Статьи по теме "Двигатель"

Как устроена система охлаждения современного ДВС

Если Вы вспомните, что внутри обычного шестицилиндрового двигателя каждую минуту происходит около 6 000 маленьких взрывов при движении автомобиля с обычной скоростью, то просто удивительно, как двигатель выдерживает подобные нагрузки и не разваливается. Когда температура в цилиндрах находится в пределах тысячи градусов ясно, что необходимо что-то предпринять, чтобы управляться с невыносимой жарой и избежать плавления металлических частей – и все это для того, чтобы добираться до дома или работы не пешком, а на автомобиле.

Куда же девается это тепло? Приблизительно половина его удаляется через выхлопную систему. Остальное тепло уходит в двигатель: поглощается поршнями, головками цилиндров, клапанами и другими дорогостоящими частями. Но ни одна деталь двигателя не в состоянии безгранично подвергаться нагреванию. Возникает необходимость эти детали постоянно охлаждать, иначе они потеряют свою твердость и быстро выйдут из строя. А это будет катастрофа. Итак, насколько быстро от тепла при сгорании топлива нагреваются детали двигателя, то настолько же быстро система охлаждения должна его поглощать и отводить куда-нибудь в другое место.

Жидкий холод
На заре автомобилестроения двигатели охлаждались с помощью набегающего воздушного потока, который забирал тепло. И это работало до тех пор, пока двигатели не стали набирать мощность и, соответственно, стали больше нагреваться. Еще хуже то, что исходя из соображений аэродинамики, современные мощные двигатели плотно упакованы внутри автомобиля, куда просто нет доступа воздуха снаружи. И решение проблемы здесь состоит в использовании водяной системы охлаждения. Если постоянно перекачивать относительно прохладную жидкость из радиатора к разогретому двигателю, а затем обратно в радиатор, то тепло от двигателя будет уноситься тем потоком воздуха, который обдувает радиатор.

Можно довольно просто описать все детали данной системы охлаждения. Радиатор изготавливается такого размера, чтобы он смог поглотить максимальное количество тепла, которое будет вырабатываться двигателем с учетом самой жаркой погоды. Радиатор подсоединен к двигателю с помощью различных патрубков и шлангов. Двигатель приводит в действие водяной насос, который заставляет воду(жидкость) циркулировать в системе, когда двигатель работает. Вода является хорошим проводником тепла, поэтому даже небольшое ее количество, которое циркулирует в системе, в состоянии забрать изрядную часть тепла. И если разместить каналы, по которым циркулирует вода, в наиболее нагреваемых частях двигателя - вокруг камер сгорания топлива, то его важные детали будут поддерживаться в пределах той температуры, которая не будет представлять опасности для двигателя.

Чрезвычайные меры
При понижении температуры система охлаждения автоматически отключается, что позволяет ускорить разогрев двигателя. В охлаждающей цепи установлен термостат, и он может отвести часть охлаждающей жидкости обратно в двигатель, минуя радиатор. Таким образом в случае, если Вы запускаете двигатель в холодном состоянии, он может быстро достичь рабочей температуры, а охлаждающей эффект радиатора не будет задействован. По мере того, как температура в двигателе будет приближаться к рабочей отметке, термостат постепенно открывается, и поток охлаждающей жидкости начнет поступать и в радиатор, оптимально охлаждая двигатель.

Для того, чтобы помочь воздуху, который охлаждает радиатор, активнее проходить через радиатор в то время, когда автомобиль движется на медленной скорости, движению воздуха помогает вентилятор, который приводится в действие электромотором или от двигателя автомобиля. Вся система охлаждения запирается сверху специальной крышкой, которая помогает поддерживать давление в системе охлаждения по мере нагревания жидкости. Температура кипения жидкости выше, когда она находится под давлением. В случае, если охлаждающая жидкость ДЕЙСТВИТЕЛЬНО достигает точки кипения, избыток ее сливается в накопительную емкость (расширительный бачок), где эта жидкость будет терпеливо дожидаться того момента, пока двигатель не охладится в достаточной степени для того, чтобы снова перекачать ее обратно в систему охлаждения.

Система охлаждения выполняет также и другую функцию: она помогает подавать тепло в салон автомобиля в холодную погоду. Эту функцию выполняет небольшой радиатор, соединенный с системой охлаждения и расположенный внутри системы управления микроклиматом в автомобиле. Итак, вместо того, чтобы удалять тепло в атмосферу, как это делает основной радиатор, с помощью данного радиатора подогревается воздух, который подается внутрь автомобиля. Вы можете регулировать по вашему желанию температуру воздуха в салоне, смешивая горячий воздух, идущий от радиатора, с непрогретым воздухом. И согласитесь, что температура в 25 градусов гораздо приятнее для Вас, нежели та, которую в данный момент испытывают поршни Вашего автомобиля, где температура в камере сгорания достигает 1,000 градусов. Но нет нужды беспокоиться: система охлаждения позаботится о том, чтобы с ними было все в порядке.

Как запустить двигатель в мороз

Эксплуатация машин в зимних условиях затрудняется из-за низких температур воздуха наличия снежного покрова, сильных ветров и метелей, а также сокращения светлого времени суток. Низкая температура окружающего воздуха затрудняет пуск двигателя, оказывает отрицательное влияние на работу всех его систем и поддержания нормального теплового режима. Вследствие низких температур окружающего воздуха значительно ухудшается испаряемость бензина и увеличивается плотность воздуха, что приводит к значительному обеднению гор горючей смеси и плохому ее воспламенению при пуске карбюраторных двигателей. В дизелях вследствие повышения вязкости топлива и снижения температур воздушного заряда в цилиндрах нарушаются условия смесеобразования и ухудшается самовоспламенение дизельного топлива.

Переохлаждение двигателя в процессе его работы приводит к ухудшению смесеобразования и усилению конденсации горючего, в результате чего увеличивается его расход и снижается мощность двигателя. Конденсат горючего смывает масляную пленку со стен цилиндров и разжижает масло в картере, что приводит к резкому нарастанию износа деталей двигателя и сокращению срока его службы. Особенно сильно изнашиваются детали при пуске холодных двигателей.

Повышение вязкости масла при низких температурах воздуха вызывает резкое увеличение сопротивления вращению коленчатого вала, что затрудняет достижение требуемой для пуска двигателя частоты вращения коленчатого вала.

Как же все-таки обеспечить уверенный пуск двигателя зимой? Есть несколько способов.

Первый способ
Применять масла с низкой вяз костью М-5 /10 или М-5 /12 и аналогичного, с маркировкой SAE 10W-30.

Таких масел сегодня в продаже достаточно. Они дадут возможность стартеру развить пусковые обороты при температурах воздуха до -20-25С. Если в вашей местности температуры ниже, причем в течении длительного времени, то целесообразно использовать более "жидкие" масла -- класса вязкости SAE 5W-30.

Однако резко возрастает с морозом вязкость масла в двигателе, да же у М5 /10 при 30-ти градусном морозе становится чуть ли не твердым. Ясно, двигать детали в таком масле и "прокачать" по магистралям настолько трудно, что стартер при пуске с этим может не справиться.

Если мотор все - таки удаться пустить, вас может подстеречь большая беда -- часто, проработав полминуты, мотор заклинивается! Происходит это из-за того, что масло, выброшенное вначале в магистраль маслонасосом, другим из картера не заменяется -- под насосом образуется воздушная яма. Вас оповестит об этом лампа "НЕТ ДАВЛЕНИЯ", да и мотор начнет лязгать. Тут-то его и надо немедленно выключить иначе повреждений не миновать.

Но как тому, кого мороз застал врасплох? Ведь и так бывает: надо ехать, а на дворе минус тридцать, и подогреть масло в картере нечем -не будешь же под машиной костер разводить - она, чай своя не дядина!

