namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»10.51187/0135-3152-2022-1-17-25nami-215Research ArticleДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕENGINE DEVELOPMENTОценка способов предпускового прогрева двигателя внутреннего сгорания, их влияние на качество холодного пуска двигателя при температуре окружающего воздуха –40°СEvaluation of the internal combustion engine pre-heating methods and their influence on the cold engine start performance at an ambient temperature of –40°CОсиповВ. С.OsipovV. S.

Осипов Вячеслав Сергеевич – аспирант, инженер-конструктор 2-й категории, Отдел «Общая интеграция и компоновка»

г. Москва 125438

Postgraduate, design engineer of Integration departmen

Moscow 125438

vjacheslav.osipov@nami.ruТеренченкоА. С.TerenchenkoA. S.

Теренченко Алексей Станиславович –  кандидат технических наук, доцент, директор Центра «Энергоустановки»

г. Москва 125438

PhD (Eng), associate professor, head of “Power units” Centre

Moscow 125438

terenchenko@nami.ruГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»РоссияFederal State Unitary Enterprise “Central Scientific Research Automobile and Automotive Engines Institute” (FSUE “NAMI”)Russian Federation202224032022011725Copyright © Осипов В.С., Теренченко А.С., 20222022Осипов В.С., Теренченко А.С.Osipov V.S., Terenchenko A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nami.elpub.ru/jour/article/view/215

Введение (постановка задачи и актуальность). Пуск двигателя внутреннего сгорания (ДВС) при отрицательных температурах окружающего воздуха затруднён по ряду причин. Снижение испаряемости бензинов приводит к оседанию жидкого топлива на стенках цилиндров, вследствие чего воспламенение топливно-воздушной смеси затруднено или невозможно. Другой причиной является уменьшение геометрических размеров зазоров в подшипниках скольжения. Это следствие использования в конструкции двигателя материалов с различными коэффициентами температурного расширения. Высокая кинематическая вязкость масла создаёт более высокое гидравлическое сопротивление в системе. Данные факторы усложняют поступление моторного масла к парам трения, что может привести к сокращению ресурса подшипников и преждевременному выходу двигателя из строя.

Цель исследований – определение оптимального режима предпускового прогрева с точки зрения энергоэффективности процесса и сохранения ресурса двигателя.

Методология и методы. Для контроля теплового состояния произведено оснащение измерительным оборудованием ДВС и контура охлаждения. Осуществлялась регистрация показаний датчиков температуры, давления и объёмного расхода. Для реализации приводимых в статье режимов предпускового прогрева использовался инженерный блок управления двигателем, позволяющий вносить изменения в базовую конфигурацию программного обеспечения.

Результаты и научная новизна. Предложен альтернативный способ предпускового прогрева, включающий предварительный прогрев водомаслянного теплообменника двигателя и позволяющий сократить время достижения минимально допустимого давления масла на входе в главную магистраль двигателя во время холодного пуска. В статье даны описания штатного и предлагаемого циклов предпускового прогрева, их оценка в соответствии с приведёнными критериями. Представлены экспериментальные данные предпусковых прогревов и холодных пусков при температуре окружающего воздуха –40°С. Экспериментально доказана необходимость прогрева штатного водомасляного теплообменника двигателя перед холодным пуском, приведены кривые изменения давления на входе в главную масляную магистраль в зависимости от режима предпускового прогрева. Практическая значимость. Снижение негативного воздействия холодного пуска на ресурс ДВС.

Introduction (statement of the problem and relevance). Starting an internal combustion engine (ICE) at negative ambient temperatures is difficult for a number of reasons. A decrease in the volatility of gasoline leads to the liquid fuel deposition on the cylinder walls, as a result of which the fuel-air mixture ignition is difficult or impossible. Another reason is the geometric dimensions reduction of the gaps in the plain bearings, which is a consequence of the use of materials with different thermal expansion coefficients in the engine design. The high kinematic viscosity of the oil creates a higher hydraulic resistance in the system. These factors complicate the engine oil flow to friction pairs, which can lead to an oil starvation and bearing shell life reduction.

The purpose of the research was to determine the optimal pre-heating mode from the point of view of the process energy efficiency and the preservation of the engine resource.

Methodology and research methods. To control the thermal state, the internal combustion engine and the cooling circuit were equipped with measuring equipment. The values of temperature, pressure and volume flow sensors were recorded. To implement the pre-heating modes proposed in the article, an engineering engine control unit was used, which allowed making changes in the basic software configuration.

Scientific novelty and results. An alternative method of pre-heating has been proposed, including preheating of the engine oil-water heat exchanger to reduce the time for reaching the minimum oil pressure at the main gallery inlet during a cold start. The article provides descriptions of the regular and proposed pre-heating cycles, their assessment in accordance with the represented criteria. Experimental data on pre-heating cycles and cold starts at an ambient temperature of –40°C are presented. The necessity of warming up the engine standard water-oil heat exchanger before a cold start has been experimentally proved, the curves of pressure changes at the main gallery inlet, depending on the pre-heating mode, are given.

Practical significance. Reducing the negative influence of cold start on the ICE resource.

