4.2.1. Выбор мощности пускового устройства двигателей

1. Суммарное сопротивление двигателей прокручиванию определяется средним моментом сопротивления М_с, который зависит от вязкости масла ν_t, площади поверхностей трения, частоты вращения коленчатого валаn_e, а также от утечек рабочего тела при сжатии.

Для расчета М_сможно воспользоваться эмпирическими формулами:

- при числе цилиндров , кг·м

- при , кг·м

- при , кг·м

где V_h, л – рабочий объем цилиндра;

n_n, мин^-1– частота прокручивания коленчатого вала при пуске

(n_nmin= 35…40 мин^-1– для двигателей ИЗ приt_о= 0…20ºС;n_nmin= 100…200 мин^-1– для дизелей без средств облегчения пуска приt_о= –5ºС);

ν_t, мм²/с – кинематическая вязкость масла.

Значение величины ν_tможно выбрать по табл.4.1, предварительно выбрав марку масла для двигателя.

2. Требуемую мощность электростартерной системы пуска, обеспечивающую пуск в течение одной попытки продолжительностью не более 20с, для заданных условий можно вычислить по формуле:

, л.с., где

k– коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивление прокручиванию двигателя, установленного на тракторе (для трактораk= 1,1; для автомобиляk= 1,0);

η – КПД передачи от стартера к маховику (можно принять η = 0,83…0,86);

М_с, в кг · м.

, кВт.

Определенную по указанной формуле мощность электростартер должен развивать на третьем прокручивании при питании от аккумуляторной батареи с начальной степенью заряженности 75%.

Таблица 4.1.

Классы кинематической вязкости моторных масел в соответствии с ГОСТ 17479.1 – 85

Класс вязкости	Кинематическая вязкость, мм^2/с, при температуре
	+ 100ºС	–18ºС, не более
Зимние классы З3 43 53 63	Не менее 3,8 Не менее 4,1 Не менее 5,6 Не менее 5,6	1250 2600 6000 10400
Летние классы 6 8 10 12 14 16 20	5,6 – 7,0 7,0 – 9,5 9,5 – 11,5 11,5 – 13,0 13,0 – 15,0 15,0 – 18,0 18,0 – 23,0	- - - - - - -
Всесезонные классы 33/8 43/6 43/8 43/10 53/10 53/12 53/14 63/10 63/14 63/16	7,0 – 9,5 5,6 – 7,0 7,0 – 9,5 9,5 – 11,5 9,5 – 11,5 11,5 – 13,0 13,0 – 15,0 9,5 – 11,5 13,0 – 15,0 15,0 – 18,0	1250 2600 2600 2600 6000 6000 6000 10400 10400 10400

4.3.Средства для облегчения пуска.

1.Декомпрессионный механизм.

Служит для снижения давления в цилиндрах двигателя при сжатии за счёт сообщения полостей цилиндров с окружающей средой.

Предварительное прокручивание К.В. при включённом декомпрессионном механизме позволяет подать смазку на трущиеся поверхности деталей, частично нагреть их, снизить потери на трение и тем самым облегчить последующий пуск двигателя.

Суть конструкции декомпрессионного механизма заключается в удержании в приоткрытом положении впускных, выпускных или тех и других клапанов.

Тенденция к тому, что декомпрессионные механизмы не делают. Это стало возможным благодаря улучшению пусковых свойств дизелей и повышению надёжности их пусковых устройств.

2.Подогрев свежего заряда на впуске.

Производится только при низких температурах (t≤0ºC) независимо от того, имеются ли на двигателе ещё какие- либо вспомогательные облегчающие пуск устройства.

Применяют следующие способы подогрева свежего заряда:

-установка спиралей накаливания на пути поступающего воздуха;

-впрыскивание топлива во впускную магистраль и воспламенение его запальной свечой высокого напряжения;

-использование электрофакельного подогрева с помощью термостарта при отрицательных температурах окружающей среды;

- использование свечей накаливания непосредственно в камере сгорания дизеля.

3. Использование легковоспламеняющихся пусковых жидкостей.

4.Предпусковой разогрев двигателя.

4.3.1. Предпусковой разогрев двигателя.

Ориентировочно необходимую теплопроизводительность подогревателя системы предпускового разогрева двигателя в кВт можно определить по формуле: τ_р

Q_Ж= (К_tподш.×Δt_подш.× 0,7)/(10000×τ_р ), где

К_tподш.- экспериментальное значение условной теплоёмкости подшипников ( для различных двигателей К_{tподш.экспер.} ≈ 1800…2900 кДж/ºC).

Δt_подш.-необходимая величина нагрева подшипников, ºC.

τ_р- время работы подогревателя до пуска двигателя, мин.

