Работа двигателей в условиях низких температур. Анализ методов прогрева

УДК 629.11

РАБОТА ДВИГАТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОГРЕВА

В.Ф. Буторин, Е.А. Черменина, И.А. Анисимов

Аннотация. Проблеме повышения эффективности прогрева автомобилей в условиях низких температур воздуха уделяется большое внимание. Применяются методы и средства, позволяющие прогреть двигатель автомобиля до минимальной рабочей температуры за короткий период времени. Однако необходимо рассматривать новые варианты облегчения прогрева двигателя, в том числе, используя его внутренний резервы.

Ключевые слова: температура, время, прогрев, двигатель, метод.

Введение

При работе автомобилей в условиях низких температур особую актуальность приобретает проблема их пуска и прогрева в кратчайший период времени. Для этих целей используется ряд мероприятий, имеющих различную эффективность.

Основная часть

Исходя из климатических условий нашей страны необходимо обеспечить пуск и прогрев двигателей при температурах окружающего воздуха до -20... 30 °С, а в отдельных случаях при более низких температурах.

При понижении температуры окружающего воздуха создание условий, необходимых для пуска и прогрева двигателя, затрудняется. Основные трудности при этом сводятся к следующему:

1. Вследствие повышения вязкости моторного масла и увеличения в связи с этим момента сопротивления провертыванию коленчатого вала, падения емкости аккумуляторных батарей снижается число оборотов провертывания коленчатого вала двигателя.

2. В результате снижения температуры воздуха, поступающего в цилиндры из окружающей атмосферы, уменьшения давления начала сжатия, повышения теплоотдачи в стенки цилиндра и увеличения утечки воздуха при сжатии из-за уменьшения числа оборотов провертывания коленчатого вала холодного двигателя понижается температура конца сжатия.

3. Вследствие повышения вязкости топлива, низких температур в цилиндре двигателя и уменьшения числа оборотов провертывания коленчатого вала ухудшается процесс смесеобразования (испаряемость и рас-пыливаемость) топлива.

Для специальных машин (автомобилей пожарных и аварийных служб и т. д.) необходимо в кратчайший срок после пуска двигателей обеспечить возможность их нагружения.

Непрогретый двигатель сразу после пуска не может развивать полной мощности из-за нарушения процессов смесеобразования и сгорания топлива, а также из-за резкого (по сравнению с рабочими температурами) ухудшения условий смазки. Поэтому начало работы двигателя с нагрузкой после пуска обязательно предшествует период прогрева.

Этот период в зависимости от конструкции и назначения двигателя, а также температуры окружающей среды может равняться нескольким минутам или даже нескольким десяткам минут. Правильный прогрев двигателей после пуска является одним из важнейших факторов, обеспечивающих их безаварийную работу в холодное время года и повышающих межремонтные сроки пробегов двигателей.

Постоянная работа [1] переохлажденного двигателя неизбежно повышает износ его деталей, в первую очередь цилиндров и поршневых колец, а также вызывает другие нежелательные явления, например осмоление деталей дизеля. Поэтому при эксплуатации двигателей в зимних условиях необходимо стремиться свести к минимуму время их прогрева после пуска до достижения нормальной рабочей температуры охлаждающей жидкости и масла.

Наиболее эффективный способ сокращения времени прогрева двигателя после пуска -хороший разогрев его перед пуском. Основным показателем, по которому оценивается прогрев двигателя, является температура охлаждающей жидкости и масла, циркулирующих в системах охлаждения и смазки. Температура жидкости и масла повышается за счет тепла, которое образуется в двигателе в результате сгорания топлива и трения сопряженных деталей двигателя. При этом охлаждающая жидкость нагревается в основном теплом, передающимся от горячих газов через стенки цилиндров, а масло - пре-

имущественно теплом, выделяющимся при трении деталей. В зависимости от изменения числа оборотов или нагрузки двигателя количество тепла, передаваемого охлаждающей жидкости и маслу, изменяется по различным законам. При увеличении до определенного предела числа оборотов коленчатого вала возрастает количество тепла, получаемого охлаждающей жидкостью. При дальнейшем повышении числа оборотов вследствие значительного уменьшения времени теплопередачи и увеличения количества воздуха, подаваемого вентилятором (в связи, с чем интенсивность отвода тепла от радиатора системы охлаждения возрастает), количество тепла, отдаваемого охлаждающей жидкости, начинает уменьшаться.

