Статья «Облегчение пуска двигателя в зимних условиях»

ОБЛЕГЧЕНИЕ ПУСКА ДВИГАТЕЛЕЙ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ

Коврижников Александр Юрьевич,
преподаватель ГОУ СПО Кемеровского профессионально-технического техникума

Самым надежным способом пуска двигателей в зимних условиях является постановка автомобилей в отапливаемые боксы. Даже при отсутствии отопления при постановке автотранспорта в закрытые помещения, он подвергается меньшему воздействию низких температур. При низких температурах повышается вязкость моторного масла, а как следствие увеличивается сила трения между частями кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов. У карбюраторных двигателей ухудшается процесс карбюрации, а в дизельных нарушается процесс смесеобразования топливо-воздушной смеси в камере сгорания двигателя.
Кроме двигателя низкие температуры отрицательно влияют на другие агрегаты и системы автомобиля, так как практически в каждом узле и агрегате и системе имеются смазывающие материалы. У аккумуляторной батареи снижается емкость, нарушаются технические параметры электрооборудования. При очень низких температурах имеют место случаи, когда лопаются шпильки колес (температурное колебание геометрических размеров тел). На основание вышесказанного только в отапливаемых помещениях можно комплексно избежать негативное влияние низкой температуры на работоспособность автомобиля. В случаях когда невозможна постановка автомобилей в отапливаемые помещения применяются устройства для облегчения эксплуатации автомобиля в зимних условиях. В первую очередь это касается двигателя автомобиля. Самым простым способом сохранить работоспособность двигателя, оставление его работающим. Как вариант дежурный периодически производит прогрев двигателя. В середине двадцатого века был широко распространен способ подогрева моторного масла находящегося в поддоне картера двигателя горячим воздухом на открытых стоянках. Для этого использовался калорифер и вентиляторы, которые по воздуховодам подавали горячий воздух к поддону двигателя. Впускной коллектор подогревался горячей водой, которую заливали в двигатель. В настоящее время этот способ подогрева двигателя не применяется, так как мало эффектен. У современных автомобилей вместо воды используются для охлаждения двигателя незамерзающие жидкости, а это значит что при пуске двигателя впускной коллектор оставался холодным при таком способе подогрева. Часто имели место случаи размораживания двигателя при неполном сливе воды из системы охлаждения. Требовался дежурный для обслуживания калориферной установки во время работы. Были большие затраты на горячую воду и электроэнергию.
В настоящее время используются следующие устройства для облегчения пуска, воздействующих на отдельные системы двигателя, температурное состояние его деталей и эксплуатационных материалов, снижающие моменты сопротивления вращению коленчатого вала, улучшают условия образования и воспламенения топливо-воздушных смесей. Эффективность различных способов и устройств для облегчения пуска зависит от типа двигателя, его конструктивных особенностей и условий эксплуатации.
Свечи накаливания и подогрева воздуха
Пуск дизелей с разделенными камерами сгорания улучшается при установке в предкамеры или вихревые камеры свечей накаливания открытого или закрытого типа, раскаленные нагревательные элементы которых являются источниками воспламенения топлива.
Свечи накаливания
Свеча накаливания с открытым нагревательным элементом устанавливается в камере сгорания двигателя таким образом, чтобы раскаленная спираль находилась на некотором расстоянии от границы струи распыливаемого топлива. Если струя топлива задевает спираль, процесс воспламенения улучшается, но сокращается срок службы свечи. Спираль накаливания штифтовой свечи находится в закрытом кожухе, заполненном изоляционным материалом с высокой теплопроводностью. Кожух свечи изготавливают из железо-никель-хромового сплава «инконель». Штифтовую свечу в камеру сгорания устанавливают так, чтобы конус струи распыливаемого топлива касался раскаленного конца ее кожуха.
