Размещено на http://www.allbest.ru/

51

Размещено на http://www.allbest.ru/

установка предпускового жидкостного подогревателя на двигатель ЯМЗ-534

ВВЕДЕНИЕ

Производство двигателей внутреннего сгорания (ДВС) продолжает увеличиваться, так как этот источник энергии обладает высокой топливной экономичностью, достаточно небольшой металлоемкостью, длительным сроком службы, автономностью, простотой, удобством и безопасностью использования.

Применение ДВС во всех сферах народного хозяйства и постоянное увеличение их количества остро ставит вопрос повышения качества двигателей, которое определяется соответствием их требованиям действующего законодательства, а также техническим уровнем, определяющим конкурентоспособность.

Транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания и дизель-генераторные установки работают в различных климатических поясах: от крайнего севера до экватора, что требует от энергетических установок множества качеств, обеспечивающих их надежную работу в широком диапазоне температур.

Особо тяжелые условия эксплуатации ДВС в северных районах. В настоящее время около 70 процентов грузового и автобусного парка нашей страны эксплуатируются в районах Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока, где продолжительность зимнего периода эксплуатации составляет от 6 до 9 месяцев в году, в остальных же районах страны она несколько меньше (4-5 месяцев).

Суровые климатические и сложные эксплуатационные условия работы автомобилей при низких температурах предъявляют весьма высокие требования к надёжности и работоспособности всех агрегатов двигателя и автомобиля в целом, к качеству горюче-смазочных и других эксплуатационных материалов. Важное значение приобретают вопросы приспособления серийных автомобилей к эффективной эксплуатации их в зимнее время. Несмотря на ряд успехов, и открытий в этой области, проблем ещё очень много и они актуальны до сих пор. В первую очередь здесь выдвигается проблема повышения эффективности пуска двигателя.

При понижении температуры пуск двигателей затрудняется, время подготовки двигателя к принятию нагрузки возрастает. Причины этого очевидны: уменьшается частота провертывания коленчатого вала двигателя (возрастает момент сопротивления двигателя, снижается емкость аккумуляторных батарей), снижается давление и температура воздуха в конце такта сжатия. Все это приводит к тому, что при некоторой критической температуре пуск двигателя становится невозможным.

В настоящее время проведено множество исследовательских и конструкторских работ, направленных на улучшение пусковых качеств дизелей. Успехи, достигнутые в результате их несомненны. Уменьшено минимальное пусковое число оборотов большинства серийно выпускаемых двигателей, созданы и выпускаются специальные средства облегчения пуска, приспособления для впрыска легковоспламеняющихся жидкостей и так далее.

В данном дипломном проекте рассматривается установка предпускового жидкостного подогревателя на двигатель ЯМЗ-534.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Особенности пуска дизельного двигателя при низких температурах окружающего воздуха

Пусковые качества двигателей внутреннего сгорания определяются их конструкцией и наличием вспомогательных пусковых средств.

Исходя из климатических условий местности, на которой будет эксплуатироваться данный двигатель, необходимо обеспечить пуск его при температуре окружающего воздуха до - (40-50) ⁰С,а в отдельных случаях при более низких температурах.

Создание необходимых условий для успешного пуска двигателей зависит от ряда конструктивных и эксплуатационных факторов. К ним относятся степень сжатия, степень износа, количество нагара и др., число оборотов и продолжительность провертывания коленчатого вала, определяемые вязкостью моторного масла, мощностью стартера, емкостью и состоянием аккумуляторных батарей, длиной и сечением стартерного кабеля, свойства топлива и качество его распыливания, применение вспомогательных средств, облегчающих пуск и т.п.

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

1. Вследствие повышения вязкости 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 привертывания коленчатого вала ухудшается процесс смесеобразования.

В дизельном двигателе параметры такта сжатия определяют надежность самовоспламенения топлива. Для надежного пуска дизельного двигателя необходимо, чтобы температура конца сжатия превышала температуру самовоспламенения топлива. При пуске двигателя в условиях отрицательных температур величина температуры конца сжатия снижается по ряду причин. Так уменьшение частоты вращения коленчатого вала двигателя стартером приводит к снижению средней скорости поршня. В результате промежутки времени, отводимые на протекание процесса сжатия, увеличиваются. Низкая температура стенок цилиндров двигателя обуславливает значительную теплоотдачу от сжимаемого воздуха к стенкам цилиндров. А так как интенсивность теплообмена между воздухом и стенками цилиндров увеличивается, возрастают потери тепла при такте сжатия в окружающую среду и температура конца такта сжатия снижается.

Пусковые качества двигателя оцениваются двумя основными параметрами:

· Предельной температурой надежного пуска, зависящей от минимальных пусковых оборотов и среднего давления трения двигателя, а также от частоты провертывания коленчатого вала двигателя электростартерной системой пуска.

· Временем подготовки двигателя к принятию нагрузки.

Требования к пусковым качествам двигателей

1. Предельная температура надежного пуска холодного двигателя и время подготовки двигателя к принятию нагрузки при этой температуре приведены в таблице 1.2.1.

В дополнение к требованиям таблица 1 в ТУ на автомобили и двигатели должна указываться согласованная с заказчиком предельная температура надежного пуска холодного двигателя на каждом моторном масле, предусмотренном химмотологической картой на автомобиль.

2. Надежный пуск горячего двигателя должен быть обеспечен:

- для двигателей автомобилей общего и многоцелевого назначения и северного исполнения при температуре окружающего воздуха не ниже 40 ⁰С;

- для двигателей автомобилей тропического исполнения при температуре окружающего воздуха не ниже +45 ⁰С при затратах времени на подготовки двигателей к принятию нагрузки не более 3 мин.

3. Предельная температура надежного пуска двигателя после предпускового подогрева и время с учетом затрат времени на предпусковой подогрев приведены в таблице 1.2.2.

