Условия надежного пуска поршневых двигателей

Возможность осуществления надежного пуска двигателя зависит от многих конструктивных и эксплуатационных факторов, к которым относят степень сжатия, рабочий объем, число и схему расположения цилиндров, тепловое состояние деталей двигателя, регулировочные параметры системы зажигания (для бензиновых двигателей) и топливной аппаратуры, низкотемпературные свойства топлива, вязкостно-температурные характеристики моторного масла, мощность и энергоемкость системы пуска, наличие и эффективность вспомогательных пусковых устройств и т.д.

Поршневые двигатели начинают работать устойчиво при относительно высокой частоте вращения коленчатого вала. Пусковое устройство должно вращать коленчатый вал с частотой, достаточной для начала и развития процессов образования, воспламенения и сгорания топливовоздушной смеси, и способствовать выходу двигателя на устойчивый режим самостоятельной работы. Характер протекания пусковых процессов и требования к пусковой частоте вращения коленчатого вала различны для бензиновых двигателей и дизелей.

Пусковая частота вращения коленчатого вала бензинового двигателя должна быть достаточной для подготовки топливовоздушной смеси, способной воспламениться от электрической искры. При пуске холодного бензинового двигателя из-за низкой температуры топлива, стенок впускного трубопровода и малой скорости перемещения в нем воздушного потока в смесеобразовании участвуют только легкоиспаряющиеся фракции бензина. Поэтому пусковые качества бензина оценивают по температуре выкипания 10% фракций. Для подготовки смеси, находящейся в зоне воспламеняемости, при пуске увеличивают подачу топлива за счет оптимальной для пуска регулировки топливной аппаратуры.


С уменьшением пусковой частоты вращения коленчатого вала становится более продолжительным процесс сжатия, увеличиваются теплопередача в холодные стенки цилиндра и пропуск газов через неплотности в кольцах и клапанах. Давление и температура в конце сжатия уменьшаются, что ухудшает условия воспламенения топливовоздушной смеси и распространения пламени. Уменьшение массы топливовоздушной смеси из-за отсутствия дозарядки цилиндров за счет инерции воздушного потока при запаздывании закрытия впускного клапана снижает количество выделяемой при сгорании теплоты и индикаторную мощность, развиваемую двигателем при пуске.

Ухудшение условий смесеобразования при пуске приводит к необходимости увеличения энергии электрической искры. Для пусковых режимов подбирается наивыгоднейший угол опережения зажигания.

В дизелях топливовоздушная смесь образуется непосредственно в цилиндрах после подачи топлива форсункой. Воспламенение топливовоздушной смеси происходит под действием высокой температуры среды в камере сгорания. Вследствие малой продолжительности процесса смесеобразования и отсутствия принудительного зажигания топливовоздушной смеси пуск дизелей осуществить сложнее.

Пуск дизелей улучшается с увеличением цетанового числа топлива, по которому оценивают его способность к воспламенению. При низких температурах большую роль играет испаряемость дизельного топлива. Пусковые свойства дизельного топлива оценивают по температуре выкипания 50% фракций или по количеству фракций, выкипающих до температуры 300°C.


Температура в цилиндре в момент подачи топлива должна превышать температуру самовоспламенения топлива, чтобы время задержки воспламенения было меньше времени, отводимого при пуске на образование топливовоздушной смеси и развитие предпламенных реакций. При пусковых частотах вращения коленчатого вала в режиме электростартерного пуска с большой неравномерностью вращения коленчатого вала резко увеличивается продолжительность процессов сжатия, что вызывает соответствующий рост теплопередачи, утечек рабочего заряда и снижение температуры и давления в цилиндрах в конце такта сжатия.

Достаточные для воспламенения топливовоздушной смеси давление и температура в цилиндрах дизелей достигаются благодаря большей, чем у бензиновых двигателей, степени сжатия и увеличению частоты вращения коленчатого вала пусковым устройством.

