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.

на расширенных фазах                         на зауженных фазах  

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.