Хранение автомобилей. Способы хранения, консервация, облегчение пуска двигателя

1. Способы хранения

Под хранением подвижного состава на территории автотранспортной организации (АТО) понимается ожидание обслуживания, нахождение в обслуживании или текущем ремонте, а также ожидание выезда на линию. Способ хранения зависит в основном от климатических и эксплуатационных условий.

Применяют четыре способа хранения:

1. закрытое в отапливаемом помещении;
2. закрытое в неотапливаемом помещении;
3. полузакрытое (под навесом);
4. открытое на площадке.

Каждый из этих способов определяет степень защиты подвижного состава от воздействий внешней среды. Хранение в отапливаемом помещении полностью защищает подвижной состав от любых воздействий (холода, снега, дождя, ветра, пыли); хранение в неотапливаемом помещении не защищает от холода, под навесом — от холода и ветра, на открытой площадке — от любых внешних воздействий.

Хранение автомобилей, которые должны находиться в постоянной готовности (медицинской и технической помощи, пожарные и т.п.), предусматривается в отапливаемом помещении. Чтобы предохранить систему охлаждения двигателя от замерзания, предотвратить загустевание масла в картерах двигателя и агрегатах трансмиссии, а также обеспечить работоспособность аккумуляторных батарей, температура в зоне стоянки должна быть не ниже 5 °С.

Хранение автомобилей под навесами или на открытой площадке при температуре ниже 0 °С вызывает замерзание воды в системе охлаждения двигателя и гидромеханической трансмиссии, затрудняет пуск двигателя, нарушает действие механизмов автомобиля. Поэтому при таком хранении автомобилей должны быть предусмотрены мероприятия, обеспечивающие облегчение пуска и сохранность двигателей и агрегатов трансмиссии автомобилей.

Здания для хранения автомобилей могут быть наземные и подземные, одно- и многоэтажные. Строительство многоэтажных и подземных стоянок в большинстве случаев обусловлено ограниченными размерами земельного участка, отводимого под застройку в крупных городах. Одноэтажные стоянки более просты и экономичны, но занимают больше места.

В зависимости от степени изоляции каждого автомобиля или группы автомобилей друг от друга стоянки могут быть манежные и боксовые.

В настоящее время наиболее распространены одноэтажные манежные стоянки.

В зависимости от способа перемещения автомобиля между этажами и по этажам многоэтажные стоянки разделяют на немеханизированные, полумеханизированные и механизированные.

На немеханизированных (рамповых) стоянках движение автомобилей между этажами и по этажам осуществляется собственным ходом по наклонным плоскостям — рампам, которые в зависимости от их очертания в плане могут быть прямолинейными и криволинейными (круговыми или эллиптическими).

Прямолинейные рампы (рис. 1) обусловливают прерывное движение автомобилей с этажа на этаж, т.е. движение по рампам смежных этажей прерывается движением по горизонтальному участку этажа.

Криволинейные рампы (круговые или эллиптические) обеспечивают непрерывное движение при заезде на любой этаж стоянки. По взаимному расположению в пространстве и организации движения различают рампы, выполненные по принципу одноходового и двухходового винтов.

Уклон рамп, измеряемый по средней линии полосы движения, не должен превышать предельно допустимых значений: для прямолинейных полных рамп — 16 %, для криволинейных — 13 % (или отношение высоты к длине 1:5,5 и 1:7,7). Число этажей в немеханизированных стоянках обычно 4…6.

Рис. 1. Многоэтажная полурамповая стоянка (размеры даны в метрах): а — план типового этажа; б — разрез

На полумеханизированных стоянках подъем и спуск автомобилей совершается при помощи лифтов, а по этажам автомобили движутся своим ходом. Клеть лифта может иметь вместимость в один, два и три автомобиля. По способу въезда и выезда автомобиля лифты подразделяют на тупиковые и проездные.

В некоторых зарубежных странах применяются многоэтажные гаражи-стоянки открытого типа (без стен).

На механизированных стоянках подъем и спуск осуществляется лифтом, а горизонтальное (в пределах этажа) перемещение — при помощи катучих подвесных и опорных шахт лифта, траверсных и буксирующих тележек или транспортеров. К недостаткам механизированных стоянок следует отнести значительные первоначальные затраты на механизмы и значительные расходы на их содержание и электроэнергию.

Расстановка автомобилей при хранении должна соответствовать назначению и типу подвижного состава, условиям его эксплуатации, порядку выпуска и возврата автомобилей и режиму межсменного их обслуживания, обеспечивать безопасность движения и легкость маневрирования, а также экономичное использование площади.

Расстановка классифицируется по способу установки автомобилей на место, количеству рядов автомобилей, наличию внутреннего проезда, расположению рядов относительно проезда и углу установки автомобилей к оси внутреннего или наружного проезда (рис. 2).

По способу установки автомобиля на место расстановка подразделяется на тупиковую и прямоточную. При тупиковой расстановке в помещении автомобили обычно устанавливают на место задним ходом, так как это требует меньшей площади и обеспечивает большую мобильность выезда. При такой же расстановке на открытой площадке автомобили устанавливают на место задним или передним ходом в зависимости от применяемого способа облегчения пуска двигателей в холодный период года. В отношении организации движения прямоточная расстановка имеет преимущество перед тупиковой, поскольку исключает применение заднего хода. Это преимущество возрастает по мере увеличения габаритных размеров подвижного состава и ухудшения его маневренности.

По количеству рядов расстановка подразделяется на однорядную, двухрядную и многорядную. Однорядная расстановка обеспечивает независимый выезд с места всех автомобилей. При двух и более рядах независимым выездом обеспечены только автомобили первого ряда.

Для автомобилей индивидуальных владельцев, персонального пользования и специального назначения, а также для автомобилей скорой помощи, пожарных и т.п. обычно применяют однорядную расстановку. Для автомобильного транспорта общего пользования используют обычно двухрядную тупиковую или многорядную прямоточную расстановку.

Для автопоездов, состоящих из автомобиля и прицепа, тупиковая расстановка не допускается. Для автопоездов, состоящих из седельного автомобиля-тягача и полуприцепа, такая расстановка допускается.

Рис. 2. Классификация способов расстановки автомобилей при хранении

При наличии разнотипного подвижного состава эти способы расстановки следует применять по группам, для каждого типа автомобилей в отдельности.

По углу установки автомобилей к оси внутреннего или наружного проезда расстановка подразделяется на прямоугольную и косоугольную. При прямоугольной расстановке продольная ось автомобиля и ось проезда образуют угол 90°, при косоугольной — 30…60°. Прямоугольная расстановка требует большей ширины проезда, чем косоугольная, однако по площади она экономичнее.

Прямоугольная расстановка имеет преимущества перед косоугольной в отношении не только экономичности, но и универсальности, поскольку при ней выезд с места возможен в двух направлениях, тогда как при косоугольной — только в одном. Однако косоугольная расстановка обеспечивает легкость, безопасность и быстроту установки на место и выезд с места, возможность удобной расстановки автомобилей различных габаритных размеров и жесткую фиксацию движения в одном направлении, а также возможность использования земельных участков ограниченной ширины и ломаной конфигурации.

На многоэтажных стоянках чаще всего применяют прямоугольную однорядную, реже двухрядную расстановку автомобилей.

2. Выбор способа хранения автомобилей

Каждый из способов хранения целесообразно применять в своих климатических условиях с учетом ряда сопутствующих факторов: типа подвижного состава и его конструкции, режима эксплуатации, назначения и мощности АТП, энергетических возможностей региона.

Способы хранения должны обеспечивать так называемые граничные температуры агрегатов, узлов и механизмов, до которых необходимо вести их обогрев (табл. 1). При этом необходимо оценивать качество хранения с точки зрения безопасности движения в начальный период работы, безопасность и надежность средств обогрева, возможность избирательного обогрева агрегатов, их влияние на персонал и окружающую среду, необходимость переоборудования автомобиля, энергозатраты.

Таблица 1. Значения граничных температур

Естественно, обобщающим критерием являются годовые затраты на хранение автомобилей при различных способах:

где C_эi — эксплуатационные годовые затраты при i-м способе хранения; K_i — капитальные вложения для организации i-го способа хранения; Е_н — нормативный коэффициент приведения к году капитальных вложений.

Эксплуатационные затраты включают затраты на охлаждающую жидкость; затраты на теплоноситель, топливо и электроэнергию; заработную плату обслуживающего персонала установок по подогреву, разогреву или автомобилей на стоянках; амортизационные отчисления. Капитальные вложения включают стоимость строительства необходимых зданий, сооружений и коммуникаций, приобретения и монтажа необходимого оборудования.

При определении затрат необходимо учитывать количество дней зимней эксплуатации и то, что тепловая подготовка осуществляется не более 1 раза в сутки. Предпочтение должно отдаваться способу хранения, имеющему минимальные экономические затраты при соблюдении основных требований по надежному пуску двигателя. Практика работы АТП показывает, что в условиях высоких цен на теплоносители и электроэнергию использование сложных способов подогрева и разогрева подвижного состава, закрытых стоянок целесообразно при списочном количестве автомобилей более 100 единиц.

3. Консервация подвижного состава

В случае временного прекращения эксплуатации исправного подвижного состава на срок более одного месяца он должен быть подвергнут консервации, обеспечивающей его сохранность при длительном бездействии.

При постановке автомобиля на консервацию необходимо выполнить указанные ниже операции.

При сроке консервации до 6 месяцев:

• тщательно вымыть и протереть автомобиль;
• выполнить очередное (ближайшее по плану-графику) обслуживание ТО-1 или ТО-2;
• слить жидкость из системы охлаждения двигателя, промыть систему чистой водой, сливные краны оставить в положении открытия;
• ослабить натяжение ремней привода вентилятора, генератора, компрессора;
• полностью заправить топливный бак;
• зарядить аккумуляторную батарею, а затем регулярно подзаряжать ее один раз в месяц. Выключатель массы автомобиля перевести в выключенное положение, а при его отсутствии снять с батареи провод, соединяющий ее с массой;
• вывесить колеса, установив мосты автомобиля на прочные подставки;
• плотно закрыть двери, окна кабины и кузова и вентиляционные люки.

При сроке консервации свыше 6 месяцев в перечисленные операции вносятся следующие изменения и дополнения:

• слить топливо из бака, снять с автомобиля, промыть, просушить бак, залить в него 1…2 л чистого моторного масла, после чего снова установить бак на место и закрыть его горловину промасленной бумагой, как было указано выше;
• снять с автомобиля аккумуляторную батарею для хранения на складе;
• закрыть шины светонепроницаемым упаковочным материалом или снять колеса с шинами и сдать для хранения на склад.

