Оценка пусковых качеств автомобильных двигателей

Возможность пуска автомобильного двигателя при отрицательных температурах определяется пусковыми качествами двигателя и эффективностью электростартерной системы.

Наиболее полную оценку пусковых качеств двигателя дают параметры: величина минимальной пусковой частоты вращения коленчатого вала и величины моментов сопротивления провертыванию коленчатого вала двигателя, или среднее давление трения.

Минимальная пусковая частота вращения коленчатого вала двигателя - это наименьшая для данной температуры окружающего воздуха частота вращения коленчатого вала двигателя, при которой обеспечивается пуск холодного двигателя за две попытки продолжительностью по 10 с для карбюраторного двигателя и по 15 с для дизельного двигатели с интервалом между попытками 1 мин.

Минимальная пусковая частота вращения коленчатого вала двигателя в зависимости от температуры окружающего воздуха определяется для каждого конкретного двигателя на основе экспериментальных данных. Так, на рис. 1 приведены зависимости минимальной пусковой частоты (кривая 1) и частоты вращения коленчатого вала двигателя ЗИЛ-130 стартером (кривая 2) от температуры окружающего воздуха. Сочетание этих зависимостей условно принято называть характеристикой пусковых качеств двигателя.

Рис. 1. Характеристика пусковых качеств двигателя ЗИЛ-130

Аналогичный характер имеют эти зависимости и у дизельных двигателей, но численные значения минимальной пусковой частоты вращения при тех же самых температурах для них несколько больше, чем для карбюраторных двигателей.

Минимальные пусковые частоты вращения коленчатого вала для дизельных и карбюраторных двигателей в силу их конструктивного различия, различия рабочих процессов и физико-химических свойств применяемых топлив определяются соответственно и разными факторами.

На величину минимальной пусковой частоты вращения коленчатого вала дизельного двигателя в первую очередь оказывает влияние его конструкция, в частности отношение площади теплопередающей внутренней поверхности цилиндров и камер сгорания к величине рабочих объемов цилиндров (F_m/V_h). В том случае, если двигатель имеет большие теплопередающие поверхности, потери тепла от заряда к стенкам цилиндров при такте сжатия увеличиваются и значения параметров конца такта сжатия (T_c и p_c), определяющих надежность самовоспламенения в цилиндрах, снижаются. Соответственно требуется увеличить частоту вращения коленчатого вала двигателя стартером для обеспечения его надежного пуска. Это характерно для дизельных двигателей с разделенными камерами сгорания (например, вихрекамерных), величина минимальной пусковой частоты вращения коленчатых валов которых при тех же условиях значительно выше, чем у дизельных двигателей с неразделенными камерами сгорания.

Существенное влияние на величину минимальных пусковых частот вращения коленчатого вала дизельного двигателя имеет действительная степень сжатия, от которой, в свою очередь, зависят значения параметров конца такта сжатия Т_с и р_с. Но действительная степень сжатия, например, с увеличением угла закрытия впускного клапана при такте сжатия уменьшается за счет обратного перетекания заряда во впускной трубопровод. Поэтому значения параметров конца такта сжатия Т_с и р_с дизельного двигателя в значительной мере определяются конструкцией газораспределительного механизма и фазами газораспределения.

Минимальные пусковые частоты вращения коленчатого вала дизельного двигателя зависят от способа смесеобразования и конструкции камеры сгорания. В частности, двигатели с пленочным смесеобразованием, у которых большая часть топлива впрыскивается форсункой на стенки камеры сгорания, имеющие невысокие значения температур, требуют более высоких частот вращения коленчатых валов при пуске, чем двигатели с объемным смесеобразованием.

При пусках холодного дизельного двигателя вследствие повышения вязкости топлива и возрастания сил его поверхностного натяжения, а также изменений условий работы топливной аппаратуры из-за снижения частоты вращения кулачкового вала топливного насоса высокого давления и неравномерности хода плунжеров качество распыла топлива снижается и доля мелкораспыленного топлива становится недостаточной для обеспечения его надежного воспламенения в цилиндрах двигателя. Этот недостаток можно компенсировать значительным увеличением цикловой подачи топлива при холодных пусках и тем самым снизить пусковую частоту вращения коленчатого вала.