Чаще используют однополюсные штифтовые свечи, потребляющие токи силой 5 и 10 А при напряжениях соответственно 24 и 12 В. Двухполюсные свечи для двухпроводных схем потребляют токи силой до 50 А при напряжении 1,7 В. Время прогрева штифтовой свечи составляет 1-2 мин. Вследствие большой тепловой инерции таких свечей нет необходимости устанавливать в их цепь питания дополнительный резистор. Преимуществом штифтовых свечей по сравнению со свечами открытого типа является большая механическая прочность и больший срок службы вследствие отсутствия окисления спирали кислородом воздуха. Штифтовые свечи могут быть установлены в дизелях с однополостными камерами сгорания.
Эффективность применения свечей накаливания при пуске дизелей зависит от рабочей температуры открытой спирали или кожуха штифтовой свечи, которая определяется силой проходящего по спирали тока. Пуск дизелей при использовании свечей накаливания обеспечивается до температур – 10...-15°С при частоте вращения коленчатого вала 60 - 80 мин-1.
Свечи подогрева воздуха во впускном коллекторе
На дизелях с неразделенными камерами сгорания применяют электрические свечи и электрофакельные подогреватели для нагрева воздуха, поступающего в цилиндры двигателя при такте впуска. Целью подогрева воздуха является повышение температуры в конце такта сжатия и, тем самым, улучшение условий образования, воспламенения и сгорания топливо-воздушной смеси.
Свеча СН-150 подогрева воздуха во впускном трубопроводе мощностью 400 Вт рассчитана на потребление тока силой 45 - 47 А. Спираль свечи нагревается до температуры 900 - 950°С через 40 - 60 с после подключения к аккумуляторной батарее. В цепи питания свечей СН-150 предусмотрен контрольный элемент СЭ-52 и дополнительный резистор МД-51. Свечи подогрева устанавливают в начале впускного трубопровода или в местах разводки по каналам цилиндров.
Лучший теплоотвод от спирали впускному воздуху обеспечивается при использовании фланцевых свечей. Фланцевые свечи устанавливают в разъемах впускного трубопровода, что приводит к большому разнообразию их конструкций, но усложняет конструкцию трубопровода.
Вследствие подогрева воздуха во впускном трубопроводе свечой СН-150 на 20 - 35°С увеличивается температура в цилиндре в конце сжатия, в результате чего на 5 - 10°С снижается минимальная температура пуска двигателя. Из-за потери теплоты при большой длине трубопровода снижается эффективность работы свечей подогрева в условиях низких температур. Поэтому их используют на дизелях с малыми рабочими объемами, пуск которых должен обеспечиваться до температур -12...-17°С.
Электрофакельные подогреватели воздуха
На дизелях устанавливают электрофакельные подогреватели воздуха во впускном трубопроводе, что в сочетании с маловязким моторным маслом позволяет снизить минимальную температуру пуска холодного дизеля на 10-15°С. В электрофакельных подогревателях через электрическую спираль проходит ток небольшой силы, так как она служит только для подогрева, испарения и зажигания топлива. Воздух во впускном трубопроводе подогревается за счет теплоты сгорания топливо-воздушной смеси.
Электрофакельное устройство дизелей автомобилей ЗИЛ моделей 133ГЯ, 133ВЯ состоит из двух факельных штифтовых свечей, электромагнитного топливного клапана, добавочного резистора с термореле, кнопочного выключателя, реле электрофакельного устройства, реле отключения обмотки возбуждения генератора, контрольной лампы и топливопроводов.
Дозирование топлива, его испарение, смешивание с воздухом, воспламенение и сгорание происходят в факельной штифтовой свече. Топливо, подаваемое к свече, очищается фильтром, дозируется жиклером, проходит по кольцевой полости между кольцевой вставкой и нагревателем. Объемная испарительная сетка в нижней части факельной свечи имеет большую поверхность и облегчает испарение топлива. Сетка окружена защитным экраном с отверстиями для прохода воздуха. Экран предотвращает затухание пламени при увеличении скорости воздушного потока во впускном трубопроводе после пуска двигателя.
Электромагнитный топливный клапан открывает подачу топлива к факельным штифтовым свечам при подключении катушки к аккумуляторной батарее. При отключении электромагнитный клапан закрывается под действием пружины. Топливо к электромагнитному клапану подводится из системы питания дизеля.
