Зимой качество топлива сказывает на пуск двигателя более существеннее влияние, нем летом. Автомобильные бензины, за исключением бензина АИ-98, подразделяют на летние и зимние. Зимние бензины содержат увеличенное количество легкоиспаряюшихся фракций, что улучшает условия пуска холодного двигателя. Ухудшают условия пуска примеси серы, воды и некоторые другие соединения, находящиеся в бензине.В холодное время пуск дизеля сопряжен с неменьшими трудностями, чем карбюраторного двигателя. Причины схожи, однако, некоторые из них усугубляются. Пуск холодного двигателя более критичен к качеству дизельного топлива. Если в дизельном топливе растворено большое количество серы и воды, то надёжный пуск становится проблемой, несмотря на то, что топливный бак заправлен зимним топливом.
Особенностью системы питания дизеля является раздельная подача воздуха и топлива в цилиндры. Образование горючей смеси в дизеле происходит непосредственно в камере сгорания. Если определенная порция топлива впрыскивается в сжатый горячий воздух, то вероятность воспламенения смеси и пуска двигателя высока.
Если понижена компрессия, малая частота вращения коленвала, то при сжатии горючая смесь в камере сгорания не нагревается до температуры, достаточной для ее воспламенения. Ведь при медленном движении поршня вверх воздух сжимается и нагревается, но в то же время тепло успевает передаваться холодным стенкам цилиндра и поршня (неадиабатическое сжатие).
С увеличением частоты вращения коленчатого вала повышаются давление и температура в конце такта сжатия, что является решающим фактором для надежного пуска двигателя.
Итак, мы выяснили, что качественная горючая смесь в камере сгорания может быть получена только при наличии качественного топлива, исправной топливной аппаратуры и при достаточно большой частоте вращения коленчатого вала. Как уже отмечалось ранее, вращение коленчатого вала при температурах -20°С или -30°С весьма затруднено из-за загустения моторного масла. Еще хуже обстоит дело с трансмиссионным маслом. Но, к счастью, коробку передач и всю трансмиссию можно отключить на время пуска двигателя, выжав муфту сцепления.
В приведенной таблице 1 видим, что при -30С требуемая механическая мощность почти в 3 раза больше, чем при +25°С. Эти данные получены для двигателей с высококачественными моторными маслами, строго соответствующими погодным условиям. Если же масло не соответствует сезонным изменениям температуры, то механическая мощность, необходимая для пуска холодного двигателя, может превзойти возможности аккумуляторной батареи и стартера.Поэтому при эксплуатации автомобиля в зимних условиях следует заливать только соответствующее погодным условиям моторное масло. Но при температурах ниже - 20°С масло в картере двигателя все равно придется подогревать перед пуском остывшего двигателя. Разумеется, не открытым огнем, если не ставится задача сжечь автомобиль.
В качестве стартеров применяют малогабаритные, мощные, высокооборотные электродвигатели постоянного тока с низким сопротивлением обмоток, рассчитанных на большой ток. На легковых автомобилях ГАЗ применяют стартер СТ230Б номинальной мощностью 1,03 кВт, на автомобилях 'Москвич' - стартер СТ117-А мощностью 1,3 кВт, а на автомобилях ВАЗ - стартер СТ221 мощностью 1,25 кВт. В начальный момент пуска, когда стартер заторможен и еще не вращается, потребляемая электрическая мощность значительно выше номинальной. Максимальное значение стартерного тока достигает 150-200 А. Когда якорь стартера вращается с номинальной частотой, сила потребляемого тока уменьшается. При пуске горячего двигателя стартерные токи еще меньше.
На зарубежных автомобилях зачастую устанавливаются стартеры значительно большей мощности и стартерные токи 200-300 А - не редкость. Система охлаждения стартера не предусмотрена, поскольку он не предназначен для длительной работы. В режиме пуска двигателя он работает не более 10 секунд. За такое короткое время он не нагревается до температуры, превышающей допустимую. Если двигатель не запустился, то повторно можно включить стартер лишь через 1-2 минуты. Если после 2-3 повторных включений стартера двигатель не запускается, надо найти причину, мешающую его запуску, устранить её и только после этого запустить двигатель стартером.