4. Время пуска и подготовки к принятию полной нагрузки двигателей многоцелевых автомобилей, оснащенных 2-х режимной системой тепловой подготовки, после длительного автоматического поддержания их в теплом состоянии при температуре окружающего воздуха минус 50⁰С должно быть не более 2 минут.

Таблица 1.2.1. Предельная температура надежного пуска холодного двигателя и время его подготовки к принятию нагрузки

Параметры	Тип двигателя
	Карбюраторный	Дизель с камерой в поршне	Дизель с камерой в поршне и турбонаддувом при степени сжатия не ниже 15	Дизель с разделенной камерой при степени сжатия не ниже 21
Предельная температура надежного пуска, 0С Не ниже Не выше	+45**			-12	-30*	-10	-25*	-20*
	-	-20	-30*
Вязкость моторного масла, мм2/с (сСт)	летнее	5000	5000	4000	6000	4000	6000	5000
Топливо	Бензин летний	Бензин зимний	Дизельное «5» -35	Дизельное «3» -45	Дизельное «3» -35	Дизельное «3» -35
Время подготовки двигателя к принятию нагрузки, мин, не более	3	8	10	8	10	8	10	10

^* Пуск двигателей с применением устройств облегчения пуска; при использовании электрофакельного устройства допускается повышение предельной температуры надежного пуска: для дизелей с камерой в поршне - до -25⁰С, а дизелей с ТКР - до -22⁰С.

^** Для карбюраторных двигателей автомобилей многоцелевого исполнения предельная температура надежного пуска холодного двигателя не ниже +50⁰С.

Таблица 1.2.2. Предельная температура надежного пуска холодного двигателя с системой предпускового подогрева и время его подготовки к принятию нагрузки.

Параметры	Назначение автомобиля
	Общего и северного использования и многоцелевого назначения	Многоцелевого назначения	Северного использования
Предельная температура надежного пуска двигателя 0С, не выше	-45	-50*	-60*
Сорт моторного масла	Зимнее, класса «8»	Маловязкое загущенное, класса «4з/6; 4з/8; 5з/8»
Сорт трансмиссионного масла	зимнее	(арктическое) загущенное маловязкое
Сорт топлива	Бензин зимний, Дизельное «А»	Бензин зимний Дизельное «А» Топливо для реактивных двигателей
Время подготовки двигателя к принятию нагрузки, мин, не более	36	30	45

^* Пуск двигателя с применением устройств облегчения пуска холодного двигателя.

Для оценки пусковых качеств двигателя проводятся испытания, целью и условиями которых являются:

1. стендовые испытания по проверке пусковых качеств предназначены для контроля соответствия двигателей требованиям нормативно-технических документов (НТД).

2. испытания проводятся в жидкотемператуной камере, оснащенной устройствами и приборами, обеспечивающими охлаждение двигателя и его систем, контроль за тепловым состоянием и проведения необходимых опытов.

1.3 Виды и объем испытаний

1. При предварительных испытаниях комплектно или избирательно определяются:

1.1. минимальные пусковые обороты холодного двигателя без применения и с применением устройств облегчения пуска (УОП)

1.2. минимальные пусковые обороты после предпускового подогрева

1.3. момент сопротивления провертыванию двигателя

1.4. частота провертывания двигателя электростартером

1.5. предельные температуры холодного пуска двигателя без применения и с применением УОП

1.6. затраты времени на подготовку двигателя к принятию нагрузки при предельных температурах надежного пуска.

2. При приемочных и периодических испытаниях проверяются на соответствие требованиям НТД:

2.1. температура надежного пуска холодного двигателя без применения и с применением УОП

2.2. затраты времени на подготовку двигателя к нагрузке после пуска по п.2.1 и при применении предпускового подогрева двигателя.

1.4 Методика определения минимальных пусковых оборотов

1. Минимальные пусковые обороты без применения устройств облегчения пуска определяются в диапазоне температур: от 0 до 20⁰С - для дизелей; от 10⁰ до 30⁰С - для карбюраторных двигателей.

2. При применении устройств облегчения пуска холодного двигателя минимальные пусковые обороты определяются в диапазоне температур: от -15⁰ до -30⁰С - для дизелей; от -20⁰ до -35⁰С для карбюраторных двигателей.

3. При определении минимальных пусковых оборотов рекомендуется использование двух сортов моторных масел: зимнего класса вязкости 8 и маловязкого загущенного класса вязкости не выше 4_з/8. Зимнее масло рекомендуется применять до температур: не ниже -15⁰С для дизелей и не ниже -20⁰С для карбюраторных двигателей. При более низких температурах рекомендуется применение загущенного маловязкого масла.

Минимальные пусковые обороты на каждой заданной температуре определяются путем исследовательных пусков двигателя при различных средних частотах провертывания коленчатого вала.

На каждой средней частоте провертывания коленчатого вала выполняются не более трех попыток пуска с интервалом между попытками в 1 минуту. Продолжительность каждой попытки 15 секунд для дизелей и 10 секунд для карбюраторных двигателей. Если на первой или второй попытках пуска появляются регулярные вспышки в цилиндрах, двигателя допускается исключение перерывов между попытками, при этом суммарное время провертывания коленчатого вала должно быть не больше продолжительности трех попыток пуска.

При этих испытаниях напряжение на зажимы электростартера и его реле подается от аккумуляторных батарей, подготовленных для испытаний с 75 % степенью заряженности.

При испытаниях по пуску, провертывание коленчатого вала двигателя осуществляется с продолжительностью, при которой за один опыт коленчатый вал двигателя совершит не менее 6-ти и не более 8-ми полных оборотов, но не более чем за 15 секунд для дизелей и 10 секунд для карбюраторных двигателей. Общее число провертывания от одной подготовленной с 75 %-ой степенью заряженности аккумуляторной батареи не должно быть более 4-х с суммарным временем не более 45 секунд, а для полностью заряженной батареи - не более 10-ти с суммарным временем не более 90 секунд.

