Исследование прогрева системы смазки с целью повышения эффективности холодного пуска и снижения выбросов в бензиновых автомобильных двигателях

Исследованы переходные процессы прогрева системы смазки двигателя с использованием стендовых измерений и численных моделирований. Показано, что трение в подшипниках является основным источником тепла для масла, однако значительная часть тепла, получаемого маслом, передаётся стенкам подшипников и каналам. Установлено также, что суммарное количество тепла, в конечном счёте удерживаемое маслом, составляет очень небольшую долю от энергопотребления двигателя, и что прогрев двигателя не использует всю энергию, доступную за счёт передачи тепла от сгорания и потерь на трение. В этой связи рассматриваются некоторые системы для рационального использования доступного тепла и улучшения прогрева смазки и двигателя. В настоящее время автомобильные двигатели хорошо спроектированы для низкого расхода топлива и минимальных выбросов в полностью прогретом состоянии. Однако стандарты по выбросам базируются на циклах испытаний, которые начинаются с холодного пуска. Кроме того, в городском цикле двигатель работает значительно ниже оптимальных уровней расхода топлива и выбросов, характерных для полностью прогретого состояния [1][2][3][4]. К сожалению, холодный пуск и прогрев бензиновых двигателей с искровым воспламенением (SI) являются критическими периодами по расходу топлива и выбросам загрязняющих веществ [5][6]. Именно в эти периоды двигатели выделяют наибольшее количество загрязнителей (в частности угарного газа и несгоревших углеводородов). Увеличение выбросов обусловлено как неустойчивым горением, вызванным недостаточным перемешиванием воздуха и топлива, так и чрезмерно богатой смесью (соотношением воздух–топливо) [7]. Кроме того, при низких температурах каталитическая нейтрализация неэффективна из-за низкой температуры каталитического нейтрализатора. Наконец, поскольку вязкость смазочных материалов при низких температурах очень высока, трение ухудшает эффективность системы и приводит к увеличению расхода топлива. Одним из способов минимизировать эти проблемы является сокращение времени прогрева. При анализе температур деталей двигателя в период прогрева оказывается, что смазочное масло обычно является последним компонентом, достигающим равновесной температуры [8]. Следовательно, целесообразно изучить процесс прогрева смазки для характеристики тепловой инерции двигательной системы. Учитывая это, проанализировано тепловое поведение смазочного материала и системы смазки в период прогрева автомобильного двигателя. Результаты основаны как на экспериментальных измерениях, так и на компьютерном моделировании.