Теперь посмотрим, как работает аккумуляторная батарея при пуске холодного двигателя в тяжелом режиме стартерного разряда. Все три попытки пуска были выполнены при температуре -20°С. начальная степень заряженности у аккумулятора была равна 70%.
Итак, мы включили стартер (ВАЗ 2106, четырехцилиндровый двигатель). На рис. 1 видим, как меняется ток, текущий через стартер. В начальный момент, когда якорь еще не проворачивается, сила тока разряда достигла 165 А (пусковой ток). Затем коленчатый вал начал вращаться и ток, потребляемый стартером, снизился примерно на 15 А, а далее он колеблется в пределах 130-150 А. Колебания тока связаны с тем, что в моменты сжатия горючей смеси (2 такта сжатия за 1 оборот коленвала) в камерах сгорания возрастает сопротивление вращению коленчатого вала, и стартер, преодолевая это сопротивление, потребляет больший ток. Резкое снижение силы потребляемого тока на первой секунде работы стартера связано с тем, что в одном из цилиндров двигателя произошла вспышка горючей смеси.Постепенное общее снижение потребляемого тока обусловлено снижением напряжения на аккумуляторной батарее до 9 В по мере ее разряда и уменьшением силы трения, так как на трущиеся поверхности начинает поступать масло. За каждый оборот коленвала на графике изменения тока видим два такта сжатия. На первой секунде работы стартера частота вращения коленвала была равной 150 об/мин, а на двенадцатой секунде – примерно 90 об/мин. Двигатель не запустился, и на 14 секунде стартер выключен. Ток упал до О А, а напряжение на батарее стало возрастать.
После 40-секунднсгс перерыва повторили пуск двигателя. При второй попытке, рис. 2, вначале пусковой ток возрос до 155 А, а на десятой секунде равнялся 120-140 А. Напряжение на десятой секунде упало ниже 8 В. Частота вращения коленвала заметно снизилась и на 10-й секунде составила 60 об/мин.
Двигатель не запустился, стартер на 17-й секунде выключен, напряжение на аккумуляторной батарее вначале быстро, а затем все медленнее восстанавливается.
Опять через 40 секунд включили стартер, пытаясь в третий раз запустить двигатель. На рис. 3 видим существенные отличия от первой попытки пуска. Здесь на 5-й секунде работы стартера частота вращения коленвала снизилась до 55 об/мин, напряжение упало до 6 В, ток, потребляемый стартером, также снизился и стал меньше 100 А.
Хотя двигатель не запустился и после третьей попытки, предпринимать очередной пуск двигателя в этой ситуации практически бесполезно.
Аккумулятор и так разряжен до предела. Очевидно, что в дальнейшем он перейдет в состояние глубокого разряда, а этого делать не следует. Да и частота вращения коленвала при очередной попытке будет настолько низкой (если он вообще не остановится), что надеяться на успешный пуск двигателя не приходится. В такой ситуации необходимо найти причину неудачного пуска, устранить ее, подзарядить аккумуляторную батарею и продолжить попытки пуска двигателя.
В легком режиме стартерного разряда наблюдается совершенно иная картина. На рис. 4 приведены графики изменения разрядного тока и напряжения при температуре +25°С на исправном двигателе и с полностью заряженной аккумуляторной батареей. Начальный пусковой ток не превысил значения 120 А, напряжение на батарее снизилось лишь до 11,2 В, мотета вращения коленвала ставила 180 об/мин и на 2-й секунде работы стартера двигатель запустился. Зарядный ток на второй секунде с момента запуска двигателя и начала работы генератора достиг 15 А и начал снижаться, а напряжение на аккумуляторной батарее - быстро восстанавливаться. Видно, что глубина разряда батареи при пуске двигателя была незначительной.