DETERMINATION OF DIFFERENT METHODS OF TRACTORS DIESEL ENGINE PRE-START PREPARATION AT ITS STARTING CHARACTERISTICS

Full Text

Введение Пусковые характеристики дизелей в условиях низких температур окружающего воздуха во многом определяют конкурентоспособность промышленных тракторов, на которые они устанавливаются, особенно в северных и северо-восточных районах России [1, 2]. Согласно требованиям нормативных документов к пусковым качествам тракторных дизелей [3], пуск двигателя должен быть обеспечен не более чем за 30 минут при температуре окружающего воздуха минус 40 °С. Одним из методов обеспечения гарантированного пуска является применение средств предпусковой подготовки (СПП) [4, 5]. Выбор конструкции СПП и рациональных режимов их работы является важной технической задачей, при решении которой необходимо учитывать особенности конструкции трактора, влияющие на процесс пуска, в частности - момент сопротивления прокручиванию элементов трансмиссии. Одним из широко распространенных методов предпусковой подготовки является подогрев охлаждающей жидкости с применением специальных автономных подогревателей. Альтернативой этому методу является использование энергии выпускных газов пускового двигателя, который применяется для пуска дизелей тракторов и в настоящее время, особенно в районах с холодным климатом. Цель исследования Целью исследования являлась оценка влияния различных методов предпусковой подготовки тракторного дизеля 4ЧН15/20,5 производства ООО «ЧТЗ-Уралтрак» с гидротрансформатором на его пусковые качества. Материалы и методы исследования Были проведены пусковые испытания двигателя 4ЧН15/20,5 в двух вариантах комплектации: 1) электростартерной системой пуска (электростартер и две аккумуляторные батареи 6СТ-190), гидротрансформатором, предпусковым подогревателем Eberspacher «Hydronic М-12» мощностью 12 кВт, осуществляющим подогрев охлаждающей жидкости в системе охлаждения дизеля и масла в поддоне картера и маслозакачивающим насосом (МЗН) без подогрева для предпусковой закачки масла (рис. 1); 2) пусковым двигателем П23У (модификация с водяным насосом и дистанционным приводом запуска) и МЗН с подогревом; выхлопные газы пускового двигателя направлялись для обогрева масла в полость поддона дизеля, а часть газов от поддона отводилась на обогрев МЗН (рис. 2). На двигатель был установлен гидротрансформатор, что позволяет более точно воспроизвести реальные условия эксплуатации двигателя. Установка СПП имитирует схему, применяемую на тракторе Б11 с дизелем Д 180М1; установка бака с маслом для ГТР имитирует схему трансмиссии, применяемую на тракторах производства ООО «ЧТЗ-Уралтрак». В картер дизеля заливалось масло М-8ДМ по ГОСТ 8581, топливо - дизельное марки «А» по ГОСТ 305, охлаждающая жидкость - антифриз марки 65 ТУ 2422-007-00237558-00, масло в гидротрансформаторе - масло гидравлическое «А» ТУ 38.101.1282-89. Следует отметить, что 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 пусковые испытания осуществлялись в специальной «климатической» камере (габаритные размеры - 5 х 5 х 2,7 м, объем камеры - 67,5 м3), которая обеспечивала минимальную температуру окружающей среды минус 55 °С, максимальная отводимая от объекта испытаний тепловая мощность в условиях теплового баланса - 130 кВт. Объект испытаний помещался на перекатной стенд и подсоединял к измерительным системам. Методика испытаний - по ГОСТ 18509. При испытаниях применялся метод пробных пусков. В процессе испытаний температура в климатической камере составляла минус 30 и минус 40 °С. Продолжительность выдержки дизеля после достижения им заданной температуры была не менее 1 ч. Пуск дизеля, согласно гОСт 18509, осуществлялся не более чем с трех попыток продолжительностью не более 20 с каждая с интервалом между ними 1...1,5 мин. Продолжительность пуска дизеля определялась временем прокручивания коленчатого вала до момента отключения стартера. После отключения стартера и выхода дизеля на минимальную устойчивую частоту вращения холостого хода дизель работал не более 1 мин. Считалось, что дизель выдержал испытания, если две попытки пуска из трех являлись удачными, при этом время работы СПП определялось достижением температуры охлаждающей жидкости плюс 20 °С (но не более 90 мин). Результаты исследования и их обсуждение При предпусковой подготовке дизеля (температура воздуха минус 40 °С) с использованием СПП, работающего на подогрев масла в картере через водомасляный теплообменник, температура масла на высоте 60 мм от дна через 60 мин от начала эксперимента не превышала 3 °С, МЗН не включался из-за чрезмерно загустевшего масла, попытки пуска двигателя были неудачными. При температуре воздуха минус 30 °С двигатель запустился с третьей попытки. Были внесены изменения в схему подключения «Hydronic М-12» - масло в поддоне картера дизеля, вместо подачи охлаждающей жидкости, грелось выхлопными газами подогревателя. Эксперимент начался по достижению температуры масла и деталей дизеля минус 40 °С. температура газов от СПП достигала 350 °С на входе в полость под поддоном картера и 50.56 °С на выходе. Масло в поддоне картера на высоте 60 мм от дна прогрелось до температуры 5 °С, а охлаждающая жидкость в коробке термостата - до 54 °С. Дизель запустился с четвертой попытки (рис. 3). При температуре воздуха в климатической камере минус 30 °С через час работы подогревателя дизель запустился с первой попытки (рис. 4). Для проведения дальнейших экспериментов дизель был переоборудован. Вместо предпускового подогревателя и стартера на него была установлена система запуска с использованием пускового двигателя П23У. На пусковом двигателе были установлены водяной насос для обеспечения принудительной циркуляции охлаждающей жидкости в процессе прогрева дизеля и система дистанционного пуска. Кроме того, на дизель был установлен МЗН с полостью для обогрева. Выхлопные газы пускового двигателя направлялись для обогрева масла в полость поддона дизеля, а часть газов от поддона отводилась на обогрев МЗН. В картер пускового дизеля было залито масло М8ДМ, перед экспериментом в картер был добавлен бензин в объеме 350 см3. Прогрев дизеля осуществлялся при работе пускового двигателя П23У на холостом ходу. При температуре окружающего воздуха минус 30 °С дизель был готов к запуску через 15 минут работы пускового двигателя (рис. 5). Динамика прогрева масла и охлаждающей жидкости выхлопными газами пускового двигателя существенно выше, чем при использовании предпускового подогревателя. При температуре воздуха в климатической камере минус 40 °С динамика разогрева двигателя несколько ниже, тем не менее, за 20 минут работы пускового двигателя дизель был подготовлен к пуску, пуск осуществлен с первой попытки, что соответствует требованиям нормативных документов. Выводы В результате испытаний установлено, что двигатель 4ЧН15/20,5 с подогревателем «Hydronic М-12» гарантированно запускается при температуре масла и деталей не ниже минус 30 °С, однако время предпусковой подготовки превышает один час. Длительное время прогрева приводит к разрядке даже полностью заряженных теплых аккумуляторных батарей, не позволяя провести пуск дизеля при более низких температурах. Использование подогревателя «Hydronic М-12» только для нагрева охлаждающей жидкости с подогревом масла в поддоне дизеля выхлопными газами подогревателя незначительно увеличивает скорость прогрева масла, по сравнению с использованием водомасляных теплообменников, и практически не сказывается на скорости прогрева охлаждающей жидкости. Использование пускового двигателя с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости и отводом отработавших газов на подогрев поддона дизеля и МЗН позволяет запускать дизель 4ЧН15/20,5 при температуре минус 40 °С и холодных аккумуляторных батареях в течение 30 минут, что соответствует требованиям действующих нормативных документов. При этом дополнительные системы подогрева дизеля не требуются. Ограничения по температуре запуска - недопустимое увеличение вязкости масла в гидротрансформаторе, характеризуемое температурой застывания, и температура, при которой можно осуществить пуск двигателя П23У. Результаты проведенных экспериментальных исследований по оценке влияния различных методов предпусковой подготовки тракторного дизеля на его пусковые качества позволили дать рекомендации по внесению в конструкцию двигателя и трактора изменения, обеспечивающие их соответствие требованиям нормативных документов и улучшающие эксплуатационные характеристики в условиях холодного климата.

About the authors

V. N Bondar

South Ural State University

Email: scatt_74@mail.ru
PhD in Engineering

References

Supplementary files