При испытаниях по п.2 провертывание двигателя осуществляется попытками продолжительностью по 15 секунд для дизелей и 10 секунд для карбюраторных двигателей с интервалом между попытками в 1 минуту. После 3-х попыток выдерживается интервал в 3 минуты. Допускается увеличение числа попыток более 6-ти, если средняя частота провертывания коленчатого вала превышает значение минимальных пусковых оборотов при температуре испытаний.

1.5 Методика определения предельных температур надежного пуска двигателя

Предельные температуры надежного пуска находятся по результатам проведенных испытаний определения минимальных пусковых оборотов и частоты провертывания коленчатого вала двигателя. Для этого строится совмещенный график изменения минимальных пусковых оборотов и средней частоты провертывания коленчатого вала двигателя электростартером в зависимости от температуры, где точки пересечения кривых зависимостей минимальных пусковых оборотов и средней частоты провертывания двигателя электростартером указывают на предельную температуру надежного пуска двигателя для каждого сорта применяемого масла. На каждой заданной температуре проводится серия опытов по провертыванию коленчатого вала двигателя электростартером с различными средними частотами коленчатого вала. Продолжительности провертывания коленчатого вала должна обеспечить 8…10 полных оборотов. От опыта к опыту изменяется средняя частота коленчатого вала ч.о., чтобы на каждой заданной температуре было 6…8 опытов в диапазоне средних частот от (30 - 50) до (150 - 200) мин ^-1.

Методика определения частоты провертывания коленчатого вала двигателя электростартером

Частота провертывания коленчатого вала двигателя определяется без подачи топлива. При определении частоты провертывания проводятся 2 вида испытаний:

1. Определение средней частоты провертывания на тех же маслах и в тех же диапазонах температур, как при определении моментов сопротивления. Допускается совмещение этих испытаний, при этом сначала определяется средняя частота провертывания, а потом моменты сопротивления провертывания коленчатого вала.

2. Определение средней частоты провертывания коленчатого вала при предельных температурах надежного пуска двигателя в продолжение 6-ти последовательных провертываний двигателя при температурах надежного пуска, обусловленных требованиями НТД.

При применение устройств облегчения пуска холодного двигателя перерывы между попытками пуска могут быть увеличены, если это вызвано необходимостью обеспечения работоспособности указанных устройств в соответствии с инструкцией по их эксплуатации. Проведение опытов рекомендуется начинать с частоты провертывания, при которой двигатель заведомо пускается с одной попытки. В последующих опытах осуществляется постепенное понижение средней частоты провертывания.

Интервал снижения частоты от опыта к опыту рекомендуется в 10…15 мин ^-1 при пуске за 1 попытку и в 5…7 мин ^-1 при пусках за 2 или 3 попытки. Понижение частоты провертывания производится до тех пор, пока 3 попыток окажется недостаточным для пуска.

Изменение частоты провертывания коленчатого вала осуществляется регулировкой подаваемого на электростартер напряжения, при этом на реле электростартера номинальное напряжение подается от отдельного источника энергии, изменив соответствующим образом схему включения реле.

Методика определения моментов сопротивления провертыванию коленчатого вала двигателя

Для определения моментов сопротивления провертыванию коленчатого вала двигатель охлаждается до заданной температуры и провертывается электростартером с постоянной средней частотой коленчатого вала. Напряжение на зажимы электростартера подается от источника энергии (низковольтного агрегата), обеспечивающего возможность плавной регулировки напряжения. На реле электростартера напряжение с номинальной величиной подается от другого независимого источника энергии с соответствующим изменением схемы включения реле. При этих испытаниях система питания двигателя топливом отключается.

Для этого строится совмещенный график изменения минимальных пусковых оборотов и средней частоты провертывания коленчатого вала двигателя электростартером в зависимости от температуры, где точки пересечения кривых зависимостей указывают на предельную температуру надежного пуска двигателя для каждого сорта применяемого масла.

Проверка предельных температур надежного пуска осуществляется путем контрольных пусков двигателя при температуре, установленных требованиями НТД. Системы электрооборудования двигателя, средства облегчения пуска и предпускового подогрева подключаются к штатным аккумуляторным батареям базовой модели автомобиля, подготовленными с 75% степенью заряженности.

При предварительных испытаниях используются те же сорта масел, при которых определялись моменты сопротивления провертыванию и частота провертывания коленчатого вала двигателя.

При приемочных и периодических испытаниях используются масла, предусмотренные инструкцией по эксплуатации двигателя. Перед началом испытаний по результатам анализа проб масла, взятых из поддона двигателя, проверяется соответствие вязкости масла требованиями НТД. Если при температурах надежного пуска двигателя, обусловленных требованиями НТД, вязкость используемых масел превышает установленную НТД более чем на 5%, то допускается корректировка температуры надежного пуска.

Влияние различных параметров на пусковые свойства двигателя

Влияние топлива на пуск холодных двигателей: рассматривая значение топлива при пуске холодных двигателей, следует различать по влияние, которое оно оказывает при пуске двигателей с воспламенением от сжатия и от постороннего источника (искры). Во втором случае для воспламенения топлива необходимо только, чтобы концентрация его паров в топливовоздушной смеси находилась в определенном диапазоне, ограниченном нижним и верхним пределами воспламеняемости. Концентрация паров топлива в топливовоздушной смеси зависит от его испаряемости, которая, в свою очередь, определяется давлением насыщенных паров топлива. Чем выше давление насыщенных паров топлива, тем больше его испаряемость. Давление насыщенных паров топлива зависит от его фракционного состава и температуры окружающей среды. С понижением температуры давление насыщенных паров уменьшается.

Для улучшения пусковых свойств дизельных топлив наряду с повышением их испаряемости еще большее значение приобретает снижение температуры самовоспламенения.