В процессе прогрева двигателя [2], когда из-за низкой температуры масла прокачка его насосом ухудшается, количества масла, поступающего к подшипникам коленчатого вала, может оказаться недостаточным для отвода тепла, образующегося в результате трения. Следовательно, значительно ускорить прогрев двигателя после пуска путем увеличения числа оборотов коленчатого вала двигателя невозможно. Более того, увеличивать число оборотов недостаточно прогретого двигателя опасно, так как это может привести к местному выплавлению подшипников коленчатого вала.

Совсем по-другому влияет на прогрев двигателя увеличение нагрузки при незначительном изменении числа оборотов. С увеличением нагрузки прогрев двигателя ускоряется. Так как количество тепла, отводимого через радиатор, почти не меняется, температура охлаждающей жидкости, и масла быстро повышается.

При конструировании автомобилей заводы предусматривают устройства для ускорения прогрева и поддержания нормального теплового режима двигателя: жалюзи радиаторов, термостаты, термостатические управляемые вентиляторы и т. д. Эти устройства в сочетании с правильным режимом работы двигателя после пуска позволяют несколько сократить продолжительность прогрева двигателя.

Комплексы средств, облегчающих пуск и прогрев холодных двигателей, позволяют осуществить быстрые пуск двигателей и работу их с нагрузкой. Пусковая жидкость, впрыскиваемая в течение определенного времени и после пуска, интенсифицирует процесс горения основного топлива, а хорошая текучесть загущенных масел при низких температурах обеспечивает достаточную для нормальной работы смазку двигателя.

В НАМИ проводились специальные испытания для определения минимального времени прогрева двигателя перед его работой с нагрузкой и выявления оптимальных режимов прогрева. Испытания показали, что полностью нагруженный автомобиль КрАЗ-214 может начинать движение через 1 минуту после пуска охлажденного двигателя ЯАЗ-206 при температуре окружающего воздуха - 23°С. Полностью нагруженный автомобиль МАЗ-200 с двигателем ЯМЗ-236 при температуре - 28 °С через 1 мин после пуска начинал движение на второй передаче, а затем на третьей и четвертой.

Все указанные выше двигатели пускались с применением пусковых жидкостей «Холод Д-40» или «Арктика» и загущенных масел.

Хотя холодный двигатель и может работать на частичных нагрузках, для работы с полной нагрузкой, а также для сокращения износов деталей в период пуска и прогрева необходимо как можно быстрее прогреть двигатель до рабочих температур. В инструкциях по эксплуатации заводов, как правило, рекомендуется прогревать двигатель после пуска на холостом ходу сначала при малом числе оборотов (800.900 мин-1), а затем при среднем (1400.1500 мин-1). Прогрев дизелей рекомендуется вести до температуры охлаждающей жидкости, равной 40°С, а карбюраторных двигателей - до температуры 50.60 °С. Такие режимы в какой-то мере приемлемы для пуска и прогрева в условиях положительных температур, но совершенно не подходят для пуска и прогрева холодного двигателя.

При подготовке автомобиля к работе после длительной стоянки в условиях низких температур, кроме сложности пуска двигателя, приходится сталкиваться еще с одной трудностью. В случае такой стоянки автомобиля (или трактора), даже если двигатель полностью прогрет после пуска, нельзя сразу начинать движение с большой скоростью, так как смазка в трансмиссии остается холодной и густой, вследствие чего автомобиль не может сразу начинать движения с полной нагрузкой и нормальной скоростью. Поскольку для прогрева трансмиссии необходим какой-то период, для сокращения общего времени подготовки к работе целесообразно совмещать прогрев двигателя и трансмиссии путем движения автомобиля на понижающих передачах при умеренном числе оборотов в минуту коленчатого вала двигателя (1400.1600 мин-1).

