Влияние низких температур окружающей среды на пуск АТД

Использование тракторов и автомобилей зимой сопровождается большими потерями рабочего времени, труда и материальных средств на эксплуатацию, обслуживание, ремонт и хранение машин. Особенно заметно возрастают простои и трудозатраты, износ деталей и количество отказов двигателей в период предпусковой подготовки и пуска, продолжительность которого при температуре ниже минус 30°С достигает 10 .20% времени рабочей смены и более. При низкой температуре изменяются эксплуатационные свойства топлива и смазочных материалов, создаются неблагоприятные условия для работы топливоподающей аппаратуры и электрооборудования. Увеличивающаяся вязкость топлива и масел затрудняет прокручивание двигателя при пуске и вызывает повышенный износ его деталей.

Эффективность использования тракторов и автомобилей в значительной степени зависит от технического состояния наиболее сложного и дорогостоящего агрегата — двигателя, долговечность и безотказность работы которого определяются климатическими условиями, нагрузочными, скоростными, температурными режимами работы, качеством обслуживания и многими другими факторами. Влияние этих факторов усиливается с понижением температуры окружающей среды. В условиях зимней эксплуатации, особенно в период пуска-прогрева, увеличиваются количество отказов двигателей, трудозатраты на их устранение и простои машин при подготовке двигателей к работе. Достаточно отметить, что простои машин из-за затрудненного пуска двигателя при температуре минус 25 .30 °С и ниже часто достигают 1,0 .1,5ч и более. При этом на пусковых режимах повышается интенсивность изнашивания основных сопряжений, что снижает долговечность двигателя [9].

Пуск двигателя состоит из следующих основных стадий:

1) начальный разгон до пусковой частоты вращения коленчатого вала;

2) вращение коленчатого вала с примерно постоянной частотой до первых вспышек в цилиндрах (прокрутка);

3) вращение коленчатого вала с частичным использованием индикаторной мощности;

4) переход на режим самостоятельной работы;

5) работа в режиме холостого хода.

Практически вероятность успешного пуска двигателя зимой с первой попытки невысока (около 10 % [10]), так как процесс может прекратиться на любой стадии.

В первой стадии коленчатый вал проворачивается пусковой системой двигателя (подача топлива выключена). Вторая стадия длится с начала устойчивого его вращения пусковой системой до начала подачи топлива в цилиндры двигателя. Третья стадия начинается с момента включения подачи топлива и характеризуется неустойчивой работой двигателя. Энергия, получаемая от сгорания топлива, недостаточна для увеличения частоты вращения коленчатого вала, которая колеблется в пределах 3 .5 с-1 (оборотов в секунду). Сразу после включения подачи топлива наблюдаются пропуски вспышек горючей смеси - до 40 % от общего числа впрысков топлива в цилиндры двигателя [11]. Угловая частота коленчатого вала изменяется в пределах 150 .200 мин-1. Максимальное давление сгорания при первой вспышке достигает 8,5.105 Н/м2, затем снижается до (7 .8).105 Н/м2. Максимальное значение скорости нарастания давления в процессе сгорания (жесткость) при первой вспышке достигает 3,1.105 Н/м2град; среднее давление жесткости равно 1,8.105 Н/м2град [11].

В переходном режиме работы при сгорании топлива выделяется энергия, достаточная для ускорения вращения коленчатого вала от 4 .5 с-1 до максимального значения (режим холостого хода) и самостоятельной работы двигателя. Пропуски вспышек прекращаются, равномерно снижается максимальное давление сгорания. Считается, что двигатель находится в режиме самостоятельной работы, если число вспышек, отнесенных к двум оборотам коленчатого вала, достигло 75 %. При работе двигателя в режиме холостого хода частота вращения коленчатого вала колеблется в узких пределах, среднее значение максимального давления сгорания практически равно давлению конца сжатия [12].

Низкие температуры воздуха и связанное с этим охлаждение агрегатов и эксплуатационных материалов затрудняют пуск двигателя, уменьшают стабильность работы отдельных систем двигателя на всех режимах. Трудности пуска двигателя возникают из-за сложности создания пусковой частоты вращения коленчатого вала двигателя, ухудшения условий смесеобразования и воспламенения смеси. К общим причинам, затрудняющим пуск холодных дизельных двигателей при низких температурах, относятся [13]: