книги из ГПНТБ / Лосавио Г.С. Эксплуатация автомобилей при низких температурах

двигателя (интенсивность системы охлаждения, тепловая защита моторного отсека); эффективность независимой п. автономной си­ стемы отопления зон оібнтания (кабина, пассажирское помеще­ ние); эффективность системы обогрева и очистки лобового стекла; топливная экономичность автомобиля в зимнее время (отношение контрольного расхода топлива в зимнее и летнее время в % ) ; эф­ фективность теплоизоляции кабины и пассажирского помещения; эффективность энергетической системы электрооборудования (обе­ спечение положительного баланса электроэнергии).

И З М Е Н Е Н И Е Э Л Е К Т Р О Х И М И Ч Е С К И Х Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А К К У М У Л Я Т О Р ­ Н Ы Х БАТАРЕЙ И С Н И Ж Е Н И Е ИХ Р А Б О Т О С П О С О Б Н О С Т И

Пуск двигателя в зимнее время затрудняется вследствие паде­ ния напряжения на зажимах (клеммах) аккумуляторной батареи, •снижения ее емкости и недостаточной подзарядки в процессе экс­ плуатации автомобиля.

Основная причина снижения емкости аккумуляторной батареи при низких температурах заключается в увеличении вязкости электролита, что, в свою очередь, ухудшает его диффузию в поры пластин. Количество кислоты, диффундирующей в единицу време­

раствора серной кислоты, которая в значительной степени зависит от температуры. Так, для 30-процентного (по весу) раствора H 2 S O 4 при изменении температуры от 30 до —40°С абсолютная вязкость увеличивается от 1,55 до 12,2 с/г. Если принять емкость аккумуля­ торной батареи .при 30° за 100%, то при температуре —20° она те­ ряет 50—60% своей первоначальной емкости.

Процесс подзарядки батареи зависит в значительной степени •от ее установки на автомобиле и оказывает большое влияние на работоспособность.

При установке аккумуляторной батареи вне подкапотного про- •странства (у всех грузовых автомобилей) она, как правило, недозаряжается. Это объясняется тем, что во время работы автомобиля реле-регулятор, расположенный под капотом, нагревается, и при существующей системе термокомпенсации снижается напряжение зарядного тока, в то время как для подзарядки холодной батареи требуется повышение напряжения. При температуре 40°С разря­ женная на 50% аккумуляторная батарея полностью заряжается за •6 ч; при температуре окружающего воздуха —10° и том же за-

30

рядном напряжении (14,5 в) аккумуляторная батарея может быть заряжена лишь до 62% своей емкости.

В зимних условиях аккумуляторная батарея всегда оказывает­ ся разряженной на 25—35% номинальной емкости. Холодная акку­ муляторная батарея, .разряженная «а 30% (что соответствует сред­ ним эксплуатационным условиям), обеспечивает при температуре электролита —10°С вращение коленчатого вала двигателя, эксплу­ атируемого на масле АКЗп-6 со скоростью порядка 85 об/мин. Пр.и температуре •—30°С обеспечивается .вращение .вала лишь со ско­ ростью 15 об/мин, что недостаточно для пуска двигателя. Напря­ жение на зажимах той же батареи .при снижении температуры от —.10° до —27°'С падает с 9,5 в до 6 s.

•В условиях эксплуатации автомобилей при температурах по­ рядка —30°С даже полностью заряженная, но холодная аккуму­ ляторная батарея не обеспечивает необходимой для пуска холод­ ного двигателя скорости вращения вала двигателя стартером. При таких условиях для возможности вращения вала с необходимой пусковой скоростью двигатель уже следует разогревать. Работо­ способность аккумуляторной батареи обеспечивается при поддер­ жании температуры электролита не ниже минус 10°С. Это дости­ гается установкой батареи в утепленный (стекловолокном, войло­ ком) ящик, в который подается нагреваемый отработавшими га­ зами воздух.

малую вязкость. Благодаря этому уменьшается сопротивление про­ ворачиванию вала двигателя при пуске. Кроме того, маловязкое масло значительно быстрее (с меньшим периодом задержки после пуска двигателя) прокачивается масляным насосом к трущимся поверхностям -и тем предотвращает повышение износа.

