Виды, устройство и принцип работы предпусковых подогревателей двигателя

В условиях холодной зимы запуск двигателя становится настоящим испытанием как для водителя, так и для самого силового агрегата. В этом случае на помощь приходит специальное устройство – предпусковой подогреватель двигателя.

Назначение предпусковых подогревателей

Считается, что каждый «холодный» запуск двигателя сокращает его ресурс на 300-500 километров. Силовой агрегат испытывает большие нагрузки. Вязкое масло не поступает к парам трения и далеко от оптимальных рабочих характеристик. Кроме того, на прогрев двигателя до приемлемой температуры расходуется немало топлива.

Предпусковой подогреватель двигателя

Да и в целом, сложно найти водителя, которому нравится находиться в холодном автомобиле в ожидании, когда двигатель достигнет нужной температуры. В идеале всем хочется сесть в машину с уже прогретым двигателем и теплым салоном и сразу поехать. Такую возможность дает установка предпускового подогревателя двигателя.

На современном рынке автомобильных отопителей представлены разные модели – от иностранных до отечественных, от дешевых до дорогих.

Виды предпусковых подогревателей

Все разнообразие подобных систем можно разделить на две категории:

• автономные;
• зависимые (электрические).

Автономные подогреватели

В категорию автономных отопителей входят:

• жидкостные;
• воздушные;
• тепловые аккумуляторы.

Воздушный отопитель действует как дополнительная печка для обогрева салона. Он не прогревает двигатель или прогревает, но незначительно. В таких устройствах имеется камера сгорания, куда поступает топливовоздушная смесь при помощи топливного насоса и забора воздуха извне. Уже нагретый воздух подается в салон автомобиля. Питается устройство от аккумулятора 12В/24В, в зависимости от габаритов автомобиля и требуемой мощности. Устанавливается, главным образом, в салоне автомобиля.

Жидкостные отопители помогают прогреть не только салон, но в первую очередь двигатель. Они устанавливаются в моторном отсеке автомобиля. Отопитель связывается с системой охлаждения двигателя. Для прогрева используется антифриз, который проходит через подогреватель. Вырабатываемое тепло через теплообменник нагревает антифриз. Жидкостный насос помогает циркулировать жидкости по системе. Теплый воздух подается в салон при помощи вентилятора, электромотор которого питается от электросети автомобиля. В подогревателях используется своя камера сгорания и блок управления, который контролирует подачу топлива, процесс горения и температуру.

Устройство жидкостного подогревателя Гидроник

Расход топлива жидкостного отопителя будет зависеть от режима работы. Когда жидкость прогревается до 70°C – 80°C, включается экономичный режим. После падения температуры подогреватель вновь запускается самостоятельно. По такому принципу работает большинство жидкостных устройств.

Тепловые аккумуляторы не так распространены, но это также автономные устройства прогрева. Устроены они по принципу термоса. Они представляют собой дополнительный бак, в котором находится разогретая охлаждающая жидкость. Вокруг каналов с жидкостью находится вакуумный слой, который не дает ей быстро остыть. Во время движения жидкость полноценно циркулирует. На время стоянки она остается в устройстве. Антифриз сохраняется теплым до 48 часов. Насос подает жидкость в двигатель и происходит быстрый прогрев.

Главное требование к подобным устройствам – регулярность поездок. При сильных морозах жидкость будет остывать быстрее. Желательно использовать автомобиль каждый день. Также устройство занимает довольно много места.

Электрические подогреватели

Принцип работы электрических аналогов можно сравнить с обычными кипятильниками. Прибор с нагревательным элементом подключается к блоку цилиндров двигателя. Устройство питается от бытовой электросети 220В. Спираль нагревается и постепенно разогревает антифриз. Циркуляция охлаждающей жидкости происходит за счет конвекции.

Расположение электрического подогревателя на двигателе

Прогрев электрическими устройствами занимает больше времени и не столь эффективен. Но такие устройства выигрывают в доступности и простоте установки. Зависимость от розетки становится их главным недостатком. Электрический отопитель может разогреть жидкость до температуры кипения, поэтому вместе с устройством поставляется таймер. С его помощью можно выставить необходимое время прогрева.

