Почему в мороз на руднике стартер еле крутит, хотя аккумуляторы заряжены? Меняй температуру, заряд АКБ, масло и высоту, включай подогрев и смотри, хватит ли оборотов для пуска.
Дизель сам не заведется: воздух в цилиндрах надо сжать так быстро, чтобы он нагрелся выше 500 °C, и только тогда впрыснутое топливо вспыхнет. Для этого коленвал нужно провернуть хотя бы со скоростью 90–150 оборотов в минуту. Стартер берет у аккумуляторов ток в сотни и даже тысячи ампер. Под таким током напряжение АКБ сильно проседает, а на морозе особенно: густеет масло, и двигатель крутить тяжелее, а сами аккумуляторы отдают ток хуже.
Что такое ЭДС и внутреннее сопротивление, рассказано в физике, в теме «Закон Ома». Здесь три расчета, которые решают, заведется машина или нет. Числа под формулами берутся из опыта.
Сколько вольт останется на АКБ?
Без нагрузки АКБ показывает свою ЭДС, около 25 В. Под током часть напряжения теряется внутри самой батареи. Чем больше ток и чем холоднее батарея, тем глубже просадка.
Какой ток возьмет стартер?
Момент мотора пропорционален току. Чтобы провернуть коленвал с моментом M, через редукцию шестерни бендикса и венца стартеру нужен ток. Густое масло увеличивает M, а значит и ток.
Заведется или нет?
Обороты мотора определяет оставшееся напряжение: n ∝ (U − I · Rм) / k. Если коленвал крутится медленнее порога, сжатый воздух не успевает нагреться и топливо не вспыхивает.
Первый удар по двигателю. Вязкость масла 15W-40 при −30 °C в десятки раз выше, чем при +20 °C. Поршни, вкладыши и шестерни крутить тяжелее, момент прокрутки растет, а с ним и ток стартера.
Второй удар по батарее. В холодном электролите химическая реакция идет медленнее, ионы двигаются хуже, и внутреннее сопротивление растет. Ток больше, сопротивление больше, значит просадка I · r растет вдвойне. Напряжения не хватает, мотор крутит медленно.
На руднике на высоте 4000 м добавляется третий: разреженный воздух. Давление и температура в конце сжатия ниже, и порог оборотов поднимается. Поэтому зимой машины держат в теплых боксах или включают предпусковые подогреватели, а масло берут зимнее.
Перед зимой проверяют плотность электролита, нагрузочной вилкой меряют просадку АКБ, меняют масло на зимнее, проверяют подогреватели двигателя и топлива.
Стартер крутят не дольше 15–30 секунд, потом пауза минуту. Под током в тысячу ампер обмотки нагреваются за секунды, и стартер сгорает раньше, чем сядут АКБ.
Окисленная клемма добавляет тысячные доли ома, а при 1000 А это вольты. Стартер щелкает, но не крутит. Чистка и затяжка клемм входит в каждое ТО.
Карьерную машину с севшими АКБ заводят от пусковой тележки или соседней машины через разъем внешнего пуска. Пусковой ток при этом идет по толстым кабелям, мимо проводки кабины.
На самых крупных самосвалах и экскаваторах вместо электрического ставят пневматический стартер от баллонов со сжатым воздухом: ему не страшен мороз и не нужны тысячи ампер.
Стартер легковушки на 12 В берет 150–300 А. Зимой то же самое: просадка напряжения, медленная прокрутка, «не тянет» на морозе с подсевшим аккумулятором.
Рисунок схематичный: на самом деле шестерня бендикса сдвигается вдоль своей оси и входит в венец сбоку. Стартер считается мотором постоянного тока с постоянной k = 0,057 Н·м/А и сопротивлением цепи 0,0105 Ом; у настоящего мотора с последовательным возбуждением k зависит от тока. Момент прокрутки растет с холодом по экспоненте: 400 Н·м при +20 °C, коэффициент зависит от класса вязкости масла. Внутреннее сопротивление одной цепочки АКБ 0,009 Ом при +25 °C, растет примерно на 1,4 % на каждый градус холода и при разряде. Подогреватель условно греет двигатель на 40 °C, но не выше +20 °C; АКБ он не греет. Порог оборотов взят учебный: 90 об/мин в тепле, плюс 1,5 об/мин на градус ниже +10 °C и плюс 6 % на каждый километр высоты. В жизни пуск зависит еще от свечей накала, топлива (летнее мутнеет на морозе), износа поршневой группы и самого стартера.