предпусковой прогревхолодный пускдвигатель внутреннего сгорания (ДВС)pre-heatingcold startinternal combustion engine (ICE).ReferencesКалимуллин Р.Ф. Эффективность предпускового прогрева автомобильного двигателя // Вестник СибАДИ. – 2015. – № 1 (41). – С. 11–16.Kalimullin R.F. [The efficiency of automotive engine’s preheat]. Vestnik SibADI, 2015, no. 1 (41), pp. 11–(In Russian)Калимуллин Р.Ф., Казаков А.В. Определение рациональных условий использования средств предпусковой тепловой подготовки автомобильного двигателя // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2014. – № 10. – С. 82–89.Kalimullin R.F., Kazakov A.V. [Determination of rational conditions of use of pre-heat treatment means for car engine]. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta, 2014, no. 10, pp. 82–89. (In Russian)Денисов А.С., Альмеев Р.И. Повышение долговечности подшипников коленчатого вала использованием предпусковой смазки // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2011. – № 2 (56). – С. 34–37.Denisov A.S., Al’meev R.I. [The operating life improvement of crankshaft bearings by pre-lubrication system usage]. Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2011, no. 2 (56), pp. 34–37. (In Russian)Unnthorsson R., Palsson H., Magnusdottir R.H. Waste-heat for pre-heating internal combustion engines / Proceedings of the ASME 2012 International Mechanical Engineering Congress & Exposition (IMECE2012), USA 9th – 15th November 2012.Unnthorsson R., Palsson H., Magnusdottir R.H. Waste-heat for pre-heating internal combustion engines. Proceedings of the ASME 2012 International Mechanical Engineering Congress & Exposition (IMECE2012), USA 9th – 15th November 2012.Мелентьев А.А. Использование предпусковых подогревателей двигателя автомобиля // Техника и технологии строительства. – 2021. – № 2 (26). – С. 4–8.Melent’ev A.A. [Using starting preheater for engine car]. Tekhnika i tekhnologii stroitel’stva, 2021, no. 2 (26), pp. 4–8. (In Russian)Ловцов И.А. Способы облегчения пуска автомобильных двигателей при низких температурах / Современные автомобильные материалы и технологии: сборник статей VII Международной научно-технической конференции, 2015. – C. 124–127.Lovtsov I.A. [Ways to facilitate the start of automobile engines at low temperatures]. [Modern automotive materials and technologies: collection of articles of the 7th International scientific and technical conference]. 2015, pp. 124–127. (In Russian)Dietsche K.-H., Reif K. Automotive handbook / 10th edition. – Robert Bosch GmbH, 2018. – P. 1585.Dietsche K.-H., Reif K. Automotive handbook / 10th edition. – Robert Bosch GmbH, 2018. – P. 1585.Дмитренко В.П., Соцкая И.М., Адакин Р.Д. Пути совершенствования системы охлаждения двигателей легковых автомобилей // Вестник АПК Верхневолжья. – 2019. – № 4 (48). – С. 71–79.Dmitrenko V.P., Sotskaya I.M., Adakin R.D. [Ways to improve the engine cooling system of motor cars]. Vestnik APK Verkhnevolzh’ya, 2019, no. 4 (48), pp. 71–79. (In Russian)Тышкевич Л.Н., Журавский Б.В. Повышение эффективности эксплуатации транспортных машин в условиях низких отрицательных температур // Вестник СибАДИ. – 2016. – № 3 (49). – С. 36–41.Tyshkevich L.N., Zhuravskiy B.V. [Increase of efficiency of operation of transport vehicles in the conditions of low negative temperatures]. Vestnik SibADI, 2016, no. 3 (49), pp. 36–41. (In Russian)Неговора А.В., Разяпов М.М., Инсафуддинов С.З. Современная концепция тепловой подготовки автотракторной техники в условиях низких температур // Вестник БГАУ. – 2018. – № 4. – С. 135–141.Negovora A.V., Razyapov M.M., Insafuddinov S.Z. [The modern concept of thermal preparation of the automotive and tractor technique in the conditions of low temperatures]. Vestnik BGAU, 2018, no. 4, pp. 135–(In Russian)Самиков Р.Ф., Нигматуллин Ш.Ф., Разяпов М.М., Козеев А.А., Смольянов А.В., Галин Д.А. Повышение эффективности работы жидкостного подогревателя при предпусковой подготовке двигателя внутреннего сгорания // Инженерные технологии и системы. – 2021. – Т. 31, № 2. – С. 304–320.Samikov R.F., Nigmatullin Sh.F., Razyapov M.M., Kozeev A.A., Smol’yanov A.V., Galin D.A. [Improving the efficiency of the liquid heater in the pre-start preparation of the internal combustion engine]. Inzhenernye tekhnologii i sistemy, 2021, vol. 31, no. 2, pp. 304–320. (In Russian)Зленко М.А., Теренченко А.С., Fuoss K. Новые двигатели для российских автомобилей // Журнал ААИ. – 2018. – № 4 (111). – C. 36–41.Zlenko M.A., Terenchenko A.S., Fuoss K. [New engines for Russian vehicles]. Zhurnal AAI, 2018, no. 4 (111), pp. 36–41. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.