На величину минимальной пусковой частоты вращения оказывает влияние и техническое состояние дизельного двигателя. При больших износах цилиндро-поршневой группы и нарушениях в работе топливной аппаратуры в период пуска не обеспечиваются необходимые значения параметров конца такта сжатия и качественное распыливание топлива форсунками, поэтому требуется повышать пусковую частоту вращения коленчатого вала двигателя.

На величину минимальной пусковой частоты вращения коленчатого вала карбюраторного двигателя оказывают влияние конструкция пускового устройства карбюратора и его регулировка, установочный угол опережения зажигания, конструкция впускного трубопровода и системы зажигания двигателя, а также испаряемость топлива. Пусковое устройство карбюратора при пусках холодного двигателя должно обеспечивать приготовление рабочей смеси с большим диапазоном изменения коэффициента избытка воздуха в начальной стадии пуска и после него и создавать условия для устойчивого холостого хода двигателя при незначительной частоте вращения коленчатого вала после отключения стартера.

Выбор оптимального значения угла опережения зажигания дает возможность не только снизить величину минимальной пусковой частоты вращения, но и сократить время на пуск холодного двигателя.

Конструкция впускного трубопровода должна быть выполнена так, чтобы рабочая смесь распределялась по цилиндрам двигателя равномерно, это обеспечит надежность пуска при отрицательных температурах при небольшой минимальной пусковой частоте вращения коленчатого вала.

Система зажигания двигателя должна обеспечивать в период пуска бесперебойное искрообразование при невысоких значениях частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Испаряемость бензина при отрицательных температурах окружающего воздуха характеризуется двумя основными параметрами: температурой перегонки 10% бензина и давлением его насыщенных паров, С уменьшением температуры перегонки 10% бензина и повышением давления насыщенных паров испаряемость его повышается и соответственно имеется возможность осуществить пуск холодного двигателя при незначительной частоте вращения коленчатого вала двигателя,

Среднее давление трения - удельная величина, характеризующая сопротивление провертыванию коленчатого вала двигателя.

Этот параметр зависит в основном от вязкости масла для двигателя, частоты вращения коленчатого вала, типа, числа и расположения цилиндров двигателя.

Таким образом, величина минимальной пусковой частоты вращения коленчатого вала двигателя и среднее давление трения дают возможность объективно оценить пусковые качества двигателя. Эти параметры по предложению научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института введены в "Требования к пусковым качествам" ОСТ 37.001.052-75.

Эффективность системы пуска двигателя. Требования к электростартерной системе также установлены и разделяются на требования к стартерам и требования к аккумуляторным батареям. Требования, к стартерам определяются ГОСТ 9944-62 "Стартеры электрические автотракторные", к аккумуляторным батареям - ГОСТ 959.0-71 - ГОСТ 959.23-71.

Сочетание хороших пусковых качеств двигателя с достаточно эффективной электростартерной системой и применение соответствующих масел для двигателей позволяют осуществлять надежный пуск автомобильных двигателей не только при положительных, но и при низких температурах окружающего воздуха. Это характерно, в частности, для двигателей автомобилей ВАЗ, которые без средств облегчения пуска вполне надежно пускаются до температур минус 25°С. Добиться этого лишь повышением эффективности электростартерной системы и использованием загущенных масел без улучшения пусковых качеств самого двигателя очень трудно и вряд ли целесообразно. Поэтому автомобильные заводы и заводы по производству двигателей придают большое значение доводке пусковых качеств двигателей и работают над улучшением пусковых качеств как существующих двигателей, так и перспективных.

Однако конструктивные особенности двигателей внутреннего сгорания и физические свойства современных топлив не дают возможность безгранично снижать минимальную пусковую частоту вращения коленчатого вала. Повышение мощности электростартерной системы с целью снижения предельных температур возможного пуска двигателя приводит к значительному удорожанию системы пуска, Поэтому для обеспечения надежного пуска автомобильных двигателей при отрицательных температурах целесообразно использовать средства облегчения пуска: предпусковые подогреватели двигателей; электрофакельные устройства; приспособления для впрыска легковоспламеняющейся жидкости.

В определенных условиях целесообразно применять групповые стационарные средства облегчения пуска двигателей (водоподогрев, пароподогрев, воздухоподогрев, электроподогрев, подогрев с использованием инфракрасных горелок и т. д.).