенной серии испытаний зазор в приводе клапанов изменялся от 0,1 мм до 0,5 мм (при норме 0,3 мм).

На рисунке представлен фрагмент работы двигателя М50 с увеличенной шириной перекрытия фаз газораспределения – впускной вал повернут вперед на 10° ПКВ, выпускной – назад на 10° ПКВ.


На обоих двигателях, при уходе от заводских установок в сторону увеличения угла взаимного перекрытия фаз газораспределения, наблюдалась схожая картина: неравномерность работы двигателя резко возрастала.

На втором рисунке представлен фрагмент работы того же двигателя при заводской установке распределительных валов. Можно отметить, что помимо выравнивания эффективности работы цилиндров, уменьшилось давление во впускном коллекторе и сократилось время активации форсунок, то есть уменьшилось наполнение цилиндров ТВС. Также снизились пульсации давления в коллекторе, уменьшилась амплитуда напряжения на расходомере воздуха.


При дальнейшем уменьшении угла перекрытия фаз газораспределения наблюдалось незначительное снижение неравномерности частоты вращения.

Как уже упоминалось выше, давление во впускном трубопроводе двигателя, при работе его на холостом ходу, является весьма важным параметром, связанным с неравномерностью его работы. От этого параметра во многом зависит, какое количество рабочей смеси попадет в цилиндр. Величина давления во впускном коллекторе оказывает существенное влияние на обратный заброс газов: чем ниже давление во впускном коллекторе, тем большим будет перепад давлений между впускным и выпускным коллектором, то есть перепад, под действием которого происходит обратный заброс. Если мы начинаем увеличивать угол перекрытия фаз газораспределения (время-сечение, когда открыты оба клапана), то тем самым мы резко увеличиваем обратный заброс. Отработавшие газы из выпускного трубопровода попадают через открытые клапана и камеру сгорания во впускной трубопровод. Во время впуска в цилиндр сначала поступают попавшие из выпускного трубопровода отработавшие газы, а затем только свежая смесь. При неизменном давлении во впускном трубопроводе это приведёт к замещению части свежего заряда отработавшими газами (снижение циклового наполнения свежей смесью) и снижению концентрации реагирующих веществ. Оба этих фактора ведут к снижению эффективности рабочего цикла. Компенсационной мерой для поддержания заданной частоты вращения двигателя является увеличение расхода воздуха (и топлива). Это приводит к росту давления во впускном коллекторе (снижению перепада давлений между впускным и выпускным трубопроводами) и, как следствие, частичному сокращению обратного заброса отработавших газов. Соответственно, каждому взаиморасположению фаз газораспределения соответствует свой расход воздуха и топлива и свое давление во впускном коллекторе, обеспечивающие работу двигателя на заданных оборотах холостого хода.

Теперь, рассмотрев влияние фаз газораспределения на работу двигателя, постараемся понять, почему незначительное увеличение перекрытия фаз газораспределения (10 – 20 градусов поворота коленчатого вала) приводит к столь ощутимому увеличению уровня неравномерности частоты вращения? При работе на холостом ходу средняя частота вращения коленчатого вала 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 циклов в одном цилиндре наблюдается чередование циклов с положительной и отрицательной эффективностью. Под эффективностью понимается изменение скорости вращения коленчатого вала 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. 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 эффективность рабочих тактов равна нулю. 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 цикле 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.

Из этого следует вывод – если повышенная неравномерность работы двигателя обусловлена чередованием эффективных и неэффективных циклов в каждом цилиндре, то причиной этого, скорее всего, являются слишком широкие фазы газораспределения.

Детально пронаблюдать эту картину можно только после обработки зарегистрированного фрагмента работы ДВС. Диагностический сканер такой возможности не дает. Следующий вывод – незначительное уменьшение угла перекрытия клапанов может значительно снизить неравномерность вращения коленчатого вала, это будет показано в следующем обзоре.

На рисунке представлены два фрагмента работы продолжительностью около 5 секунд одного и того же двигателя М60 (V8) на холостом ходу. Первый фрагмент – работа двигателя до ремонтного воздействия, второй после корректировки фаз и промывки форсунок. До ремонтного воздействия можно отметить высокую нестабильность частоты вращения коленчатого вала (красный график). Видно как ЭБУ пытается стабилизировать частоту вращения путем увеличения УОЗ и открытием РДВ. Как только частота вращения начинает снижаться, из-за низкой эффективности рабочего процесса в каком-нибудь цилиндре, ЭБУ стремится увеличить эффективность в последующих циклах путем увеличения УОЗ и подачей большого количества воздуха. Эти действия ЭБУ хорошо видны на графике. Следствием открытия РДВ являются бросок на графике расхода воздуха, увеличение давления во впускном коллекторе и увеличение цикловой подачи топлива. При сравнении цветных графиков (до ремонтного воздействия) и черных (после промывки форсунок и корректировки фаз газораспределения) видно существенное снижение амплитуды колебания, как графика частоты вращения, так и стабилизирующих воздействий ЭБУ. Разброс значений УОЗ и скважности РДВ являются косвенными показателями стабильности работы ДВС и нахождении всех его систем вблизи расчетных характеристик.

Совместный анализ графиков работы ДВС до ремонтного воздействия позволяет сделать важные выводы о причинах нестабильной работы двигателя. Неодинаковость протекания рабочего процесса различных цилиндров вызывает отклонение частоты вращения от заданной, а воздействие ЭБУ направленно на стабилизацию частоты вращения. Следовательно, причину нестабильности следует искать в механизмах двигателя (компрессия, фазы ГРМ) или в его исполнительных органах (форсунки, свечи).


На следующем рисунке (большее разрешение, время около 0,5 секунд) хорошо видна эта причинно-следственная связь.