Самовоспламенение топлива при данной температуре происходит не мгновенно, а спустя некоторый промежуток времени, называемый индукционным периодом (или задержкой воспламенения), величина которого прежде всего зависит от абсолютного значения температуры и сорта топлива. известно, что косвенно индукционный период и температура самовоспламенения топлива характеризуется его цетановым числом. Принято считать, что между цетановым числом топлива и легкостью пуска двигателя существует определенная взаимосвязь. Ряд исследователей отличает, что с повышением цетанового числа топлива пуск двигателя облегчается. Однако, с повышением цетанового числа топлива уменьшается продолжительность пуска холодного двигателя; что не касается снижения температуры пуска, то оно в значительной мере зависит от конструкции двигателя.



Рисунок 1.8.1. - Влияние цетанового числа дизельного топлива на продолжительность пуска _п при t = -12⁰С

Пуск дизелей на более легком топливе может быть улучшен обогащением рабочей смеси, а на более тяжелом топливе - повышением давления впрыска. Таким образом, в отличие от карбюраторных двигателей для дизелей практически нельзя понизить минимальную температуру пуска путем изменения фракционного или углеводородного состава топлив. В лучшем случае можно сократить продолжительность пуска при температурах, близких к минимальным температурам пуска.

Более перспективным является использование присадок к дизельному топливу, повышающих его цетановое число или обладающих низкой температурой самовоспламенения. Наиболее типичным представителем первого типа присадок являются нитраты, а второго - этиловый эфир. Последний мало эффективен в качестве присадки, повышающей цетановое число топлива, но он наряду с низкой температурой самовоспламенения имеет очень широкие пределы воспламеняемости.

Влияние различных условий смазки на работу трущихся пар двигателя в период пуска и прогрева. Трудности обеспечения маслом трущихся пар в период пуска и прогрева

В период пускового режима трущиеся пары двигателя работают в условиях полусухого или полужидкостного трения. Состояние масляной пленки при несовершенной смазке может измениться таким образом, что будет возможен переход от гидродинамической к граничной смазке. Изменение состояния масляной пленки зависит от температуры. Граничная смазка образуется при сравнительно низких (50⁰С) и сравнительно высоких (200⁰С) температурах. При 100 - 150 ⁰С существует режим гидродинамической смазки. При низких температурах, когда вязкость масла высокая, вследствие плохой смачиваемости возникает граничная смазка. При нарушении нормального режима смазки между поршневыми кольцами и гильзой цилиндра возможен металлический контакт (схватывание). процесс схватывания может оказать решающее влияние на износ двигателя. Поэтому необходимо подбирать материал трущейся пары и моторное масло таким образом, чтобы масляная пленка хорошо удерживаясь на поверхности ЦПГ. Это предотвратит процесс схватывания, а следовательно, и сильный износ при пусках холодных двигателей.

Нормальные условия работы двигателей в пусковой период при низких температурах окружающего воздуха сильно затрудняются и в связи с изменением физико-механических свойств масел: с понижением температуры масла плохо подаются и трущимся поверхностям двигателя. Отсутствие достаточной смазки в пусковой период неизбежно приводит к повышенным износам трущихся деталей по сравнению с износом двигателя при его нормальной работе. Величина износов при пуске в значительной степени определяется прочностью первоначальной и образованием новой масляной пленки в узлах трения.

Пуск двигателя при любых температурах сопровождается некоторой задержкой поступления масла из картера к трущимся деталям. Смазка в верхней части поршня даже при положительной температуре пуска (26⁰С) и большом числе оборотов коленчатого вала (700 мин ^-1) мажет появляться в среднем по цилиндрам лишь через 7 минут после начала работы двигателя при вязкости моторного масла перед пуском 252 сСт и 26⁰С. Работа трущихся пар в первый период пуска происходит в условиях оставшейся при предыдущей работе двигателя масляной пленкой. Для уменьшения периода масляной пленкой. Для уменьшения периода масляного голодания, при эксплуатации двигателей рекомендуется перед пуском прокачивать моторное масло ручным или электрическим масляным насосам до создания в системе давления. При этом заполняются задоры подшипникам в ненагруженной части. Последующее кратковременное провертывание коленчатого вала двигателя при малых числах оборотов без подачи топлива имеет целью создание масляной пленки на всей поверхности подшипника и шейки вала.

Однако в результате указанных операций задача обеспечения в пусковой период маслом подшипников коленчатого вала и тем более деталей ЦПГ полностью не решается: в начале пуска особенно трудно подать масло из картера на стенки гильзы цилиндра, так как и большинства двигателей оно поступает туда в виде отдельных капелек или масляного тумана под действием центробежных сил при вращении коленчатого вала.

Скорость подачи моторных масел в двигателе

Поступление масла к трущимся узлам в период пуска и прогрева в первую очередь зависит от скорости его подачи по системе смазки двигателя. С понижением температуры скорость подачи масла затрудняется. Масло с высокой вязкостью с трудом проходит через фильтр, впадины шестерен масляного насоса не полностью заполняется маслом и количество его в масляной магистрали оказывается недостаточным. Для каждой масляной системы двигателя и сорта масла существует минимальная температура, при которой обеспечивается необходимая скорость подачи масла. Если температура масла ниже минимальной, то масло не поступает к трущимся деталям с достаточной для них нормальной работы скоростью. Считают, что скорость подачи масла при пуске холодного двигателя не должна быть ниже 50 г/мин. Загущенные масла, обладая хорошими вязкостно-температурными характеристиками, подаются по циркуляционной системе двигателя со значительно большей скоростью, чем незагущенные масла при той же температуре. Кроме того, применение загущенных масел расширяет температурный предел прокачивания при холодном пуске до температуры минус (35 - 40) ⁰С.

Легковоспламеняющиеся пусковые жидкости. Предназначенные для пуска холодного двигателя, способствуют улучшению подачи масел к трущимся деталям, так как сокращают время достижения чисел оборотов холостого хода, при которых рекомендуется проводить дальнейший прогрев двигателя. Быстрый рост чисел оборотов способствует увеличению скорости движения масла в двигателе и его своевременной подаче к узлам трения.

