Проблемы запуска холодного дизельного двигателя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.436

doi 10.24411/2221-0458-2020-10041

ПРОБЛЕМЫ ЗАПУСКА ХОЛОДНОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Балзанай С.В., Тюлюш Б. М.

Тувинский государственный университет, г. Кызыл

PROBLEMS OF STARTING A COLD DIESEL ENGINE

S. V. Balzanay, B. M. Tyulyush

Tuvan State University, Kyzyl

Проблема запуска дизельного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) транспортно-технологических машин для Республики Тыва является особенно актуальной. В данной статье производится обзор устройств, облегчающих пуск холодного дизельного двигателя при низких температурах окружающего воздуха. На эффективность запуска двигателя при низких температурах влияет ряд факторов. К примеру, низкая температура влияет на состояние аккумуляторной батареи (АКБ), вследствие чего ухудшаются характеристики электропусковой системы (стартер). Или, например, резкое возрастание момента сопротивления вращению коленчатого вала двигателя при пуске из-за повышения вязкости масла при понижении температуры воздуха. А так как дизельный двигатель имеет высокую степень сжатия, то оказываемое сопротивление проворачиванию коленчатого вала пусковыми устройствами сопровождает возрастание нагрузки на стартер при холодном пуске в условиях загустевшей смазки. Также возможно сухое трение между соприкасающимися деталями, так как загустевшее масло долгое время не подается по подводящим каналам. Это все результат низкой температуры окружающей среды. Количество устройств и способов для облегчения пуска дизельного двигателя обширно и поэтому выбрать то или иное устройство в каждом случае определяется условиями эксплуатации, экономическими факторами и конструктивными особенностями самого двигателя.

Ключевые слова: дизельный двигатель; холодный пуск; свечи накаливания;

предпусковой подогреватель; электрофакельный подогреватель воздуха

The problem of starting a diesel internal combustion engine (ICE) of transport and

technological machines for the Republic of Tuva is especially urgent. This article provides an

overview of devices that facilitate starting a cold diesel engine at low ambient temperatures. A

number of factors affect engine starting performance at low temperatures. For example, low

41

temperature affects the condition of the battery, as a result of which the characteristics of the electric starting system (starter) deteriorate. Or, a sharp increase in the torque of resistance to rotation of the crankshaft of the engine during start-up due to an increase in the viscosity of the oil with a decrease in the air temperature. And since the diesel engine has a high compression ratio, the resistance to cranking of the crankshaft by the starting devices accompanies an increase in the load on the starter during cold start in conditions of thickened grease. Dry friction between touching parts is also possible, since the thickened oil is not fed through the supply channels for a long time. This is all the result of a low ambient temperature. The number of devices and methods to facilitate starting a diesel engine is extensive and therefore the choice of one or another device in each case is determined by the operating conditions, economic factors and design features of the engine itself.

Keywords: diesel engine; cold start; glow plugs; preheater; electric torch air heater

Тува имеет свои особенности эксплуатации транспортно-

технологических машин с учетом природно-климатических и рельефных условий:

1. Резкие колебания

температуры воздуха за сутки.

Летом (+4°С...+37°С) из-за перегрева рабочей жидкости срок службы дизельного двигателя уменьшается в 2 раза, что приводит к снижению вязкости и ухудшению стойкости уплотнительных материалов (сальники, манжеты).

Зимой (-60С.. .-30С), из-за большой степени сжатия дизельного двигателя затрудняется его запуск. Переохлаждение двигателя увеличивает расход дизельного топлива и снижает его мощность. При низких температурах эксплуатационные материалы (смазочные материалы, топливо) меняют свои свойства. Моторное масло становится вязким, что приводит к

ухудшению смазывания трущихся частей двигателя, а выпадение парафина в дизельном топливе приводит к забиванию трубопроводов и фильтров очистки топлива [1].

2. Высота над уровнем моря.

Абсолютная высота уменьшает разницу атмосферного давления и давления создаваемого в цилиндрах ДВС, что приводит к нарушению его нормального теплового баланса и падению его мощности. Работа двигателя в форсированном режиме приводит к износу деталей кривошипно-шатунного

механизма, сокращению межремонтного срока [2].

Основная проблема при низкой температуре окружающей среды заключается в том, чтобы обеспечить запуск холодного дизельного двигателя после того, как автомобиль был

припаркован на открытой площадке или в неотапливаемом помещении.

Минимальная частота запуска, минимальная надежная температура запуска, среднее давление трения и время, необходимое для того, чтобы двигатель был готов выдержать нагрузку, влияют на качество запуска дизельных двигателей.

Запуск двигателя (стартером) со всеми агрегатами и использование 75% аккумулятора для зарядки более трех попыток запуска с интервалом 1-1,5 минут и продолжительностью не более примерно 20 секунд называется надежным запуском

[3].