Термореле имеет контакты и биметаллическую пластину, расположенные внутри спирали добавочного резистора. По мере прогрева за счет теплоты, выделяемой добавочным резистором, биметаллическая пластина деформируется и замыкает контакты реле. Добавочный резистор уменьшает силу тока во время предварительного нагрева штифта факельной свечи и замыкается накоротко в момент включения стартера.
Схема электрофакельного устройства обеспечивает предварительный нагрев факельных штифтовых свечей ЕК1 и ЕК2 до температуры 1000-1100°С перед включением стартера. Спирали свечей подключены к аккумуляторной батарее через добавочный резистор R термореле КК кнопочным выключателем S2 электрофакельного устройства. Во время предпускового прогрева свечей выключатель S1 приборов находится в положении 2. В конце прогрева факельных свечей замыкаются контакты термореле КК. Напряжение подается на электромагнитный топливный клапан YA и контрольную лампу HL, сигнализирующую о готовности электрофакельного устройства к пуску двигателя. При включении стартера выключателем S1 приборов (положение 3) подкачивающий насос подает топливо через открытый электромагнитный клапан к факельным свечам.
После пуска двигателя выключатель S1 приборов и стартера переводят в положение 2, стартер отключается, но электрофакельное устройство продолжает работать в период предпускового прогрева, если оставить включенной кнопку выключателя S2. Для защиты факельных штифтовых свечей от перегрева при работе двигателя в режиме холостого хода после пуска, когда в связи с работой генератора повышается напряжение на выводах свечей, в схеме предусмотрено реле К2 отключения обмотки возбуждения генератора.
Техническое обслуживание электрофакельных подогревателей
Проверка технического состояния
Проверка электрофакельного устройства включает целый комплекс мероприятий.
Исправность контрольной лампы определяют визуально. Техническое состояние факельных свечей оценивают по силе потребляемого тока. Большая сила тока или его отсутствие свидетельствуют о неисправности свечи. Исправность дополнительного резистора с термореле проверяют по времени от момента включения до замыкания контактов и времени замкнутого состояния контактов после отключения тока. Уменьшение времени замкнутого состояния контактов термореле после отключения тока приводит к преждевременному прекращению подачи топлива к факельным свечам.
Об исправном состоянии электрофакельного устройства свидетельствует наличие факела, наблюдаемого через отверстия во впускном трубопроводе при вращении коленчатого вала дизеля электростартером. Если факел при исправных факельных штифтовых свечах отсутствует, проверяют герметичность топливной системы электрофакельного устройства, пропускную способность факельной свечи и работу электромагнитного клапана.
Герметичность топливной системы оценивают визуально. Для проверки давления в топливной системе и исправности электромагнитного клапана топливопровод отсоединяют от факельной свечи, прокачивают систему топливоподкачивающим насосом и через 1 мин включают электромагнитный топливный клапан. Открытие клапана сопровождается характерным щелчком, после чего из отсоединенного от свечи топливопровода должна появиться струя топлива. Расход топлива и силу потребляемого факельной свечой тока определяют на специальных стендах.
Реле отключения обмотки возбуждения генератора на автомобилях КамАЗ исправно, если при работающем двигателе и включенном электрофакельном устройстве амперметр на щитке приборов показывает разряд (силой тока около 30 А), а при выключенном электрофакельном устройстве заряд.
При подготовке к эксплуатации в холодный период года топливную систему электрофакельного устройства освобождают от летнего топлива, промывают в бензине фильтр и жиклер факельной штифтовой свечи и саму свечу при наличии на сетке и защитном экране нагара и сажи. Для очистки фильтра чистый бензин или дизельное топливо пропускают через фильтр в направлении, противоположном перемещению рабочего потока. После очистки рекомендуется продуть фильтр сжатым воздухом.
