Чому утруднений зимовий пуск
Сучасний автомобіль надав його власнику і пасажирам небачені раніше комфорт і свободу пересування. І все було б йому, автомобілю, дарма, якби не зимова холоднеча і засніжені дороги. Рідкісний відмова двигуна в теплу погоду не сприймається водієм настільки драматично, як у зимову пору. А самим банальним відмовою взимку справного двигуна є відмова його запуску (або пуску). І причиною всьому холод, холод. Так нерідкі й трагічні результати відмови автотранспортної техніки, від якої часом залежить життя багатьох людей. Тому досвідчений водій не пропустить підготовку автомобіля до зимової експлуатації. Забезпечити взимку легкий і безвідмовний запуск двигуна допоможуть розглянуті в даному довіднику пристрою. Але перш ніж вам, читачу, знайомитися з ними, дозвольте нагадати причини, чому утруднений зимовий запуск автомобільного двигуна. Ми вважаємо, що знання цих причин допоможе вам успішніше впоратися з проблемою зимового пуску і вибрати найбільш підходящі необхідні пристрої.
Отже, до головних причин труднощів зимового запуску відносяться:
• зростання крутного моменту опору обертання колінчастого вала двигуна;
• зменшення потужності стартера через зниження ємності акумуляторної батареї;
• менша випаровуваність палива і погіршення сумішоутворення;
• збільшення необхідної пускової частоти обертання колінчастого вала.
Дія всіх цих причин при негативній зовнішній температурі проявляється одночасно, посилюючи і ускладнюючи весь процес запуску. Багаторічний досвід експлуатації показує, що при температурі -18 ° C ємність акумуляторної батареї (АКБ) становить від первісної 40%, а опір крутним моментом зростає на 210% (при використанні всесезонного масла).
Для коректності вплив температури на АКБ треба визначати по зміні струму холодної прокрутки. Ця величина, відповідно до стандартів, нормується кожним виробником АКБ тільки для температури -18 ° C. Для повністю зарядженої і нової АКБ ємністю 50-60 А / ч струм холодної прокрутки знаходиться в межах 300-500 А. Якщо струм стартера типовий АКБ 6СТ-55 при температурі 25 ° C може досягати 400 А при напрузі 9 В, то при температурі - 30 ° C він знизиться до 200 А. і з кожною новою спробою неуспішного запуску його величина буде все менше і менше. Хоча технології виробництва акумуляторних батарей і поліпшуються, але ці зміни майже не вплинули на ступінь зниження їх стартерного струму при мінусовій температурі. При порівнянні стартерних струмів АКБ різних виробників треба звертати увагу на вид стандарту, для якого вказано струм холодної прокрутки. Залежно від стандарту відмінності за величиною струму можуть бути значні. Так, для АКБ VARTA Blue Dynamic струм холодної прокрутки в стандарті EN дорівнює 420 А, а в стандарті DIN він становитиме всього 255 А. Природно, якщо не брати до уваги ціни, то перевагу слід віддавати АКБ з великим значенням струму прокрутки. Рекордсменом, мабуть, за його значенням є АКБ компанії Optima Batteries, що має струм холодної прокрутки в 750 А при ємності 52 А ч. При слабкій АКБ тому ще нерідкі випадки, коли для запуску холодного двигуна її знімають і поміщають на кілька годин в тепле приміщення для відновлення ємності. Досвідчені водії рекомендують для деякого «розігріву» АКБ перед пуском двигуна включити на десяток секунд ближнє світло. Але ці дії щодо полегшення зимового запуску навіть віднести до напівзаходами не можна. Вимоги до параметрів і стану АКБ для зимового запуску двигуна істотно знижуються тільки при його підігріві.
Збільшення необхідного для запуску крутного моменту при негативних температурах можна істотно зменшити, застосовуючи синтетичні і напівсинтетичні масла. Але все ж уникнути збільшення необхідного крутного моменту в такий спосіб не вдається. Тому в російському кліматі прогрів двигуна і салону автомобіля перед пуском, а іноді і під час руху - необхідна умова його нормальної експлуатації.