Слить и подогреть тоже не выйдет -- масло-то почти как вакса. В подобных случаях мы поступали так. В какой-нибудь емкости нагревали литр-поллитра масла до 90-120C, затем заливали его в двигатель(в дополнение к имеющемуся) плюс туда же - бензин. И сразу весь этот коктейль смешивали стартером. После мотор, как правило, пускался без проблем, при чем контрольная лампа давления не загоралась, не было лязга, повреждений. Даже если переохлажденная часть масла и не смешивалась с вновь залитым, то мотор исправно начинал работать, а потом температура всего объема масла выравнивалась. Не надо опасаться, что превышение уровня масла в двигателе грозит катастрофой - куда хуже пускать его на холодном масле, когда некоторые детали вынуждены работать всухую. Педант может, конечно, после этого на всякий случай слить излишек, я, например, этого не делал -- в процессе естественного угара масло все равно выработается. Кому-то подготовка может показаться слишком хлопотной. Но, уверяю, из всех зол от мороза это - меньшее. Еще одна "дедовская хитрость". Оставляя машину на несколько часов, совсем не вредно укрыть двигатель (под капотом) старым ватником, одеялом или чем-нибудь подобным. Даже после стоянки в течении 5 часов при 20- ти градусном морозе мотор под такой шубой на ощупь имел плюсовую температуру. Характеристики вязкости масла с увеличением мороза не линейные -- тут каждый новый градус играет все большую роль, и такое утепление здорово помогает при пуске двигателя на морозе. Главное, о чем, надо помнить, -- шуба не должна касаться горячих выхлопных патрубков, иначе ВАМ грозит ПОЖАР!!!

Второй способ
Нагреть двигатель через систему охлаждения. Для предпусковой подготовки карбюраторных двигателей, заправленных загущенным моторным маслом, требуется вода, нагретая до температуры 75-80C: при температуре окружающего воздуха -35C - две заправки, при температуре ниже -35C - не менее трех заправок. Заливать горячую воду в горловину радиатора необходимо через воронку так, чтобы скорость подачи ее в систему охлаждения автомобилей и легких транспортеров-тягачей составляла примерно 5 л/мин. При этом сливные краники системы охлаждения должны быть открыты, отверстия их прочищены, а жалюзи радиатора закрыты. С началом вытекания из сливных краников теплой воды краники на половину прикрывают и продолжают заливать воду. После того как из краника вытечет 6-8 литров воды, их перекрывают и заполняют всю систему охлаждения горячей водой, опускают капот и выдерживают горячую воду в системе для лучшего прогрева стенок цилиндров. Затем сливают часть воды ( одну треть или одну вторую часть вместимости системы охлаждения ) и вновь доливают систему горячей водой до нормы.

По окончании пролива через систему охлаждения горячей воды пускают двигатель с применением пусковой жидкости и прогревают его при малой частоте вращения на холостом ходу в течение 3-4 минут.

Третий способ
поднять температуру масла, подогревая картер двигателя паяльной лампой, газовой горелкой или любым другим доступным способом, например, с помощью примуса " Шмель" ( конечно, приняв меры пожарной безопасности). Имейте ввиду, что интенсивный нагрев поддона (особенно алюминиевого) вызывает местный перегрев нижних слоев масла, термическое разрушение присадок. Это тоже приводит к ускорению старению масла. Поддон не СКОВОРОДКА, А МАСЛО НЕ КАРТОШКА - не "жарьте" его на открытом огне. Отведите пламя, пусть время прогрева увеличится, но так будет лучше.

Для нагрева масла таким образом лучше всего пользоваться горелками с инфракрасным излучением ( со специальной керамикой). Таких сегодня много в продаже, например, примус " Эверест". Как показывает опыт, на 25-ти градусном морозе через 15 минут он достаточно нагревает масло.

На ином техническом уровне подошла к делу производственно-коммерческая фирма " Бета", разработавшая так называемый подогреватель топливовоздушной смеси ПТС-45. По сути дела это лента, полоска ( ширина 10 мм, и толщина 1.250 мм) из токопроводящего материала, согнутая по форме колодца в выпускном коллекторе. Материал этот, успешно применяющийся в военной технике, стал доступен благодаря конверсии ( сколько еще "открытий" она может принести!).

Для нас он интересен тем, что исключает опасность пожара при пропускании тока на неработающем двигателе ( то есть без охлаждения потоком смеси) температура нагревательного элемента составляет 285C, а пары бензина, как известно, воспламеняются при 480C.

Какова же практическая отдача от ПТС-45 ? Прежде всего - облегчение пуска двигателя в морозную погоду, поскольку нагревательный элемент резко улучшает испарение бензина. Суть этого метода широко известна и особых пояснений не требует. Нужно лишь заметить, что прибор потребляет относительно небольшой ток - около 3.5 А, такая дополнительная нагрузка вполне допустима даже для полуразряженного аккумулятора.