Влияние вязкости масла на его подачу в подшипники коленчатого вала

Поступление масла к подшипникам коленчатого вала во многом зависит от скорости подачи масла насосом. При работе разогретого двигателя производительность масляного насоса прямо пропорциональна его числу оборотов. При отрицательных температурах определяющим является не число оборотов шестерен насоса, а вязкость масла. Его подача в этих условиях определяется величиной разряжения на входе в насос. При этом, чем выше вязкость масла, тем больше должно быть разряжение. В период пуска при отрицательных температурах скорость подачи масла через подшипники коленчатого вала в основном зависит от его вязкости. С повышением вязкости значительно уменьшается расход масла и, как следствие, снижается давление в масляной системе двигателя. При небольшом давлении масло плохо поступает к узлам трения, и подшипники некоторое время после разгона и пуска двигателя будут работать без достаточной смазки.

Чтобы обеспечить необходимые условия смазки подшипников при малых числах оборотов и прогреве двигателя после малых числах оборотов и прогреве двигателя после пуска при отрицательных температурах, достаточно небольшого поступления масла. По видимому для большинства двигателей приводимая в литературе скорость подачи масла 50 г/мин, соответствующая ее минимальным температурам подачи, является достаточным для обеспечения работы подшипников в пусковой период с малым числом оборотов. Однако это не означает, что скорость подачи масла через двигатель нужно ограничить до 50 г/мин. При увеличении этой скорости, например, с 70 до 300 - 400 г/мин износы при пуске резко сокращаются и только при скорости 500 г/мин практически стабилизируются.

1.6 Пусковые устройства

В настоящее время основными способами пуска дизелей являются:

· Пуск электрическим стартером;

· Пуск пневматический и гидравлический ;

· Пуск при помощи инерционного стартера;

· Пуск с кратковременным переводом двигателя на питание бензином;

· Пуск вспомогательным бензиновым двигателем;

· Пуск пиротехнический;

Пуск электрическим стартером

Пусковые качества двигателей на автомобилях оценивают по минимальной температуре надежного пуска и времени подготовки двигателя к принятию нагрузки. Минимальная температура - это наиболее низкая температура окружающего воздуха, при которой возможен надежный пуск двигателя. При этом температура узлов и деталей двигателя, охлаждающей жидкости и моторного масла не должна отличаться от температуры окружающего воздуха более чем на 1^оС. Допускается отклонение температуры электролита аккумуляторной батареи на 2^оС.

Под надежным электростартерным пуском понимается пуск двигателя, оборудованного всеми навесными агрегатами, на основном топливе и при использовании заряженных на 75% штатных аккумуляторных батарей не более чем за три попытки пуска. Продолжительность каждой попытки не должна превышать 10 с для карбюраторных двигателей и 15-20 с для дизельных. Интервалы между попытками устанавливаются равными 1-1.5 мин. Продолжительность пуска тракторных дизелей не должна превышать 5 мин при использовании пусковых карбюраторных двигателей.

Время подготовки двигателя к принятию нагрузки включает время, затрачиваемое на приведение в действие и работу устройства для облегчения пуска холодного двигателя или системы предпускового подогрева, и время, затрачиваемое на пуск двигателя и его работу на холостом ходу до момента принятия нагрузки. Время подготовки двигателя к работе под нагрузкой может меняться в широких пределах в зависимости от условий пуска, пусковых качеств двигателя, типа, конструкции и характеристик основного и вспомогательных пусковых устройств.

Время подготовки двигателя к принятию нагрузки с понижением температуры возрастает вследствие большей продолжительности предпускового подогрева и послепускового прогрева.

Благодаря использованию высокоэффективных средств облегчения пуска и маловязких загущенных масел пусковые системы обеспечивают пуск автомобильных и тракторных двигателей без предварительного подогрева при температурах от -20 до -30 ^oC. Пуск холодных двигателей получает все большее распространение. Многими экспериментальными исследованиями доказана малая степень возможного при таком способе пуска изнашивания деталей двигателя.

Пуск начинается с момента включения электростартера и продолжается до момента перехода двигателя на устойчивый режим работы. Пусковое устройство должно вращать коленчатый вал с частотой, при которой создаются благоприятные условия для протекания рабочих процессов в двигателе. Минимальная пусковая частота n_min - наименьшая при заданных условиях частота вращения коленчатого вала, достаточная для обеспечения пуска двигателя за две попытки пуска продолжительностью 10 с для карбюраторных и 15 с для дизельных двигателей. От минимальной пусковой частоты и соответствующего ей среднего момента сопротивления вращению коленчатого вала М_ср зависит требуемая мощность системы пуска.

Момент сопротивления М_с вращению коленчатого вала периодически изменяется по времени и углу поворота коленчатого вала вследствие чередования тактов сжатия и расширения. Кроме того, применяемые в автомобилях электростартеры постоянного тока с последовательным и смешанным возбуждением имеют механические характеристики, отличающиеся значительным изменением частоты вращения с изменением вращающего момента М. Поэтому для электростартерного пуска характерна высокая неравномерность вращения коленчатого вала даже при установившемся вращении его с постоянной средней частотой n_ср. коэффициент неравномерности вращения, определяемый как отношение разности максимальной и минимальной частот вращения к средней частоте в течение периода изменения частоты, у автотракторных двигателей в диапазоне пусковых частот 50-250 об/мин находится в пределах 0.1-2. У карбюраторных двигателей по сравнению с дизельными степень сжатия и неравномерность вращения коленчатого вала меньше. Неравномерность вращения зависит также от числа цилиндров двигателя.

Рисунок 1.9.1 - Изменение вращающего момента М электростартера и частоты вращения n коленчатого вала при пуске шестицилиндрового дизеля.

