Пути решения проблемы пуска двигателей внутреннего сгорания в условиях низких температур. Наиболее эффективные способы

Никитин Александр Викторович,

военнослужащий, начальник автомобильной службы полка.

Научный руководитель – кандидат технических наук, преподаватель кафедры автотехнического обеспечения Военной академии РВСН им. Петра Великого (филиал г. Серпухов)

Шабалин Олег Вадимович.

Одной из актуальных проблем при эксплуатации техники, оснащенной двигателями внутреннего сгорания, остается обеспечение и улучшение пусковых качеств самих двигателей при низких температурах окружающей среды.

Поиск решения проблемы ведется по двум направлениям:

-                   достижением необходимой пусковой частоты вращения коленчатого вала двигателя;

-                   облегчением воспламенения горючей смеси.

Эти направления реализуются различными способами и средствами. Так, необходимая пусковая частота вращения коленчатого вала двигателя может достигаться за счет снижения сопротивления прокручиванию и увеличения мощности пусковой системы.

Сопротивление прокручиванию, в свою очередь, может снижаться как за счет применения декомпрессионных устройств, так и за счет снижения вязкости моторного масла или применения присадок к маслам, снижающих коэффициент трения.

В первом случае за счет специального устройства цилиндры двигателя сообщаются с атмосферой, производится раскрутка коленчатого вала двигателя до необходимой пусковой частоты вращения, после чего декомпрессор выключается. За счет сил инерции коленчатый вал двигателя будет продолжать вращаться, обеспечивая минимальную пусковую частоту вращения. Достаточно очевидно, что применение таких устройств целесообразно для двигателей, имеющих большой момент инерции. Кроме того, они обеспечивают работу двигателя в период выхода на режим устойчивой самостоятельной работы в ограниченном диапазоне температур.

Снижение вязкости моторного масла может достигаться путем разбавления его керосином или бензином, которые испаряются в процессе работы двигателя.

Однако такой способ не является эффективным, т.к. в процессе разбавления масла довольно трудно учитывать колебания температуры окружающей среды. Поэтому данный способ может быть рекомендован лишь в исключительных случаях.

Гораздо более эффективным является применение загущенных всесезонных масел отечественного и импортного производства. Кроме того, в последнее время получили распространение различные присадки к маслам, снижающие коэффициент трения.

Мощность пусковой системы может быть повышена за счет поддержания ее номинальных параметров с помощью подогрева аккумуляторных батарей или за счет использования дополнительных источников энергии для привода стартера (дополнительная аккумуляторная батарея, молекулярный накопитель) или применения пусковых устройств повышенной мощности различных конструкций (пневмо-, гидро и инерционные пусковые устройства и т.п.). Их применение требует существенных изменений в конструкции двигателя, хотя в ряде случаев и является перспективным.

Облегчение воспламенения горючей смеси возможно за счет использования различных средств и способов ее подготавливающих, либо за счет внесения конструктивных мер. Для подготовки горючей смеси к воспламенению широкое применение находят устройства для подогрева воздушного заряда; присадки к топливу, облегчающие его воспламенение; легковоспламеняющиеся жидкости типа «быстрый старт». Кроме того, возможно облегчение воспламенения за счет улучшения качества распыливания и смесеобразования, оптимизации качественного состава смеси.

Говоря об обеспечении стабильного запуска двигателей внутреннего сгорания в условиях низких температур нельзя не затронуть тему систем предпусковой тепловой подготовки, являющейся краеугольной в этом вопросе.

На наш взгляд, наиболее эффективным способом предпускового подогрева двигателя является использование ПЖД, в конструкции которого в качестве теплового элемента используется пульсирующий воздушно-реактивный двигатель.

ПуВРД — удивительная конструкция. В ней нет движущихся частей, компрессора, турбины, клапанов. Простейший пульсирующий воздушно-реактивный двигатель запросто может обойтись даже без системы зажигания. Это достигается тем, что в способе рециркуляции продуктов сгорания, заключающемся в смешении горючей смеси с остаточными продуктами сгорания, согласно изобретению посредством фронтового устройства воздух, поступающий в камеру сгорания, эжектирует продукты сгорания из периферийной пристеночной области камеры сгорания в поток воздуха на входе в камеру сгорания и смешивается с ними в объеме камеры сгорания, при этом за счет протекания через фронтовое устройство эжектируемых продуктов сгорания последнее разогревается выше 600°C и обеспечивает эффективный подогрев поступающего воздуха. Топливо подается во впускную систему непосредственно перед фронтовым устройством с целью предварительного нагрева и испарения во фронтовом устройстве или подается непосредственно в камеру сгорания под углом 90-45° в начальную зону смешения сразу за фронтовым устройством, или подается одновременно перед фронтовым устройством и за ним, что позволяет управлять составом смеси в процессе смесеобразования. Поставленная цель также достигается тем, что во фронтовом устройстве пульсирующей камеры сгорания, содержащем корпус и элементы интенсификации смесеобразования, корпус углублен в камеру сгорания на расстояние 0.3-1.5 своего гидравлического диаметра, а элементы интенсификации смесеобразования установлены радиально в вырезах внутри корпуса и выполнены в виде полых полуоткрытых лепестков, имеющих закрытую хорошо обтекаемую переднюю кромку со стороны входа воздуха и открытые в сторону камеры сгорания заднюю кромку и в радиальном направлении через вырез в корпусе фронтового устройства верхнюю кромку, причем угол наклона передней кромки лепестковых элементов интенсификации к оси канала впускной системы 90-30°, а концы лепестковых элементов интенсификации свободны и не пересекаются в центре, образуя свободный проход вблизи оси фронтового устройства. Количество и размеры элементов интенсификации могут быть произвольными от двух и более и выбираются из технологических соображений, при этом минимальное перекрытие проходного сечения корпуса элементами интенсификации смешения должно быть не менее 25%, а максимальное определяется из соображений обеспечения потребного расхода воздуха, причем высота элементов должна быть не менее 20% от гидравлического диаметра корпуса фронтового устройства. Корпус фронтового устройства может быть выполнен цилиндрическим или в виде асимметричного канала конфузорного в сторону камеры сгорания с полным углом сужения 4-16°, а боковые грани лепестковых элементов интенсификации параллельны оси корпуса фронтового устройства или расширяются в сторону камеры сгорания с полным углом раскрытия 5-20° [1].

Повсеместное применение данной системы позволит обеспечить автономность системы гарантированного пуска двигателя, сохранит его моторесурс, а также ресурс аккумуляторной батареи, снизит непроизводительный расход топлива, и, следовательно, благоприятно повлияет на экологическую обстановку.

Литература

1. Сырбаков А.П. Обеспечение пуска дизельных двигателей в условиях отрицательных температур // Инновационные технологии и экономика в машиностроении: сборник трудов II Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодых ученых, Юрга, 19-20 мая 2011. - Томск: Изд-во ТПУ, 2011. - С. 590-592.

Поступила в редакцию 01.02.2016 г.