Причины затруднения пуска холодного дизельного двигателя, следующие [4]:

1. Низкая температура воздушного заряда;

2. Увеличенная вязкость масла по причине чего увеличивается противодействие проворачиванию коленчатого вала;

3. Смещение в худшую сторону критерий распыления дизельного топлива;

4. Повышение отдачи тепла в стенки цилиндра ДВС;

5. Потеря доли воздушного заряда.

Известно, что надежный пуск

дизельного двигателя возможно лишь при температуре окружающего воздуха не ниже минус 15°С и соблюдении условий воспламеняемости и прокачиваемости

дизельного топлива. При температуре ниже 15°С возникает необходимость

использования дополнительного

устройства пуска холодного двигателя [6].

Запуск дизельного двигателя внутреннего сгорания при низких температурах обеспечивается за счет следующих основных направлений:

• Качественное обслуживание электростартерного устройства;

• Повышение температуры охлаждающей жидкости и смазочного материала;

• Подогрев всасываемого воздуха во впускном коллекторе.

Наибольшее распространение, при понижении температуры окружающей среды получили следующие устройства для облегчения пуска дизельного двигателя:

1. Устройства, повышающие температуру в конце такта сжатия:

• свечи подогрева;

• электрофакельный подогреватель воздуха;

2. Устройства, обеспечивающие принудительное воспламенение топлива, впрыснутого в цилиндры ДВС (свечи накаливания);

3. Устройства, осуществляющие при пуске подачу легковоспламеняющейся жидкости в цилиндры двигателя (предпусковые подогреватели).

Электрофакельный подогреватель воздуха (см. Рисунок 1) подключен к

топливной системе дизеля. Действует по принципу испарения топлива в штифтовых свечах накаливания и воспламенении паров в смеси с воздухом, а факел, который

возникает как следствие, подогревает воздух, поступающий в цилиндры двигателя.

Рисунок 1 - Электрофакельный подогреватель воздуха [3, 5]: 1 - спираль накаливания; 2 - полый болт; 3 - добавочное сопротивление; 4 - контрольный элемент; 5 - ключ; 6 - обмотка; 7 - клапан; 8 - реле; 9 -

кожух.

Для подогрева всасываемого воздуха, свечи подогрева (см. Рисунок 2) устанавливаются во впускном коллекторе двигателя. Относительно невысокая

мощность свечей подогрева до одного киловатт ограничивает их применение на дизельных двигателях с рабочим объемом до 5 литров [3, 5].

а 6

Рисунок 2 - Свечи подогрева воздуха во впускном коллекторе двигателя [3, 5]: а - свеча СН150-А; б -свеча с фланцевым креплением; 1 - контактная гайка; 2 - изоляционная шайба; 3 - корпус; 4 - уплотнительная шайба; 5 - стержень; 6 - спираль накаливания; 7 - изоляционная втулка Свечи накаливания (см. Рисунок 3) или для принудительного воспламенения применяются для предварительного топлива, впрыскиваемого в камеру нагрева воздуха, всасываемого в цилиндры, сгорания двигателя. Устанавливаются они

непосредственно в камере сгорания разделенными камерами сгорания). двигателя или в предкамере (у дизелей с

Рисунок 3 - Свечи накаливания [3, 5]: а - с открытым нагревательным элементом; б - штифтовая; 1 центральный электрод; 2 - корпус; 3 - спираль; 4 - вывод питания свечи; 5 - кожух спирали.

Устройства предпускового подогрева позволяют осуществить предпусковой разогрев двигателя при низких температурах за счет разогрева охлаждающей жидкости системы охлаждения. Время подготовки двигателя (разогрев, пуск и прогрев в режиме холостого хода) занимает не более 45 минут.

Свечи подогрева или накаливания используются для облегчения запуска дизельных двигателей с непосредственным впрыском топлива при температуре ниже -15°С. При более низких температурах окружающей среды необходим нагрев всасываемого воздуха электрофакельным подогревателем.

Основным недостатком

элекрофакельных подогревателей является отсутствие у водителя информации о

наличии факела во впускном трубопроводе в процессе пуска дизельного двигателя. А возможность работы на любом виде топлива является его основным плюсом.

Для облегчения запуска двигателя можно использовать легковоспламеняющиеся жидкости при температуре ниже -25 ° С, которые впрыскиваются через воздухосборник. Из-за большой нагрузки, создаваемой такими средствами на детали цилиндро-поршневой группы

использование таких жидкостей

нежелательно для дизельных двигателей.

Общие требования к системе и устройствам, облегчающим запуск дизельных двигателей следующие [6]:

• обеспечение высокой

эффективности пуска двигателя;

ISSN 2077-6896

• в короткие сроки подготовить транспортное средство;

• минимальное потребление электроэнергии АКБ;

• использование рекомендованных производителем эксплуатационных материалов;

• не вызывать больших износов при запуске холодного двигателя;

• снизить жесткость работы дизельного двигателя;

• обеспечить работу в условиях низкого атмосферного давления;

• простота изготовления и обслуживания;

• надежность;

• соблюдение мер пожарной безопасности.