При возобновлении нормальной эксплуатации автомобиля после консервации следует:

• удалить все примененные перед постановкой на консервацию средства защиты от коррозии деталей, старения шин и загрязнения автомобиля;
• накачать шины до нормального давления и удалить из-под мостов автомобиля подставки;
• вымыть, обтереть автомобиль и произвести уборку кабины и кузова;
• залить жидкость в систему охлаждения, отрегулировать натяжение ремня вентилятора и других приводных ремней;
• смазать детали шасси автомобиля через пресс-масленки и проверить наличие масла в его агрегатах;
• промыть бак и залить в него топливо;
• проверить техническое состояние автомобиля осмотром, а действие его агрегатов и механизмов — опробованием на ходу. Особое внимание обратить на исправность деталей и действие гидравлического и пневматического привода тормозов.

Консервация прицепного подвижного состава производится аналогично консервации автомобилей.

4. Способы облегчения запуска и работы двигателя в условиях низких температур

Пуск двигателя автомобилей при безгаражном хранении в зимнее время осложняется из-за причин, указанных выше. Для обеспечения пуска двигателя и предохранения его от пусковых износов применяют различные способы и средства, которые подразделяются на три группы:

1. применение постоянного или периодического подогрева двигателя или его разогрева перед пуском от постороннего источника теплоты при помощи стационарных устройств и сооружений, размещаемых на территории предприятия;
2. использование соответствующих эксплуатационных материалов, а также сохранение теплоты от предыдущей работы двигателя;
3. установка на автомобиле приспособлений, приборов и аппаратов для подогрева двигателей и отопления салона.

К первой группе относятся все средства, для которых источником теплоснабжения служат тепловые или газовые и электрические сети; ко второй — зимние масла и топливо, пусковые жидкости, низкозамерзающие жидкости для систем охлаждения двигателя и гидромеханических трансмиссий, предпусковые индивидуальные подогреватели, приборы для принудительного распыливания топлива, приспособления для улучшения смесеобразования, утеплительные чехлы для капота и радиатора автомобиля и др.; к третьей — монтируемая на автомобиле аппаратура для подогрева.

Первая группа обеспечения пуска двигателя. Основными квалификационными признаками стационарных средств облегчения пуска двигателя считаются: источник теплоснабжения (тепловые, электрические и газовые сети), теплоноситель (пар, вода, воздух, электрический ток, масло, инфракрасные лучи), режим действия (разовое, периодическое, постоянное), состояние системы охлаждения (заполненная, порожняя). Классификация этих средств приведена на рис. 3.

Разогрев горячей водой заключается в том, что через систему охлаждения проливается горячая (90…95 °С) вода до тех пор, пока через открытые сливные краники не потечет теплая вода.

Способ проливки двигателя горячей водой обладает рядом существенных недостатков. Основной из них заключается в том, что при этом поглощается большое количество теплоты, которая затем передается в окружающую среду, минуя двигатель. В результате температура воды, выходящей из радиатора и поступающей в рубашку охлаждения блока цилиндров, резко понижается (с 80…85 до 40…50 °С). Это приводит к большому расходу воды и значительным затратам времени и энергии водителя. Так, при температуре воздуха ниже -10 °С расход горячей воды температурой 80…85 °С составляет 1,5…2,5 емкости системы охлаждения. В процессе разогрева двигателя горячая вода сливается на землю, приводя к примерзанию шин и образованию наледи на территории стоянки автомобилей.

Рис. 3. Классификация стационарных средств подогрева двигателей при открытом хранении автомобилей

Для более рационального использования горячей воды (уменьшения ее расхода в 1,5–2,5 раза) и быстрого разогрева двигателя необходимо, чтобы вода сначала полностью заполнила весь объем рубашки охлаждения блока цилиндров, а затем, отдав теплоту двигателю, протекла в радиатор. С этой целью между радиатором и водяным насосом устанавливают приспособление с повышающим коленом.

Этот способ целесообразен для двигателей с емкостью системы охлаждения не более 30 л при температуре не ниже -30 °С и только на мелких и средних АТП.

Разогрев паром, так же как и разогрев горячей водой, требует хранения автомобилей с опорожненной системой охлаждения двигателя. Перед пуском двигателя в систему охлаждения тонкой струей через калиброванное отверстие подают пар. Через несколько минут разогретый двигатель заправляют водой (желательно горячей, что ускоряет процесс подготовки двигателя к пуску).

Предварительный разогрев двигателя паром принадлежит к числу эффективных способов облегчения его пуска.

Подогрев паром отличается от разогрева паром тем, что не требует опорожнения системы охлаждения на период хранения автомобиля. При пароподогреве без возврата конденсата пар подается непосредственно в систему охлаждения двигателя, поддерживает необходимую температуру воды и в ней конденсируется. Избыток воды стекает через контрольную трубку радиатора на площадку.

Пароподогрев может быть постоянным или периодическим. Постоянный пароподогрев является одним из наиболее эффективных способов подготовки двигателя к пуску, но в отношении экономичности во много раз уступает пароразогреву, применяемому только перед пуском. Давление пара у ввода в двигатель должно поддерживаться в пределах 0,03…0,04 МПа.

К недостаткам пароподогревателя относится необходимость в квалифицированном персонале для обслуживания котлов высокого давления, обледенение площадок хранения и возможность перегрева двигателя; к преимуществам — простота и относительная дешевизна устройства.