Устройства для подачи пусковой жидкости
Широкое распространение при пуске получил способ использования легковоспламеняющихся жидкостей, которые содержат компоненты с низкой температурой самовоспламенения и отличаются большим разнообразием составов. Пусковая жидкость «Арктика» состоит из диэтилового эфира (45-60%) с температурой самовоспламенения 180-205°С, газового бензина (35-55%), изопропилнитрата (1-1,5%), различных промежуточных продуктов окисления (до 10%) и противо- износных, противозадирных и антиокислительных присадок (около 2,5%). В состав пусковой жидкости «Холод Д-40» входят диэтиловый эфир (58-62%), изо- пропилнитрат (13-17%) и масло для судовых газовых турбин (8-12%).
Пусковая жидкость подается непосредственно в цилиндры двигателя вместе с основным топливом или с помощью специальных приспособлений во впускной трубопровод. Второй способ удобнее и экономичнее. Работа устройств для подачи пусковой жидкости во впускной трубопровод основана на пневматическом или механическом распыливании жидкости и ее дальнейшем испарении. Использование пусковой жидкости и маловязкого загущенного масла позволяет обеспечивать пуск двигателя до температуры – 30°С при вращении коленчатого вала с частотой 40-55 мин-1.
Автоматическое управление подачей пусковой жидкости возможно в устройствах, основанных на аэрозольном распыливании. Аэрозольное пусковое приспособление с электромагнитным приводом: пусковая жидкость находится под давлением в аэрозольном баллоне с клапанным устройством. В качестве вытесняющего газа применяют пропан, бутан и другие газы, давление которых незначительно зависит от температуры и которые сами являются топливом. Аэрозольное пусковое устройство устанавливают с помощью кронштейна в отсеке двигателя в легкодоступном для смены баллона месте.
Управление приспособлением дистанционное из кабины водителя. При включении электромагнита якорь перемещается вниз, нажимает эмульсионной трубкой на шток клапана аэрозольного баллона и одновременно открывает проход для аэрозоли в трубопровод через пластинчатый клапан. К форсунке распылителя, расположенной во впускном трубопроводе двигателя, аэрозоль поступает через эмульсионную трубку и внутреннюю полость якоря электромагнита.
Один аэрозольный баллон может обеспечить 8-10 пусков двигателя при температуре – 30°С. При установке в приспособление верхнюю часть нового баллона совмещают с корпусом и прижимают к нему опорной пятой, перемещающейся по дужкам, с помощью регулировочного винта. Уплотнение в стыке баллона с корпусом обеспечивается резиновым уплотнителем.
Электрические подогреватели
Электрические подогреватели используются для подогрева жидкости в системе охлаждения двигателя, масла в картере, топлива в топливной системе и электролита аккумуляторной батареи. По способу превращения электрической энергии в тепловую их подразделяют на нагреватели индукционные, полупроводниковые, электродные, сопротивлений, инфракрасные излучатели и т.д. Наибольшее распространение получили нагреватели сопротивлений, однако все большее внимание уделяется полупроводниковым подогревателем.
Требованиям электробезопасности на тракторе в наибольшей степени удовлетворяют герметичные трубчатые электронагреватели (ТЭНы). ТЭН представляет собой металлическую оболочку в виде трубки из жаропрочного материала любой формы, внутри которой запрессована спираль из нихромовой проволоки, изолированная от оболочки наполнителем с высокой теплопроводностью (периглаз).
На двигателе установка ТЭНов не всегда возможна, поэтому их часто размещают в теплообменнике (котле). Такие теплообменники можно устанавливать вместо индивидуальных предпусковых подогревателей, работающих на жидком топливе. Для уменьшения потерь теплоты и расхода электроэнергии поверхность котла теплоизолируется.
Разработано множество различных конструкций теплообменников и схем подогрева охлаждающей жидкости и масла. Перспективна схема, в которой нагретая жидкость из котла электрическим насосом подается в водораспределительные каналы блока цилиндров и одновременно в теплообменник, расположенный в картере. Подогрев топлива осуществляется непосредственно электроподогревателями или с помощью промежуточного теплоносителя.