Температура застывания зимних сортов масел для двигателей

Как видно из рис. 1, кинематическая вязкость масел резко воз­ растает с понижением температуры. Лучшими вязкостно-темпера­ турными свойствами из рассматриваемой группы масел'для кар­ бюраторных двигателей обладает масло АСЗп-6. Его кинематиче­ ская вязкость при —25°С не превышает 1500 ест.

11

Особенно велико время задержки подачи масла к трущимся поверхностям цилиндро-порлшевой группы двигателя, которые смазываются разбрызгиванием. Известно, что смазка разбрызги­ ванием возможна только после достаточного разогрева двигателя й масла.

При прочих равных условиях снижение температуры пуска ди­ зельного двигателя от 15 до —15°С приводит к уменьшению коли­ чества прокачиваемого масла в 5—6 раз, а повышение вязкости масла от 100 до 500 п при пуске карбюраторного двигателя вызы­

Это, в свою очередь, приводит к снижению скорости вращения вала при пуске, что затрудняет или вообще делает невозможным

пуск двигателя.

12

У Х У Д Ш Е Н И Е П Р О Ц Е С С А В О С П Л А М Е Н Е Н И Я В Ц И Л И Н Д Р А Х Д В И Г А Т Е Л Е Й

Процесс питания двигателей и воспламенения .топливо-воздуш­ ных смесей зависит как -от свойств топлив (особенно низкотемпера­ турных), так и от пусковых скоростей вращения коленчатого .вала. Оба эти параметра заметно вл.ияют на процессы смесеобразования, существенно различающиеся в карбюраторных и дизельных двига­ телях.

Топливо для дизельных двигателей. Условия смесеобразования в дизельном двигателе более сложные и менее благоприятные, чем в карбюраторном. Важнейшими факторами, определяющими ка­

Зимнее дизельное топливо прежде всего характеризуется тем­ пературой его самовоспламенения, температурой выкипания (ис­ паряемостью) и вязкостью. Чем ниже (в определенных пределах) абсолютные значения параметров, определяющих указанные пока­ затели топлива, тем оно больше соответствует условиям работы автомобиля при низких температурах.

1*

t°c

при —20°С

Ухудшение работы дизельного двигателя при низкой темпера­ туре воздуха, поступающего в цилиндры, объясняется резким охлаждением камеры сгорания. Кроме того, .воздух при сжатии на­ гревается недостаточно и его температура не достигает необходи­ мого значения. В результате топливо воспламеняется с большим запозданием и к моменту .воспламенения оно в большом количест­ ве накапливается в камере сгорания. Это сопровождается высокой скоростью нарастания давления и неполным сгоранием топлива, в результате чего показатели рабочего процесса дизельного двигате­ ля заметно ухудшаются.

Пуск дизельного двигателя зависит в значительной степени от давления и температуры топливного заряда в конце такта сжатия, которые, в свою очередь, определяются скоростью вращения вала двигателя (рис. 3). Эксперименты показали, что при температуре наружного воздуха —20°С (кривая 4) температура заряда сни­ жается до 220-н280°С при пусковых скоростях вращения вала 100—150 об/мин. При снижении температуры в цилиндре ниже 300—350°С дизельное топливо не .воспламеняется и пуск двигателя становится невозможным.

Температура самовоспламенения топлива оказывает влияние на величину периода задержки .воспламенения и зависит от скорости

присущ тем типам топлива, которые термически менее устойчивы и склонны к образованию перекисей. Входящие в состав дизельного топлива углеводороды с кольцевой структурой, в том числе .нафтены и ароматаіки, отличаются большой стойкостью внутримолеку­ лярных связей и менее склонны к образованию перекисей. Пара­ финовые же углеводороды обладают меньшей стойкостью моле­ кул, легче поддаются расщеплению, более склонны к образованию перекисей и поэтому способность их к воспламенению выше, чем у нафтенов и ароматиков.