Подогрев горячей водой заключается в принудительной циркуляции горячей воды с температурой 80…90 °С через систему охлаждения двигателя. Для обеспечения достаточной скорости циркуляции необходимо обеспечить давление 0,04 МПа, превышение этого значения может вызвать повреждение радиатора. Горячая вода подается так же, как и пар, но, пройдя через систему охлаждения и заполнив ее, через другой штуцер, установленный в наливной пробке радиатора, и второй шланг поступает в обратный трубопровод, по которому возвращается в котельную. Чтобы избыток воды не вытекал на землю, контрольная трубка и наливная пробка радиатора герметизируются.

Преимущества водоподогрева: нет необходимости в котлах высокого давления и квалифицированном персонале для их обслуживания; устраняется необходимость перезаправки двигателей водой; образование накипи в системе охлаждения сводится к минимуму, не происходит обледенения площадки. К его недостаткам относятся низкая эффективность подогрева; необходимость герметизации системы охлаждения двигателя и бесперебойной работы питающих насосов; удорожание устройства из-за наличия обратного трудопровода.

Заслуживает внимания способ разогрева двигателя и других агрегатов автомобиля горячим воздухом, который может быть получен в передвижных или стационарных (например, для вентиляции) калориферных установках или воздушных системах отопления жилых и производственных помещений. В некоторых случаях применяют огневые калориферы.

Достоинства этого способа: возможность получения большого количества теплоты, что особенно важно для автомобилей большой грузоподъемности; возможность разогрева или подогрева вместе с двигателем аккумуляторной батареи, кабины и других агрегатов автомобиля. Недостатки: низкий КПД; высокая стоимость; громоздкость конструкции; необходимость строгой фиксации автомобиля относительно воздухораздаточного окна воздуховода; большой расход теплоты.

Независимо от способа получения горячего воздуха установки для воздухоподогрева включают в себя: калориферный агрегат с вентилятором для нагревания и нагнетания воздуха; воздуховоды со стояками и соединительными патрубками для подвода горячего воздуха к агрегатам автомобиля; систему трубопроводов для подвода к калориферам горячей воды или пара; систему управления, сигнализации и контроля.

Горячий воздух поступает в подкапотное пространство и защищает двигатель от охлаждения. В то же время охлаждающая жидкость, нагреваясь в радиаторе в результате термосифонной циркуляции, передает теплоту блоку цилиндров двигателей. Наличие теплого воздуха в подкапотном пространстве обеспечивает не только легкий пуск двигателя, но и нормальную рабочую температуру в кабине автомобиля. Опыт показал, что наиболее целесообразен периодический подогрев в течение часа при часовом или двухчасовом перерыве в зависимости от температуры окружающего воздуха.

Применение воздухоподогрева целесообразно при большом количестве грузовых автомобилей большой грузоподъемности, особенно в северных районах. Воздухоподогрев не требует дооборудования двигателя и является надежным и экономичным средством облегчения пуска двигателя, однако он менее эффективен, чем другие способы.

Подогрев инфракрасными лучами основан на том, что эти лучи не поглощаются воздухом, но легко поглощаются твердыми телами. При этом происходит преобразование лучистой энергии в тепловую. Источником инфракрасного излучения является беспламенная газовая горелка.

Принцип работы беспламенной газовой горелки инфракрасного излучения следующий. При сгорании смеси воздуха и газа объемная сетка нагревается до 800…900 °С и становится источником инфракрасных лучей, при помощи которых к нагреваемому телу подводится около 40…50 % тепловой энергии, а остальная часть теплоты выделяется с продуктами сгорания. При работе горелки в системе охлаждения возникает термосифонная циркуляциия. В зависимости от способа подачи газа к горелке различают стационарные (рис. 4) и передвижные (рис. 5) установки.

Высокая эффективность таких подогревателей обусловливается тремя факторами: газ является наиболее дешевым видом топлива; инфракрасные излучатели — самые экономичные приборы для сжигания газа; конструкция подогревателей с газовой горелкой типа «Звездочка», которые оборудованы ветрозащитным устройством, и их установка значительно проще, чем других подогревателей.

Рис. 4. Стационарная беспламенная установка (а) и схема горелки инфракрасного излучения (б): 1 — колодец; 2 — газопровод; 3 — вентиль; 4 — шланги; 5 — газовая горелка; 6 — направляющая реборда; 7 — упор; 8 — штуцер подачи газа; 9 — корпус горелки; 10 — корпус излучателя; 11 — излучатель; 12 — смесительная камера

Рис. 5. Передвижная беспламенная газовая горелка

Подогрев электричеством заслуживает большого внимания из-за простоты и компактности нагревательных приборов и легкости приведения их в действие. Существует несколько типов электронагревательных приборов, в которых теплота выделяется проводниками с большим сопротивлением, электрической дугой, токами высокой частоты, вихревыми токами или за счет индукции. Наиболее удобными являются электронагреватели с закрытой спиралью и в первую очередь трубчатые нагреватели (ТЭНы), серийно выпускаемые промышленностью (рис. 6). ТЭН — это металлическая трубка, внутри которой в кварцевом песке или в расплавленном оксиде магния запрессована спираль нихромовой проволоки.