Когда мотор запущен, но еще не достиг рабочей температуры, подогреватель способствует уменьшению расхода топлива. Проведенные НАМИ стендовые испытания силового агрегата МеМЗ-245 (двигатель "Таврии"), на котором был установлен ПТС-45, показали, что при температуре охлаждающей жидкости 8C подогреватель позволяет экономить от трех до восьми процентов бензина (экономия тем больше, чем ниже обороты), при этом на холстом ходу двигатель без подогрева устойчиво работает при скорости вращения коленчатого вала не менее 1000 об/мин, а с подогревателем - 850 об/мин. Соответственно часовой расход топлива снижается с 0.82 до 0.68 кг/ч, а также несколько уменьшается концентрация СО в выхлопных газах.

По мере подогрева двигателя влияние подогревателя уменьшается.

Когда температура охлаждающей жидкости доходит до 40C, экономия снижается до 2-3%, при рабочей температуре мотора подогреватель бесполезен. Однако в отличие от множества дополнительных устройств, помещаемых во впускной коллектор, он не вреден; никакой помехи потоку рабочей смеси он не оказывает, что подтверждено характеристиками двигателя на испытательном стенде.

Четвертый способ
в полевых условиях для разогрева двигателей с помощью горячей воды применяются подвижные водомаслогрейки и водомаслогрейки и водомаслозаправщики (ВМГ-40-51, ВГ-50-51, ВМЗ), а так же МП-Север.

Для работы подогревателей используют горючие, на котором работает двигатель.

Подогреватели работающие на бензине, состоят из котла 15 (рис. 80) с горелкой, электровентилятора 17, электромагнитного клапана 4, топливного бачка 1, поддона масляного картера 13, трубопроводов и пульта управления. Подача бензина из топливного бака через электромагнитный клапан в камеру сгорания происходит самотеком, воздух нагнетается вентилятором, циркуляция жидкости между рубашками котла и блока цилиндров во время работы подогревателя - термосифонная.

Подогреватели, работающие на дизельном топливе, имеют ряд конструктивных отличий от бензиновых подогревателей, что обусловлено различиями физических свойств дизельного топлива и бензина. К особенностям этих подогревателей следует отнести наличие принудительной циркуляции жидкости между подогревателем и системой охлаждения двигателя в период его подогрева, а также принудительной подачи топлива из бачка к форсунке подогревателя с помощью насосного агрегата, состоящего из вентилятора, топливного и жидкостного насосов, приводимых вот одного электродвигателя.

В комплект современных дизельных предпусковых подогревателей входят: котел подогревателя 1 (рис. 81), насосный агрегат 7, топливный бачок 12, электромагнитный клапан 15, электронагреватель топлива 16, источник высокого напряжения и искровая свеча 14, пульт управления.

Подготовка подогревателя к работе и предпусковой разогрев двигателя проводится согласно рекомендациям, изложенным в заводской конструкции по эксплуатации соответствующей машины.

Пятый способ (оптимальный)
Использование химических средств (аэрозолей), гарантирующих запуск двигателя при низких температурах.

По мнению экспертов, разумнее использовать химические средства (аэрозоли), гарантирующие запуск двигателя при низких температурах (таких, как "Blizstart" или "Starting fuild"), целесообразно использовать при температуре ниже -20 С. Поскольку эти средства представляют легкоиспаряющиеся жидкости, их воспламенение в цилиндрах может происходить, как показывает опыт, даже при отключенной системе зажигания.

Распыляемые в патрубок воздушного фильтра непосредственно перед пуском, аэрозоли обеспечивают практически мгновенный запуск как бензиновых двигателей, так и дизелей.

Если говорить исключительно о дизелях, которые, как известно, в зимних условиях запустить сложнее, чем бензиновые, то 100% гарантию при -27С дает присадка в топливо "Дизель кальтеншультц". 200-миллилитрового флакона этой присадки хватает на 200 литров топлива. Такого же объема присадки "Дизель адитив" хватает только на 40-60 литров топлива. Зато это не только обеспечивает запуск двигателя при -20С, но и снизит уровень токсичных выхлопов вашего авто и повысит октановое* число топлива.

