ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Основными факторами отрицательного воздействия на ресурс двигателя авто­мобиля являются низкая температура масла, поступление холодного воздуха и топ­лива, понижение общего теплового режима двигателя, увеличение сопротивления шин и трансмиссии, аэродинамического сопротивления. В результате возрастают так называемые пусковые износы и износы в процессе дальнейшей эксплуатации.

Рассматривая повышенные пусковые износы, следует отметить, что сущест­венная их доля приходится не только на период пуска, но и на послепусковой прогрев. В период пуска на сопрягаемых поверхностях деталей двигателя имеется холодная, достаточно прочная остаточная пленка масла. После нескольких секунд работы двигателя эта пленка разогревается и под одновременным воздействием температуры, механических нагрузок и химически агрессивной среды начинает разрушаться, а новые порции масла поступают в недостаточном количестве, что увеличивает интенсивность изнашивания. Затем, по мере прогрева двигателя и масла, темп изнашивания снижается. Износы за период пуска и послепускового прогрева, например, дизельного двигателя грузового автомобиля составляют около 7% в общем износе двигателя за время его эксплуатации. При температуре окружающего воздуха-15 -s—30 °С холодный пуск и работа двигателя в период прогрева дают износ, эквивалентный получаемому при 18-26 км пробега.

Пусковой износ может увеличиваться в 8-12 раз при нарушении режимов послепускового прогрева: раннее форсирование числа оборотов коленчатого вала, длительная работа на малых оборотах холостого хода.

При холодных пусках двигателя происходит интенсивное накопление кон­денсатов бензина и воды в моторном масле, что существенно увеличивает износ цилиндров и поршневых колец. Источником образовавшегося конденсата является окружающий воздух и продукты горения углеводородного топлива. Поэтому количество конденсата воды определяется начальной температурой и режимом прогрева двигателя, в меньшей степени — влажностью воздуха. Этот конденсат испаряется из масла медленно, особенно зимой, когда температурный режим дви­гателя понижен.

Конденсат бензина, образующийся при соприкосновении топлива с непро-гретыми деталями двигателя, попадает в масло, в процессе прогрева быстро теряет легкие фракции, которые испаряются. Тяжелые фракции, в том числе соединения серы, сохраняются и накапливаются в моторном масле и усиливают процессы коррозии.

Пониженная температура окружающего воздуха оказывает отрицательное воздействие на двигатель не только в период пуска и послепускового прогрева, но и в начальный период движения. Это связано с понижением теплового режима двигателя и возрастанием нагрузки. Так, при температуре охлаждающей жидкости 40 °С темпы изнашивания гильз блока цилиндров возрастают в 4 раза, а при температуре 50 °С — в 2 раза по сравнению с нормальными температурными усло­виями (70-85 °С).

Средняя нагрузка на двигатель при понижении температуры от 0 до -^40 °С может увеличиться на 25% и более в результате возрастания сопротивления качению шин, потерь в трансмиссии и некоторого роста аэродинамического сопро­тивления воздуха, которое существенно при повышенных скоростях движения автомобиля.

Ухудшения условий работы агрегатов и систем автомобиля при низких тем­пературах окружающего воздуха сказываются на распределении отказов в тече­ние года (рис. 22.1) и соответствующем изменении трудоемкости их устранения (рис. 22.2).

Эксплуатация автомобилей при отрицательных температурах сопряжена также с увеличением расхода топлива (рис. 22.3), которое объясняется неполнотой сгора­ния, связанной с ухудшением испарения и распыления топлива; более длительной работой двигателя на пониженных и неустановившихся режимах и дополнитель­ными затратами топлива на прогрев двигателя; повышением сопротивления в агрегатах трансмиссии из-за загустевания масел; увеличением сопротивления каче­нию колес при движении по зимней дороге и аэродинамического сопротивления вследствие повышения плотности воздуха. Особенно значительные расходы топ­лива связаны с прогревом двигателя и шин после длительной стоянки автомобиля на открытой площадке при низкой температуре воздуха (рис. 22.3 и 22.4).