Таким образом, для быстрого прогрева холодного двигателя после пуска и сокращения общего времени подготовки автомобиля к работе можно рекомендовать следующий режим:

работа на холостом ходу при пд = 800.900 об/мин в течение 1.2 мин (до получения достаточного давления в масляной системе), затем движение машины на понижающих передачах при пд = 1400.1600 об/мин. Когда температура масла и охлаждающей жидкости повысится до температуры 40.50 °С, можно увеличивать нагрузку.

Заключение

Подводя итог вышеизложенному, необходимо отметить тот факт, что проблема прогрева автомобиля в условиях низких температур актуальна и требует эффективного научного решения.

Как один из возможных путей повышения интенсивности прогрева двигателя - использование внутренних резервов автомобиля.

Библиографический список

1. Лосавио, Г.С. Пуск автомобильных двигателей без подогрева / Г.С. Лосавио. - М.: Транспорт, 1965. - 104 с.

2. Крамаренко, Г.В. Безгаражное хранение автомобилей. Учебное пособие / Г.В. Крамаренко. -М.: Высшая школа, 1973. - 53 с.

Work of engines in the conditions of low temperatures.

The analysis of methods of warming up

V. Butorin, E. Chermenina, I. Anisimov

In the conditions of low air temperatures the great attention is given to a problem of increase of efficiency of warming up of cars. Methods and the means are applied, allowing to warm up the engine of the car to the minimum working temperature for the short period of time. However it is necessary to consider new variants of simplification of warming up of the engine, including, using its internal reserves.

Буторин Виктор Феофанович - директор НОНОу «Автошкола «Престиж». Основное направление научных исследований - повышение эффективности прогрева двигателей в условиях низких температур. Имеет 9 опубликованных работ. e-mail: tkcc@list.ru.

Черменина Екатерина Анатольевна - аспирант кафедры эксплуатация автомобильного транспорта Тюменского государственного нефтегазового университета. Основное направление научных исследований - снижение расхода топлива автомобилями в условиях уличного движения. Имеет 7 опубликованных работ. e-mail: ket72@inbox.ru.

Анисимов Илья Александрович - канд. техн. наук, доцент, заместитель директора по научной работе Института транспорта Тюменского государственного нефтегазового университета. Основное направление научных исследований -повышение эффективности эксплуатации автомобилей в суровых условиях. Имеет 104 опубликованные работы. e-mail: anisimovilya@mail.ru.

Статья поступила 15.06.2010 г.

УДК 626.226

КОНСТРУКЦИИ СОВРЕМЕННЫХ ГИДРОУДАРНИКОВ И ОСОБЕННОСТИ ИХ РАБОТЫ

С.О. Стародед

Аннотация. В данной статье рассмотрены особенности современных гидроударников, их параметры, применяемость в работе. Указанны положительные свойства современных гидроударников в сравнении с предыдущим поколением.

Ключевые слова: гидроударник, гидромолот, экскаватор.

Введение

Гидроударный инструмент (гидромолот) -сменное оборудование гидравлических экскаваторов, погрузчика или трактора - предназначен для вскрытия асфальтобетонных покрытий, разрушения бетонных и железобетонных конструкций, рыхления скальных и мерзлых грунтов, уплотнения рыхлого грунта

(при использовании сменного рабочего органа - трамбовки) и др.

Применение гидромолотов

Гидромолот устанавливают на экскаватор вместо снятой рукояти или ковша и подключают к гидравлической системе. Он незаменим при вскрытии подземных сооружений -тепловых магистралей, газопроводов, трубопроводов, телефонных и силовых кабелей и т. п.,