Ситуация могла быть иной, если бы из-за неисправности какого-либо датчика. ЭБУ выдавал бы воздействия, которые приводили бы к дестабилизации скорости вращения коленчатого вала.


Рассмотрим более подробно причины повышенной неравномерности работы двигателя М60 на холостом ходу. Анализируя большое количество зарегистрированных фрагментов, относящихся к работе двигателей М60, можно сделать вывод, что его нестабильная работа вызвана рядом факторов, при неудачном сочетании которых двигатель работает очень неравномерно. Результат неблагоприятного сочетания факторов представлен на следующем рисунке.

Рассмотрим по порядку эти факторы.

  1. Клапан вентиляции картера расположен на задней части впускного коллектора и картерные газы (прорвавшиеся отработавшие газы) поступают в 8-й (примерно 55%) и 4-й (примерно 30%) цилиндры. Фактически, в 8-й и 4-й цилиндры вводится рециркуляция отработавших газов, что снижает эффективность их работы. Для двигателя с малым износом и малым объемом прорывающихся газов это не значимо, но по мере увеличения прорыва, это становится значимым.
  2. Теперь посмотрим на порядок работы двигателя М60: 1-5-4-8-6-3-7-2. 4-й и 8-й цилиндры, обладающие меньшей эффективностью из-за рециркуляции картерных газов, работают друг за другом. После 8-го следует рабочий процесс в 6-м цилиндре, имеющий также пониженную эффективность. Это приводит к тому, что провал (снижение частоты вращения) становится более ощутимым, как бы «тяжелым».
  3. Первый и второй полублоки имеют независимую обратную связь по лямбда-регулированию. Это значит, что не происходит усреднения: разные условия протекания рабочего процесса по полублокам (разная эффективность работы цилиндров первого и второго полублоков) поддерживаются блоком управления, как бы «узакониваются». Как уже отмечалось, в 8-й цилиндр поступает больше всего картерных газов. Эти картерные газы не содержат кислород и замещают собой часть свежего воздуха и в 8-й цилиндр, в результате, поступает меньше кислорода. Во все цилиндры одного полублока подается одинаковое количество топлива, и, в результате, в 8-м цилиндре смесь оказывается обогащенная. Лямбда зонд второго полублока усредняет результат работы 5, 6, 7, 8 цилиндров, и, если в 8-м цилиндре смесь обогащенная, то в 5, 6, 7 цилиндрах несколько обедненная. Возможно, это причина, почему второй полублок у М60 на холостом ходу имеет в среднем более низкую эффективность, чем первый.

Еще одной причиной, вызывающей неодинаковую работу полублоков, является наличие у М60 четырех распределительных валов, взаиморасположение которых между собой и относительно коленчатого вала не всегда является оптимальным. При увеличении угла перекрытия клапанов эффективность работы двигателя на холостом ходу снижается. Это объясняется повышением обратного заброса отработавших газов в цилиндр в момент перекрытия клапанов. Это происходит из-за того, что при работе на холостом ходу давление во впускном коллекторе около 0.4 бара, а в выпускном близко к атмосферному. В момент перекрытия, когда оба клапана приоткрыты, отработавшие газы перетекают из выпускного коллектора обратно в цилиндр. Нужно отметить нелинейную зависимость изменения эффективности работы двигателя от ширины перекрытия фаз газораспределения. При малом перекрытии двигатель ровно работает на холостом ходу, но под нагрузкой наполнение цилиндров свежим зарядом отличается от максимального. Нужно найти золотую середину, когда двигатель работает приемлемо и на холостом ходу, и под нагрузкой.

На предыдущем рисунке распределительные валы стоят строго по меткам. При этом можно отметить явно не одинаковую эффективность работы двух полублоков. Первый полублок работает значительно эффективнее. Теперь посмотрим на линию цикловой подачи топлива. В первый полублок топлива подается явно больше. Не будем забывать, что двигатель работает по лямбда-регулированию, следовательно, меньшая подача топлива во второй полублок вызвана поступлением меньшего количества воздуха. Давление перед впускными клапанами первого и второго полублока одинаково – общий впускной коллектор. Таким образом, мы неизбежно приходим к выводу, что меньшая подача топлива во второй полублок вызвана меньшим наполнением воздухом из-за обратного заброса отработавших газов из выпускного коллектора в момент перекрытия клапанов. Повернув вперед выпускной распределительный вал второго полублока, мы добились более раннего закрытия выпускных клапанов.


Угол перекрытия клапанов второго полублока уменьшился, снизился заброс отработавших газов, повысилась эффективность работы второго полублока. Это вызвало снижение цикловой подачи в целом по двигателю. Если раньше цикловая подача составляла для первого полублока 3.79 мс., для второго 3.41 мс., то теперь она выровнялась и составила для обоих полублоков 3.19 мс., что свидетельствует о сокращении расхода воздуха. Соответственно, на 0,05 бара снизилось давление во впускном коллекторе. Двигатель стал работать значительно ровнее. При анализе свободного разгона двигателя до и после коррекции положения выпускного распределительного вала второго полублока видимых различий не выявлено.

к.т.н. А.В. Александров, к.т.н. И.А. Долгов

Научные изыскания

  Способы оплаты
  Способы оплаты через электронные платежные системы
2005-2011 © Madi-AUTO
Все права защищены


Москва, Ленинградский проспект, 64, МАДИ, ПЛТД.



Интернет магазин запчастей +7(495) 984-3220

Сервис и обслуживание +7(495) 507-0490

Кузовной цех +7(926) 602-2464



ICQ:
e-mail магазина запчастей: zakaz@madi-auto.ru

 

Rambler's Top100

TopList