Суммарные потери топлива за счет стоянок (т.е. на прогрев двигателя на остановке и прогрев агрегатов и шин после стоянки) при типичных режимах движения и температуре окружающего воздуха -40 °С составляют, относительно безостановочного движения, в городе — от 2,6 до 9%, за городом — около 2,5%.

В реальных условиях при низкой температуре окружающего воздуха указанные факторы взаимодействуют и существенно увеличивают расход топлива авто­мобилей. В связи с этим эксплуатационные нормы расхода топлива в зимнее время в зависимости от климатического района увеличиваются на 5-20%.

Диапазон отрицательных температур атмосферного воздуха накладывает свой отпечаток на работу дизельного двигателя и топливной аппаратуры, поскольку температура окружающей среды влияет на вязкость (рис. 22.4) и плотность топ­лива, работу фильтрующих элементов, их пропускную способность и тонкость фильтрации. Увеличение вязкости ведет к укрупнению капель в факеле, ухудше­нию распыливания и испарения топлива. Топливо с большой вязкостью догорает на такте расширения, что ухудшает экономичность двигателя и повышает дымность отработавших газов. Крупные капли за счет большой кинетической энергии, приобретаемой при впрыскивании, увеличивают длину факела. Часть топлива попадает на стенки камеры сгорания, ухудшая процесс смесеобразования.

Низкие температуры неблагоприятны и для электростартерного пуска двига­теля автомобиля при хранении его на открытой стоянке или в неотапливаемом помещении. Затруднение пуска обусловлено прежде всего сложностью создания необходимой частоты вращения коленчатого вала, ухудшением условий смесеоб­разования и воспламенения смеси. Для обеспечения надежного пуска двигателя должно быть выполнено условие п_дв > n_min, где гс_дв — частота вращения коленчатого вала, п_тт — минимальная частота вращения, обеспечивающая процесс подготовки рабочей смеси в карбюраторном двигателе или достаточную температуру конца сжатия в дизельном.

тельных и отрицательных потоков энергии при цикле движения (рис. 22.5) и температуры окружающего воздуха (рис. 22.6).

Дизельные двигатели имеют более высокую минимальную пусковую частоту вращения (для четырехцилиндровых дизелей при -17 °С — 2000 об/мин). При температуре -40 °С и ниже пуск двигателя без его разогрева внешним источником тепла практически невозможен.

При зимнем пуске двигателя существенную роль играет энергия аккумуля­торной батареи (АКБ) и химическая энергия топлива. Энергия АКБ, являющаяся первой составляющей энергетического баланса при пуске двигателя, расходуется на привод стартера. В свою очередь, стартер производит работу по сжатию возду­ха, преодолению сил трения, преодолению сил инерции. Часть потока энергии АКБ и стартера составляет теплота, которая уходит безвозвратно в окружающую среду (так называемая отрицательная часть). Эти потери тем больше, чем больше перепад температур между АКБ и стартером, с одной стороны, и окружающей средой — с другой.

Для получения минимальной пусковой частоты вращения стартер должен развивать суммарный крутящий момент

Таким образом, в рассматриваемом диапазоне температур основной составляю­щей минимального необходимого крутящего момента стартера является М_т (от 30 до 59-80%), на втором месте- М_к (15-40%). Характерно, что моменты Л/_к и Mj практически не изменяются с температурой. Момент же М_т даже в рассмотренном ограниченном диапазоне температур изменяется почти в 3,5 раза главным образом по причине увеличения вязкости масла при снижении температуры.

зультате суммирования энергии АКБ, реализуемой в работе по сжатию воздуха, и химической энергии топлива, в свою очередь, влияет на другие составляющие энергетического баланса двигателя при пуске.