После определения теплопроизводительности подогревателя по параметрам коренных подшипников проверяют температуру ГБЦ:

t _г.=( Q_Ж × τ_р.)/( К_tг.× 60 ) + t₀ , где

t₀– начальная температура двигателя, ºC.

К_tг.– условная теплоёмкость ГБЦ, (300…520кДж/ºC).

Должно выполняться условие: [t_г.]≥ +40 ºC.

4.3.1.1.Предпусковой подогреватель.( Рис.4.3.)

Рис.4.3. Основные узлы нагревателя.

Основные понятия

Один запуск холодного двигателя в зависимости от температуры окружающего воздуха равняется по износам пар трения от 200 до 600 км пробега. Это одна сторона этого вопроса - долговечность автомобиля. С другой стороны современные двигатели, соответствующие требования правилам Евро, оснащенные турбокомпрессорами и ОНВ без предварительной тепловой подготовки запустить будет практически невозможно.

Оптимальной температурой в камере сгорания дизельного двигателя д.б. порядка 600°С. Минимальная - 300°С.

Факторы, влияющие на снижение этой температуры и мероприятия, предотвращающие снижение этой температуры.

Температура топливо - воздушной смеси, которая подается в цилиндры:

1. Подогрев топлива осуществляется при прогреве двигателя жидкостным подогревателем. Что касается прогрева нагнетаемого воздуха, то он должен подогреваться ЭФУ. Фактически водитель это обеспечивает зажженным факелом, направленным в воздушный тракт двигателя.

2. Скорость сжатия топливо - воздушной смеси в камере сгорания цилиндра. Она зависит от оборотов коленчатого вала, минимальные обороты согласно требований ОСТ 37.001.052 должны быть min50 об/мин.

Два фактора, влияющие на этот параметр:

а) Сила трения в поршневой группе. Влияние этого фактора снижается при прогреве двигателя жидкостным подогревателем.

б) Момента трения в подшипниках коленчатого вала, который зависит от вязкости моторного масла. Это достигается применением специальных сортов масла или его подогревом, что наиболее распространено, особенно в переходные периоды осень-зима и Северных регионах.

Принцип работы систем подогрева ОЖ(Рис.4.4.).

Рис.4.4.

Нормативная база, определяющая требования к конструкции жидкостного подогревателя двигателя, как одного из вариантов системы тепловой подготовки двигателя.

1. ОСТ 37.001.052.2000. “Двигатели АТС. Качества пусковые. Технические требования” определяет основные потребительские свойства и требования к конструкции системы тепловой подготовки двигателя. Самое главное, дано определение понятия – система тепловой подготовки двигателя:

а. Однорежимная система тепловой подготовки – для предпускового подогрева двигателя.

б. Двухрежимная система тепловой подготовки двигателя – для предпусковой подготовки и длительного поддержания его теплового состояния.

Основные требования:

Любая из систем тепловой подготовки должна иметь устройство автоматического управления работой подогревателя и поддержания неработающего двигателя в рабочем состоянии, а также систему диагностики отказов.

Обязательность исполнения выше указанных требований факультативна т.е. определяется – “по согласованию с заказчиком”.

Обязательным является то, что должен быть обеспечен запуск двигателя любого АТС при температуре окружающей среды минус 45°С в течении 36 мин.; для многоцелевых автомобилей – при минус 50°С за 30 мин.; для всех АТС исполнения ХЛ – при минус 60°С за 45 мин.

Эти требования подтверждены ГОСТ Р 50.992-96.

В вышеуказанных нормативных документах отсутствуют, какие либо рекомендации по тепловой мощности подогревателя, его конструкции и что особенно показательно, нет даже упоминания о такой важной его функции – как обогрев кабины.

2. Технические требования к системам управления установлены ГОСТ Р 50.905-96 “АТС. Электронное оснащение. Общие технические условия”. Это всеобъемлющий ГОСТ, устанавливающий требования ко всем параметрам электронного оснащения любого изделия в составе АТС. Чего, к сожалению, невозможно сказать о руководящих документах, относящихся к жидкостным подогревателям.

Остановимся на двух:

а.Требование по приспособленности электронного оснащения к контролю работоспособности и диагностирования, т.е. должен быть предусмотрен самоконтроль и индикация водителю результатов самоконтроля при изменении функционирования или неработоспособности электронного оснащения, или его компонентов.

б.Требования по стойкости к воздействию условий эксплуатации, в частности: блоки и узлы электронного оснащения должны иметь конструктивную защиту, предохраняющую от попарного замыкания выводов и каждого вывода на корпус. При нарушении и последующем восстановлении контакта в цепи любого вывода, электронное оснащение должно быть работоспособно. Работоспособность должна быть сохранена при воздействии импульсных электрических напряжений в бортовой сети АТС в нормальных режимах эксплуатации и аномальных режимах (срабатывание предохранителей, при отключении и подключении АБ, в том числе – с обратной полярностью).