Применяя электрическую энергию для разогрева масла в поддоне картера, необходимо иметь в виду, что если масло можно разогреть непосредственно перед пуском двигателя даже до 60…70 °С, то блок цилиндров и подшипники коленчатого вала практически не разогреваются. Поэтому на стоянке между выездами подогревается внутрикартерное пространство двигателя и подшипники коленчатого вала. Такой способ может использоваться в сочетании с заливкой горячей воды в систему охлаждения перед пуском двигателя. Одновременный подогрев воды и масла обеспечивает эффективность применения электроподогрева при более низких температурах воздуха.

Рис. 6. Электронагревательные элементы: а — общий вид электронагревательного элемента; б — установка элемента в поддоне картера двигателя; 1 — гайка; 2 — шпилька; 3 — изоляционная втулка; 4 — штуцер; 5 — нагревательная спираль; 6 — трубка; 7 — поддон картера

Оборудование площадок для электроподогрева состоит из силовой электросети, заземляющей сети, распределительных и предохранительных устройств.

Несмотря на преимущества по сравнению с паро- и водоподогревом, электроподогрев имеет существенные недостатки: большой расход энергии, высокие эксплуатационные затраты и сложность регулировки в зависимости от температуры воздуха.

Вторая группа обеспечения пуска двигателя. Наиболее удобным является пуск двигателя без предварительного разогрева, однако для его осуществления при условии обеспечения минимальных эксплуатационных неудобств необходимо иметь комплекс средств второй группы: утеплительные чехлы, маловязкое загущенное моторное масло, зимнее или арктическое топливо, легковоспламеняющуюся пусковую жидкость, которая впрыскивается при помощи специального приспособления во всасывающий трубопровод.

Подогрев дизельного топлива в зимний период обеспечивает снижение его вязкости (повышение текучести), предотвращает парафинизацию в ответственных узлах топливной магистрали, восстанавливает и улучшает фильтруемость. Таким образом, за счет обеспечения стабильной подачи и очистки топлива как в предпусковой период, так и при работающем двигателе существенно облегчается эксплуатация дизельного автомобиля в условиях низких температур.

Для облегчения запуска дизельного двигателя в холодное время года помимо подогревателя двигателя необходимо применять специальные устройства для подогрева топлива, фильтров и элементов трубопроводов. Эти подогреватели элементов топливной системы намного проще подогревателей двигателей. Поскольку масса подогреваемых топливных элементов невелика, то для их подогрева затрачивается совсем немного энергии аккумуляторной батареи, расходуемой в течение короткого промежутка времени.

В качестве примера рассмотрим топливный фильтр с электроподогревом (рис. 7), который состоит из алюминиевых пластин 5 и биметаллического контактного выключателя. При высоких температурах окружающего воздуха биметаллическая пластина 3 выгибается, контакты находятся в разомкнутом состоянии и ток на систему обогрева топливного фильтра не подается (рис. 7, а). При температуре окружающего воздуха 3…8 °C биметаллическая пластина распрямляется и контакты замыкаются (рис. 7, б), на систему обогрева топливного фильтра подается ток и при помощи алюминиевых пластин происходит подогрев топлива в топливном фильтре.

Для подогрева топлива могут применяться подогреваемые топливозаборники, в основе которых лежит штатный топливозаборник, в котором фильтрующая сетка совмещена с подогревателем.

Рис. 7. Топливный фильтр с электроподогревом: а — обогрев выключен; б — обогрев включен; 1 — топливо; 2 — подвижной контакт; 3 — биметаллическая пластина; 4 — провода подвода электроэнергии; 5 — алюминиевые пластины; 6 — фильтрующий элемент

Подогрев топлива может осуществляться подогревателями, устанавливаемыми в разрез штатного топливопровода. Перед запуском двигателя подогреватель включается на 3…5 мин и подогревает находящееся в нем топливо.

Сохранение тепла от предыдущей работы применяется при непродолжительных остановках автомобиля в пути или при его кратковременном хранении на стоянке в условиях не очень низких температур. Для сохранения тепла в двигателе применяются ватные стеганые чехлы, покрывающие радиатор и капот автомобиля. Аккумуляторная батарея утепляется чехлом со слоем стеклянной ваты толщиной до 30 мм. Утеплительный чехол двигателя замедляет его охлаждение в 2–2,5 раза, а утепленная аккумуляторная батарея остывает вдвое медленнее. Кроме того, чехлами могут быть утеплены картер двигателя, топливный бак и масляный фильтр. Продолжительность остывания двигателя до допустимых пределов при наличии утеплительных чехлов и скорости ветра 1…5 м/с колеблется от 8 ч при 0 °С до 0,5 ч при -30 °С. Следует отметить, что применение чехлов при подводе тепла к агрегатам от внешнего источника уменьшает расход тепла на 40…50 %.

Сохранение тепла от предыдущей работы может быть использовано в аккумуляторах тепла. Их действие основано на накоплении тепловой энергии во время работы двигателя (т.е. во время движения автомобиля), ее сохранении и затем использовании для подогрева двигателя через определенный интервал времени.

Аккумулятор тепла представляет собой двойной металлический цилиндр с вакуумной изоляцией. Носитель тепла — стандартная охлаждающая жидкость двигателя автомобиля (тосол, антифриз). При движении автомобиля горячая жидкость периодически закачивается в тепловой аккумулятор специальным насосом. Этот процесс получил название заряда теплового аккумулятора. Достаточно высокая температура сохраняется в аккумуляторе до 3 суток. Перед запуском холодного двигателя осуществляется разряд аккумулятора, при котором хранящаяся в нем жидкость закачивается электронасосом в двигатель. Кроме прямого назначения (предпусковой подогрев двигателя) тепловой аккумулятор позволяет производить ускоренный обогрев салона.

