Системы снижения расхода топлива атмосферных ДВС на холостом ходу. Ошибки в самостоятельном "тюнинге"

В бензиновых двигателях внутреннего сгорания с распределенным впрыском (в карбюраторных тоже, но они почти вымерли) используется несколько систем и способов снижения расхода топлива в самом затратном режиме — на холостом ходу. Многие, попытавшись "сделать тюнинг впуска", "удалить ненужные системы" и "оттюнить работу текущих" сталкиваются с резким возрастанием расхода топлива в городском режиме, для которого характерны "метр едем — три стоим". А в некоторых случаях — с остыванием двигателя зимой при стоянии на светофоре или в пробках. Хотя до вмешательств проблем не наблюдалось. Давайте разберемся почему так происходит.

Основные способы снижения расхода топлива на холостом ходу — использование тепла двигателя или выхлопных газов для прогрева впускного воздуха, снижение содержание кислорода в впускном воздухе, поддержание давления в впускном коллекторе ниже атмосферного, что дает возможность снизить поступление топлива в камеру сгорания без вреда для стабильности воспламенения смеси. Ведь изменить стехиометрию 1:14,7 без непосредственного впрыска или применения другого топлива — невозможно.

Температура впускного воздуха на холостом ходу во впускных каналах обычно составляет от 80С до 110С в зависимости от конструкции двигателя и температуры окружающей среды. При снижении температуры впускного воздуха на 50С (что легко добиться приняв "все меры на все деньги") ведет к существенному росту расхода топлива. Судя по таблице

при снижении температуры впускного воздуха на 50С плотность воздуха растет примерно на 20%, ровно на эту же величину возрастет мощность в момент "старта" и к сожалению, обычный городской расход топлива. По этой же таблице становится понятно, почему зимой расход топлива существенно превышает летний — не только из-за постоянного подогрева салона и теплопотерь в окружающую среду, постоянно недогретого двигателя, но и из-за возросшей плотности воздуха (и содержания в нем кислорода), особенно при использовании холодного впуска, ведь для поддержания стабильной работы двигателя топлива приходится лить примерно на 30-40% больше, чем в летний период. В результате расход топлива в сумме увеличивается примерно в 1,5 раза, без учета расхода на прогрев перед поездкой.

Снижая температуру впускного воздуха, ухудшается испарение бензина и нарушается гомогенность горючей смеси (при слишком холодном впускном воздухе бензиновый туман из форсунок может начать конденсироваться в капельки прямо во время такта впуска, с последующим ухудшением сгорания топлива, вплоть до выстрелов в выхлоп, пропусков зажигания и увеличением количества попадающего в масло топлива с его разжижением), увеличивается обогащение смеси, опять же с еще большим ростом расхода топлива…тюнингуй не тюнингуй — все равно получишь…совсем не то, что ожидаешь.

Первая система — дроссельная заслонка, поддерживает разрежение во впускном коллекторе. Давление во впускном коллекторе в режиме холостого хода существенно ниже атмосферного (-0,6-0,8атм), чем ниже это давление — тем меньше топлива требуется для поддержания стабильного горения смеси. К сожалению, с ростом пробега величина давления постепенно растет (плотность пар поршень-кольца, кольца-стенка цилиндра и плотность прилегания клапанов уменьшается), увеличивается время впрыска и растут насосные потери — вместе с ростом расхода топлива. Для поддержания низкого давления во впускном коллекторе важно поддерживать герметичность во всех местах впускного тракта — прокладок дросселя, впускного коллектора, прокладок форсунок, вакуумных шлангов и соединений, клапана вентиляции картерных газов, тепловых зазоров клапанов, плотности прилегания тарелок клапанов к седлу.

Вторая система — подогрев дросселя. Кроме штатного функционала (не допускание обмерзания заслонки при экстремально низких температурах) подогрев дросселя выполняет еще 2 функции — подогрев регулятора ХХ (если дроссель механический) и недопущение его заклинивания, подогрев впускного воздуха во впускном коллекторе для увеличения КПД на холостом ходу. В некоторых случаях регулятор ХХ может быть биметаллическим и отключение подогрева дросселя приведет к отказу регулятора ХХ и пропаданию холостых оборотов. При отключении подогрева дросселя зимой наблюдаются сразу 3 проблемы — очень долгий прогрев двигателя до рабочей температуры (двигатель может без нагрузки так и не прогреться до рабочих температур), остывание двигателя при стоянии в пробке и появление космического расхода топлива, который может в 1,5-2 раза превышать обычный расход. Отключать стоит только летом, в жару выше 30С, при частом стоянии в пробках и использовании топлива с ОЧ 92 и ниже — чтобы избежать детонации. При движении мощности подогрева дросселя недостаточно чтобы подогреть большой поток воздуха даже на пару градусов. Поэтому, вопреки расхожим мнениям мамкиных тюнеров — отключение подогрева дросселя если и влияет на мощность ДВС, то лишь в момент старта, потому как во впускном коллекторе будет более плотный и холодный воздух — что сразу даст более быстрый отклик на педаль газа. В устоявшемся режиме и езде по трассе снижение мощности от подогрева дросселя будет околонулевым. Если вы не светофорный гонщег — делать такой тюнинг нет смысла, будет больше проблем, чем "прихода" от быстрого старта.