Суммарная энергия, полученная от указанных источников, несколько повы­шает температуру масла и расходуется на снижение потерь на трение. Однако как температура охлаждающей жидкости, так и температура масла могут быть повышены не только описанным способом (чего при низких температурах крайне недостаточно), но и путем применения внешних источников тепла — подогревателей масла и охлаждающей жидкости.

Получение пусковой частоты вращения коленчатого вала двигателя в большой степени затруднено из-за снижения энергетических возможностей АКБ (рис. 22.7), которое происходит в первую очередь из-за изменения ее внутреннего сопро­тивления (при понижении температуры):

где U — напряжение на клеммах АКБ, В; Е- электродвижущая сила батареи, В; R —внутреннее сопротивление батареи (сопротивление перемычек, пластин, электро­лита, сепараторов), Ом; / — сила тока, А, отдаваемая АКБ.

При понижении температуры Е изменяется незначительно, а произведение IR существенно возрастает из-за увеличения как силы разрядного тока, так и внут­реннего сопротивления АКБ. Сопротивление пластин и перемычек практически не зависит от температуры, а сопротивление электролита, а также внутреннее сопро-

лита на 1 °С емкость АКБ снижается на 1,0-1,5%. При температурах электролита ниже -30 °С батарея не принимает заряд и фактически эксплуатируется разряженной до 50-60% номинальной емкости. Ухудшение условий смесеоб­разования и воспламенение рабочей смеси при низких температурах существенно затрудняет пуск двигателя.

На воспламенение смеси в цилиндрах дизельного двигателя влияет температура всасываемого воздуха, охлаждающей жидкости, масла, электролита и топлива. Снижение температуры всасываемого воздуха приводит к охлаждению стенок цилиндров и снижению температуры воздуха в конце такта сжатия Т_с. Для надежного воспламенения рабочей смеси в цилиндре дизеля эта температура должна быть выше температуры самовоспламенения топлива на 200-300 °С:

где Т_а — температура всасываемого воздуха; е — степень сжатия; п — показатель политропы сжатия.

В зимнее время температура всасываемого воздуха снижается. Кроме того, из-за увеличения теплоотдачи находящегося в цилиндрах двигателя воздуха в хо­лодные стенки двигателя уменьшается значение показателя политропы сжатия п. Таким образом, при снижении температуры окружающего воздуха Т_а уменьшается и, следовательно, ухудшаются условия воспламенения смеси и пуск двигателя.

Эффект снижения температуры охлаждающей жидкости, масла и электролита АКБ у карбюраторного и дизельного двигателей аналогичен.

Особенности эксплуатации автомобилей при низких температурах

Затруднения пуска двигателей возникают из-за сложности создания пусковой частоты вращения коленчатого вала, ухудшения условий смесеобразования и воспламенения смеси. Для надежного пуска двигателя скорость проворачивания или частота вращения коленчатого вала должна быть равной или превышать минимальную частоту вращения, обеспечивающую процесс подготовки горючей смеси. Эта величина сильно зависит от окружающей среды. При снижении температуры масла значительно увеличивается его вязкость, в результате чего увеличивается сопротивление проворачивания коленчатого вала и после снижается скорость его вращения. Это, естественно, вызывает ухудшение условий воспламенения, в то же время при низких температурах резко снижаются возможности пускового устройства (стартера). Это объясняется уменьшением напряжения на клеммах аккумуляторной батареи.

Снижение температуры электролита аккумуляторной батареи в значительной мере ухудшает энергетические возможности аккумулятора, а, следовательно, уменьшает и скорость проворачивания коленчатого вала и, в конечном итоге, ухудшает воспламенение топлива.

При эксплуатации автомобилей в условиях низких температур, увеличивается расход топлива, это объясняется:

— повышением сопротивления в агрегатах трансмиссии из-за загустевания смазки;

— неполнотой сгорания, связанной с ухудшением испарения и распыления топлива;

— необходимостью дополнительных затрат топлива на прогревы двигателя;

При низких температурах ухудшаются условия смесеобразования и сгорания смеси. У бензиновых двигателей ухудшается испарение бензина, резко увеличивается его вязкость, а также плотность воздуха, по этим причинам рабочая смесь обедняется. В то же время вследствие уменьшения напряжения на клеммах аккумуляторных батарей снижается энергия искры. Совместное действие этих двух факторов увеличивает трудности пуска бензиновых двигателей в зимнее время.

