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.
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.
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».
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.