Электроподогреватели компактны, надежны в работе, обладают достаточным быстродействием, требуют минимальных затрат на обслуживание. При использовании ТЭНов возможна автоматизация процесса подогрева. Электроподогреватели можно применять не только как средство предпускового подогрева двигателя, но и в течение всего периода межсменной стоянки автомобиля.
Предпусковые подогреватели
Двигатель может быть оборудован индивидуальным предпусковым подогревателем. Подогрев картерного масла, блока цилиндров и подшипников коленчатого вала перед пуском позволяет уменьшить вязкость моторного масла, облегчить его прокачиваемость по смазочной системе и, тем самым, уменьшить момент сопротивления вращению и износ деталей двигателя при пуске. С другой стороны, подогрев головки и стенок блока цилиндров и впускного трубопровода улучшает условия смесеобразования и воспламенения топлива и способствует снижению минимальной пусковой частоты вращения.
Индивидуальные предпусковые подогреватели отличаются по типу теплоносителя, обеспечивающего передачу теплоты двигателю, потребляемому топливу и степени автоматизации рабочего процесса. Подогреватели должны быть пожаробезопасными. Не допускается вылет пламени на выходе газов из котла в установившемся режиме работы, скопление топлива в котле подогревателя как в период розжига котла, так и после его остановки. Система предпускового подогрева двигателя с жидкостным охлаждением должна надежно работать при ее заполнении низкозамерзающей жидкостью и водой.
Дизельный подогреватель ПЖД-30 устанавливают на автомобилях семейства КамАЗ-740 и ЗИЛ-1ЗЗГЯ. Образование, воспламенение и сгорание топливовоздушной смеси происходит в съемной горелке котла. Первоначально воспламенение топливовоздушной смеси осуществляется свечой зажигания, высокое напряжение к которой подводится от транзисторного коммутатора. Топливо из топливного бачка подается к горелке топливным насосом и распыливается форсункой. Расход топлива регулируется редукционным клапаном топливного насоса. В электромагнитном клапане и в форсунке предусмотрены фильтры тонкой очистки. Электромагнитный топливный клапан конструктивно объединен со штифтовой электрической свечой и установлен на горелке.
Воздух под напором подается в горелку вентилятором. Для обеспечения циркуляции жидкости между котлом подогревателя и водяной рубашкой блока цилиндров в предпусковой период в насосный агрегат включен гидравлический насос. Привод гидравлического, воздушного и топливного насосов осуществляется от одного электродвигателя.
Электрическая схема предусматривает возможность дистанционного управления подогревателем. В схеме используется переключатель S , имеющий четыре положения. Электродвигатель М насосного агрегата и электронагреватель ЕК топлива, потребляющие токи большой силы, включаются переключателем S через реле К1 и К2.
Для приведения в действие подогревателя переключатель S из положения 1 (все выключено) устанавливают в положение 2, включая электродвигатель М насосного агрегата и электронагреватель ЕК топлива. Через 15 - 20 с переключатель переводят в нефиксируемое положение 3. В этом положении включаются электромагнитный клапан YA и транзисторный коммутатор. После подключения транзисторного коммутатора к источнику питания через первичную обмотку L1 катушки зажигания Т проходит ток заряда конденсатора С. Индуктируемая при этом ЭДС в управляющей обмотке L2 открывает транзистор VT. Сила тока в первичной обмотке и ЭДС в управляющей обмотке возрастают. Конденсатор С разряжается через открытый транзистор VT. Когда сила тока в первичной обмотке достигает установившегося значения, ЭДС в управляющей обмотке не индуцируется и транзистор закрывается. Сила тока в первичной обмотке и магнитный поток резко уменьшаются и во вторичной обмотке L3 катушки зажигания Т индуцируется ЭДС, достаточная для пробоя искрового промежутка свечи зажигания EV. Стабилитроны VD1 и VD2 обеспечивают защиту транзистора VT от перенапряжений.
При установившемся горении, признаком которого является равномерный гул в котле подогревателя, после снятия усилия с рукоятки переключателя она автоматически переходит в положение 4, при котором транзисторный коммутатор отключается, а электродвигатель М насосного агрегата продолжает работать.



15