У дизельных двигателей при низких температурах в связи с резким увеличением вязкости топлива ухудшается качество его распыливания. При снижении температуры вязкость дизельного топлива увеличивается. Соответственно увеличиваются и размеры капель распыленного топлива, что затрудняет его воспламенение.

В то же время из-за того, что температура поступающего в цилиндры воздуха уменьшается, а теплоотдача от рабочей смеси в стенки цилиндра увеличивается, температура конца сжатия снижается, затрудняется воспламенение топлива, а следовательно, и пуск двигателя.

Ухудшение показателей надежности агрегатов и узлов автомобиля в процессе хранения при низкой температуре воздуха характеризуется ростом вероятности отказов и увеличением интенсивности изнашивания деталей. На снижение показателей надежности существенно влияет ухудшение прокачиваемости (запаздывание) и нарушение подачи масла к узлам трения. При этом нарушаются условия смазки трущихся деталей и повышается интенсивность их изнашивания.

Застывание масла в агрегатах трансмиссии автомобиля приводит к повышенному износу зубчатых передач, подшипников, валов. Застывшее масло остается на периферии полостей картеров, и в результате шестерни работают без смазки, что приводит к резкому сокращению срока службы трансмиссии.

Увеличение расхода топлива при низких температурах происходит по причинам работы двигателя на пониженных и неустановившихся режимах, периодических пусков для прогрева двигателя, неполноты сгорания топлива, вследствие ухудшения его испарения и распыливания, увеличения сопротивления движению на заснеженных дорогах, увеличения вязкости трансмиссионных масел и повышения сопротивления в агрегатах трансмиссии. Вследствие сказанного эксплуатационные нормы расхода топлива в зимнее время увеличиваются от 5 до 20 % (в зависимости от климатической зоны).

Для хранения автомобили могут размещаться на открытых площадках, под навесом и в отдельных случаях в крытых отапливаемых или неотапливаемых помещениях.

Крытые помещения для хранения автомобилей могут быть манежного и боксового типа.

Если крытые помещения для хранения автомобилей отапливаются, то не требуется специального оборудования для разогрева двигателей автомобилей в холодное время года. На открытых площадках должно быть установлено оборудование для индивидуального или группового подогрева двигателей автомобилей.

Подогрев двигателей перед их пуском в холодное время обязателен, так как при этом улучшается образование горючей смеси и подача смазки к трущимся деталям. Чаще всего подогрев осуществляется горячей водой или паром, который подают от котельной, размещенной недалеко от зоны хранения.

Также применяют электроподогрев с использованием электроэлемента, установленного в нижнем соединительном патрубке системы охлаждения двигателя. Питание такой системы осуществляется от электрической сети. Разогрев двигателей в отдельных случаях можно осуществлять с применением теплого воздуха, горячей воды и масла, разогреваемых в водомаслогрейках.

Исправность автомобиля и продление срока его службы, как правило, зависят от того, насколько своевременно и качественно выполняются все работы по техническому обслуживанию перед выездом на линию, проверке работы агрегатов и узлов на линии, а также при возвращении в гараж.

Если водитель обнаружил какую-либо неисправность или посторонние стуки, он должен установить неисправность и принять меры к ее устранению. По окончании работы водитель должен указать в заявке на ремонт обнаруженные неисправности. Для восстановления работоспособности автомобиля его подвергают ремонту.

Ремонт подвижного состава выполняют по потребности в зависимости от его фактического технического состояния. В процессе ремонта подвижной состав приводится в пригодное для его дальнейшей эксплуатации состояние. При ремонте могут быть выполнены все виды работ, включая разборочные и сборочные, механические и слесарные, медницкие и сварочные, жестяницкие, электротехнические, рихтовочные и малярные.

