Технология эксплуатаци автомобиля в особых условиях

ПУСК ДВИГАТЕЛЯ ПРИ  НИЗКИХ НАРУЖНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

        В нашей стране значительная часть автомобильной техники (сюда же можно отнести, гусеничные машины, всевозможные самодвигающиеся механизмы, стационарные установки и т.п.) от 3 до 9 месяцев в году эксплуатируется в условиях низких температур. Одна из основных трудностей при эксплуатации в это время - пуск холодного двигателя после длительной стоянки на открытой площадке или в неотапливаемом помещении. 
      Известно, что пуск технически исправного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) при положительных температурах окружающего воздуха не вызывает трудностей. При отрицательных же температурах, пуск того же самого двигателя уже вызывает затруднения, которые резко увеличиваются с понижением температуры окружающего воздуха. Это обстоятельство обусловливается конструкцией самого двигателя, особенностями его рабочего процесса, а также происходящими, под действием низких температур, изменениями свойств топлив, масел и материалов, используемых в двигателе. Так, в результате воздействия отрицательных температур, ухудшается состав и качество топливовоздушной смеси, из-за повышения вязкости масла резко возрастает величина момента сопротивления проворачиванию коленчатого вала, одновременно с этим, из-за уменьшения емкости и снижения напряжения аккумуляторных батарей, уменьшается мощность стартера, а значит и создаваемый им крутящий момент. 
        В результате этих изменений частота вращения коленчатого вала двигателя при пуске стартером становится значительно меньше, чем при пуске в условиях положительных температур. В связи с этим уменьшаются температура и давление конца такта сжатия и в итоге, при холодном пуске, внутри цилиндров двигателя просто не обеспечиваются необходимые условия для самовоспламенения (дизельные двигатели) или принудительного воспламенения от искры (карбюраторные, или по другому - бензиновые двигатели) поступающего туда топлива, чем в значительной степени и объясняются трудности холодного пуска ДВС. 
       Именно по этой причине в инструкциях по эксплуатации на автомобильную технику заложено требование о недопустимости разряда аккумуляторных батарей, в зимних условиях, более чем на 25 %. В противном случае, значительно снижается эффективность электростартерной системы и уже, при сравнительно небольших минусовых температурах, попытки пуска холодного двигателя оказываются неудачными и могут привести к полному разряду аккумуляторных батарей или, в лучшем случае, к дополнительным потерям времени.

        Таким образом, возможность пуска холодного ДВС определяется его пусковыми качествами и эффективностью применяемой системы пуска. 
       Пусковые качества поршневого двигателя зависят от способа воспламенения рабочей смеси (бензиновый или дизельный двигатели), конструкции (числа цилиндров, степени сжатия, конструкции камеры сгорания, впускного трубопровода, фаз газораспределения и т.д.), свойств применяемого топлива, масла и оцениваются двумя основными параметрами: предельной отрицательной температурой пуска и временем подготовки двигателя к принятию нагрузки. На эти параметры существенное влияние оказывают: момент сопротивления провертыванию коленчатого вала (по другому - среднее давление трения), минимальные пусковые обороты и достигаемая частота провертывания коленчатого вала двигателя электростартерной (или любой другой) системой пуска.      

 Момент сопротивления  провертыванию коленчатого вала зависит в основном от вязкости масла, используемого в системе смазки двигателя, массы вращающихся деталей и требуемой для пуска частоты вращения коленчатого вала двигателя. Практически, величину этого момента можно снизить, используя маловязкие загущенные моторные масла (зимних марок) или топливные (до 10-15 %) разжижители. В качестве разжижителя может использоваться обычный автомобильный бензин, который вливают в масляную систему двигателя перед его остановкой на длительное время, но перед этим ему дают некоторое время поработать, с целью перемешивания бензина с маслом. Впоследствии, после пуска двигателя, по мере его прогрева, бензин испаряется и не оказывает сильного влияния на качество моторного масла.      

