Пуск двигуна в зимових умовах

Зимовим періодом експлуатації називається такий, коли температура навколишнього повітря встановлюється нижче +5^оС. Низька температура повітря утрудняє пуск двигуна, впливає на роботу всіх його систем і підтримки нормального теплового режиму. Значно погіршується випаровуваність бензину і збільшується щільність повітря, що приводить до збідніння пальної суміші і поганому її запаленню при пуску карбюраторних двигунів. У дизелях унаслідок підвищення в'язкості палива й зниження температури повітряного заряду в циліндрах порушуються умови сумішоутворення і погіршується самозапалювання.

Підвищення в'язкості масла при низьких температурах повітря викликає різке збільшення опору обертанню колінчастого вала, що утрудняє досягнення необхідної для пуску двигуна частоти обертання вала. Тому в зимовий період необхідно застосовувати масла з низькою в'язкістю. Однак зростання в'язкості масла зі зниженням температури приводить до того, що його прокачування по магістралях утрудняється настільки, що це може привести до виникнення сухого тертя.

Способи полегшення пуску двигунів наступні:

1. Утеплення і, нагрів акумуляторних батарей, що підвищує їхню працездатність (збільшує значення пускового струму).

2. Декомпресування двигуна, тобто з'єднання внутрішніх порожнин циліндрів з атмосферою.

3. Нагрівання двигуна через систему охолодження. Для передпускової підготовки карбюраторних двигунів потрібна вода, яка нагріта до температури 75-80^оС. Заливати гарячу воду в горловину радіатора необхідно так, щоб швидкість подачі її в систему охолодження складала приблизно 5л/хв. При цьому зливальні крани системи охолодження повинні бути відкриті, а жалюзі радіатора закриті. Після того, як із кранів витече 6-8 літрів води, їх перекривають і заповнюють усю систему охолодження гарячою водою і пускають двигун із застосуванням пускової рідини.

4. Заливання у двигун масла, яке нагріте до температури 90-120⁰С. Спосіб вимагає зливу масла після завершення роботи і зупинки двигуна.

5. Підвищення температури масла шляхом підігріву картера двигуна спеціальним підігрівачем чи іншим способом (прийнявши міри пожежної безпеки). Інтенсивне нагрівання піддона (особливо алюмінієвого) викликає місцевий перегрів нижніх шарів масла, термічне руйнування присадок. Це приводить до прискорення старіння масла. Для нагрівання масла, таким чином, найкраще користатися пальниками з інфрачервоним випромінюванням.

6. У польових умовах для розігріву двигунів за допомогою гарячої води застосовуються рухомі водомаслопідігрівачі й водомаслозаправники. Для роботи підігрівників використовують пальне, на якому працює двигун.

У комплект сучасних дизельних передпускових підігрівників входять: казан підігрівника, насосний агрегат, паливний бачок, електромагнітний клапан, електронагрівник палива, джерело високої напруження й іскрова свіча, пульт керування.

7. Використання хімічних засобів (аерозолів), що гарантують запуск двигуна при низьких температурах.

Оскільки ці засоби представляють легковипаровуючі рідини, їхнє запалення в циліндрах може відбуватися навіть при відключеній системі запалювання. Аерозолі, що розпорошуються в патрубок повітряного фільтра безпосередньо перед пуском, забезпечують надійний запуск як бензинових двигунів, так і дизелів.

 

Допоміжні способи пуску двигунів

Пуск двигуна буксируванням, тобто розкручування колінчастого вала ведучими колісами транспортного засобу. Такий метод пуску двигуна допустимий лише у виняткових випадках, тому що при цьому ходова частина, трансмісія й двигун випробують великі ударні навантаження, що можуть привести до поломок. Якщо при декількох таких спробах двигун усе-таки не почав працювати, то в русi на буксируванні продувають циліндри, для чого плавно натискають до упора на педаль керування дросельною заслінкою, цілком відкривають повітряну заслінку і включають вищу передачу. У такому положенні автомобіль рухається на буксирі 2-3 хв. Після продувки пуск двигуна повторюють звичайним порядком на більш високій швидкості буксирування.

При відсутності буксирувальника пуск двигуна можливий також скочуванням автомобіля на спуску. Порядок роботи при цьому залишається таким же, як і при пуску двигуна буксируванням.