Основные производители и модели автономных подогревателей

На рынке жидкостных и воздушных подогревателей лидирующие позиции долгое время занимают две немецкие компании: Webasto и Eberspacher. Среди отечественных производителей можно назвать компанию Теплостар.

Подогреватели Вебасто

Они отличаются надежностью и экономичностью. Их продукция несколько проигрывает по стоимости своим конкурентам. В линейке отопителей от Вебасто есть много моделей, которые отличаются по мощности. Для легковых, грузовых автомобилей, автобусов, спецтехники и яхт.

Подогреватель Вебасто

Модель Thermo Top Evo Comfort+ от Вебасто подходит автомобилям с рабочим объемом двигателя до 4 литров. Это наиболее популярный вариант. Есть разновидности для бензиновых и дизельных двигателей. Мощность 5 кВт. Питание – 12В. Расход топлива за 20 минут прогрева составляет 0,17 л. Есть опция прогрева салона.

Подогреватели Эберспехер

Данная компания также производит качественные и экономичные отопители для всех видов транспорта. Жидкостные отопители имеют марку Hydronic (Гидроник).

Подогреватель Гидроник

Модель Eberspacher HYDRONIC 3 B4E отлично подходит для легковых автомобилей с объемом до 2 литров. Мощность – 4 кВт, питание – 12В. Расход топлива – 0,57 л/час. Расход зависит от режима работы.

Есть более мощные модели для небольших автомобилей, такие как HYDRONIC B5W S. Мощность – 5 кВт.

Подогреватели Теплостар

Компания Теплостар является отечественным производителем отопительных устройств аналогов Вебасто и Эберспехер. Их продукция существенно отличается по цене от своих конкурентов в лучшую сторону, но несколько уступает в качестве. Жидкостные подогреватели выпускаются под торговой маркой BINAR.

BINAR-5S-COMFORT

Популярной моделью является BINAR-5S-COMFORT для небольших автомобилей с объемом до 4 литров. Есть бензиновый и дизельный вариант. Мощность – 5 кВт. Питание – 12В. Расход бензина – 0,7 л/час.

Модель Теплостар Diesel engine-heater 14ТС-10-12-С – это мощный подогреватель с питанием 24В и мощностью 12 кВт – 20 кВт. Работает как на дизеле, так и на газе. Подходит для автобусов, грузовиков и спецтехники.

Основные производители электрических подогревателей

Среди производителей зависимых электрических отопителей можно назвать компании DEFA, Северс и Номакон.

Подогреватели DEFA

Это компактные модели, которые питаются от сети 220В.

Модель DEFA 411027 имеет небольшие размеры и проста в эксплуатации. При работе происходит подогрев масла. Для прогрева при температуре ниже -10°C нужно в среднем полчаса работы подогревателя.

Электрический подогреватель DEFA

Также можно выделить салонный и двигательный отопитель Defa Warm Up WarmUp 1350 Futura. Работает от сети и аккумулятора.

Подогреватели компании Северс

Компания производит предпусковые подогреватели. Популярной маркой является Северс-М. Это компактное устройство, которое легко установить. Мощность – 1,5 кВт. Питание от бытовой электросети. Прогревает до 95°C, далее срабатывает терморегулятор и отключает прибор. При падении температуры до 60°C прибор автоматически включается.

Модель Северс 103.3741 имеет похожие характеристики, что и Северс-М. Отличается режимом работы. На прогрев двигателя в среднем уходит 1-1,5 часа. Прибор защищен от влаги и короткого замыкания.

Подогреватели Номакон

Модель Номакон ПП-201 – небольшой компактный прибор. Устанавливается на топливный фильтр. Может работать от штатного аккумулятора и от бытовой сети.

Какой предпусковой подогреватель лучше

Все представленные выше приборы имеют свои преимущества и недостатки. Очень хороши жидкостные автономные подогреватели типа Вебасто или Эберспехер, но они стоят довольно дорого. Средняя стоимость начинается от 35 000 рублей и выше. Конечно, если водитель имеет возможность установить такие устройства, то он получит максимум комфорта. Управляются приборы из салона, через смартфон и дистанционный брелок. Настраиваются по желанию.