Надходить в двигун паливна суміш в робочому режимі, коли двигун уже прогрітий, додатково ще підігрівається у впускному колекторі гарячої охолоджувальною рідиною. Але при пуску впускний колектор так само холодний, як і сам двигун. У холодному двигуні при запуску паливо конденсується на стінках циліндрів, змиваючи масляну плівку і збільшуючи знос деталей циліндропоршневої групи. Дані Технологічного інституту в Осло показують, що кожен холодний старт двигуна (т. Е. Запуск при температурі нижче +5 ° C) скорочує його ресурс на 400-600 км (рис. 1.1). Тому все більшою популярністю серед вітчизняних автовласників користуються передпускові опалювачі-підігрівачі двигуна і салону.
Мал. 1.1. Знос при пуску деталей двигуна, прогрітого за допомогою підігрівача DEFA: а) гільзи блоку циліндрів (залізо); б) леговані поршневі кільця (кобальт) (від компанії DEFA).
Виробники передпускових опалювачів і підігрівачів рекомендують підігрівати двигун завжди, коли зовнішня температура стала нижче +5 ° C. Нескладно підрахувати економію моторесурсу при використанні передпускового підігрівача, якщо врахувати, що в середній смузі Росії спостерігається не менше 100 днів з температурою не більше 0 ° C. При застосуванні підігріву двигуна двічі в день можна щорічно заощадити витрата моторесурсу до 80 000 км.
Згадаємо останню причину утруднення зимового пуску - необхідність збільшення пускової частоти обертання колінчастого вала двигуна. Цей фактор є наслідок погіршення сумішоутворення при низьких температурах, він пояснює труднощі запуску, але аж ніяк його не полегшує.
Цікаво, що в авіації, де боротьба за ресурс двигуна означає боротьбу за життя, вже при температурі повітря +5 ° C проводиться підігрів масла до 15 ° C, а головок циліндрів - до 30 ° C. Причому для зменшення зносу мотора гвинт вручну провертають на 4-6 оборотів.
Що дає підігрів двигуна
Відразу відзначимо головна перевага передпускового підігріву двигуна - гарантований запуск двигуна взимку, що не залежить від температури навколишнього середовища. Він зніме у вас, шановний читачу і водій, почуття невпевненості в успішності запуску, ви перестанете нервувати і спізнюватися на роботу і ділові зустрічі. Також треба відзначити, що підігрів двигуна і салону - це основа вашого особистого комфорту і безпеки, економічності і довговічності, а також і екологічної чистоти автомобіля.
Ось які переваги дає передпусковий підігрів ще до початку поїздки:
• двигун прогрітий і легко заводиться - а це не тільки економить час і сили, а й дозволяє помітно знизити споживання палива, загальне навантаження на акумулятор, знос двигуна і обсяг шкідливих викидів;
• в салоні тепло, що підвищує зручність водіння, покращує реакцію і дає можливість спокійно пристебнути ремінь (не потрібно сидіти в машині в громіздкою верхньому одязі);
• скла вільні від льоду і снігу, не пітніють, що не примерзають «двірники», звідси хороший огляд з самого початку поїздки і підвищення її безпеки в цілому.
Особливо підкреслимо підвищення безпеки поїздки. Психологи відзначають разючу вплив холоду на людину. Дії замерзлої людини часом такі ж, як у напівсонного, реакції уповільнені і загальмовані. Увага ослаблено. Цими факторами пояснюється аварійна статистика, згідно з якою 15% всіх ДТП відбувається в перші 15 хвилин поїздки. При комфортних умовах, які забезпечуються передпусковим підігрівом, всі негативні моменти повністю виключаються.
З технічної точки зору передпусковий підігрів забезпечує:
• легкий і надійний пуск холодного двигуна з 1-2 спроб і скорочення часу прокрутки стартера в кілька разів;
• скорочення часу прогріву двигуна до 40 ° C більше ніж в 4 рази;
• зниження пускового струму стартера майже до стандартного річного значення;
• підвищення частоти обертання коленвала;
• зниження витрати палива на пуск від 1 л / 10 км до 0,3 л / 10 км;
• зниження шкідливих викидів автомобіля.
Зауважимо, що численні експерименти, проведені в Технологічному інституті в Осло, показали, що застосування передпускового підігріву призводить до 30% -ному зменшенню витрати палива при пуску. Після проходження відстані в 3-4 км двигун повністю прогрівається, і витрата палива практично вже не залежить від того, чи був проведений передпусковий підігрів. Таким чином, найбільш помітна економія палива при підігріві двигуна відбувається в процесі самого запуску і при пробігу перших 2-3 км шляху.