В зависимости от вида и объема работ различают текущий ремонт и капитальный ремонт. Оба вида ремонта выполняют или для всего автомобиля (и прицепа), или по какому-то одному из агрегатов.

При текущем ремонте автомобиля или прицепа восстанавливают или заменяют все неисправные детали, узлы или агрегаты, устраняют неисправности, выявленные при контрольно-осмотровых работах технического обслуживания и в процессе эксплуатации. Также не исключен капитальный ремонт отдельных агрегатов.

При капитальном ремонте автомобиля или агрегата их техническое состояние должно быть доведено до уровня технических условий на ремонт. После капитального ремонта автомобиль или агрегат должен пройти установленный межремонтный пробег, если не были нарушены правила эксплуатации, своевременно и качественно выполнялись текущий ремонт и техническое обслуживание.

Учитывая, что потребность в ремонтах определяется фактическим техническим состоянием, существуют условия, по которым автомобиль или агрегат может быть направлен в капитальный ремонт.

Для направления агрегата в капитальный ремонт необходимо чтобы базовая деталь его нуждалась в ремонте, требующем полной его разборки. Агрегат направляют в капитальный ремонт также в том случае, если большинство его деталей изношено и не может быть восстановлено текущим ремонтом.

Автомобиль направляют в капитальный ремонт, если в нем нуждается большинство агрегатов.

Наиболее прогрессивным, позволяющим значительно сократить время простоя автомобиля в капитальном ремонте, является агрегатный метод ремонта.

Агрегатный метод ремонта автомобиля предусматривает замену неисправных узлов, приборов и целых агрегатов на заранее отремонтированные. При этом все агрегаты и механизмы обезличены и могут быть установлены на любой ремонтируемый автомобиль. Таким образом, агрегатный метод ремонта позволяет значительно сократить время ремонта автомобиля, который по сути сводится к сборке автомобиля из заранее отремонтированных узлов, механизмов и агрегатов.

Для продления срока службы автомобиля необходимо точно соблюдать требования инструкции завода-изготовителя, систематически на линии контролировать работу агрегатов, узлов и механизмов автомобиля, немедленно устранять появившиеся неисправности, своевременно промывать систему смазки и питания двигателя, а также проверять правильность регулировки трансмиссии и механизмов управления при ее нарушении.

Подготовка подвижного состава к зиме

Для обеспечения высокого уровня технического состояния автомобилей, эффективности их эксплуатации в зимнее время, необходимо заблаговременно, до наступления холодов, выполнить ряд мероприятий по подготовке подвижного состава к зиме.

К основным организационным мероприятиям по подготовке к зиме подвижного состава относят:

— составление плана работы;

— инструктаж водителей и ремонтно-обслуживающих рабочих по эксплуатации автомобилей зимой;

— проведение сезонного обслуживания автомобилей;

— оборудование автомобилей дополнительными средствами утепления и обогрева;

— укомплектование их дорожным инструментом и буксирными устройствами, а также средствами повышения проходимости.

Комплекс работ совмещенных с ТО обычно проводят в сентябре – октябре.

Подготовка системы смазки двигателя заключается в промывке системы и замены моторного масла на зимние сорта.

Подготовительные работы системы питания бензиновых двигателей включают:

— промывку топливных баков и удаление из системы летних сортов бензина;

— разборку, очистку и проверку топливного насоса;

— проверку герметичности системы.

При подготовке электрооборудования проверяют состояние и исправность всей электропроводки, аккумуляторную батарею и исправность приборов.

Эксплуатация автомобилей в холодное время значительно облегчается при использовании в системах охлаждения низкозамерзающих жидкостей (антифризов).

Подготовка тормозной системы к зимним условиям заключается в исправности тормозной системы и ее герметичности.