Электрические подогреватели значительно выигрывают в цене. Их стоимость начинается от 5 000 рублей. Отдельные модели достаточно хорошо себя показывают на практике, но они зависят от розетки. Нужно иметь доступ к электричеству. Это их минус.

Тепловые аккумуляторы вообще не используют никаких ресурсов, но зависят от регулярности поездок. Если вы ездите каждый день, то такие приборы хорошо подойдут вам. Цены на них достаточно приемлемы.

Лекция №11 — Средства облегчения пуска холодного двигателя

Существуют различные способы и устройства для облегчения пуска холодного двигателя.

Эти устройства делятся на действующие:

Устройства, облегчающие пуск двигателя в предпусковой период.

К ним относятся подогреватели, обеспечивающие предпусковой прогрев двигателя и его систем, обеспечивающий не только повышение частоты прокручивания двигателя и улучшение условий воспламенения топлива, но и снижение процесса изнашивания при пуске, сокращение времени до начала самостоятельной работы двигателя и уменьшение объема выбросов вредных веществ в окружающую среду.

Предпусковые подогреватели различаются между собой по виду потребляемой энергии. Для автомобильных двигателей применяются жидкостные подогреватели, работающие на бензине и дизельном топливе, и подогреватели с использованием электрической энергии. Последние имеют ряд преимуществ: высокая надежность, быстродействие, возможность автоматизации процесса прогрева.

По методу превращения электрической энергии в тепловую различают нагреватели сопротивлений, индукционные, электродные, инфракрасные излучатели и полупроводниковые.

Широкое распространение получили электронагревательные элементы в виде герметичных трубчатых электронагревателей (ТЭН). Однако установка ТЭНов на двигатели не всегда удобна и возможна, поэтому обычно их используют в теплообменнике (котле).

Устройства, облегчающие пуск двигателя и действующие непосредственно в процессе пуска, улучшают условия смесеобразования и воспламенения топлива.

К таким устройствам относятся:

• свечи накаливания,
• электрофакельные подогреватели,
• электроподогреватели топливновоздушной смеси,
• устройства для впрыскивания легковоспламеняющейся жидкости.

Устройства, облегчающие пуск двигателя в предпусковой период

Облегчение пуска холодного двигателя обычно достигается за счет создания в камере сгорания необходимой концентрации паров горючих жидкостей (легковоспламеняющиеся пусковые жидкости «Холод-40» для дизелей и «Арктика» для бензиновых двигателей) или путем повышения температуры воздушного заряда, поступающего в цилиндры.

На автомобилях КамАЗ для обеспечения пуска холодного двигателя в зимний период применено электрофакельное устройство подогрева воздуха, поступающего в цилиндры. Подогрев воздуха осуществляется от факела, образующегося во впускных трубопроводах двигателя при сгорании дизельного топлива в период пуска. Повышение температуры всасываемого воздуха дает возможность увеличить температуру конца сжатия в цилиндрах двигателя и этим облегчить условия самовоспламенения топлива.

Применение электрофакельного устройства обеспечивает пуск холодного двигателя при температуре воздуха до минус 30 °С.

Устройство включает в себя:

• две электрофакельные свечи типа «Термостарт»,
• электромагнитный клапан,
• термореле с добавочным резистором,
• кнопочный выключатель,
• реле выключения электрофакельного устройства и
• контрольную лампу.

Включение ЭФУ при пуске двигателя осуществляется выключателем приборов и стартера.

Кнопочный выключатель и контрольная лампа находятся на щитке приборов слева от рулевой колонки.

Электрофакельные свечи обеспечивают воспламенение топлива и создание факела для нагрева воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Свечи устанавливаются на правом и левом впускных трубопроводах. Свеча, по существу, представляет собой испарительную горелку с электрическим нагревательным элементом в виде тонкостенной гильзы, внутри которой размещена спираль накаливания в специальном наполнителе (керамическом порошке), обладающем хорошей теплопроводностью. Наполнитель обеспечивает электрическую изоляцию спирали от металлической гильзы. Такое устройство нагревательного элемента позволяет защитить спираль от окисления при нагреве и увеличивает срок ее действия. В нижней части факельной свечи прикреплена объемная сетка, окруженная экраном с двумя рядами отверстий для прохода воздуха. Сетка позволяет в небольшом объеме получить большую поверхность испарения и сгорания топлива, а экран предотвращает срыв и затухание факела при повышении скорости движения воздуха во впускных трубопроводах двигателя. Такая конструкция за счет создания оптимальных условий для испарения и сгорания поступившего топлива дает возможность получать устойчивый факел.