Таким образом, химическая структура топлива существенно влияет на продолжительность периода запаздывания воспламене­ ния. Увеличение количества парафинов в топливе уменьшает, а

14

Т а б л и ц а 2

Характеристики зимних топлив для автомобильных дизельных двигателей

Марка топлива

Показатель качества

Топливо для карбюраторных двигателей. Работоспособность автомобилей при низких температурах .в решающей степени зави­ сит от пусковых и эксплуатационных качеств применяемых бензи­ нов. Правильный выбор оптимального состава зимнего или север­ ного сортов бензина зависит от целого ряда факторов. Ниже изла­ гается точка зрения автора по вопросу обоснования оптимального состава бензина для северных условий эксплуатации, принятая в НИИАТе.

Северлые бензины должны обеспечивать быстрый пуск холод­ ных двигателей (в определенном диапазоне температур) без пред­ варительного разогрева, а также последующую нормальную их ра­ боту на всех режимах при температуре воздуха до —60°С.

Скорость и полнота испарения бензина на рабочих режимах двигателя зависят главным образом от температуры выкипания 50% и 90% фракций, а возможность обеспечения пуска холодного двигателя —от температуры выкипания 10% фракций. Кроме то­ го, .на испаряемость бензина оказывают влияние давление насы­ щенных паров топлива, скрытая теплота испарения, вязкость и не­ которые другие свойства. Давление насыщенных паров тесно свя­ зано с фракционным составом топлива и значительно изменяется с изменением температуры.

16

При создании северных сортов бензина обычно идут по пути значительного облегчения его фракционного состава по сравнению с бензином, предназначенным для зоны умеренного климата. Это необходимо .ввиду того, что на Севере двигатели работают при по­ ниженном тепловом режиме, что требует преимущественного нали­

фракций бензина, а также повышение давления насыщенных па­ ров практически не позволяет, вопреки ожиданиям, снизить пре­ дельную температуру пуска холодных двигателей. Таким образом, облегчение фракционного состава бензина не дает ожидаемого эффекта в указанном диапазоне температур (минус 20—30°С) и, следовательно, является неоправданным.

Так, например, разница .в предельной температуре пуска двига­ теля ЗИЛ-130 на легком северном бензине и на летнем товарном

собности холодной аккумуляторной батареи, которая не обеспечи­ вает проворачивание вала с нужной скоростью и необходимую для зажигания смеси мощность искры.

Неэффективность снижения температуры выкипания 10-про- центлой фракции бензина ниже 60—65°С следует, по нашему мне­ нию, объяснить тем, что существенное влияние на пуск двигателей фракционный состав и давление насыщенных паров бензина ока­ зывает лишь в области сравнительно высоких температур. Это подтверждается данными, приведенными на рис. 5, .где показано изменение давления насыщенных паров .северного -и товарного бен­ зинов А-76 в зависимости от температуры. По мере снижения тем­ пературы различие показателей давления насыщенных паров у сравниваемых бензинов уменьшается, а в пределах отрицательных температур становится малозаметным.

Отмеченное явление подтверждается рядом опытов НАМИ, про­ веденных при оценке влияния на холодный пуск специальных пус­ ковых жидкостей, имеющих несравненно более низкие, чем север­ ный бензин, температуры выкипания и более высокие давления на­ сыщенных паров.

Так, например, в состав пусковой жидкости «Арктика», .предна­ значенной для пуска карбюраторных двигателей, входил диэтиловый эфир (45—60%), имеющий температуру шпения 34°С, и газо­ вый бензил (35—55%), выкипающий при температурах от 30 до 130°С. При питании холодных двигателей этой пусковой жид­ костью удавалось снизить предельную температуру пуска лишь на 3°С по сравнению с северным бензином.

Изложенное выше позволяет заключить, что фракционный со­ став бензина для Севера должен обеспечивать луск холодных дви­

и с давлением насыщенных паров порядка 450 мм рт. ст.

Рис. 6. Зависимость давления насыщенных паіров бензина от темдаратуірьк

/ — А-76 северный; 2 — А-76 стандартный (товарный)

- «0 - го о го г; с

18