Пусковые свойства двигателей в значительной мере зависят от качества применяемых топлив и масел. Пуск двигателей при низких температурах облегчается при использовании бензинов с большим количеством легких фракций, дизельных топлив с высоким цетановым числом и масел для двигателей с небольшой вязкостью. Однако даже очень хорошее топливо не может обеспечить одновременно и пуск двигателя при низких температурах, и бесперебойную работу прогретого двигателя. В связи с этим все более широкое применение получают специальные жидкости для облегчения пуска двигателя при низких температурах.

В качестве специальных жидкостей для пуска двигателей при низких температурах применяют пусковые жидкости «Холод Д-40» (для дизельных двигателей) и «Арктика» (для бензиновых). В состав жидкостей входят этиловый эфир, смесь низкокипящих углеводородов, изопропилнитрат, масло с противоизносными и противозадирными присадками.

Этиловый эфир отличается низкой температурой самовоспламенения и высоким давлением насыщенных паров. Для понижения температуры самовоспламенения наиболее эффективен этиловый эфир в чистом виде. Однако в этом случае происходит очень резкое нарастание давления в цилиндре двигателя, что может привести к поломке его деталей. Поэтому пусковые жидкости содержат этиловый эфир в количестве 45…60 %.

Изопропилнитрат и смеси низкокипящих углеводородов (петролейный эфир, газовый бензин) способствуют значительному снижению скорости нарастания давления в период холодного пуска. Изопропилнитрат воспламеняется несколько позже этилового эфира, но раньше основного топлива. Смесь низкокипящих углеводородов, целиком испаряясь в цилиндре двигателя, воспламеняется позже изопропилнитрата, но также раньше основного топлива. Наличие такой последовательной цепочки обеспечивает хорошую подготовку основного топлива к воспламенению и началу видимого сгорания, что существенно снижает скорость нарастания давления.

Масло с противоизносными и противозадирными присадками обеспечивает хорошие смазывающие и противоизносные свойства жидкости.

Расход пусковой жидкости на один пуск в интервале температур 0…-40 °С для дизельных двигателей составляет 40…120 мл.

Впрыск пусковых жидкостей может осуществляться двумя способами:

1. при помощи форсунок двигателя, к которым подводится смесь эфира с топливом;
2. с помощью специального устройства с распылителями, установленными во впускном трубопроводе или в воздушной камере двигателя.

Недостаток первого способа — большой расход этилового эфира, опасность воспламенения и вдыхания водителем его паров. При втором способе устраняются недостатки первого. В этом случае расход пусковой жидкости на один пуск дизельного двигателя достигает 20…30 мл при температуре наружного воздуха -20…-25 °С.

Для обеспечения устойчивой работы двигателя после пуска иногда возникает необходимость в дополнительном впрыске пусковой жидкости в зависимости от технического состояния двигателя и температуры наружного воздуха.

Безопасность применения пусковых жидкостей обеспечивается устройством для их впрыска (рис. 8).

Пусковые приспособления рекомендуется применять в сочетании с пусковыми подогревателями (для сокращения продолжительности пуска и создания условий для пуска двигателей при более низких температурах).

Рис. 8. Устройство для впрыска пусковой жидкости: 1 — распылитель; 2 — трубопровод; 3 — эмульгатор; 4 — воздухопровод; 5 — воздушный насос

Третья группа обеспечения пуска двигателя и отопления салона. Эта группа получила наиболее широкое распространение вследствие минимальных затрат для обеспечения пуска двигателя и отопления салона. Недостатком данной группы является усложнение конструкции автомобиля и, как следствие, его удорожание. В группах предпускового подогрева и обогрева выделяются жидкостные отопители-подогреватели, которые одновременно выполняют функции и подогрева двигателя, и обогрева салона. Они относятся к категории автономных (независимых) систем. Автономные системы для подогрева двигателя и салона используют тепловую энергию, образующуюся от сжигания топлива, на котором работает двигатель автомобиля. Соответственно они подразделяются на бензиновые и дизельные. В качестве теплоносителя в автономных системах используется жидкость автомобильной системы охлаждения двигателя. Поэтому часто автономные системы называют жидкостными отопителями.

При хранении автомобилей в условиях низких температур наиболее распространены подогреватели-отопители типа «Вебасто» — Thermo Top. Обычно они работают на том же топливе, что и двигатель автомобиля, обеспечивая запуск двигателя, прогрев салона и очистку стекол ото льда и снега еще до начала поездки. Их включение осуществляется в заданное время с программируемого таймера, пульта дистанционного управления или по телефону через пейджинговую компанию. Помимо предпускового разогрева двигателя они обеспечивают тепловую подготовку салона.

Преимуществами индивидуальных подогревателей являются разогрев двигателя и салона (кабины) в любых условиях независимо от источника энергии при использовании низкозамерзающей охлаждающей жидкости.

Предпусковой подогреватель (рис. 9) представляет собой компактный прибор, который устанавливается, как правило, в моторном отсеке. Теплообменник подогревателя-отопителя подсоединяется к охлаждающему контуру двигателя, электронная система управления — к бортовой сети, а система подачи топлива — к топливному баку автомобиля.

