ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Основными факторами отрицательного воздействия на ресурс двигателя авто­мобиля являются низкая температура масла, поступление холодного воздуха и топ­лива, понижение общего теплового режима двигателя, увеличение сопротивления шин и трансмиссии, аэродинамического сопротивления. В результате возрастают так называемые пусковые износы и износы в процессе дальнейшей эксплуатации.

Рассматривая повышенные пусковые износы, следует отметить, что сущест­венная их доля приходится не только на период пуска, но и на послепусковой прогрев. В период пуска на сопрягаемых поверхностях деталей двигателя имеется холодная, достаточно прочная остаточная пленка масла. После нескольких секунд работы двигателя эта пленка разогревается и под одновременным воздействием температуры, механических нагрузок и химически агрессивной среды начинает разрушаться, а новые порции масла поступают в недостаточном количестве, что увеличивает интенсивность изнашивания. Затем, по мере прогрева двигателя и масла, темп изнашивания снижается. Износы за период пуска и послепускового прогрева, например, дизельного двигателя грузового автомобиля составляют около 7% в общем износе двигателя за время его эксплуатации. При температуре окружающего воздуха-15 -s—30 °С холодный пуск и работа двигателя в период прогрева дают износ, эквивалентный получаемому при 18-26 км пробега.

Пусковой износ может увеличиваться в 8-12 раз при нарушении режимов послепускового прогрева: раннее форсирование числа оборотов коленчатого вала, длительная работа на малых оборотах холостого хода.

При холодных пусках двигателя происходит интенсивное накопление кон­денсатов бензина и воды в моторном масле, что существенно увеличивает износ цилиндров и поршневых колец. Источником образовавшегося конденсата является окружающий воздух и продукты горения углеводородного топлива. Поэтому количество конденсата воды определяется начальной температурой и режимом прогрева двигателя, в меньшей степени — влажностью воздуха. Этот конденсат испаряется из масла медленно, особенно зимой, когда температурный режим дви­гателя понижен.

Конденсат бензина, образующийся при соприкосновении топлива с непро-гретыми деталями двигателя, попадает в масло, в процессе прогрева быстро теряет легкие фракции, которые испаряются. Тяжелые фракции, в том числе соединения серы, сохраняются и накапливаются в моторном масле и усиливают процессы коррозии.

Пониженная температура окружающего воздуха оказывает отрицательное воздействие на двигатель не только в период пуска и послепускового прогрева, но и в начальный период движения. Это связано с понижением теплового режима двигателя и возрастанием нагрузки. Так, при температуре охлаждающей жидкости 40 °С темпы изнашивания гильз блока цилиндров возрастают в 4 раза, а при температуре 50 °С — в 2 раза по сравнению с нормальными температурными усло­виями (70-85 °С).

Средняя нагрузка на двигатель при понижении температуры от 0 до -^40 °С может увеличиться на 25% и более в результате возрастания сопротивления качению шин, потерь в трансмиссии и некоторого роста аэродинамического сопро­тивления воздуха, которое существенно при повышенных скоростях движения автомобиля.

Ухудшения условий работы агрегатов и систем автомобиля при низких тем­пературах окружающего воздуха сказываются на распределении отказов в тече­ние года (рис. 22.1) и соответствующем изменении трудоемкости их устранения (рис. 22.2).

Эксплуатация автомобилей при отрицательных температурах сопряжена также с увеличением расхода топлива (рис. 22.3), которое объясняется неполнотой сгора­ния, связанной с ухудшением испарения и распыления топлива; более длительной работой двигателя на пониженных и неустановившихся режимах и дополнитель­ными затратами топлива на прогрев двигателя; повышением сопротивления в агрегатах трансмиссии из-за загустевания масел; увеличением сопротивления каче­нию колес при движении по зимней дороге и аэродинамического сопротивления вследствие повышения плотности воздуха. Особенно значительные расходы топ­лива связаны с прогревом двигателя и шин после длительной стоянки автомобиля на открытой площадке при низкой температуре воздуха (рис. 22.3 и 22.4).

Суммарные потери топлива за счет стоянок (т.е. на прогрев двигателя на остановке и прогрев агрегатов и шин после стоянки) при типичных режимах движения и температуре окружающего воздуха -40 °С составляют, относительно безостановочного движения, в городе — от 2,6 до 9%, за городом — около 2,5%.