Выделяют четыре стадии электростартерного пуска поршневого двигателя. На первой стадии частота вращения коленчатого вала увеличивается до средней частоты вращения в установившемся режиме. После подключения электростартера к источнику питания его якорь и коленчатый вал двигателя остаются неподвижными, пока вращающий момент электродвигателя не превысит момент трогания системы стартер-двигатель. Когда вращающий момент электродвигателя превышает момент сопротивления вращению коленчатого вала двигателя, частота вращения якоря электростартера и индуктируемая в его обмотке электродвижущая сила (ЭДС) возрастают. При этом сила тока в якоре и вращающий момент достигают максимальных значений, затем уменьшаются до значений, соответствующих установившемуся режиму (2-ая стадия пуска). Продолжительность 1-й стадии пуска зависит от вязкости моторного масла, мощности электростартера, момента инерции системы стартер-двигатель и обычно не превышает долей секунды.

Отличительной чертой 2-й стадии пуска является равенство средних значений вращающего момента (М_ср) электродвигателя и момента сопротивления при постоянной средней частоте вращения коленчатого вала n_ср. возможное увеличение средней частоты на 2-й стадии связано с интенсивным снижением вязкости масла в узлах трения вследствие его нагрева теплотой, выделяемой при трении и сжатии воздуха или топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя. Разряд аккумуляторной батареи на электростартер и увеличение ее внутреннего сопротивления способствует снижению средней частоты вращения коленчатого вала.

Воспламенение топлива в цилиндрах при низкотемпературном пуске двигателя начинается на второй стадии. Возможность и продолжительность пуска зависят от средней частоты вращения коленчатого вала именно на этой стадии. При низких температурах требуется несколько раз провернуть коленчатый вал для создания условий, обеспечивающих воспламенение и горение топливовоздушной смеси. С повышением температуры окружающей среды частота вращения коленчатого вала возрастает, необходимые для воспламенения смеси условия создаются раньше и продолжительность 2-й стадии сокращается. При достаточно высоких температурах воспламенение смеси может произойти уже на 1-й стадии пуска.

Процесс пуска переходит в 3-ю стадию, когда двигатель начинает развивать мощность за счет теплоты сгорания топлива. Если топливо воспламеняется и сгорает во всех цилиндрах, то 3-я стадия характеризуется непрерывным нарастанием частоты вращения коленчатого вала благодаря совместному действию вращающих моментов электростартера и двигателя. Продолжительность 3-й стадии зависит от числа цилиндров, количества и равномерности чередования пропусков сгорания, равномерности распределения смеси по цилиндрам карбюраторного двигателя, момента инерции системы стартер-двигатель, начальной вязкости масла и интенсивности ее снижения в процессе пуска.

В 4-й стадии двигатель работает самостоятельно, но ее целесообразно относить к процессу пуска. Если мощность двигателя, развиваемая на этой стадии, окажется недостаточной для преодоления возрастающего с увеличением частоты вращения момента трения, двигатель остановится и для пуска потребуется включение стартера.

Пневматический и гидравлический пуск

Сжатый воздух применяемся для пуска почти на всех крупных стационарных и судовых дизельных установках. Пневматический пуск получил также распространение в авиации. На быстроходных дизелях, установленных на тракторах, тягачах и грузовых автомобилях, пуск сжатым воздухом встречается реже.

Использование сжатого воздуха для пуска в ход дизелей производится тремя способами:

1. Сжатый воздух поступает из баллонов непосредственно в цилиндры двигателя. Подача воздуха к отдельным цилиндрам осуществляется управляемыми пусковыми клапанами, расположенными в головках цилиндров, или через центральный распределитель и обратный пусковой клапан. Баллоны сжатого воздуха заряжаются во время работы большей частью двухступенчатым компрессором, приводимым в действие двигателей, или одним из цилиндров дизеля с использованием обратного клапана. Пополнение запаса пускового воздуха мажет происходить также от компрессора с независимым приводом.

2. Сжатый воздух поступает во вспомогательный пневматический стартер (воздушный мотор), который подобно электрическому стартеру, устанавливается на дизеле. Применения пневматического стартера не вызывает охлаждения рабочих цилиндров, как это наблюдается при пуске сжатым воздухом с непосредственной подачей его в цилиндры двигателя. Пневматические стартеры имеют небольшой вес, обладают большим пусковым крутящим моментом, большей долговечностью, на стоимость их выше, чем электрических, а уход за ними более сложен.

3. Сжатый воздух используется в импульсном старте с однократным ходом поршня. Однако способ этот не получил широкого распространения.

В импульсных стартерах может использоваться вместо воздуха также жидкость под давлением.

Пуск инерционным стартером

Основной принцип этого способа пуска заключается в аккумулировании в течение некоторого времени энергии человека или электромотора, в виде кинетической энергии быстровращающейся массы. Затем в течение кроткого промежутка времени накопленная энергия расходуется на запуск дизеля.

Инерционные стартеры бывают двух типов: тихоходный инерционный стартер с большими маховыми массами и скоростью вращения до 300 об/мин и быстроходный с малыми маховыми массами и скоростью вращения до 20000 об/мин. Первый приводит в движение коленчатый вал непосредственно; второй через передачу и зубчатый венец маховика.

Преимуществами электроинерционных стартеров являются возможность запуска двигателя непосредственно из кабины водителя и, главное, возможность накапливания большого количества энергии.

Электромотор подобного стартера мажет быть маломощным, так как накапливание энергии в маховой массе растянуто по времени. Это способствует повышению работоспособности аккумуляторных батарей (особенно при низких температурах), так как они разряжаются в этом случае токами малой силы.

Пуск с кратковременным переводом двигателя на питание бензином

Относительная легкость пуска бензиновых двигателей привела к созданию пусковой системы, при которой дизели на время пуска превращаются в карбюраторный бензиновый двигатель. При этой системе для прокручивания двигателя принципиально возможно использование стартера любого типа. Этот способ заключается в следующем: на время пуска специальными мерами понижается давление сжатия до величины, нормальной для карбюраторных двигателей, и двигатель переводится на питание карбюрированной бензиновоздушной смесью с зажиганием от электросвечи.

