Заводимо холодний двигун

За вікном морози, хурделиця. Але мудрий хазяїн вже готується до весни. І дуже прикро, коли з’ясується, що техніка, яка справно працювала влітку й восени, після зими відмовляє. Та ще й несправності виявляються складними, і ремонт є досить витратним.

Чого ж так буває, що раптом з’являється темний дим різних відтінків, збільшується витрата палива, відмовляє турбокомпресор, зникає тиск у системі мащення, а інколи навіть двигун починає «стукати»?

Проблеми із запуском двигуна при пониженні температури залежать від багатьох факторів. Найскладніше завестися двигун, коли він абсолютно остиг після тривалої стоянки, а машинна олива в картері загусла до консистенції сметани. Після того, як двигун прогріється, заводитися він буде легко, але за умови, що перерви в роботі не будуть дуже великими.

За результатами проведених досліджень встановлено, що з багатьох можливих факторів найбільш впливовими є три:

• властивості моторної оливи не відповідають температурі навколишнього повітря;

• погана підготовка двигуна до «холодного» пуску;

• експлуатація двигуна при температурі охолодженої рідини нижче норми.

Моторна олива

Моторна олива повинна забезпечувати легке обертання колінчастого валу двигуна при низьких температурах, тобто не повинна загущуватися і створювати додаткові навантаження при його прокрутці. Для забезпечення цих вимог слід застосовувати якісні мастила, що відповідають сезону.

Коли двигун не працює, колінчастий вал під дією сили ваги лежить на нижній поверхні підшипника. Їх розділяє гранична масляна плівка, а олива знаходиться у клинових зазорах по обидва боки вала. Під час пуску двигуна вал починає обертатися і олива, що надходить під тиском із магістралі, затягується валом у звужену частину клиноподібного зазору. За такого режиму тертьові деталі працюють практично без спрацьовування, оскільки сила тертя у цьому разі не залежить від властивостей тертьових поверхонь, а визначається тільки внутрішнім тертям шарів оливи. Але описані процеси відбуваються лише тоді, коли властивості її відповідають заданим.

Моторна олива може тривало і надійно виконувати свої функції тільки в разі відповідності її фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей тим термічним, механічним і хімічним впливам, яких вона зазнає у змащувальній системі двигуна і на поверхнях деталей. Тільки при взаємній відповідності системи «моторна олива - конструкція двигуна - умови експлуатації» може бути досягнута висока надійність двигуна.

До якості моторної оливи для кожного типу двигуна залежно від умов його експлуатації ставлять низку вимог. За високих температур моторні масла повинні зберігати достатньо високу в'язкість для забезпечення гідродинамічного режиму мащення і створення надійного ущільнення між поршнем і гільзою. За низьких температур навколишнього середовища в'язкісно-температурні властивості повинні забезпечувати можливість легкого запуску двигуна. Задля мінімального спрацьовування в умовах граничного мащення масла мають бути здатними модифікувати тертьові поверхні. Крім того, моторні оливі повинні мати мийно-диспергуючу здатність відносно нерозчинених забруднень у поєднанні з ефективною нейтралізуючою дією, забезпечуючи чистоту деталей в усіх температурних зонах двигуна.

До найважливіших експлуатаційних показників моторних олив відносять їх в'яжучі властивості. Від в'язкості оливи залежать легкість і тривалість пуску двигуна, особливо «холодного», здатність її циркулювати в системі мащення, утримуватися у змащувальному вузлі та забезпечувати гідродинамічний режим мащення. В'язкість впливає також на охолодження тертьових поверхонь, витік через ущільнення, фільтрування та витрату оливи.

Однак під час вибору оливи для двигуна, знання її в'язкості за одної певної температури недостатньо, щоб оцінити можливості її використання у різних умовах експлуатації.

