Одной из основных проблем при эксплуатации техники в зимних условиях является затрудненный пуск двигателей и других агрегатов машин при отрицательных температурах воздуха. Современные сельскохозяйственные тракторы не имеют эффективных средств поддержания температуры рабочих жидкостей в рациональных пределах, что сказывается в целом на работоспособности их агрегатов. Поэтому перспективным направлением исследований является разработка и применение предпусковых подогревателей — устройств, которые прогревают охлаждающую жидкость в автомобиле в то время, когда двигатель не работает. Предпусковой подогрев облегчает запуск двигателя, уменьшает его износ и экономит топливо [1–4].
Существуют различные способы предпускового подогрева двигателя.
Система автономного жидкостного подогрева [1,2] напоминает чем-то работу обыкновенного котла. В изготовленную из нержавеющей стали камеру подогревателя поступает топливо из бака и воздух. Эта смесь из топлива и воздуха поджигается. Она и нагревает антифриз в системе охлаждения через стенки теплообменника. Насос, который включён в эту систему, прокачивает антифриз, и он разогревает радиатор и двигатель. Происходит поэтапный прогрев всех элементов, включенных в систему.
С помощью, подключенной к системе электроники можно заблаговременно установить время, к которому должен быть совершен прогрев двигателя. В среднем на то, чтобы нагреть антифриз в системе охлаждения до восьмидесяти градусов, необходимо от получаса до часа времени. Это время напрямую зависит от температуры воздуха на улице. Подсчитав заранее время, когда надо выехать из дома, добавив время, которое необходимо для прогрева двигателя при определённом температурном показателе, можно с помощью автоматики установить такой режим подогрева двигателя, что проблем с его запуском не будет.
Расход топлива при использовании автономной жидкостной системы не более 1 литра топлива в течение часа — для самых мощных конструкций системы обогрева двигателя автомобилей.
Недостатком является то, что в случае использования в автомобиле автономного обогревателя нельзя оставлять машину в закрытом помещении. Угарные газы, возникающие во время сгорания топлива, могут вызвать отравление.
Неавтономные жидкостные подогреватели [1,3], электромагнитные элементы, работающие от сети 220В, могут быть вмонтированы в систему охлаждения или иметь свой корпус, и устанавливаться в разрез малого контура системы охлаждения. Дополнительно эти системы могут включать устройства для подзарядки аккумулятора и автоматическую систему включения.
Поскольку данный тип предпусковых подогревателей двигателя требует наличия электричества, то воспользоваться им могут только владельцы гаража. Для нагрева антифриза иногда необходимо 3 часа. Длительность подогрева обоснована тем, что в эту систему не включён насос, и циркуляция происходит за счёт термосифонного процесса. Также может возникнуть закипание антифриза. Обладателям такой системы предпускового подогрева двигателя надо не забывать о пожарной безопасности, и находиться рядом с автомобилем.
Тепловые аккумуляторы [5,6,7]. У этого устройства существует специальный термос. Во время запуска двигателя, нагретый до необходимой температуры антифриз поступает в термос через систему клапанов. В тот момент, когда антифриз, находящийся в термосе, остывает до определённой температуры, он начинает поступать в рабочий контур. Вместо него поступает новый объём более горячего антифриза, заполняя термос. Далее автомобиль глушится, что приводит к закрытию системы клапанов, тем самым горячий антифриз остаётся в термосе до того момента, когда двигатель будет запущен. В момент запуска двигателя с помощью специального насоса, горячий антифриз поступает в малый контур системы охлаждения. Новая порция горячего антифриза обеспечивает предыдущий объём охлаждающей жидкости повышением температуры на 15…20о. Естественно, вся эта процедура нагрева антифриза в конечном итоге приводит к более быстрому запуску двигателя.
Недостатки этой системы: как все знают, жидкость в любом термосе остывает, что происходит и с антифризом. Автовладельцы, которые пользуются машиной каждый день, вполне могут установить подобную систему запуска двигателя. Однако тепла подогревателя не хватит на то, чтобы одновременно прогреть салон и двигатель.
К отдельной группе предпусковых подогревателей двигателей можно отнести те из них, что рассчитаны не на согревание антифриза, а на ускорение воспламенения смеси из воздуха и топлива [1,2]. Принцип их работы основан на автоматическом подогреве топливопровода во время запуска двигателя. Предпусковые подогреватели в виде бандажа закрепляются на фильтр тонкой очистки топлива. Тем самым для двигателей, использующих бензин, испаряемость топлива становится больше. А в случае использования дизтоплива достигается увеличение его прокачиваемости. Использование предпусковых подогревателей и в одном, и в другом случае способствует исчезновению инея, если в баке автомобиля находится недоброкачественное топливо с некоторым содержанием воды.