Понижение давления сжатия на время пуска в основном осуществляется: 1) присоединением к основной камере сгорания дополнительной камеры, которая сообщается с основной специальным клапаном; 2) сильным дросселированием воздуха в узком сечении дополнительной трубы, через которую производится впуск в период запуска.

К недостатком способа пуска на бензине следует отнести наличие двух видов топлива, дополнительного пускового оборудования и усложнение конструкции головки или впускного трубопровода.

Пуск вспомогательным бензиновым двигателем

Пуск вспомогательным бензиновым двигателем применен на отечественных тракторных дизелях М-17, КД-35, КДМ-46 и СТЗ-4Д, а также на американских дизелях автотракторного типа Геркулес.

Передача крутящего момента от пускового двигателя к дизелю осуществляется шестерней и зубчатым венцом маховика. Привод включает муфту сцепления и механизм выключения шестерни или муфту сцепления, редуктор и механизм выключения.

Для облегчения появления вспышек в цилиндрах дизеля охлаждающие водяные системы связаны между собой, обеспечивая подогрев дизеля перед пуском. В некоторых конструкциях воздух, засасываемый в цилиндры дизеля, подогревается отработавшими газами пускового двигателя, проходящими внутри впускного трубопровода дизеля. В результате провертывания дизеля пусковым двигателем через редуктор облегчается запуск дизеля вследствие более интенсивного прогрева водой, прогрева подшипников и рубашки цилиндров от трения при вращении и в значительной степени за счет изменения физических свойств масла во время провертывания. Пусковой двигатель автоматически отключается от дизеля, или только скорость вращения вала последнего после появления вспышки достигает 390-400 об/мин.

И недостаткам этого способа пуска относятся: повышение стоимости дизеля вследствие дополнительных затрат на изготовление пускового двигателя, сравнительная сложность пусковых операций и обслуживания, а также необходимость иметь два вида топлива.

Преимуществами бензинового двигателя как стартера являются: неограниченный пусковой резерв, возможность при помощи его довести дизель до рабочего состояния, пригодность для эксплуатации при низких температурах и в условиях, при которых применения электрического пускового оборудования затруднено.

Пиротехнический пуск

Этот метод пуска применяется в авиации, однако он представляет общий интерес, поскольку обладает рядом положительных качеств.

Основной принцип действия заключается в использовании энергии, получаемой при взрыве заряда пороха. Имеются две основные конструктивные разновидности:

1. непосредственная подача пороховых газов в один или несколько рабочих цилиндров двигателя;

2. использование энергии пороховых газов в пиротехническом стартере, который механически приводит в движение коленчатый вал двигателя.

Преимуществами самопусков являются: малые габариты и вес, отсутствие механического сцепления с двигателем, несложность обслуживания и невысокая стоимость приспособления. Недостатком этих конструкций является относительно большая опасность в пожарном отношении. Поэтому большее распространение начинает приобретать пиротехнический стартер, который преобразовывает энергию, полученную от взрыва пороха, в механическую и передает ее на вал двигателя.

Пиротехнический стартер имеет ряд положительных качеств: легкий вес, автоматическое сцепление и расцепление, плавность включения сцепления при незначительном начальном моменте и большую энергию заряда с малыми потерями при ее отдаче.

В зимних условиях для пуска при низких температурах и повышения надежности сложно использовать несколько патронов подряд.

К недостаткам данного способа пуска надо отнести:

1. Влияние качества и состояние пороха на работу стартера;

2. Опасность взрыва в связи с размещением пороха вблизи двигателей и необходимость надежного хранения патронов;

3. Трудности управления запуском, если двигатель и стартер размещены далеко от сидения.

2. ПРЕДПУСКОВОЙ ПОДОГРЕВ ДВИГАТЕЛЕЙ

Предпусковой подогрев является устройством, предназначенным для обеспечения общего разогрева двигателя автомобиля перед пуском при отрицательных температурах окружающего воздуха.

В настоящее время существует достаточно много разновидностей устройств, позволяющих прогревать двигатели автомобилей, в которых используется тепло водяного пара, горячей воды и воздуха, тепло от электронагревательных приборов и т.д. Все эти устройства предназначаются, как правило, для предпускового подогрева или поддержания соответствующего теплового состояния двигателей нескольких автомобилей на стоянке и являются стационарным оборудованием автотранспортных предприятий.

Применение средств облегчения пуска (свечей подогрева, ЭФП, пусковой жидкости и др.) в сочетании с использованием маловязких загущенных масел, зимних сортов топлив, аккумуляторных батарей с улучшенными стартерными характеристиками, обеспечивает пуск холодных двигателей при температурах до (-20)--(-30)⁰ С. Пуск двигателя при более низких температурах можно осуществлять путем их предпускового подогрева. При этом подогревается картерное масло, в результате чего снижается его вязкость и обеспечивается прокачиваемость масла по смазочной системе, вследствие чего уменьшаются износы, момент сопротивления и возрастает частота вращения коленчатого вала при пуске. Одновременно с маслом подогреваются цилиндры, головки блока, впускной трубопровод, что улучшает. условия смесеобразования и воспламенения топлива и, следовательно, способствует снижению минимальной пусковой частоты. Промышленностью выпускаются много типов подогревателей, которые различаются между собой по способу создания и подвода теплоты, типу и принципу циркуляции теплоносителя, виду потребляемой энергии, по методам нагрева (прямой или косвенной) и по теплопроводности.

