Что такое холостой ход двигателя
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.
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.
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.
Что такое холостые обороты двигателя, и для чего они нужны
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.
1. Что означает холостой ход автомобиля
Холостой ход насчитывает более чем столетнюю историю развития и модернизации карбюраторных и инжекторных механизмов впрыска. Удивительно, но на первых автомобилях самого понятия холостого хода как такового не существовало, как не было и привычного нам диапазона рабочих оборотов, которые ограничивались 250-500 непостоянными вращениями двигателя. Впервые автомобили начали оснащаться регулируемыми оборотами холостого хода лишь в 1915 году.
В современных автомобилях работа двигателя без нагрузки обеспечивается регулятором холостого хода, или датчиком ХХ. Устройство представляет собой клапан, интегрированный в дроссельную заслонку мотора. Регулировка происходит за счёт контролируемой подачи воздуха через клапан, минуя заслонку, которая без нагрузки двигателя находится в закрытом положении.
Если бы в автомобилях не было холостых оборотов, они были бы неуклюжими, как черепахи, и у них практически отсутствовали бы дополнительные функции. Дело в том, что без нагрузки работающий двигатель продолжает обеспечивать автомобиль питанием, вращая генератор, крутит топливный и масляный насос, которые поддерживают жизненно важные циклы работы двигателя, а также делают возможным точную работу системы зажигания.
Если представить себе автомобиль без холостых оборотов, то при попытке тронуться с места его двигателю пришлось бы испытать критические перегрузки, при этом высокий крутящий момент был бы достигнут до того, как стенки цилиндров успели должным образом смазаться маслом и нагреться до рабочей температуры.
Подобная схема работы двигателя возможна лишь на гибридных автомобилях, где все устройства питаются электродвигателем. Основной же двигатель принимает на себя нагрузку лишь после разгона до определённой скорости, когда уже набрана рабочая температура и достигнуты смазывающие свойства мотора.
2. Какие функции выполняют холостые обороты двигателя
Холостые обороты двигателя выполняют важную роль в движении автомобиля и сильно зависят от типа и качества топливной смеси. Напрямую на количество оборотов двигателя вхолостую влияет скорость сгорания топлива. Так, бензиновые двигатели будут крутиться в диапазоне от 800 до 1000 оборотов в минуту, а дизельные – от 500 до 800.
У регулятора ХХ несколько очень важных функций:
1. Обеспечивать равномерный прогрев двигателя при первичном запуске (на холодную).
2. Повышать обороты двигателя, который ещё не успел прогреться, но начал работать под нагрузкой.
3. Уменьшать время, за которое двигатель наберёт максимальный крутящий момент. В автомобилях с гибридными двигателями эту функцию выполняет электромотор.
4. Раскручивать двигатель одновременно с увеличением энергопотребления для нормального обеспечения электроэнергией всех приборов автомобиля и снятия нагрузки с генератора. Например, при включении печки, магнитолы или фар дальнего света холостые обороты двигателя будут автоматически увеличены.
5. Поддерживать обороты двигателя без нагрузки в заданных пределах.
6. Удерживать обороты при резком отпускании педали газа и экстренном торможении, чтобы исключить заглушение двигателя.
7. Исключать вероятность обеднения топливной смеси, которая может причинить серьёзный вред двигателю.
Неотъемлемой частью регулятора холостого хода является обходной воздушный канал, или байпас. Рабочим элементов РХХ можно назвать технологическое отверстие, которое закрывается или открывается при помощи игольчатого клапана.
Движение иглы обеспечивается статором, где игла выступает в качестве ротора, или электромагнитной обмоткой, где ротор перемещается за счёт электромагнитных сил. Исполнительный механизм может также быть в виде соленоида, который при подаче напряжения открывает или закрывает заслонку регулятора.
3. Основные неисправности механизма холостого хода в автомобиле
Заданные производителями автомобилей обороты двигателей оптимальны и позволяют потреблять минимум топлива, при этом не засоряя камеры сгорания отложениями отработанных газов и выбрасывая в атмосферу максимально возможный чистый выхлоп.
Во многом холостые обороты двигателя зависят от особенностей работы силового агрегата и его масляного насоса в частности. Так, для обеспечения нормальных смазывающих свойств стенок цилиндров электроника автомобиля будет поддерживать определённое количество оборотов на холостом ходу.
Правильная работа автомобиля на холостых оборотах в свою очередь зависит не только от исправного регулятора ХХ, но и от многих других причин. Так, плавающие обороты, как самая распространённая проблема ХХ, могут быть следствием:
Неисправности РХХ можно определить по нескольким простым признакам. Если при увеличении нагрузки электрической сети автомобиля не повышаются обороты двигателя, либо происходит их непроизвольное повышение или понижение, можно говорить о выходе из строя датчика.
Другие распространённые признаки – это глушение двигателя при попытке тронуться с места, а также низкие обороты на холодном двигателе.
Что значит двигатель работает на холостых?
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.
Чем плоха работа на холостых?
В ходе работы на холостом ходу на свечах зажигания образуется много нагара, и сажа снижает эффективность работы свечей, что влечет падение мощности мотора. Из-за низких оборотов не может до конца сгореть бензин, и в таком режиме может страдать каталитический нейтрализатор.
Что значит ехать на холостых оборотах?
Холостой ход — это эксплуатация устройства без какой-либо нагрузки. У автомобиля холостыми оборотами двигателя называется его работа при полностью выжатом сцеплении. В это время крутящий момент не передается от коленчатого вала мотору и колесам. . Нормальные обороты холостого хода составляют 800-1000 ед.
Можно ли долго стоять на холостом ходу?
На самом деле, холостой ход даже при длительном времени не наносит серьезного урона двигателю. Некоторые автомобилисты заявляют, что в таком режиме работы некоторым деталям просто не хватает смазки. . Именно поэтому после долгого простоя на холостом ходу нужно разогнать автомобиль до 4000-5000 оборотов.