Примерные цены:
"Blizstart" - 7 $ (300-мл)
"Дизель кальтеншультц" - 350 руб. (200-мл)
"Дизель адитив" - 300 руб. (200-мл)
"Starting fuild" - 300 руб. (300-мл)

Шестой способ
В качестве крайней меры применяют пуск двигателя буксированием, т.е. раскручивание коленчатого вала ведущими колесами автомобиля. Такой метод пуска двигателя наиболее гарантированный, но допустим лишь в исключительных случаях, так как при этом ходовая часть, трансмиссия и двигатель испытывают большие ударные нагрузки, которые могут привести к поломкам. Движение начинают при нейтральном положении рычага коробки передач (КП). Когда автомобиль наберет достаточную скорость (желательно 15-20 км/ч), водитель включает высшую передачу в КП и отпускает педаль сцепления. Если двигатель при этом не начал работать, а скорость движения уменьшилась, педаль сцепления вновь выжимают и при наборе нужной скорости движения попытку пуска повторяют. Как только двигатель начнет работать, педаль сцепления быстро выжимают, устанавливают среднюю частоту вращения коленчатого вала, рычаг переключения передач переводят в нейтральное положение и педаль сцепления отпускают.

Если при нескольких таких попытках двигатель все же не начал работать, то в движении на буксировке продувают цилиндры, для чего плавно нажимают до упора на педаль управления дроссельной заслонкой, полностью открывают воздушную заслонку и включают высшую передачу в КП. В таком положении автомобиль движется на буксире 2-3 мин. После продувки пуск двигателя повторяют обычным порядком на более высокой скорости буксирования.

Пуск двигателя буксированием требует включения в коробке передач именно высшей передачи, а не 2-ой или 1-ой, как это делают ошибочно некоторые водители. При включении высшей передачи коленчатый вал раскручивается с частотой, вполне достаточной для пуска двигателя. Напомним, что частота вращения коленчатого вала, обеспечивающая пуск двигателя, совсем не велика и составляет примерно 50 об/мин и лишь при низких температурах - около 100 об/мин. Движению автомобиля, например ВАЗ, со скоростью 15-20 км/ч на прямой передаче 1500-2000 об/мин, что для пуска двигателя совершенно не требуется.

Крoме того, при включении первой или второй передачи в КП для проворачивания колес и коленчатого вала буксируемого автомобиля должна быть создана очень большая сила. Преодолеть такую силу не всегда удается и буксировщику. Да и нужна соответствующая сила сцепления ведущих колес с дорогой. Иначе колеса буксируемого автомобиля начинают скользить юзом.

При отсутствии буксировщика пуск двигателя возможен также методом толкания с использованием мускульной силы людей или скатыванием автомобиля на спуске. Порядок работы при этом остается таким же, как и при пуске двигателя буксированием.

Предпусковой подогреватель

Предпусковым подогревателем называется устройство, предназначенное для облегчения запуска двигателя в холодных условиях. Как правило, термином «предпусковой подогреватель» называют подогреватели охлаждающей жидкости в системе охлаждения. Вместе с тем, предпусковой подогрев двигателя обеспечивают и другие устройства: свечи накаливания,подогреватели дизельного топлива, подогреватели масла. Предпусковой подогреватель устанавливается на автомобили в качестве опции или отдельно.

В зависимости от способа создания тепловой энергии различают три вида предпусковых подогревателей:

  • топливный подогреватель;
  • электрический подогреватель;
  • тепловой аккумулятор.

Топливный подогреватель

Наибольшее применение на отечественных легковых и грузовых автомобилях нашли топливные подогреватели, использующие для подогрева охлаждающей жидкости энергию сгорания топлива (бензин, дизельное топливо, газ). Основное преимущество топливных подогревателей автономность, т.к. они используют источник энергии, находящийся на автомобиле. Поэтому другое название таких подогревателей – автономные подогреватели.

Топливный подогреватель встраивается в штатные систему охлаждения, топливную систему и выпускную систему. Топливный обогреватель, как правило, выполняет две функции:

  • подогрев охлаждающей жидкости,
  • подогрев воздуха и обогрев салона.