Для автомобильных двигателей с жидкостной системой охлаждения серийно выпускаются жидкостные подогреватели, работающие на бензине (серии ПЖБ). Подогреватели ПЖД-6 предназначены для установки на двигатели легковых автомобилей, ПЖБ-12 -- грузовых автомобилей ГАЗ и П--100 (П--1б) -- автомобилей ЗИЛ. На дизели монтируют подогреватели серии ПЖД, работающие на дизельном топливе. Например, на двигатели автомобилей КамАЗ устанавливают подогреватели ПЖД--З О, автомобилей МАЗ, КрАЗ, МоАЗ -- подогреватели ПЖД--44 и автомобилей БелАЗ - подогреватели ПЖД--70. В последнее время освоен выпуск подогревателя, предназначенного для отопления салона автобуса или кабины автомобиля и для подогрева системы охлаждения двигателя. Поддержание необходимого уровня температуры может осуществляться в автоматическом режиме. В качестве теплоносителя у жидкостных подогревателей используются жидкости с низкой температурой замерзания (тосол, антифриз), применяемые в системах охлаждения двигателей, или вода. Использование первых предпочтительней. К жидкостным подогревателя необходимо отнести выпускаемые небольшими сериями различными организациями подогреватели, подогрев жидкости у которых осуществляется с помощью трубчатых электронагревателей (ТЭНов). ТЭНы можно устанавливать в отдельном теплообменнике (котле), присоединяемом, как и жидкостный котел подогревателя, к системе охлаждения двигателя или расположенном непосредственно в ней. Для большей эффективности они могут быть одновременно установлены в масляном под доне для разогрева масла.

При работе подогревателя в результате постоянной циркуляции жидкости достаточно хорошо прогреваются блок и головка цилиндров двигателя, интенсивно нагревается отработавшими газами (с температурой 400--600⁰С) картерное масло. Прогрев подшипников коленчатого вала менее эффективен, так как теплота к ним передается только через стенки блока цилиндров и межкартерные перегородки. Поэтому предложены различные устройства, обеспечивающие подвод к подшипникам нагретого масла, газовоздушной смеси или охлаждающей жидкости. Однако вследствие сложности конструкции, требующей переделки отдельных деталей двигателя, они пока не получили широкого применения. Использование предпускового нагрева не только облегчает условия пуска двигателя, но и способствует снижению расхода топлива, уменьшению износов при пуске, сокращению времени подготовки двигателя к принятию нагрузки, а также уменьшает загрязнение окружающей среды.

Различием в физических свойствах дизельного топлива и бензина обусловлены некоторые конструктивные особенности дизельных подогревателей по сравнению с подогревателями, работающими на бензине. У дизельного топлива с понижением температуры увеличивается в вязкость и возможно выпадение парафинов. дизельное топливо менее летучее, поэтому практически невозможно получить однородную смесь топлива с воздухом, подавая топливо самотеком и распыливая его турболизированным потоком воздуха, как это делается в бензиновых подогревателях. Для улучшения качества распыливания дизельного топлива используют специальную форсунку, к которой топливо подается под давлением от специального насоса. Так как в процессе эксплуатация периодически требуется контролировать работу форсунки, горелки дизельных подогревателей делают только съемными. Другой конструктивной особенностью дизельных подогревателей является наличие у них циркуляционного насоса. Насос необходим для создания принудительной циркуляции жидкости в связи с большими объемами систем охлаждения у дизелей.

Промышленностью серийно выпускаются дизельные подогреватели жидкостного типа. Они состоят из котла, насосного агрегата, топливного электромагнитного клапана, свечи источника высокого напряжения (при наличии искровой свечи зажигания), нагревателя топлива (на последних конструкциях) и пульта управления.

Теплообменник котлов дизельных подогревателей состоит из четырех цилиндров, образующих наружную и внутреннюю жидкостные рубашки. Жидкостные рубашки соединены между собой трубками и кольцевой щелью. Внутренний цилиндр теплообменника является внутренним газоходом, переходящим в наружный, представляющий собой полость, расположенную между жидкостными рубашками. Охлаждающая жидкость к подогревателю подается принудительно жидкостным насосом через подводящий патрубок в нижней части котла. В котле жидкость сначала поступает во внутреннюю рубашку и выходят сверху из отводящего патрубка подогревателя, пройдя предварительно через наружную рубашку теплообменника.

Горелка подогревателя ПЖД--30 (рис. 2, а) снабжена патрубком, обеспечивающим подвод воздуха перпендикулярно ее оси, вместо ранее применявшегося тангенциального. При таком подводе воздуха обеспечивается более равномерное распределение его в кольцевой полости между наружным цилиндром (кожухом) и внутренним (стабилизатором). Суммарная площадь проходных отверстий стабилизатора 5, их взаимное расположение выбрано так, чтобы обеспечить стабильное воспламенение и горение смеси. В горелке применена новая конструкция завихрителя, представляющая собой центробежный направляющий аппарат с восемью профилированными лопатками. При использовании такого типа

Рисунок 2.1 - Дизельные подогреватели.

ПЖД-44, ПЖД--70 и подогреватель ПЖД-30; 1 - топливный шестеренный насос;

2 -- электродвигатель насосного агрегата; З -- воздушный вентилятор; 4 -- жидкостный насос; 5 -- свеча накаливания; б -- топливопровод; 7 -- электромагнитный топливный клапан; 8 -- форсунка; 9 -- завихритель воздуха; 10 -- внутренний цилиндр горелки; 11 -- наружный цилиндр горелки; 12 -- патрубок выхода нагретой жидкости; 13 -- прямой газоход; 14 и 15 -- соответственно наружная и внутренняя жидкостные рубашки; 16 -- обратный газоход 17 -- патрубок подвода жидкости в теплообменник котла; 18 -- сливной кран; 19 -- газоотводящий патрубок; 20 -- дренажная трубка; 21 -- патрубок подвода жидкости от двигателя; 22 -- корпус теплообменника; 23 -- корпус горелки; 24 -- подогреватель топлива; 25 -- искровая свеча; 26 -- воздухопровод; 27 -- жидкостной трубопровод; 28 -- катушка зажигания; 29-- транзисторный коммутатор; А -- нагретая жидкость в двигатель; Б -- отработавшие газы к масляному поддону; В -- жидкость от двигателя; Г -- жидкость от насоса к теплообменнику котла; Д -- воздух к горелке; Е -- топливо к форсунке; Ж -- топливо от топливного бака