Топливо к свече подается из магистрали низкого давления по топливопроводу, который крепится к ней с помощью штуцера. Топливо очищается в фильтре, ввертываемом в штуцер. Количество подаваемого топлива дозируется жиклером.

Рисунок — Электрофакельная свеча:
1 — нагревательный элемент; 2 —, кожух нагревательного элемента;, 3— корпус; 4 — топливный фильтр; 5 — топливный жиклер; 6 — трубка:’ 7 — сетка; 8 —гайка; 9 — объемная сетка; 10 — экран

Электромагнитный клапан предназначен для включения подачи топлива к факельным свечам в соответствии со схемой управления и представляет собой прибор, в корпусе которого имеется топливный канал с двумя штуцерами для подвода и отвода топлива. В канале имеется запорное устройство (клапан). Подача топлива включается при открытии запорного устройства, приводимого в действие катушкой — соленоидом. Подача топлива отключается закрытием клапана за счет пружины в случае снятия напряжения с катушки.

Термореле представляет собой спираль, закрытую защитным кожухом, и два контакта. Один из контактов выполнен на конце биметаллической пластины, которая проходит внутри спирали. По спирали пропускается электрическйй ток. В результате нагревания пластина деформируется и замыкает контакты термореле. Питание подается на контрольную лампу и катушку электромагнитного клапана.

Принцип работы электрофакельного подогревателя. При установке ключа выключателя стартера в первое рабочее положение (включение приборов ЭО) и нажатии кнопки выключателя ЭФУ электрическое питание подается на нагревательные элементы факельных свечей через резистор. Контакты термореле разомкнуты, поэтому работают лишь факельные свечи. По истечении 50…70 с замыкаются биметаллические контакты термореле, подавая питание на контрольную лампу и катушку электромагнитного клапана. Загорание лампы сигнализирует о том, что свечи достаточно накалились и электромагнитный клапан открылся.

После загорания лампы переключатель переводится во второе рабочее положение (СТАРТ). В этом случае одновременно включается стартер двигателя и подается питание на факельные свечи помимо резистора, реле отключает обмотку возбуждения генератора на время пуска двигателя. Во время пуска к свече из системы питания топливоподкачизающим насосом подается топливо, которое проходит в кольцевую щель вокруг нагревательного элемента, нагревается и начинает испаряться.

Рисунок — Добавочный резистор с термореле: 1 — термореле; 2 — резистор добавочный

Попадая затем на горячую сетку, парогазовая смесь воспламеняется и образует факел, проникающий внутрь впускного трубопровода. Выделяющаяся при горении топлива теплота вызывает нагрев воздушного заряда и обеспечивает повышение его температуры в конце сжатия на 100…150 °С по сравнению с пуском холодным воздухом. Кроме этого, положительное влияние на пуск оказывает наличие в факеле большого количества продуктов неполного окисления, активизирующих воспламенение основной дозы топлива в цилиндре.

После пуска двигателя и возвращения ключа выключателя стартера в первое рабочее положение водитель имеет возможность некоторое время поддерживать горение факела во впускных трубопроводах, держа включенной кнопку выключателя ЭФУ не более 1 мин.

Как показывают испытания, применение электрофакельного устройства обеспечивает значительное уменьшение минимальных пусковых оборотов и снижает предельную температуру надежного пуска холодного дизеля до минус 30 °С. При этом указанный предел определяется не трудностями воспламенения топлива, а энергетическими возможностями электропусковой системы. Само же электрофакельное устройство может обеспечить воспламенение рабочей смеси в цилиндрах двигателя при температурах до минус 40 °С.

Устройства, облегчающие пуск двигателя и действующие непосредственно в процессе пуска

Устройства, облегчающие пуск двигателя и действующие непосредственно в процессе пуска, улучшают условия смесеобразования и воспламенения топлива. К таким устройствам относятся свечи накаливания, электрофакельные подогреватели, электроподогреватели топливновоздушной смеси, устройства для впрыскивания легковоспламеняющейся жидкости.