Рис. 9. Подогреватель-отопитель: 1 — глушитель воздуха для сгорания; 2 — индикатор пламени; 3 — электродвигатель с вентилятором; 4 — электронный блок управления; 5 — свеча накаливания; 6 — жгут проводов; 7 — датчик температуры; 8 — камера сгорания; 9 — жаровая труба; 10 — реле для включения вентилятора системы отопления автомобиля; 11 — датчик перегрева; 12 — таймер; 13 — держатель предохранителя; 14 — теплообменник; 15 — ответвление топливопровода; 16 — глушитель отработавших газов; 17 — дозировочный насос; 18 — жидкостный насос; WE — вход жидкости; WA — выход жидкости; V — воздух для сгорания; B — топливо; A — отработавшие газы

Вентилятор, приводимый во вращение электродвигателем, производит забор воздуха из салона (кабины) или извне и направляет воздушный поток в камеру сгорания 8. Из топливного бака автомобиля с помощью дозировочного насоса 17 топливо подается к распылителю или испарителю, расположенному рядом со свечой накаливания, где смешивается с воздухом, образуя топливовоздушную смесь. Распыленное или испарившееся топливо в момент запуска подогревателя-отопителя поджигается свечой накаливания. После пуска зажигание смеси производится в результате ее соприкосновения с фронтом пламени.

Охлаждающая жидкость из системы охлаждения двигателя с помощью жидкостного насоса 18 подается в подогреватель-отопитель через входной патрубок WE. В нем она подогревается и перетекает через выходной патрубок WA в систему охлаждения двигателя.

Применяемые в подогревателях-отопителях современные керамические технологии снижают нагрузки на аккумулятор. Горелка с металлокерамической прокладкой отличается особой стойкостью к перегреву и износу. Водостойкость деталей и штекерных соединений позволяет нагревать воздух, забираемый не только из кабины, но и извне, даже при высокой его влажности.

Ход отопления контролируется автоматически: если температура в системе превосходит пороговое значение, подогревательотопитель частично снижает нагрузку, если жидкость не перестает нагреваться, то он на время выключается. Если температура опускается ниже порогового значения, то подогреватель-отопитель запускается снова.

Настраиваемый таймер монтируется в салоне автомашины и располагается на приборной панели. Комфортную температуру в салоне можно поддерживать в течение 8…10 ч подряд (например, ночью). Таймер может быть запрограммирован на три различных момента автоматического включения и на длительность функционирования (от 1 до 120 мин). Можно также включить или отключить подогреватель непосредственно — для этого на таймере имеется специальная кнопка.

Подогреватель, оснащенный специальными системами либо специальным переключателем «зима — лето», может летом до пуска двигателя включать вентилятор автомобиля, проветривая салон еще до начала поездки.

Подогреватель-отопитель в автоматическом режиме запускает вентилятор автомашины, продувающий теплым воздухом радиатора весь салон, и может включать электрический подогреватель аккумуляторной батареи (рис. 10), если автомобиль им оборудован. В этом случае аккумулятор устанавливается в специальном кожухе 3, а подогрев осуществляется с помощью пленочного 1 или иного подогревателя по сигналу датчика температуры 4.

Рис. 10. Подогреватель аккумуляторной батареи: 1 — пленочный подогреватель; 2 — вентиляционное отверстие; 3 — кожух; 4 — датчик температуры

Подогрев двигателя в неавтономных системах производится с помощью электрических подогревателей, работающих от бытовой электросети. Теплоносителем большинства неавтономных систем также является охлаждающая жидкость.

В основе работы неавтономных подогревателей лежат два хорошо известных физических явления: подогрев с помощью электрической энергии и теплообмен в жидкой среде, называемый конвекцией. Конвекция охлаждающей жидкости в подогревателе имеет особенность — она происходит в замкнутом объеме и тесном пространстве системы охлаждения двигателя с установленным подогревательным элементом. Нагретая жидкость расширяется, ее плотность (и вес) становится меньше, в результате нагретая жидкость перемещается вверх относительно более холодной ее части. Конвекция приводит к выравниванию температуры жидкости, а при постоянном подводе теплоты от подогревателя в системе охлаждения возникают стационарные конвекционные потоки, или, иными словами, имеет место термосифонная циркуляция жидкости. Чтобы подогрев двигателя был эффективным, необходима интенсивная конвекция.

Подогреватель может встраиваться в блок цилиндров двигателя или в шланги системы охлаждения. Для более интенсивной конвенции используется принудительная конвекция жидкости, достигаемая ее прокачкой специальным электронасосом. Такие системы подогрева весьма эффективны и, несмотря на дополнительные затраты, начали широко применяться на практике.

Главным элементом неавтономной системы подогрева является подогревательный элемент (подогреватель). Типовая конструкция представляет собой отрезок цилиндрической трубы, в которую впаян нагревательный элемент с одной стороны и электрический разъем — с другой (рис. 11). Такой подогреватель предназначен для установки в технологические отверстия блока цилиндров, закрытые заглушкой.