Существуют две базовые конструкции современных жидкостных подогревателей и воздушных отопителей. Принципиальные различия состоят в способе подачи топлива в зону горения и образования факела.

Общим для обеих конструкций должно быть выполнение условия:

- для сокращения времени прогрева самого подогревателя и двигателя, выход ОЖ из подогревателя должен быть расположен в наиболее горячей зоне.

Базовые конструкции (Рис.4.5, 4.6.).

Рис.4.5.Подогреватель с распылительной камерой сгорания.

Топливо шестеренчатым насосом под давлением до 1,1 МПа через форсунку подается в зону горения (Рис.4.5), конструкция которой обеспечивает оптимальное распыление топлива. Т.е. создаваемое насосом давление и конструкция форсунки обеспечивают полноту сгорания топлива. Розжиг пламени производится искрой от высоковольтного источника напряжения (ВИН).

Нагнетатель и топливный насос приводятся во вращение одним электродвигателем, что в принципе должно обеспечить стабильность коэффициента избытка воздуха при номинальных оборотах.

Управление факелом (включение и отключение подачи топлива) производится электромагнитным клапаном. Для подогрева топлива при запуске имеется электронагреватель.

Особенностью конструкции подогревателя с распылительной камерой сгорания является одна постоянная ступень тепловой мощности. Изменение оборотов электромотора нагнетателя и соответственно количества подаваемого воздуха и топлива на горение и его давления из-за не пропорциональности изменений производительности нагнетателя и топливного насоса приводит к дисбалансу режима горения и, как следствие изменяет, показатели экологичности выхлопа.

Габариты подогревателя такой конструкции определяются длиной факела, который, в свою очередь, зависит от конструкции форсунки т.е. угла распыла и наличие в теплообменнике различных завихрителей.

Тепловая мощность подогревателя зависит от количества топлива сгораемого в подогревателе, которое зависит, в первую очередь, от проходных сечений в форсунке. Таким образом нижний предел тепловой мощности подогревателей ограничивается технологической возможностью обработки отверстий в форсунке.

Наиболее распространенный модельный ряд тепловых мощностей подогревателей это 23-30-35 кВт.

Верхний предел тепловой мощности практически технически не ограничен. Совершенно естественно повышенная тепловая мощность ведет к повышению потребления энергии аккумуляторной батареи (АБ) электромоторами нагнетателя и циркуляционного насоса, что ограничивает продолжительность его работы (по условию сохранения положительного баланса АБ).

Основная область применения этих подогревателей – предпусковой прогрев двигателя. В случае необходимости обогрева обитаемых помещений, это возможно только при работающем на холостом ходу двигателе АТС.

Рис.4.6.Подогреватель с испарительной камерой сгорания.

Топливо плунжерным импульсным насосом подается на испаритель горелки (Рис.4.6.), одновременно нагнетатель подает воздух на горение. Свеча накаливания производит предварительный прогрев зоны испарителя и топливно-воздушной смеси и ее воспламенение. После того как горение началось, свеча отключается. Количество топлива и воздуха на горение строго регламентировано в зависимости от режима горения и уровня тепловой мощности.

Конструкция горелки должна обеспечить оптимальную смешиваемость топливно-воздушной смеси. Чем интенсивнее обеспечивается этот процесс, тем полнее идет процесс горения, тем выше экологические и энергетические показатели подогревателя.

Тепловая мощность такого подогревателя напрямую зависит от размеров испарителя. Поэтому минимальная тепловая мощность зависит только от потребности в этой минимальной тепловой мощности.

Максимальная длина ограничивается габаритами горелки и самого подогревателя. Габариты «факела» определяются размерами горелки и наличием специальных завихрителей, ограничивающих длину факела и обеспечивают более интенсивный нагрев ОЖ на первоначальной стадии разогрева ОЖ, именно в зоне выхода ОЖ из подогревателя - в передней части теплообменника. В этой конструкции подогревателя его максимальные габариты зависят только от тепловой мощности, т.е. его габариты должны обеспечить отвод созданной подогревателем тепловой энергии.

Схема конкретного подогревателя 15.8106-05,-15, его внешний вид и составляющие представлены на рис.4.7, рис.4.8 и далее по тексту.

Рис.4.7. Схема подогревателя 15.8106-05,-15.

Рис.4.8. Внешний вид подогревателя 15.8106.

Технические параметры подогревателей фирм Webasto и Eberspracher сведены в таблицу 4.2.

Таблица 4.2. Технические параметры подогревателей.

4.3.1.2.Подогреватель моторного масла.