 

Мінімальна пускова частота обертання вала

Карбюраторні двигуни внаслідок наявності стороннього джерела запалювання, зовнішнього сумішоутворення при відносно легко випаровуючому паливі і пристроїв для збагачення суміші мають найбільш низькі пускові частоти обертання вала. Пускова частота обертання залежить від температури навколишнього повітря і конструктивних особливостей двигуна. При батарейному запалюванні й температурі зовнішнього повітря 0-20°С мінімальна пускова частота обертання вала таких двигунів складає 35-40 об/хв. При інших системах запалювання і конструктивних особливостей ця частота обертання трохи вище. Таким чином, можна вважати, що при найбільш низьких зимових температурах України пускова частота обертання вала карбюраторних двигунів складає близько 50 об/хв.

Мінімальна пускова частота обертання вала дизеля значно вище внаслідок особливостей сумішоутворення й запалення. Для самозапалювання палива повинне бути забезпечений достатній стиск повітря в циліндрі. При низькій частоті обертання вала відбувається витік повітря через нещільності поршневих кілець і клапанів і підвищена віддача теплоти в стінки циліндра внаслідок більшої тривалості циклу. При низькій температурі заряду знижується температура кінця стиску, заряд не нагрівається при впуску, а навпаки, прохолоджується холодними стінками циліндра під час процесу стиску. При повільному русi плунжера паливного насоса погіршується розпилювання палива, чому також сприяє підвищена в'язкість холодного палива. Крім того, пускова частота обертання вала залежить від властивостей палива - схильності до запалення і його випаровуваності. Конструктивні особливості двигуна, від яких залежать умови охолодження заряду в циліндрі, також впливають на надійність пуску.

Автомобільні дизелі при температурах нижче 0°С, звичайно, не можуть бути запущені без попереднього підігріву. При температурі навколишнього середовища 10-15 °С мінімальна пускова частота обертання вала складає 150-250 об/хв., причому менші значення відносяться до дизелів із нерозділеними камерами згоряння, а великі - до віхрекамерних і передкамерних двигунів. Ці ж пускові частоти обертання вала виявляються достатніми при більш низькій температурі навколишнього повітря, але за умови попереднього прогріву двигуна чи наявності спеціальних пристроїв для полегшення пуску.

 

Динаміка пуску

Для розкручування вала двигуна до пускової частоти обертання необхідно, щоб робота L, яка підводиться до колінчастого вала при пуску, дорівнювала роботі опору обертанню. Цей баланс роботи може бути написаний у виді

L = L_т + L_h + L_j,

де L_т - сума робіт: роботи тертя деталей двигуна; роботи, необхідної для приведення в дію допоміжних агрегатів; роботи ходів впуску і випуску; роботи, загубленої унаслідок витоків заряду при стиску і розширенні;

L_h - робота, що затрачена на розширення й стиск заряду в циліндрах двигуна в початковий період пуску й у значній мірі повертається при подальшому обертанні вала;

L_j - робота, затрачувана на збільшення кінетичної енергії мас двигуна, що рухаються.

Крім того, необхідно, щоб момент, прикладений до вала двигуна зовні на початку пуску (момент зрушення з місця), був більше сумарного моменту опору. Після початку руху ця вимога відпадає, тому що відсутній момент створюється в результаті зміни кінетичної енергії мас двигуна, що рухаються.

У приведеному вираженні балансу роботи при пуску член L_т являє собою роботу опору при обертанні холодного двигуна. Ця робота не дорівнює роботі механічних утрат при обертанні прогрітого двигуна, яка характеризується середнім тиском р_м.

Унаслідок невизначеності фактичних температур масла у вузлах тертя в процесі пуску двигуна, а також великого числа інших факторів, що впливають на величину L_т, визначення її розрахунком важко. Разом із тим необхідно відзначити, що саме цей член балансу роботи при пуску двигуна є основним і складає для автомобільних і тракторних дизелів приблизно від 60% усієї підводимої роботи на початку до 90% наприкінці пуску.

Робота L_h залежить від початкового положення поршнів у циліндрах, від їхнього числа й розмірів. Кут повороту вала, протягом якого затрачається ця робота, залежить від числа тактів і числа циліндрів двигуна. При наступних оборотах вала робота майже не затрачається, тому що стиск повітря відбувається за рахунок роботи газів при розширенні в інших циліндрах двигуна. Невелика робота затрачається тільки внаслідок зростання тиску стиску зі збільшенням частоти обертання вала через зменшення витоків і охолодження заряду, що враховано було вище, при визначенні роботи L_т.

Схематична індикаторна діаграма при пуску стартером одноциліндрового чотиритактного двигуна показана на малюнку 31.1.

 

Малюнок 31.1 – Розгорнута індикаторна діаграма при пуску двигуна

 

Якщо пуск відбувається при положенні поршня, яке відповідає початку ходу розширення (точка А), то робота для подолання першого стиску, що повинна бути виконана стартером,

L_h » L_с+L_р1,

де L_p - робота розширення газів;

L_c - робота стиску газів у циліндрі.