В нагревательных элементах наиболее современных подогревателей используется керамика с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ПТК-керамика, позистор). Устройства с ПТК-керамикой обладают свойством саморегулирования выделяемого тепла, исключающим его перегрев и необходимость в сложных блоках управления и защиты. Также следует отметить повышенный КПД и высокую надежность устройств на ПТК-керамике. Ресурс непрерывной работы таких подогревателей превышает 40 000 ч. Наличие положительного температурного коэффициента сопротивления у электропроводящих материалов отнюдь не является редкостью. Им, например, обладают многие металлы. Но только позисторная керамика имеет резко выраженный нелинейный характер увеличения сопротивления при достижении определенной температуры (точки переключения). Сопротивление элемента после этой точки резко возрастает, что приводит к уменьшению тока и остыванию элемента. После остывания элемента его сопротивление вновь уменьшается и он быстро разогревается. Начальный ток холодного подогревателя, называемый пусковым, в несколько раз превышает установившееся значение. Это характерная черта подогревателей на ПТК-керамике.

Рис. 11. Подогреватели трубчатой конструкции: а — компании Calix; б — компании DEFA; в — компании «Лидер»

Воздушные отопители представляют отдельный класс устройств, предназначенных для обогрева салона и отсеков легковых, грузовых автомобилей и микроавтобусов. Подогрев двигателя они не производят. Они также подразделяются на автономные и зависимые. В отопителях первого вида нагрев воздуха салона происходит за счет тепла, выделяемого в отопителе при сгорании топлива; питание воздушных отопителей производится от топливной системы автомобиля или от специального бака. В зависимых воздушных отопителях нагрев воздуха производится с помощью теплообменника (радиатора), через который проходит охлаждающая двигатель жидкость. Теплообменник продувается воздухом от встроенного вентилятора, запитанного от бортовой сети автомобиля.

Описанные выше способы облегчения пуска двигателя, применяемые при открытом хранении подвижного состава, обладают рядом существенных недостатков. Следует полагать, что с увеличением производства загущенных масел, пусковых жидкостей и антифризов, пусковых подогревателей и других индивидуальных пусковых средств, а главное по мере перехода автомобильной промышленности к выпуску автомобилей, полностью соответствующих климатическим условиям, будет сокращаться потребность в стационарном оборудовании площадок открытого хранения. Решение проблемы безгаражного хранения автомобилей следует искать не в специальных сооружениях на территории АТО, а в самом автомобиле и в эксплуатационных материалах.

Применение всех перечисленных способов разогрева ограничено малым запасом тепловой энергии, передаваемой двигателю. Они могут обеспечить надежный пуск холодного двигателя при температурах наружного воздуха не ниже -20 °С с использованием маловязких масел. Холодный пуск двигателя является наиболее экономичным по сравнению со всеми другими способами.

Выбирая в каждом отдельном случае способ облегчения пуска двигателя, необходимо также учитывать возможный режим его использования, соответствующее ему состояние системы охлаждения двигателя и необходимость оборудования последнего.

5. Расчет тепла, необходимого для разогрева или подогрева двигателя

При длительном хранении автомобиля в межсменное время для пуска двигателя используется тепло от внешнего источника, которое направляется на подогрев двигателя или его разогрев.

Степень подогрева (разогрева) двигателя оценивают по температуре охлаждающей жидкости в рубашке охлаждения блока цилиндров. Учитывая, что при длительном подогреве разница в температурах рубашки охлаждения и наиболее холодных частей двигателя (подшипников коленчатого вала) меньше, чем при разогреве, температура в головке цилиндров должна быть 40…60 °С (при подогреве) и 80…90 °С (при разогреве).

При выборе внешнего источника тепла расчет необходимого количества теплоты производят по общему уравнению передачи теплоты от источника к отогреваемому объекту с учетом потерь

где g — количество теплоты, подводимой от источника к двигателю в единицу времени (теплопроизводительность источника), Дж/ч;

τ — время, в течение которого подводится тепло, ч; С_дв — общая теплоемкость двигателя, Дж/К; α — коэффициент теплоотдачи двигателя, Вт/(м · К); t — температура двигателя, К; F — поверхность теплоотдачи, м2; t_окр — температура окружающего воздуха, К.

При составлении этого уравнения приняты допущения, что теплопотери лучеиспусканием и на нагрев рядом расположенных агрегатов пренебрежимо малы, а также, что текущие средние температуры двигателя и температура стенки двигателя достаточно близки и поэтому обозначаются одним символом (t). Первое слагаемое правой части уравнения не зависит от времени подвода теплоты; второе — потери конвекцией αF(t — t_окр) dτ — в процессе повышения температуры двигателя возрастает, так как возрастают t и разность (t — t_окр). Если тепло подводится в режиме межсменного подогрева, то t остается постоянным, т.е. dt = 0 и С_дв = 0.

В большинстве встречающихся на практике случаев α = 5…30 Вт/(м2 · К): меньшее значение — для хорошо утепленного двигателя при отсутствии ветра, большее — для неутепленного двигателя при умеренном ветре.

Рис. 12. Затраты энергии (теплоты) Q_п на один пуск при обогреве двигателей в зависимости от температуры окружающей среды t_в: 1 — подогрев стационарной газовой горелкой; 2 — разогрев подачей воздуха в картер двигателя; 3 — разогрев стационарной газовой горелкой; 4 — электроподогрев; 5 — водоподогрев; 6 — воздухоподогрев; 7 — воздухоразогрев

Для экономической оценки при выборе способа облегчения запуска двигателя можно воспользоваться зависимостями, разработанными в Московском автодорожном институте и представленными на рис. 12.