Электрические свечи накаливания

Пуск дизелей с раздельными камерами сгорания улучшается при установке в предкамере или вихревой камере свечей накаливания, которые обеспечивают воспламенение впрыскиваемого топлива.

Свечи накаливания бывают открытого и закрытого типов.

Рисунок — Свечи накаливания: а — с открытым; б -.с закрытым нагревательным элементом;1 -вывод; 2 -центральный электрод; 3 -корпус;4 -спираль; 5-кожух спирали

Свеча накаливания с открытым нагревательным элементом устанавливается в камере сгорания таким образом, чтобы струи распыленного топлива не касались раскаленной спирали во избежание сокращения срока службы свечи. Последовательно со спиралью включается дополнительный резистор, служащий для компенсации падения напряже­ния в момент включения стартера, в результате чего ток в цепи остается постоянным и степень накаливания не изменяется. Время нагрева спирали до рабочей температуры 850. 1000°С составляет30. 60с при силе тока 45. 50А и напряжении 12В. Спираль свечи нагревается до 900. 1000°С, затем свечи остаются под напряжением 1,2. 1,7В в течение пуска двигателя. После начала работы двигателя свечи должны быть отключены.

Спираль накаливания закрытой свечи (штифтовой) находится внутри кожуха, заполненного электроизоляционным материалом свысокой теплопроводностью. Материалом кожуха служит сплав инконель (железо-никель-хром).

Время нагрева в зависимости от конструкции нагревательного элемента составляет 7. 60с.

Свечи устанавливают в камеру так, чтобы конус струи распыляемого топлива касался лишь раскаленного конца ее кожуха. Вследствие большой тепловой инерции таких свечей нет необходимости устанавливать в их цепь питания дополнительный резистор. Преимущество таких свечой -большая механическая прочность, продолжительный срок службы и небольшие габаритные размеры.

Подогрев воздуха во впускном трубопроводе

Для обеспечения пуска дизелей с большим объемом применяют электрофакельные подогреватели воздуха и штифтовые свечи. В электрофакельных подогревателях электрическая спираль потребляет ток небольшой силы, так как она служит только для подогрева и воспламенения топлива. Воздух во впускном трубопроводе подогревается за счет теплоты, выделяемой при сгорании топливно-воздушной смеси.

Электрофакельный подогреватель автомобилей КамАЗ состоит из двух факельных штифтовых свечей, электромагнитного топливного клапана, термореле с добавочным резистором, кнопочного выключателя, реле электрофакельного устройства, реле отключения обмотки возбуждения, генератора, контрольной лампы и топливопроводов.

3.13.Предпусковой подогреватель

Предпусковой подогреватель предназначен для нагрева жидкости в системе охлаждения и масла в поддоне картера дизельного двигателя перед пуском. Он работает на том же топливе, что и двигатель. На автомобилях устанавливают подогреватель типа ПЖД-ЗО (рис. 3.11)

Рис. 3.11.Электрическая схема управления подогревателем.

Электрическая часть подогревателя состоит из переключателя S, реле включения электродвигателя насоса К1, электродвигателя М насосного агрегата, реле включения электронагревателя К2 электромагнитного топливного коммутатора ТК и свечи зажиганияF. Управление работой подогревателя осуществляется переключателем S, имеющим четыре положения.

Сначала переключатель устанавливается в положение 2и реле К1 включает электродвигатель М насосного аппарата и электронагреватель ЕК топлива. При этом происходит подогрев топлива в специальной камере котла подогревателя и продувка котла. Через 15. 20спереключательпереводят в нефиксируемое положение 3.В этом положении К4 включает электромагнитный клапан и транзисторный коммутатор ТК. Топливо, поступающее через клапан, распыляется форсункой, смешиваясь с воздухом, подаваемым вентилятором, который воспламеняется от свечиF.