Шкідливі викиди і підігрів двигуна
Всі сучасні автомобілі проектуються і виготовляються з урахуванням жорстких вимог за рівнем токсичних викидів. Незважаючи на актуальність спільної справи зниження викидів, рядовий автовласник цікавиться величиною викиду свого автомобіля тільки при проходженні техогляду. Хоча багато радикальні сьогоднішні конструкторські рішення в автомобілі пов'язані з цією проблемою. Тільки нові вимоги стандарту Євро III встановили жорстку норму викиду при пуску двигуна. Розглянемо ситуацію з викидами в російському автопарку і визначимо, наскільки передпусковий підігрів двигуна може допомогти знизити їх рівень.
У складі вихлопу автомобіля містяться такі токсичні речовини:
• окис вуглецю (монооксид) СО є результат неповного згоряння палива, основний продукт викиду;
• оксиди азоту NO та NO2 (що позначаються для стислості NOX) утворюються при високій температурі згоряння. Складають меншу частину;
• вуглеводень СН є результат розкладання вуглеводнів палива;
Величина викиду вимірюється в грамах на 1 км пробігу і в процентних частках загального викиду. Раніше вимірювалося кількість викидів за цикл випробувань, що імітують їзду в місті і за містом. Принциповим питанням у вимогах і вимірах є те, що першими правилами ЄЕК не висувалося (і отже, вони не вимірювалися) вимоги до кількості викидів в період пуску двигуна. Але ж вони і складають більшість обсягу викиду, що доходить до 70-80%, в абсолютних одиницях: СО - 180 г / км, СО2 - 320 г / км. Особливо значна величина викиду протягом часу прогріву двигуна при негативних температурах навколишнього середовища.
Навіть в автомобілях 90-х рр. з каталізаторами по Євро I, яких сьогодні налічується в Росії всього лише приблизно 22%, вона залишається в період прогріву двигуна практично незмінно великий. Що пояснюється принципом роботи каталізатора. Вихлопи двигуна нагрівають каталізатор, для нормальної роботи якого потрібна висока температура. При холодному каталізаторі ефективність очищення вихлопних газів невелика. Залежно від температури навколишнього середовища автомобіль повинен проїхати кілька кілометрів, перш ніж каталізатор розігріється і почне ефективно очищати вихлопи. Крім цього, для пуску двигуна в холодну пору року використовується більш збагачена паливна суміш. Це, в свою чергу, збільшує викид монооксиду вуглецю СО і вуглеводнів СН. Але ці шкідливі викиди можуть бути значно зменшені, якщо двигун попередньо прогрітий (рис. 1.2).
Мал. 1.2. Викиди в вихлопі автомобіля: а) рівень СО при пуску холодного і прогрітого двигуна підігрівачем DEFA; б) відносне зменшення викидів прогрітого двигуна при температурі -20 ° C (від компанії DEFA).
Норми викидів. Які ж абсолютні величини викидів? До введення Євро I викиди автомобіля, відповідно до Правила R83, не повинні були перевищувати 25 г / км (без урахування пуску). Якщо прийняти, що середньостатистичний автомобіль в рік пробігає 10 000 км, то за рік їх величина не повинна перевищити 250 кг. Викиди автомобіля, по Євро I, вже не повинні перевищувати 3,7 г / км (без урахування викидів при пуску). При пробігу в 10 000 км їх обсяг складе 37 кг на один автомобіль. Норвезька автомобільна асоціація вважає, що для автомашин, по Євро I і Євро II, об'єм викидів при одиночному пуску еквівалентний 100 км пробігу, т. Е. Складає 100-300 г. Якщо ж допустити, що протягом року проводиться 500 холодних пусків (по 2 в день), то річний середній викид одного автомобіля з урахуванням пусковий емісії складе 69 кг. При цьому сумарний річний викид усіма автомобілями, наприклад, Петербурга досягне величезної величини в 90 000 тон!
Таблиця 1.1. Норми токсичності викидів автомобілів
* Для пускового режиму при -7 ° C.