 Минимальные пусковые  обороты - это наименьшая для  данной температуры окружающего  воздуха средняя частота принудительного  провертывания коленчатого вала двигателя, при которой обеспечивается пуск холодного двигателя. Следовательно, если в момент пуска стартером, коленчатый вал пускаемого двигателя вращается с частотой меньшей, чем минимально необходимая, то пуск двигателя невозможен. 
       Примерная зависимость минимальных пусковых оборотов карбюраторных двигателей от температуры окружающего воздуха показана на рис.1:                 

 Из графика следует,  что, если система смазки удачно  спроектированного (в смысле пусковых  качеств) двигателя заправлена  соответствующим маслом, применяется  зимний бензин и используется  достаточно эффективная (по мощности) электростартерная система, то пуск холодного карбюраторного двигателя возможен до температур минус 25 С и ниже. Наглядный тому пример - двигатели автомобилей ВАЗ, которые без средств облегчения пуска вполне надежно пускаются до температур минус 25 С. 
       Большую неприспособленность к условиям зимней эксплуатации имеют дизельные двигатели. Это вызвано тем, что достичь самовоспламенения топлива внутри цилиндров холодного дизельного двигателя гораздо труднее, чем принудительного воспламенения топлива от искры - для карбюраторного двигателя. Так, чтобы обеспечить самовоспламенение топлива при температурах от нуля до минус 5 С, уже требуются минимальные пусковые обороты коленчатого вала значительно выше 50 мин , а при температурах ниже минус 15 С пуск дизеля без применения специальных средств облегчения пуска становится невозможным. Объясняется это тем, что с дальнейшим понижением температуры резко увеличивается величина необходимых минимальных пусковых оборотов двигателя. Именно в связи с этим, системы пуска многих дизельных двигателей тракторов до настоящего времени оснащаются специальными пусковыми бензиновыми двигателями, от которых раскручиваются коленчатые валы дизелей до нужной пусковой частоты вращения.       

 На большинстве отечественных  автомобильных дизельных двигателях, с целью снижения минимальных  пусковых оборотов коленчатого  вала и для достижения возможности  использовать более дешевую и  удобную в эксплуатации электростартерную систему пуска дизеля, используется электрофакельное (или аналогичное по назначению) устройство (ЭФУ), которое обеспечивает разогрев воздуха во впускном трубопроводе перед его поступлением в цилиндры двигателя. Благодаря такому устройству предельная температура пуска может снизиться до минус 25 С (конечно при условии использования зимнего дизельного топлива и соответствующего масла). Однако, в реальных условиях достичь этого оказалось возможностью также маловероятной, так как эксплуатация автомобильной техники с ЭФУ выявила их низкую надежность работы из-за частого засорения жиклеров и закоксовывания свечей накаливания, а также существенного потребления энергии аккумуляторных батарей на разогрев свечей (величина потребляемого тока ЭФУ достигает 24А, а время включения - не менее 45 сек.). Это особенно сказывается при разряде аккумуляторных батарей близкому к предельному (25%), для зимних условий эксплуатации. Кроме того, эффективное применение ЭФУ требует определенных знаний и навыков умелого обращения с ним.      

 Для более качественного  решения проблемы пуска двигателей  в холодное время года, заводы - изготовители оснащают некоторые  свои изделия (как правило, только по согласованию с заказчиком) автономными индивидуальными подогревателями, обеспечивающими разогрев двигателей перед их пуском. В последнее время появились подогреватели, обеспечивающие не только предварительный разогрев, но и автоматическое поддержание теплого состояния двигателя в заданном интервале температур и времени. Однако, из-за существенного увеличения стоимости готового изделия и отсутствия необходимости в таком устройстве в летний период времени, да и в зимнее время оно востребывается лишь периодически - широкомасштабного применения индивидуальные подогреватели пока не находят. 
       Для решения проблемы пуска холодных двигателей в крупных автотранспортных предприятиях используют различные стационарные установки для разогрева двигателей паром, горячим воздухом, применяют источники инфракрасного излучения, передвижные пусковые установки (тележки), монтируют теплоэлектронагреватели в систему охлаждения двигателей и т.п. В некоторых автохозяйствах выделяются на ночное время специальные люди, которые осуществляют периодические пуски двигателей не давая им остывать.       

 Понятно - такие способы  облегчения пуска двигателей  и поддержания их в горячем  состоянии требуют очень больших  затрат, как на оснащение ими  автотранспортных предприятий, так  и на дальнейшую их эксплуатацию  и содержание. Стоимость каждого  такого пуска двигателя получается очень высокой. 
       Значительно уменьшить затраты времени и средств для пуска холодного двигателя позволяет применение пусковой жидкости (ПЖ), которая впрыскивается во впускной тракт двигателя в момент вращения стартером коленчатого вала двигателя. Эффект достигается за счет снижения минимальных пусковых оборотов, т.к. основу ПЖ составляет этиловый эфир, обладающий по сравнению с основным топливом, более низкой температурой самовоспламенения, очень большой летучестью (температура кипения 34,5 С) и широкими пределами принудительного воспламенения, что обеспечивает его сгорание в цилиндрах двигателей при более низких значениях температуры и давлении конца такта сжатия.