Для двигателей автомобилей, использующих дизельное топливо, зачастую в общую систему подогрева включены проточные подогреватели. Они выполняют функцию подогрева топливопровода тогда, когда автомобиль двигается. Во избежание возникновения парафиновых пробок, дизельное топливо проходит по подогретой спирали и нагревается на 15…20 градусов. Такая система, как правило, используется совместно с теми типами предпусковых подогревателей двигателя, которые были описаны выше.
Подогреватели топливной магистрали [1,3] бывают проточные или ленточные. Проточные подогреватели врезаются в топливную систему и подогревают топливо, которое проходит через рубашку подогревателя. Работают от генератора автомобиля. Ленточными подогревателями оборачивают проблемные участки топливной магистрали.
Обогреваемые топливозаборники [1,3] представляют собой цельносварную конструкцию из нержавеющей стали, которая устанавливается в топливный бак на место штатного топливозаборника или на любое другое место, где можно разместить фланец крепления. Тосол подводится к топливозаборнику из радиатора отопителя кабины или непосредственно от двигателя. В нижней части топливозаборника расположен электроподогреватель мощностью 180…200 Вт, который работает в предпусковом режиме двигателя и отключается при нагреве тосола до рабочей температуры.
На дизелях устанавливают электрофакельные подогреватели воздуха [1,3,7] 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 топливовоздушной смеси.
Свечи накаливания являются частью предпускового устройства двигателя и нужны только для облегчения пуска дизеля после долгого простоя за счёт улучшения условий образования рабочей смеси, особенно если температура воздуха низка (ниже плюс 5°С).
Калильные свечи представляют собой обычный погружной электронагреватель со спиральным резистором. Стержень свечи накаливания выступает в камеру сгорания (или предкамеру) дизеля, так, что его кончик расположен на границе создаваемого форсункой завихрения рабочей смеси.
Обычно свечи накаливания подключаются автоматически после поворота ключа зажигания в положение, непосредственно предшествующее тому, в котором включается стартер. При этом на щитке приборов зажигается специальная лампа-индикатор, а свечи накаливания начинают нагреваться до высокой температуры, попутно прогревая камеры сгорания и поступающий в камеру сгорания воздух. Однако 2…5 секунд электронакала свечи с холодного состояния хватает только для её саморазогрева, нагреть воздух и холодный металл массивного блока цилиндров и его головки свеча не в состоянии, тем более что воздух при кручении стартером двигателя постоянно замещается извне на неподогретый. Таким образом, главная цель нагрева свечей — это подогрев впрыскиваемого топлива до температуры, при которой оно испарится, хорошо смешается с поступающим воздухом и легко воспламенится уже от компрессии.
Во время пуска двигателя, впрыскиваемое через форсунки топливо, сильно нагревается и испаряется, хорошо смешивается с воздухом. Далее, за счёт компрессии, топливовоздушная смесь самовоспламеняется. Если свечи неисправны или на них не поступает ток, то компрессии холодного дизельного двигателя оказывается недостаточно для уверенного воспламенения смеси — либо двигатель заведётся после продолжительного кручения стартера, либо не заведётся вовсе. Чем ниже окружающая температура, тем более затруднителен старт такого мотора. Исправный же дизель заводится при минусовых значениях воздуха так же быстро, как и при плюсовых, что обеспечивается свечами накала и компрессией в пределах допуска.
Таким образом, все из рассмотренных способов и технических средств имеют недостатки, однако, главным их достоинством является то, что они облегчают пуск двигателя в холодный период, что продлевает срок его службы.
Литература:
1. Рылякин, Е. Г. Повышение работоспособности гидросистемы трактора терморегулированием рабочей жидкости: автореф. дис.... канд. техн. наук: 05.20.03 / Рылякин Евгений Геннадьевич. — Пенза: ПГСХА, 2007. — 17 с.
2. Захаров, Ю. А. Обеспечение работы мобильных машин в условиях отрицательных температур [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин, И. Н. Семов, А. А. Орехов // Молодой ученый. — 2014. — № 17. — С.56–58.
3. Рылякин, Е. Г. Повышение работоспособности гидропривода транспортно-технологических машин в условиях низких температур [Текст] / Е. Г. Рылякин, Ю. А. Захаров // Мир транспорта и технологических машин. — № 1 (44). — Январь-Март 2014. — С. 69–72.
4. Власов, П. А. Теоретическое обоснование терморегулирования рабочей жидкости в гидросистеме [Текст] / П. А. Власов, Е. Г. Рылякин // Нива Поволжья. — 2008. — № 1(6). — С.25–29.
5. Лахно, А. В. Восстановление деталей машин из полимерных материалов [Текст] / А. В. Лахно, Е. Г. Рылякин // Молодой ученый. — 2014. — № 8. — С.196–199
6. Рылякин, Е. Г. Подогрев масла в гидросистеме [Текст] / Е. Г. Рылякин // Сельский механизатор. — 2014. — № 8. — С.38–40.
7. Власов, П. А. Терморегулирование жидкости гидросистемы [Текст] / П. А. Власов, Е. Г. Рылякин // Сельский механизатор. — 2007. — № 6. — С.36.