Таким образом, был произведен обзор пусковых устройств, облегчающих запуск

Библиографический список

1. Чооду, О. А. Особенности эксплуатации транспортно-технологических машин в условиях высоких амплитуд суточных температур / О. А. Чооду, С. С. Евтюков, С. Ч. Монгуш, Н. Т. Сандан // Вестник гражданских инженеров. 2018. №5 (70). С. 167-173.

2. Монгуш, Э. С. Интенсивность воздействия факторов климата на транспортные средства // Научные труды Тувинского государственного университета. Кызыл : ТывГУ, 2016. С. 221-223.

дизельных двигателей, а также были приведены краткие описания по некоторым их видам. Разобрав и изучив данный материал можно сделать вывод, что устройства, которые облегчают пуск холодного дизельного двигателя и действующие непосредственно в процессе пуска, улучшают условия

смесеобразования и воспламенения топлива, а также изменяют характеристики отдельных систем двигателя.

Эффективность применения

индивидуальных устройств, которые служат для облегчения пуска холодного дизельного двигателя, во многом определяется использованием при его пуске маловязкого масла и оптимальных регулировок топливоподачи.

3. Чижков, Ю. П. Электростартерный пуск автотракторных двигателей / Ю. П. Чижков, С. М. Квайт, Н. Н. Сметнев. Москва: Машиностроение, 1985. 160 с. Текст : непосредственный.

4. Белов, П. М. Двигатели армейских машин / П. М. Белов, В. Р. Бурячко, Е. И. Акатов. Часть 1. Теория. Москва: Воениздат, 1971. 514 с. Текст : непосредственный.

5. Поликер Б.Е., Михальский Л.Л., Марков В.А., Васильев В.К., Буханец Д.И. Дизельные двигатели для электроагрегатов и электростанций / Б. Е. Поликер [и др.]. Москва: Легион-

Автодата, 2006. 328 с. Текст : непосредственный.

6. Оберемок, В. З. Пуск автомобильных двигателей / В. З. Оберемок, И. М. Юрковский. Москва: Транспорт, 1979. 118 с. Текст : непосредственный.

References

1. Choodu OA., Yevtyukov S.S., Mongush S.Ch., Sandan N.T. Osobennosti ekspluatatsii transportno-tekhnologicheskikh mashin v usloviyakh vysokikh amplitud sutochnykh temperatur [Features of operation of transport and technological machines in conditions of high amplitudes of daily temperatures]. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov [Journal of Civil Engineers]. 2018, no.5 (70), p. 167173. (In Russian)

2. Mongush E.S. Intensivnost' vozdeystviya faktorov klimata na transportnyye sredstva [The intensity of the impact of climate factors on vehicles]. Nauchnyye trudy Tuvinskogo gosudarstvennogo universiteta

[Scientific works of the Tuva State University]. Kyzyl, Tuvan State University Publ., 2016, p. 221-223. (In Russian)

3. Chizhkov Yu.P., Kvayt S.M. and Smetnev N.N. Elektrostarternyy pusk avtotraktornykh dvigateley [Electric starter start of automotive engines]. Moscow, Mashinostroyeniye, 1985, 160 p. (In Russian)

4. Belov P.M., Buryachko V.R., Akatov Ye.I. Dvigateli armeyskikh mashin. Chast' 1. Teoriya [Engines of army machines]. Moscow, Voyenizdat Publ., 1971, 514 p. (In Russian)

5. Poliker B.Ye. et al. Dizel'nyye dvigateli dlya elektroagregatov i elektrostantsiy [Diesel engines for electrical units and power plants]. Moscow, Legion-Avtodata Publ., 2006, 328 p. (In Russian)

6. Oberemok V.Z., Yurkovskiy I.M. Pusk avtomobil'nykh dvigateley [Start of automobile engines]. Moscow, Transport, 1979, 118 p. (In Russian)

Балзанай Сылдыс Васильевич - старший преподаватель кафедры «Транспортно-технологические средства», Тувинский государственный университет, г. Кызыл, e-mail: b. syldys@yandex.ru.

Тюлюш Белек Мергенович - студент кафедры «Транспортно-технологические средства», Тувинский государственный университет», г. Кызыл, e-mail: belektiuliush@mail.ru.

Syldys V. Balzanay - senior lecturer at the Department of Transport and Technological Means, Tuvan State University, e-mail: b.syldys@yandex.ru.

Belek M. Tyulyush - student of the Department of Transport and Technological Means, Tuvan State University, e-mail: belektiuliush@mail.ru.

Статья поступила в редакцию 20.08.2020