При подальшому обертанні вала робота розширення L_p забезпечить наступний стиск, тому що L_с» L_р1.

Якщо обертання вала почате, наприклад, у точці В, то L_h » L_с,. При пуску в точці D робота L_с1, що затрачена на перший стиск, менше роботи L_с. Однак у цьому випадку для здійснення розширення і наступного стиску необхідно додаткове повідомлення роботи.

Якщо поршень при пуску знаходиться в точці А, то кут повороту вала, протягом якого повинна бути підведена робота L_h дорівнює 720°; якщо поршень знаходиться в точці В, те кут повороту вала складе 360°. Таким чином, початковий момент, що повинний бути прикладений до вала двигуна при пуску, залежить від положення поршня, при якому починається пуск. У багаоциліндрових двигунах розглянуті процеси накладаються один на іншій, унаслідок чого кут повороту вала, при якому повинна бути підведена робота L_h, міняється.

Розрахункове визначення роботи L_h може бути проведене дуже приблизно, тому що величина витоків газу і теплообмін залежать від конструктивних особливостей двигуна, в'язкості масла й інших факторів.

Робота L_j, що затрачена при розгоні двигуна на збільшення кінетичної енергії мас, що рухаються, як самого двигуна, так і приєднаної до нього передачі, звичайно, порівняно невелика.

Приведена якісна оцінка окремих складових опорів при провертанні вала двигуна під час пуску показує, що величина їх залежить від великого числа факторів, обумовлених конструкцією двигуна й умовами його експлуатації. Тому розрахункове визначення цього складу важко. Конструювання пускових пристроїв і вибір потужності пускових двигунів роблять на основі експериментальних даних.

Якщо робота, що затрачена на подолання опорів, при досягненні пускової частоти обертання більше індикаторної роботи, що може бути отримана в циліндрах при цих умовах, то пуск двигуна неможливий навіть при регулярному запаленні палива; у цьому випадку для пуску необхідний прогрів двигуна, щоб зменшити опір.

Через те, що момент опору не залишається постійним за кутом повороту колінчастого вала, збільшення частоти обертання вала двигуна відбувається не при безупинному зростанні кутової швидкості, а з великими чи меншими коливаннями її значення.

 

Вибір потужності стартера

У зв'язку з недостатньою надійністю розрахункового визначення моменту, який повинний розвивати стартер, для орієнтованого визначення моменту опору обертанню вала двигуна М_с і необхідної потужності стартера N_ст звичайно, використовують емпіричні формули, отримані на підставі експериментальних досліджень.

Для карбюраторних двигунів при пусковій частоті обертання 50 об/хв і граничну в'язкість мастила 40×10^-4 м²/с, за експериментальними даними,

М_с = (10 - 20) V_л, Н×м;

N_ст =(0,15 - 0,3) V_л, кВт,

де V_л - робочий об'єм двигуна (літраж), л.

Для автомобільних і тракторних дизелів з числом циліндрів 4 - 6 при пусковій частоті обертання 100 - 150 об/хв

М_с=(70 – 80) V_л, Н×м,

N_ст = (0.75 - 1.1) V_л, кВт.

Менші значення відносяться до двигунів більшої потужності і двигунів із нерозділеними камерами згоряння. Для багатоциліндрових (12 і більш) високооборотних дизелів великої потужності (220 кВт і більш) N_ст < 0.4V_л.

Передаточне число між валом двигуна й валом стартера вибирають таким, щоб при обертанні вала двигуна з пусковою частотою сила струму в стартері складала 2/3 максимальної при повному гальмуванні, а крутний момент стартера був би рівним моменту опору двигуна.

Вал стартера звичайно з'єднують з валом двигуна через одноступінчату зубчасту передачу, причому приводна шестірня стартера входить у зачеплення з зубцюватим вінцем на маховику двигуна. За конструктивними міркуваннями така передача має передаточне число приблизно 10 - 15. Нижчі значення передаточного числа відносяться до дизелів, а верхні - до карбюраторних двигунів, що мають меншу пускову частоту обертання. Для попередження розносу стартера після пуску двигуна й підвищення частоти обертання його вала до робочої передачі роблять автоматично відключаються при частоті обертання вала стартера, що перевищує гранично припустиму.

У середньому потужність електричних стартерів складає 1-2% потужності карбюраторних двигунів, 10-15% потужності автомобільних і тракторних дизелів і 5-10% потужності багаоциліндрових дизелів великої потужності.