Почему дизель на морозе крутится, но не схватывает? Опускай температуру, поднимайся на 4000 м, меняй масло и аккумулятор, включай подогреватель и смотри, догонит ли воздух в конце сжатия температуру самовоспламенения.
При сжатии воздух греется, но холодные стенки цилиндра тут же забирают тепло. Чем медленнее крутится коленвал, тем больше тепла успевает уйти. А крутится он медленно, потому что масло на морозе густое, как мед, а аккумулятор отдает меньше тока. На высоте 4000 м в цилиндр входит меньше воздуха, давление в конце сжатия ниже, и топливо воспламеняется хуже. Летнее топливо на морозе мутнеет: из него выпадают кристаллы парафина и забивают фильтр. Поэтому зимой двигатель готовят к пуску: греют антифриз и масло, подогревают воздух на впуске, утепляют.
Насколько нагреется воздух в цилиндре, сколько тепла дает подогреватель за время ожидания и по какому правилу видно, заведется двигатель или нет. Числа под формулами берутся из опыта.
Как горячо в конце сжатия?
Это сжатие газа с потерей тепла в стенки. Без потерь показатель n был бы 1,4. Холодные стенки и медленная прокрутка уносят тепло, и n падает до 1,28–1,3: в конце сжатия на сотню градусов холоднее.
Насколько прогреет подогреватель?
Подогреватель вливает тепло, а двигатель отдает его морозу, и чем он теплее, тем быстрее. Поэтому прогрев сначала быстрый, потом замедляется и останавливается на P/U. Утепление уменьшает U.
Заведется или нет?
Нужны все три условия сразу: стартер крутит хотя бы 60 об/мин, воздух в конце сжатия горячее порога самовоспламенения, и топливо не загустело от парафина.
Пока двигатель стоит, масло стекает в поддон, и на вкладышах, кулачках и стенках цилиндров остается тонкая пленка. После пуска насос должен прогнать масло по каналам. Теплое масло доходит до коренных подшипников за 1–2 секунды, густое при −40 °C может идти 10–30 секунд, а самое густое не прокачивается вовсе.
Все это время детали трутся почти насухо, в граничном режиме смазки (смотри кривую Штрибека). Добавь бедное холодное горение: топливо смывает масло со стенок цилиндра, сажа и вода попадают в картер. Поэтому механики говорят, что один холодный пуск без подогрева равен по износу сотням километров пробега.
Подогрев масла и антифриза перед пуском не роскошь. Он сокращает время сухого трения в несколько раз и бережет аккумулятор и стартер (подробно про стартер в теме «Стартер и система пуска»).
На руднике у стоянки ставят розетки для сетевых подогревателей, и машина ночует подключенной. Утром антифриз теплый, масло жидкое, двигатель заводится сразу.
Если розетки нет, работает автономный подогреватель на том же топливе. Его включают по таймеру за час до смены. Он сам требует ухода: свеча, насос, чистка от нагара.
При −40 °C машины часто оставляют на холостом ходу в пересменку. Это расход топлива и нагар, а с сажевым фильтром еще и его забивание, но иногда дешевле, чем холодный пуск.
Эфир вспыхивает при низкой температуре и выручает, но дает жесткое сгорание, бьет по кольцам и перемычкам поршня. С включенным подогревом воздуха на впуске эфир взрывается во впускном коллекторе. Многие производители его запрещают.
Осенью баки и склад переводят на зимнее или арктическое топливо, сливают отстой и воду, ставят подогрев топливного фильтра. Одна заправка летним топливом может остановить машину в поле.
На морозе емкость АКБ падает почти вдвое. Их держат заряженными, утепляют ящик, а для пуска с другой машины на руднике есть пусковые кабели и пусковые установки на 24 В.
Дизель V16 класса QSK60, степень сжатия 16, без наддува при прокрутке. Момент сопротивления прокрутке растет с вязкостью масла по экспоненте, частота прокрутки задана простой прямой стартера, емкость АКБ падает с морозом и разрядом (подробная модель в теме «Стартер и система пуска»). Показатель политропы зависит от температуры стенок и частоты прокрутки. Порог самовоспламенения 330 °C при давлении конца сжатия у моря; при меньшем давлении он выше, эфир снижает его на 150 °C. Подогреватель прогревает только антифриз и стенки цилиндров (условная теплоемкость 1500 кДж/°C), масло прогревается на 60 % от антифриза плюс от своего подогревателя. Время подачи масла и износ в «километрах» это оценки, подобранные под правило механиков. Настоящие пределы пуска для каждого двигателя и масла дает производитель.