В реальных условиях при низкой температуре окружающего воздуха указанные факторы взаимодействуют и существенно увеличивают расход топлива авто­мобилей. В связи с этим эксплуатационные нормы расхода топлива в зимнее время в зависимости от климатического района увеличиваются на 5-20%.

Диапазон отрицательных температур атмосферного воздуха накладывает свой отпечаток на работу дизельного двигателя и топливной аппаратуры, поскольку температура окружающей среды влияет на вязкость (рис. 22.4) и плотность топ­лива, работу фильтрующих элементов, их пропускную способность и тонкость фильтрации. Увеличение вязкости ведет к укрупнению капель в факеле, ухудше­нию распыливания и испарения топлива. Топливо с большой вязкостью догорает на такте расширения, что ухудшает экономичность двигателя и повышает дымность отработавших газов. Крупные капли за счет большой кинетической энергии, приобретаемой при впрыскивании, увеличивают длину факела. Часть топлива попадает на стенки камеры сгорания, ухудшая процесс смесеобразования.

Низкие температуры неблагоприятны и для электростартерного пуска двига­теля автомобиля при хранении его на открытой стоянке или в неотапливаемом помещении. Затруднение пуска обусловлено прежде всего сложностью создания необходимой частоты вращения коленчатого вала, ухудшением условий смесеоб­разования и воспламенения смеси. Для обеспечения надежного пуска двигателя должно быть выполнено условие п_дв > n_min, где гс_дв — частота вращения коленчатого вала, п_тт — минимальная частота вращения, обеспечивающая процесс подготовки рабочей смеси в карбюраторном двигателе или достаточную температуру конца сжатия в дизельном.

тельных и отрицательных потоков энергии при цикле движения (рис. 22.5) и температуры окружающего воздуха (рис. 22.6).

Дизельные двигатели имеют более высокую минимальную пусковую частоту вращения (для четырехцилиндровых дизелей при -17 °С — 2000 об/мин). При температуре -40 °С и ниже пуск двигателя без его разогрева внешним источником тепла практически невозможен.

При зимнем пуске двигателя существенную роль играет энергия аккумуля­торной батареи (АКБ) и химическая энергия топлива. Энергия АКБ, являющаяся первой составляющей энергетического баланса при пуске двигателя, расходуется на привод стартера. В свою очередь, стартер производит работу по сжатию возду­ха, преодолению сил трения, преодолению сил инерции. Часть потока энергии АКБ и стартера составляет теплота, которая уходит безвозвратно в окружающую среду (так называемая отрицательная часть). Эти потери тем больше, чем больше перепад температур между АКБ и стартером, с одной стороны, и окружающей средой — с другой.

Для получения минимальной пусковой частоты вращения стартер должен развивать суммарный крутящий момент

Таким образом, в рассматриваемом диапазоне температур основной составляю­щей минимального необходимого крутящего момента стартера является М_т (от 30 до 59-80%), на втором месте- М_к (15-40%). Характерно, что моменты Л/_к и Mj практически не изменяются с температурой. Момент же М_т даже в рассмотренном ограниченном диапазоне температур изменяется почти в 3,5 раза главным образом по причине увеличения вязкости масла при снижении температуры.

зультате суммирования энергии АКБ, реализуемой в работе по сжатию воздуха, и химической энергии топлива, в свою очередь, влияет на другие составляющие энергетического баланса двигателя при пуске.

Суммарная энергия, полученная от указанных источников, несколько повы­шает температуру масла и расходуется на снижение потерь на трение. Однако как температура охлаждающей жидкости, так и температура масла могут быть повышены не только описанным способом (чего при низких температурах крайне недостаточно), но и путем применения внешних источников тепла — подогревателей масла и охлаждающей жидкости.

Получение пусковой частоты вращения коленчатого вала двигателя в большой степени затруднено из-за снижения энергетических возможностей АКБ (рис. 22.7), которое происходит в первую очередь из-за изменения ее внутреннего сопро­тивления (при понижении температуры):

где U — напряжение на клеммах АКБ, В; Е- электродвижущая сила батареи, В; R —внутреннее сопротивление батареи (сопротивление перемычек, пластин, электро­лита, сепараторов), Ом; / — сила тока, А, отдаваемая АКБ.