За високих температур оливи розріджуються, а при охолодженні загусають або взагалі втрачають рухомість. Так, при зниженні температури моторних масел від 100 до 50^о С в'язкість їх може збільшуватися у декілька разів. Тому, оцінюючи якість оливи, великого значення надають функціональній залежності показника в'язкості від температури. Характер зміни в'язкості залежно від температури неоднаковий для олив з різної сировини, різних способів отримання. Чим менше вона змінюється із підвищенням або зниженням температури, тим кращі властивості масла в експлуатації.

При використанні моторних олив взимку до них висувають особливі вимоги. Насамперед вони повинні бути достатньо рідкими в холодному стані, щоб мати можливість циркулювати по системі у відповідності до вимог і не створювати надто великого навантаження на систему запуску. Для забезпечення цього зимові та всесезонні оливи мають присадки, що запобігають їх загущенню при низьких температурах. Саме вони зменшують тенденцію оливи до зміни її в'язкості при змінах температури.

Непідготовленість до роботи 

На «холодний» пуск двигуна впливають: стан двигуна, стан системи пуску (акумулятора, стартера, надійності комутаційної апаратури і проводів), відповідність сезону як моторного масла, так і палива, функціональна надійність роботи системи живлення і системи запалювання (у бензинових і газових двигунів).

Взимку робочі процеси в циліндрах двигунів, особливо у дизелів, помітно ускладнюються. В'язкість дизельного палива внаслідок низької температури підвищується і воно гірше розпилюється через отвори розпилювача форсунки, а розпилене тут же осідає у вигляді роси на стінках камери згоряння. Випаровування його зі стінок ускладнене внаслідок низької температури. Холодне повітря, що надходить до циліндрів, тільки ускладнює положення, а його ж температура в кінці стиску має бути вищою за температуру самозаймання дизельного палива.

У бензинових двигунів, особливо карбюраторних, значно погіршується випаровування бензину, внаслідок чого суміш у циліндрах збіднюється. При недостатніх пускових обертах запустити двигун стає неможливим.

Сюди слід додати і застиглу оливу, збільшений опір якої доводиться долати при пуску. От чому для упевненого пуску дизеля у зимовий час в його камерах згоряння заздалегідь слід створити тепло, а ввесь двигун дещо розігріти.

Не слід забувати і про «дрібниці», наприклад паливний бак. Навіть якщо заправлятися постійно якісним паливом (що, на жаль, не завжди забезпечується), то з часом в баку накопичується деяка кількість води. Відбувається це внаслідок утворення конденсату при перепадах добових температур. Взимку вода, що потрапила в паливопровід і фільтри, крижаніє й перекриває надходження палива. Тут вже не поїдеш, поки не відігрієш і не продуєш систему подачі палива. Тому слід регулярно зливати відстій з баку і фільтрів.

Якщо прийняти «пускові здібності» акумуляторної батареї при +20° С за 100%, то при -20° С від них залишається тільки 50%, а при -30° С - лише тільки 20%. Зрозуміло, що частково заряджена батарея може не справитися із холодним двигуном і густим маслом. Тому якщо є сумніву в успішності пуску двигуна, слід напередодні занести батарею у тепле приміщення. Це неодмінно принесе велику користь.

При сильних морозах двигун слід запускати тільки при вимкненому зчепленні. У цьому випадку акумулятору не доведеться разом із колінчастим валом двигуна обертати ще і шестерні коробки передач у застиглому маслі. Після пуску двигуна педаль зчеплення необхідно плавно відпустити.

Стартер не можна вмикати на тривалий час (більше 10 с), особливо взимку. Після кожної спроби потрібно робити перерву приблизно на одну хвилину, потім повторювати запуск. Цей час необхідний для того, щоб в акумуляторній батареї пройшли необхідні процеси, що частково повертають її до нормального стану після розряду великим струмом.