Здавалося б, величина зменшилася незначно. Але головна зміна в тому, що Євро III вже частково регламентує величину викидів при пуску двигуна. Правда, величина викидів регламентована для пуску двигуна при температурі -7 ° C, що, звичайно, не відповідає середньої зимової температури в Росії. Ну а в порівнянні з сумарною нормою в прогрітому двигуні в 2,5 г / км норма на пускові викиди більше їх в 6 разів і становить 15 г / км.
На підставі цих даних можна підрахувати середній річний обсяг викидів за умови пробігу в 10 000 км і 500 холодних пусків c еквівалентним пробігом 4 км. Як видно з таблиць 1.2 і 1.3, застосовуючи передпусковий підігрів для автомашин з каталізатором, можна домогтися зниження річних викидів до величини 13,7 кг, т. Е. В п'ять разів. Але таких «хороших» машин в сьогоднішній Росії всього 22%, тому для середньостатистичного російського автомобіля зменшення сумарного викиду буде всього в 1,7 рази, що теж істотно. Застосування передпускового підігріву дозволяє середньостатистичному автомобілю мати викиди набагато менші, ніж це допускають норми Євро III.
Європа готується до нових норм Євро IV, але, судячи з усього, нам до них ще далеко.
Таблиця 1.2. Річний викид легкового автомобіля
* Дані Норвезької автомобільної асоціації, для автомобіля з каталізатором за нормами Євро I і II.
** Викиди для середнього російського автомобіля.
Таблиця 1.3. Зниження річних викидів при передпусковому підігріві двигуна автомобіля з каталізатором за нормами Євро I і II
Види обладнання для підігріву двигунів і опалення салону
У спеціальну групу систем підігріву ми включили автосигналізації з дистанційним запуском двигуна і теплові акумулятори. Використовуючи періодично дистанційний запуск двигуна, передбачений в автосигналізація, вдається підтримувати температуру двигуна таким чином, щоб наступний його запуск був «легким» і безвідмовним (глава 4). У теплових акумуляторах, що представляють своєрідний термос, зберігається нагріта охолоджуюча рідина, яка при черговому запуску двигуна циркулює в його системі охолодження. В результаті її циркуляції двигун підігрівається (глава 5).
Повітряні опалювачі представляють окремий клас пристроїв, призначених для обігріву салону і відсіків легкових, вантажних автомобілів і мікроавтобусів. Підігрів двигуна вони не виробляють. Вони також поділяються на автономні і залежні. В опалювачі першого виду нагрівання повітря салону відбувається за рахунок тепла, що виділяється в обігрівач при згорянні палива. Для цього харчування повітряних опалювачів проводиться від паливної системи автомобіля або від спеціального бака. У залежних повітряних опалювачах нагрівання повітря проводиться за допомогою теплообмінника (радіатора), через який проходить охолоджуюча двигун рідина. Теплообмінник продувається повітрям від вбудованого вентилятора, живиться від бортової мережі автомобіля.
Підігрівачі сидінь є додатковим обладнанням автомобіля і здійснюють підігрів сидінь за допомогою бортової електромережі автомобіля. У спеціальній комплектації з неавтономними системами підігрів сидінь можна здійснити і від зовнішньої електромережі одночасно з підігрівом двигуна (глава 8).
До останньої групи пристроїв віднесені підігрівачі палива, сконструйовані у вигляді підігріваються топлівозаборніков або насадок на топлівопроводи (див. Розділ 6).
Ці компактні пристрої з вбудованою автоматикою є по суті «грубкою», що працює на бензиновому або дизельному паливі. Споживчі якості цих систем, що забезпечили комфорт і безпеку в поєднанні з економічністю і екологічністю, отримали світове визнання. Незалежність автономних опалювачів від джерел зовнішньої енергії сприяла в чималому ступені їхньої популярності. Незважаючи на очевидність принципу їх роботи, автономні опалювачі є досконалими і складними технічними пристроями. Потрібно відзначити, що головні оригінальні рішення в їх конструкції були спрямовані в першу чергу на отримання автоматичного роботи без участі водія і забезпечення безпеки використання.
Світовими лідерами по розробці і впровадженню автономних передпускових опалювачів в автомобілі є компанії Webasto і Eberspаcher. Багато в чому їх продукція є еталоном якості та досконалості, які надали помітне вплив на весь російський ринок кліматичного обладнання.