При понижении температуры Е изменяется незначительно, а произведение IR существенно возрастает из-за увеличения как силы разрядного тока, так и внут­реннего сопротивления АКБ. Сопротивление пластин и перемычек практически не зависит от температуры, а сопротивление электролита, а также внутреннее сопро-

лита на 1 °С емкость АКБ снижается на 1,0-1,5%. При температурах электролита ниже -30 °С батарея не принимает заряд и фактически эксплуатируется разряженной до 50-60% номинальной емкости. Ухудшение условий смесеоб­разования и воспламенение рабочей смеси при низких температурах существенно затрудняет пуск двигателя.

На воспламенение смеси в цилиндрах дизельного двигателя влияет температура всасываемого воздуха, охлаждающей жидкости, масла, электролита и топлива. Снижение температуры всасываемого воздуха приводит к охлаждению стенок цилиндров и снижению температуры воздуха в конце такта сжатия Т_с. Для надежного воспламенения рабочей смеси в цилиндре дизеля эта температура должна быть выше температуры самовоспламенения топлива на 200-300 °С:

где Т_а — температура всасываемого воздуха; е — степень сжатия; п — показатель политропы сжатия.

В зимнее время температура всасываемого воздуха снижается. Кроме того, из-за увеличения теплоотдачи находящегося в цилиндрах двигателя воздуха в хо­лодные стенки двигателя уменьшается значение показателя политропы сжатия п. Таким образом, при снижении температуры окружающего воздуха Т_а уменьшается и, следовательно, ухудшаются условия воспламенения смеси и пуск двигателя.

Эффект снижения температуры охлаждающей жидкости, масла и электролита АКБ у карбюраторного и дизельного двигателей аналогичен.

Особенности эксплуатации машин при низких температурах

Важнейшим путем снижения этих потерь является применение наиболее эффективных способов и средств хранения подвижного состава, обеспечивающих наименьшие затраты и наиболее надежное техническое состояние автомобилей.

Различают следующие способы хранения автомобилей:

— Закрытое в отапливаемом помещении;

— Закрытое в неотапливаемом помещении;

— Открытое на специальных площадках.

При открытом (безгаражном) хранении в зимний период эксплуатации используются различные способы и средства, облегчающие пуск двигателей и выход автомобилей на линию.

Способы безгаражного хранения могут быть групповыми или индивидуальными, в большинстве случаев связаны с применением тепловой подготовкой автомобиля.

Тепловая подготовка (обогрев) – это процесс передачи тепловой энергии от теплоносителя к агрегатам, узлам и системам автомобиля для поддержания их необходимого температурного состояния.

Организация хранения подвижного состава и достижения его необходимого технического состояния осуществляется с помощью комплекса мероприятий, связанных с проведением подготовки автомобилей к работе зимой, в соответствии с Положением о технического обслуживании и ремонте подвижного состава (сезонное обслуживание).

Эксплуатация автомобилей в районах с суровым климатом связана с интенсивным охлаждением механизмов, агрегатов и имеет ряд особенностей.

Производительность автомобилей в зимний период снижается. Много времени затрачивается водителем на пуск и подогрев двигателя автомобиля в условиях хранения автомобиля на открытых площадках. Низкие температуры воздуха и, связанное с ними, охлаждение агрегатов затрудняют пуск двигателей, уменьшают надежность автомобилей, ухудшают экономичность, увеличивают расход топлива, усложняют обслуживание автомобилей и их вождение.

Затруднения пуска двигателей возникает из-за сложности создания пусковой частоты вращения коленчатого вала, ухудшения условий смесеобразования и воспламенения смеси.

При снижении температуры масла значительно увеличивается его вязкость, в результате чего увеличивается сопротивление прокручивания коленчатого вала и снижается скорость его вращения. Это, естественно, вызывает ухудшение условий воспламенения.

Снижение температуры электролита аккумуляторной батареи в значительной мере ухудшает энергетические возможности аккумулятора, а, следовательно, уменьшает и скорость проворачивания коленчатого вала и, в конечном итоге, ухудшает воспламенение топлива.

Эксплуатация автомобилей в условиях низких температур связана с увеличением расхода топлива, это объясняется:

— повышением сопротивления в агрегатах трансмиссии из-за загустевания смазки;

— неполнотой сгорания, связанной с ухудшением испарения и распылевания топлива;

— необходимостью дополнительных затрат топлива на прогревы двигателя;

— увеличением сопротивления качению колес при движении по зимней дороге.

Особенно значительные расходы топлива связанные с прогревом двигателя, агрегатов трансмиссии и шин после длительной стоянки на открытой площадке при низкой температуре воздуха. Рассматривая влияние климатических факторов на зимнюю эксплуатацию автомобилей, необходимо учитывать экологический аспект.