Оскільки у дизельних двигунів існують особливості сумішоутворення та самозапалювання суміші в циліндрах, то і проблеми з холодним пуском у них виникають частіше. При цьому слід обов’язково використовувати зимове паливо, бо в протилежному випадку парафін, що виникає у ньому при пониженні температури, закриває пори в фільтрувальних елементах і протікання палива припиняється зовсім.

Пускова рідина і свічки розжарювання

Для полегшення пуску в морозні дні слід створити в циліндрах сприятливі умови для стабілізації робочих процесів та розігріти двигун.

Широке розповсюдження при пуску отримав спосіб використання легкозаймистих рідин, які містять компоненти з низькою температурою самозаймання. Пускова рідина найчастіше подається у впускний трубопровід аерозольним пусковим пристроєм з електромагнітним керуванням. Один такий аерозольний балон забезпечує 8…10 пусків двигуна за температури -30°С.

Використовування пускової рідини і малов'язкого загущеного присадками олива забезпечує пуск двигуна за температури до -30°С.

Для підігрівання повітря безпосередньо в камерах згоряння дизеля або у впускному трубопроводі під час пуску двигуна також застосовують свічки розжарювання. Особливо їх використання актуальне у дизелів із розділеною камерою згоряння. У таких камерах при всіх їх перевагах існує значна поверхня контакту повітря, що стискається, із холодними стінками циліндрів, внаслідок чого без додаткового підведення тепла «холодний» пуск стає неможливим. Однак кількість підведеного тепла за допомогою свічок розжарювання буде незначною і за сильних морозів пуск все одно може бути проблематичним.

Електрофакел і тепла вода 

Електрофакельний підігрівник також підігріває повітря, що надходить до циліндрів під час пуску, але вже за допомогою факела спалюваного там же палива.

Проте електрофакельний пристрій розігріває тільки повітря, що надходить до циліндрів двигуна. При його використанні в циліндрах відбудуться спалахи, дизель запускається, але олива, як і в попередніх випадках залишається холодною, а відповідно, погано прокачується по системі мащення двигуна. Таким чином, при пусках холодного двигуна олива надходить до найбільш віддалених поверхонь, що труться, лише тільки через 3…4 хв. (!) роботи двигуна. І ввесь цей час у його механізмах внаслідок браку оливи буде відбуватись граничне тертя, яке призводить до підвищеного зносу деталей.

При пуску холодного двигуна необхідно пам'ятати, що доцільно розігрівати весь двигун, але насамперед - підігрівати оливу в картері.

Можна також розігріти двигун «по-дідівськи»: проливанням через систему охолодження не холодної, а теплої води. Для цього заздалегідь підігрівають оливу двигуна, і при відкритих зливних краниках у радіатор заливають теплу воду, яка по об’єму перевищує об’єм системи охолодження у троє-п’ятеро. Заливати слід саме теплу воду, а не гарячу, оскільки відомо, що при контакті гарячої води з холодними деталями з’являються мікротріщини і відбувається їх руйнування.

Такий «дідівський» спосіб розігріває двигун у цілому, але от олива нагрівається недостатньо (якщо не було підігріте попередньо). І оскільки, як правило, в системі охолодження застосовується антифриз, цей спосіб є малопридатним для сучасних двигунів.

Пусковий та електричний підігрівачі

Двигун може бути обладнаний індивідуальним передпусковим підігрівачем. Підігрівання картерного масла, блоку циліндрів і підшипників колінчастого валу перед пуском дозволяє зменшити в'язкість моторного масла, полегшити його прокачування по змащувальній системі і, тим самим, зменшити момент опору обертанню і знос деталей двигуна при пуску. З другого боку, підігрівання головки і стінок блоку циліндрів та впускного трубопроводу покращує умови сумішоутворення і запалювання палива і сприяє зниженню мінімальної пускової частоти обертання.

Найчастіше такий підігрівач має котел, в якому згорає паливо. Під час роботи підігрівника між котлом і водяною сорочкою двигуна виникає термосифонна циркуляція гарячої охолодної рідини. Відпрацьовані гази з котла направляються на піддон картера, розігріваючи там моторне масло.