Вспомогательные средства, облегчающие пуск двигателя

При эксплуатации автомобилей, когда возникает необходимость пуска охлажденного двигателя без горячей воды в системе охлаждения (или с низкозамерзающей жидкостью), применяют вспомогательные средства, облегчающие пуск двигателя. К ним относятся специальные зимние масла для двигателей и топлива, а также приспособления, улучшающие условия смесеобразования и воспламенения рабочей смеси.

Применение зимних масел и топлив

Подбором масла, обладающего соответствующими вязкостно-температурными свойствами, можно обеспечить пуск двигателя без подогрева. В наибольшей степени удовлетворяют условиям легкого проворачивания коленчатого вала и пуска двигателя при низкой температуре масла АКЗп-6 и АКЗп-10. Эти масла позволяют проворачивать коленчатый вал холодного двигателя при температуре —20—22°С (АКЗп-10) и —26—28°С (АКЗп-6).

Применение дизельного масла ДП-8 обеспечивает надежный пуск дизельного двигателя при температуре до —15° С. При использовании зимой машинного масла С У его разбавляют в соотношении 30—35% веретенного масла АУ или индустриального 12 и 65—70% СУ. Аналогичное масло можно получить разбавлением масла АК-Ю индустриальным маслом 12 в количестве 50% и др. Надо иметь в виду, что применение заменителей является временной мерой.

Для облегчения пуска охлажденного карбюраторного двигателя можно применять зональный бензин АЗ-66, у которого 10-процентная точка кривой разгонки лежит в пределах 65°С. Это обеспечивает надежный пуск холодного двигателя при температуре —8° 15°С. Для пускового топлива устанавливают специальные бачки, откуда бензин через топливный насос в период пуска поступает в карбюратор.

Пуск непрогретого дизельного двигателя при температуре окружающего воздуха — 30°С обеспечивается применением арктического топлива ДА.

Приспособления, улучшающие воспламенение рабочей смеси и пуск двигателя

Улучшение воспламенения может быть достигнуто подогревом рабочей смеси (топлива и воздуха в дизелях) перед поступлением в цилиндры и принудительным распыливанием топлива, вводимого во впускной трубопровод или камеру сгорания.

Для подогрева всасываемого воздуха в дизелях применяют огневые подогреватели.

За последние годы широкое распространение за рубежом получили пусковые жидкости, обладающие свойством легкого воспламенения и смазывания стенок цилиндров.

Пусковая жидкость в распыленном виде вводится во впускную трубу двигателя. В состав пусковой жидкости в качестве основного компонента входит эфир (этиловый или диэтиловый), обладающий хорошей испаряемостью в смеси с маловязким маслом для двигателей, веретенным маслом АУ или другими маслами.

Пусковые жидкости вводятся при помощи пускового устройства. Принципиальная схема подобного пускового устройства показана на рисунке.

Рис. Схема приспособления для впрыска пускового топлива

Полиэтиленовая, желатиновая или алюминиевая ампула 4 с пусковой жидкостью вставляется в резервуар 5 и закрывается крышкой 2, где пробивается пробойником 3. После прокола ампулы жидкость заполняет часть объема резервуара 5. Затем с помощью воздушного насоса 1 в резервуар нагнетают воздух и создают в нем давление. В результате пусковая жидкость по каналу подается через топливный жиклер 8 в смесительную камеру 7. Одновременно воздух из верхней части резервуара через воздушный жиклер 6 поступает в смеситель, где и образуется топливо-воздушная смесь, заполняющая систему до распылителя 9, ввернутого во впускную трубу двигателя. При выходе из распылителя воздух распыливает пусковую жидкость.

Для облегчения пуска двигателей зимой и экономии энергии аккумуляторных батарей применяют передвижной селеновый выпрямитель. Питание выпрямителя подводят от электросети переменного тока по кабелю. Выпрямитель состоит из трехфазного понижающего трансформатора, селеновых столбов, вольтметра, контрольной лампочки и переключателя постоянного напряжения. Использование такого выпрямителя увеличивает срок службы аккумуляторных батарей на 30 — 35%.

Рассмотренные выше вспомогательные средства облегчения пуска холодного двигателя не исчерпывают всех имеющихся приспособлений и способов. Однако они показывают, что при отсутствии специально оборудованных стоянок, применяя описанные средства, можно облегчить пуск холодного двигателя при сохранении достаточной его долговечности.