Для обеспечения высокого уровня технического состояния автомобилей, эффективности их эксплуатации в зимнее время, необходимо заблаговременно, до наступления холодов, выполнить ряд мероприятий по подготовке водителей, ремонтно-обслуживающего персонала, а также подвижного состава к зиме.

К основным организационным мероприятиям по подготовке к зиме подвижного состава относят:

— составление плана работы;

— инструктаж водителей и ремонтно-обслуживающих рабочих по эксплуатации автомобилей зимой;

— проведение сезонного обслуживания автомобилей;

— оборудование автомобилей дополнительными средствами утепления и обогрева;

— укомплектование их дорожным инструментом и буксирными устройствами, а также средствами повышения проходимости.

Подготовка системы смазки двигателя заключается: в ее промывке, замене смазочных масел на зимние сорта, контроль показаний масляного манометра.

Утепление масляных фильтров и маслопроводов выполняют так же, как. и подобных элементов системы питания. Под поддон картера двигателя может быть изготовлен металлический кожух, в который подводят выхлопные газы для подогрева масла.

Подготовительные работы системы питания карбюраторных двигателей включает:

— промывку топливных баков и удаление из системы летних сортов бензина;

— разборку, очистку и проверку топливного насоса;

— проверку герметичности системы.

— также утепление этих элементов и топливопроводов.

Подготовка системы охлаждения двигателей включает ее промывку и заправку специальными низкозамерзающими жидкостями (антифризами), а также утепление.

При подготовке электрооборудования проверяют состояние и исправность всей электропроводки, аккумуляторную батарею, исправность приборов.

Эксплуатация автомобилей в холодное время значительно облегчается при использовании в системах охлаждения низкозамерзающих жидкостей (антифризов). Наиболее широкое применение получили жидкости:

Этиленгликоль – разбавляют мягкой чистой водой в разных соотношениях и получают жидкости с температурой замерзания -71 °С;

Тосол А необходимо перед заправкой развести водой в соотношении 1:1.

Подготовка тормозной системы к зимним условиям заключается в исправности тормозной системы и ее герметичности.

Одним из широко распространенных способов подогрева или разогрева автомобильных двигателей при низких температурах является вода или парообогрев. Для этого необходимы устройства для нагревания воды или источники пара. К этим устройствам относятся водогрейные и паровые котлы низкого давления, бойлеры, бани.

Воздухообогрев – один из наиболее распространенных способов безгаражного хранения автомобилей. Он используется широко на предприятиях Норильска, Челябинска, Тюмени. Для получения горячего воздуха и подачи его к обогреваемым автомобилям площадки безгаражного хранения оборудуются специальными установками, составными частями которой являются: устройство для подогрева и подачи воздуха (калориферные агрегаты), воздуховоды, соединительные рукава, для подвода воздуха к автомобильным агрегатам, система контроля и сигнализация.

Электрообогрев достаточно эффективен и позволяет осуществлять регулирование количества подаваемого к автомобилям тепла в широких пределах. Электрообогрев широко используется не только в нашей стране, но и за рубежом. При групповом обогреве автомобилей используют электрическую энергию от трансформаторов подстанции.

Инфракрасный газовый обогрев. Обогревание двигателей осуществляется с помощью горелок инфракрасного излучения, применяется сравнительно недавно. Он основан на том, что инфракрасные лучи по природе своей являющиеся электромагнитными колебаниями с длиной волны до 1 мкм (конец видимого спектра) до 1 мм (наиболее короткие радиоволны) практически не поглощаются чистым воздухом, а металл обогреваемых агрегатов поглощает излучение и нагревается. Для этого разработаны специальные горелки, предназначенные для работы в стационарных условиях и передвижные. «Газоавтоматика», «Радиант». Горелки могут работать как на природном газе, так и на пропане.

К индивидуальным средствам и способам безгаражного хранения автомобилей относятся утеплительные чехлы, утепление агрегатов, утепление аккумуляторных батарей.

Для поддержания теплового режима двигателя применяют утеплительные чехлы на радиатор и капот, изготавливаемые индивидуально для каждого вида (марки) машины из брезента, дерматина, клеенки и подбиваемые ватой, войлоком, хлопчатобумажными отходами. Дополнительным средством устранения тепловых потерь могут быть подвижные шторки из плотной ткани, устанавливаемые на радиатор или съемные металлические щитки.