Коли вода чи антифриз нагрівається до температури 50…60°С, двигун можна запускати. Знос деталей і механізмів при такому розігріві буде мінімальним.

Існують і інші способи розігріву двигуна, наприклад, за допомогою електричних підігрівачів. Вони використовуються для підігрівання рідини в системі охолодження двигуна, масла в картері, палива в паливній системі і електроліту акумуляторної батареї.

Вимогам електробезпеки найбільшою мірою задовольняють герметичні трубчасті електронагрівачі (ТЕНи). ТЕН виконаний у вигляді металевої і оболонки у вигляді трубки з жароміцного матеріалу будь-якої форми, усередині якої запресована спіраль з ніхрома, ізольована від оболонки наповнювачем з високою теплопровідністю.

Розроблено безліч різних конструкцій теплообмінників і схем підігріву охолодної рідини і масла. Перспективна схема, в якій нагріта рідина з котла електричним насосом подається у водорозподільні канали блоку циліндрів і одночасно в теплообмінник, розміщений в масляному картері. Підігрівання палива здійснюється безпосередньо електронагрівачами або за допомогою проміжного теплоносія.

Прогрів при пуску. Підтримання температури 

Якщо одна із спроб завершилася успіхом - двигун запрацював, потрібно на слух контролювати його роботу і підтримувати мінімальну частоту обертання його колінчастого валу, при якій він працюватиме стабільно.

При занадто малих обертах двигун працюватиме нестійко, можливі перебої в роботі й навіть зупинка. Великі оберти теж небезпечні, але з іншої причини. Після попередньої роботи двигуна гаряче масло стекло в піддон, а значить, після пуску холодного двигуна умови мащення стануть нормальними не відразу. Масляний туман, який змащує циліндри і поршні, утворюється дуже нескоро. Дослідженнями встановлено, що холодний двигун зношується інтенсивніше, ніж гарячий, і великі оберти для нього досить небезпечні.

Під час роботи двигуна слід контролювати його температурний режим і не допускати переохолодження. Справа в тому, що двигун працює економічно і має задану потужність та ресурс тільки при певному тепловому режимі. Оптимальним температурним режимом двигуна є такий, при якому температура охолодної рідини в головці блоку циліндрів знаходиться в межах 80– 97°С. При цьому температура двигуна не повинна значно відхилятись від вказаної навіть при зміні зовнішнього навантаження (а, відповідно, кількості спалюваного палива) та температури навколишнього повітря.

Якщо двигун переохолоджений, то збільшуються втрати теплоти у процесі перетворення її в механічну енергію, що призводить до збільшення витрати палива. Крім того, паливо погано випаровується, важко займається і не повністю згоряє, що знижує потужність і економічність двигуна, а велике утворення нагару при неповному згорянні може привести до залягання поршневих кілець і зависання клапанів.

Спрацювання у переохолодженому двигуні також збільшується, оскільки погіршується мащення деталей і збільшуються витрати енергії на подолання тертя, в циліндрах відбувається конденсація продуктів згоряння, а вони, перебуваючи в рідкому стані, спричиняють значну корозію циліндрів, поршнів і поршневих кілець. Все це знов-таки призводить до зниження потужності й економічності двигуна.

Крім того, в дизелях через затримку самозапалювання підвищується «жорсткість роботи» двигуна. Це пояснюється тим, що паливо загоряється не на початку впорскування, як належить, а з деякою затримкою.

Зима дійсно тестує в екстремальних умовах справність всіх систем і механізмів. Й при цьому перевіряється також і кваліфікація обслуговуючого персоналу. Прикро, однак саме цей фактор в більшості випадків є причиною виникнення несправностей. Виконуймо основні правила підбору моторного масла, «холодного» пуску та експлуатації двигуна взимку, і він віддячить надійною роботою при морозній погоді та заданим безаварійним ресурсом.