Имеются автономные подогреватели, осуществляющие только обогрев салона, т.н. воздушные отопители.

Схема предпускового подогревателя

Конструктивно топливный обогреватель объединяет нагревательный (теплообразующий) модуль и систему управления.

Нагревательный модуль включает топливный насос, сопло, свечу накаливания, камеру сгорания, теплообменник, вентилятор. Насос обеспечивает подачу топлива в подогреватель, где оно распрыскивается, смешивается с воздухом и воспламеняется от свечи накаливания. Тепловая энергия сгорающей смеси через теплообменник нагревает охлаждающую жидкость. Продукты сгорания отводятся в выпускную систему с помощью вентилятора.

Охлаждающая жидкость циркулирует по малому кругу системы охлаждения естественным путем (снизу вверх) илипринудительно (водяной насос). После того, как охлаждающая жидкость достигнет заданной температуры, реле включает вентилятор системы отопления и кондиционирования и происходит обогрев салона автомобиля. При достижении максимальной температуры подогреватель выключается.

В разных конструкциях топливных подогревателей управление его работой может осуществляться непосредственно с помощью кнопки включения, таймера включения, пульта дистанционного управления, GSM-модуля, обеспечивающего запуск подогревателя по мобильному телефону.

Ведущими производителями топливных подогревателей являются Webasto (модель TermoTop), Eberspacher (модель Hydronic), Теплостар (модель Бинар).

Электрический подогреватель

Электрические подогреватели используют для подогрева охлаждающей жидкости электрическую энергию внешней сети переменного тока. Наибольшее применение электрические подогреватели нашли в северных европейских странах, вместе с тем, и в нашей стране они применяются достаточно часто.

Основными преимуществами электрических подогревателей являются отсутствие вредных выбросов при работе, бесшумность, низкая цена, быстрота нагрева жидкости, ведь по сути это электрический кипятильник.

Электрический подогреватель устанавливается непосредственно в рубашке охлаждения блока цилиндров или в одном из патрубков системы охлаждения.

Типовыми функциями электрического подогревателя являются:

  • подогрев охлаждающей жидкости;
  • подогрев воздуха и обогрев салона;
  • зарядка аккумуляторной батареи.

Электрический подогреватель имеет следующее устройство:

  • электрический нагревательный элемент мощностью до 3 квт;
  • электронный блок управления;
  • модуль подзарядки аккумуляторной батареи.

Принцип работы электрического подогревателя аналогичен топливному подогревателю. Основное отличие в способе подогрева охлаждающей жидкости. Электрический подогреватель также обеспечивает подзарядку аккумуляторной батареи, что является актуальным при эксплуатации автомобиля в условиях низких температур воздуха.

Ведущими производителями электрических подогревателей являются фирмы Defa (модель WarmUp), Лидер (модель Северс).

Тепловой аккумулятор

Тепловой аккумулятор являются самым редким видом предпускового подогревателя, несмотря на то, что имеет высокую эффективность. Наряду с названием тепловой аккумулятор, уместно другое наименование – система аккумулирования тепловой энергии охлаждающей жидкости.

Система аккумулирования тепловой энергии выполняет следующие функции:

  • накопление тепловой энергии;
  • хранение тепловой энергии;
  • использование энергии для подогрева охлаждающей жидкости;
  • использование энергии для подогрева воздуха и отопления салона.

Конструкция данной системы включает:

  • тепловой аккумулятор;
  • насос охлаждающей жидкости;
  • гидрораспределитель;
  • блок управления.

Тепловой аккумулятор как элемент системы аккумулирования тепловой энергии служит для хранения нагретой охлаждающей жидкости. Он представляет собой металлический цилиндр с вакуумной изоляцией. Насос обеспечивает зарядку теплового аккумулятора нагретой охлаждающей жидкостью и его разрядку при запуске двигателя. Зарядка аккумулятора осуществляется автоматически по сигналу блока управления и периодически повторяется во время движения.

Разряд аккумулятора производится с нажатием соответствующей кнопки, при этом включается насос и горячая жидкость нагнетается в контур малого круга системы охлаждения. Гидрораспределитель регулирует потоки охлаждающей жидкости между двигателем и отопителем салона.

Статьи по теме