Технические науки/4. Транспорт

Д.т.н. Кукис В.С., к.т.н. Малоземов, А.А., Романов Д.В.

Южно-Уральский государственный университет, Россия

Влияние низких температур окружающей среды

на пусковые свойства дизелей размерностью 13/14

Пусковые характеристики дизелей во многом определяют потребительские свойства объектов их применения. Дизели размерностью 13/14 широко применяются в составе тракторов, комбайнов, сельскохозяйственных машин, энергоустановок и т.д. Для оценки эффективности различных мероприятий по улучшению пусковых свойств дизелей такой размерности были проведены испытания двигателей ОАО «ПО Алтайский моторный завод» Д-442И и Д-461И с индивидуальными головками цилиндров в различных вариантах комплектации (в том числе турбокомпрессором и без). На дизелях Д-461И отсутствует декомпрессионный механизм, но увеличена на 40 % цикловая подача топлива на пусковых режимах, введен двухступенчатый (двухскоростной) редуктор пускового двигателя. Базовые модели дизелей оборудуются системами пуска с пусковым двигателем, а модели с турбонаддувом – системами пуска, как с пусковым двигателем, так и с электростартером. Дизели с электростартерной системой пуска также могут быть оборудованы устройствами электрофакельного подогрева впускного воздуха.

Проведение пусковых испытаний в условиях окружающей среды крайне неэффективно, так как возможно только зимой при нестабильных температурах воздуха, а испытания в составе объекта в «климатических» камерах большого объема требует существенных затрат. Поэтому в настоящем исследовании пусковые испытания осуществлялись в специальной «климатической» камере
ОАО «Научно-исследовательский институт автотракторной техники» (г. Челябинск). «Климатическая» камера (габаритные размеры – 5х5х2,7 м, объем камеры 67,5 м³) обеспечивает минимальную температуру окружающей среды минус 55 °С, максимальная отводимая от объекта испытаний тепловая мощность в условиях теплового баланса – 130 кВт. Объект испытаний помещается на перекатной стенд и подсоединяется к измерительным системам. Методика испытаний – по ГОСТ 18509, требования к номинальным пусковым характеристикам – по ГОСТ 20000.

Полученные результаты показали более высокие пусковые качества дизеля Д-461И по сравнению с Д-442И. Двигатель Д-461И без применения электрофакельного подогрева впускного воздуха и пускового обогатителя топлива запускается при температуре минус 10 °С, тогда как Д-442И без электрофакельного подогрева и обогатителя топлива – при минус 5 °С. При температуре минус 10 °С дизель Д-442И запускается с применением пускового обогатителя топлива.

С применением электрофакельного подогрева впускного воздуха при температуре минус 20 °C дизель Д-461И запускается при частоте вращения коленчатого вала около 100 мин^-1, а Д-442И – при частоте 135 мин^-1. Минимальная температура пуска дизелей Д-442И и Д-461И без применения электрофакельного подогрева составляет минус 10 °C, а с его применением – минус 15 °C для дизеля Д-442И и минус 20 °C для Д-461И. Запуск дизеля Д-442И при температуре минус 20 °C обеспечивается при использовании для питания стартера 321.3708 полностью заряженных аккумуляторных батарей.

Анализируя характеристик прокручивания коленчатого вала дизелей, показал, что дизель Д-461И при температуре минус 20 °C на масле М-4з/8В₂ прокручивается с частотой 100-110 мин^-1, а Д-442И – с частотой 120 мин^-1.

Момент сопротивления прокручиванию коленчатого вала двигателя
Д-461И на 12–13 % выше, чем дизеля Д-442И.

Применение маловязкого масла М-4з/8В₂ позволяет снизить момент сопротивления в среднем на 20 %, что, в свою очередь, обеспечивает повышение скорости прокручивания на 16–18 %. Кроме этого применение масла М-4з/8В₂ позволяет уменьшить время задержки появления давления масла в главной магистрали. При температуре минус 10 °C на масле М-8Г_2К и при температуре минус 20 °C на масле М-4з/8В₂ продолжительность задержки появления давления масла в главной масляной магистрали дизеля Д-461И практически одинакова и составляет около 10 с от начала прокручивания. Давление масла М-8Г_2К при температуре минус 20 °C появляется только через 35–40 с после начала прокручивания.

При проведении испытаний двигателя Д-461И с электростартерной системой пуска при температуре окружающего воздуха минус 40 °C был использован подогреватель ПЖД-30. В процессе проведения опыта подогреватель проработал около 30 мин, за это время температура антифриза на выходе из двигателя достигла 53 °C, а масло в поддоне нагрелось до 5 °С, время пуска составило 6 с (масло М-8Г_2К).

Частота прокручивания дизеля Д-442И на маслах М-8Г2К и М-4з/8В₂ при температуре минус 10 °C составляет соответственно 225 и 233 мин^-1, а при температуре минус 20 °C – 152 и 200 мин^-1. При температуре минус 20 °C начало прокручивания коленчатого вала дизелей затруднено даже на масле М-4з/8В₂ и происходит только после длительной работы пускового двигателя (не менее 4–5 мин для дизеля Д-442И и не менее 8–10 мин для дизеля Д-461И) на холостом ходу, которая необходима для его прогрева и подготовки к принятию нагрузки.

Применение двухскоростного редуктора в системе пуска дизеля Д-461И облегчает работу пускового двигателя за счет использования замедленной передачи в начальный период прокручивания. После прокручивания коленчатого вала дизеля на замедленной передаче в течение 1,5–2 мин при температуре минус 20 °C пусковой двигатель обеспечивает прокручивание коленчатого вала на ускоренной передаче. На замедленной передаче частота прокручивания коленчатого вала дизеля составляет 80–90 мин^-1, а на ускоренной (прямой) передаче при температуре минус 20 °C на масле М-8Г_2К – 135 мин^-1, на масле М-4з/8В₂ – 180 мин^-1.

Анализ характеристик продолжительности пуска показывал, что продолжительность пуска дизеля Д-461И больше, чем дизеля Д-442И, особенно при температурах минус 15 °C и ниже.

Это увеличение связано с дополнительным временем прокручивания коленчатого вала дизеля на замедленной передаче редуктора, тогда как пуск дизеля Д-442И производится на одной передаче. Однако общее время работы пускового двигателя с применением односкоростного редуктора больше на
5–7 мин, чем с применением двухскоростного редуктора, так как ГОСТ 18509 предусматривает определение продолжительности пуска дизеля временем прокручивания коленчатого вала до отключения пускового устройства.

Таким образом, по результатам экспериментального исследования можно сделать следующие выводы:

1. Применение электрофакельного подогрева позволяет снизить минимальную температуру пуска дизелей с электростартером на масле М-8Г_2К с минус 5 °С до минус 10 °C, на масле М-4з/8В₂ – до минус 20 °C, с пусковым двигателем П-350-1 на маслеМ-8Г_2К – до минус 15 °C, на масле М-4з/8В₂ – до минус 25 °C. Применение пускового обогатителя топлива позволяет снизить минимальную температуру пуска дизелей на 5 °C (до минус 10 °C).

2. Применение двухскоростного редуктора облегчает работу пускового двигателя при его подготовке к выходу на полную мощность и сокращает общую продолжительность его работы при пуске дизеля при низких температурах на 5–7 мин.

3. Применение пускового подогревателя обеспечивает пуск исследованных дизелей при температуре до минус 40 °C.

Результаты исследования были использованы ОАО «ПО Алтайский моторный завод» при модернизации выпускаемой продукции и разработке новых моделей двигателей.