Надежность пуска дизеля можно повысить за счет правильного подбора диаметров и числа сопловых отверстий в распылителе форсунки, правильной ориентации распылителя в камере сгорания, увеличения давления впрыскивания и количества подаваемого топлива, а также подбора наивыгоднейшего для пуска угла опережения подачи топлива.

При пуске двигателя пусковое устройство преодолевает сопротивление вращению коленчатого вала. Момент сопротивления М_с складывается в основном из момента сил трения в кинематических парах двигателя и момента газовых сил, обусловленного разностью работ сжатия и расширения в цилиндрах двигателя. Момент сопротивления зависит от температуры Т, средней частоты n вращения коленчатого вала и неравномерности вращения, числа, схемы расположения и рабочего объема цилиндров, а также от размеров трущихся поверхностей двигателя (рис. 1).




Пусковые качества автомобильных двигателей оценивают по минимальной пусковой частоте вращения коленчатого вала и среднему давлению трения р_т.

Минимальная пусковая частота вращения - это наименьшая частота вращения коленчатого вала, при которой пуск двигателя в заданных условиях происходит за две попытки старта продолжительностью по 10 с для бензиновых двигателей и по 15 с для дизелей с перерывами между попытками 1 мин.

Минимальные значения пусковой частоты вращения коленчатого вала определяются по зависимостям времени пуска t_п от средней частоты вращения n коленчатого вала (рис. 2). Требуемые пусковые частоты вращения коленчатого вала для автомобильных бензиновых двигателей - 40-85 мин^-1, а для дизелей - 50-200 мин^-1. Минимальные пусковые частоты вращения коленчатого вала увеличиваются с понижением температуры, ростом вязкости масла и заметно снижаются при повышении числа цилиндров двигателя и использовании устройств для облегчения пуска.




Среднее давление трения представляет собой условную величину, характеризующую сопротивление вращению коленчатого вала двигателя, укомплектованного всеми штатными навесными агрегатами,

р_т = 12,57 М_с/V_h,

где М_с - средний момент сопротивления, Нм; V_h - рабочий объем двигателя, м³.

По минимальной пусковой частоте вращения nmin коленчатого вала и соответствующему ей моменту сопротивления М_с определяют требуемую пусковую мощность.

Пусковые качества двигателей на автомобилях оценивают по предельной температуре надежного пуска и времени /под подготовки двигателя к принятию нагрузки (табл. 1 и 2).

Предельная температура Т_п надежного пуска - наиболее низкая температура окружающей среды, при которой осуществляется надежный пуск холодного двигателя. Под надежным пуском понимается пуск двигателя, оборудованного всеми навесными агрегатами, на основном топливе при использовании штатных аккумуляторных батарей, имеющих 75%-ную степень заряженности, не более чем за три попытки пуска холодного двигателя и не более чем за две попытки пуска горячего двигателя или после предпускового его подогрева.

Холодный двигатель - двигатель, у которого температура деталей, охлаждающей жидкости, масла и топлива, отличается от температуры окружающей среды не более чем на 1°C.

Горячий двигатель - двигатель, остановленный после работы, при температуре окружающей среды до 45°C и температуре деталей двигателя, охлаждающей жидкости и масла не ниже рабочей.

Время подготовки двигателя к принятию нагрузки - это время, затраченное на приведение в действие и работу устройства для облегчения пуска холодного двигателя или системы предпускового подогрева, на пуск двигателя и его работу в режиме холостого хода до состояния, обеспечивающего принятие нагрузки. При использовании предпускового подогревателя время подогрева электролита аккумуляторной батареи до температуры не ниже -35°C не учитывается.

Требования к минимальным пусковым частотам вращения коленчатых валов автомобильных двигателей приведены в табл. 3. Эти требования могут не регламентироваться при выполнении требований табл. 1.

Таблица 1. Предельные температуры надежного пуска холодных двигателей и время их подготовки к принятию нагрузки

Таблица 2. Предельные температуры надежного пуска холодных двигателей с системой предпускового подогрева и время их подготовки к принятию нагрузки

Таблица 3. Минимальные пусковые частоты вращения коленчатых валов двигателей