Третья система — "горячий" впуск или подмес разогретого подкапотного воздуха во впуск. Если штатно двигатель имеет впуск из под капотного пространства, то установка т.н. "холодного впуска" без продумывания места расположения патрубка (расположения под углом, под фарой, установка воздушного короба сборщика воды с дренажом) повлечет за собой больше проблем, чем пользы. Во-первых нужно предусмотреть место, в котором будет невозможно попадание воды от луж с дороги или от дождя — в противном случае можно получить гидроудар — если воды попадет много, но скорее всего промокнет воздушный фильтр и двигатель просто заглохнет. Но этот способ дает хороший прирост мощности даже в устоявшемся режиме — до 5-15% (особенно в случае увеличения впускных патрубков), в результате снижения температуры впускного воздуха. Но опять же, возможен сильный рост расхода топлива в городском режиме движения и в пробках. А зимой — можно получить все "прелести" предыдущего способа…

Четвертая система — горячий термостат. Большинство двигателей оборудованы термостатами, поддерживающими температуру двигателя около 85-95С. В некоторых современных двигателях начали во всю применять рабочую температуру ОЖ около 100-110С и регулируемые термостаты — которые резко поднимают температуру двигателя при стоянии в пробке. Что естественно уменьшает вязкость масла и увеличивает КПД двигателя, снижает расход топлива. К сожалению, срок службы масла в таком режиме сокращается. Если вмешаться в эту систему и снизить температуру до более менее приемлемых 90-95С неизбежно растет расход топлива, примерно на 10-15%, причем во всех режимах. Верх "тюнинха" — установка очень холодных термостатов на 65-70С — да, это приводит к росту мощности, но температура масла резко падает, КПД падает, а комп не может выйти "из режима прогрева" и постоянно богатит смесь (в надежде разогреть двигатель ориентируясь на температуру датчика ОЖ) и расход топлива взлетает в стратосферу…

Пятая система — механизм VVTi/VVT на впускном валу. Работа системы проста — подмес выпускных газов во впускной коллектор и впускные каналы что дает снижение содержания кислорода, для поддержания работы при более бедных смесях, чем обычно. Прозе говоря — на ХХ и частичных нагрузках впускные клапаны открываются с опережением. В эту систему вмешиваться нет ни смысла ни возможности, вреда от нее нет никакого — а вот польза очевидна.

Шестая система — EGR. Делает тоже самое, что и первая, способствует подогреву воздуха в камере сгорания, уменьшению содержания кислорода в смеси и работу на более бедных смесях. Система в целом капризная, требует периодического обслуживания, но благодаря ей двигатель зимой может прогреваться на ходу значительно быстрее, а в режиме малых и средних нагрузок (пробочный режим езды) достигается серьезная экономия топлива — до 25%. Отключение системы приводит к росту начальной, пиковой мощности сразу со старта (-5-10% к разгону 0-100кмч), но никак не влияет на мощность и момент при устоявшемся режиме работы и открытым дросселем. Зато ощутить заметный взлет расхода топлива удастся практически сразу.

Системы с встроенным в голову выпускным коллектором, непосредственным впрыском топлива, раздельным термостатированием головы и блока в данном случае мы рассматривать не будем.

Таким образом, занимаясь простым и недорогим "псевдотюнингом" впускной системы и системы охлаждения (отключение подогрева дросселя, установка холодного впуска, теплоизоляция впускного коллектора, отключение EGR и т.д.) можно запросто заставить кушать топливо какой-нибудь скромный и маломощный 1,5-1,6л двигатель на уровне вполне взрослого 2,2-2,5л! При этом если заехать на диностенд — изменится лишь начало графика, без особых изменений в рабочем диапазоне. Т.е. -5-10% времени со светофора (на трассе вам такой тюнинг не даст ровным счетом НИЧЕГО) вам будут стоить х1,5, а то и х2 к расходу топлива в обычном городском, пробочном режиме. Если это не автоспорт, подумайте — оно вам надо?

Написано 22 февраля 2019 года