Рассмотрим факторы, определяющие выбор минимальной пусковой частоты вращения коленчатого вала. В карбюраторных двигателях учитывают главным образом особенности смесеобразования, так как условия распыливания бензина в карбюраторе и его испарения при низкой — пусковой — частоте вращения коленчатого вала получаются не вполне удовлетворительными. Получить при пуске горючую смесь подходящего состава можно лишь при некоторой определенной скорости потока воздуха в карбюраторе. Обеспечение необходимой мощности электрической искры между электродами свечи зажигания не представляет при пуске ка-ких-либо трудностей.

Минимальная частота вращения коленчатого вала при пуске дизеля зависит не только от условий смесеобразования, но и от условий воспламенения топлива. Температура заряда в конце сжатия в цилиндре дизеля должна быть несколько выше температуры самовоспламенения топлива, равной 230…250 °С. При пуске дизеля, особенно в холодном его состоянии, условия испарения и воспламенения топлива менее благоприятные, чем при нормальной работе. Сказывается значительное увеличение теплоотдачи ввиду низкой температуры стенок цилиндра и увеличения времени цикла, так как частота вращения при пуске невелика. Кроме того, в процессе сжатия происходит утечка свежего заряда через зазоры между поршнем и цилиндром, особенно через зазоры в замках поршневых колец. Их доля от массы заряда цилиндра в начале сжатия составляет при пусковых условиях 20…45 %. Дополнительно 10… 15 % массы заряда вытекает из цилиндра во впускной трубопровод через впускной клапан, так как он закрывается после НМТ, с запаздыванием на 40…60° угла поворота коленчатого вала.

Увеличение теплоотдачи к стенке и утечка свежего заряда тем больше, чем меньше частота вращения коленчатого вала, поэтому при низкой частоте вращения или при низкой температуре атмосферного воздуха температура заряда в конце сжатия может оказаться ниже температуры самовоспламенения и пуск становится невозможным.

Пусковые устройства

Широко применяют электрические системы пуска и воздушный (или цилиндровый) пуск. Менее распространен пуск вспомогательным поршневым двигателем внутреннего сгорания. Ручной пуск, системы пуска с пневмостартером и инерционным стартером встречаются сравнительно редко. Пуск пневмостартером применяют в основном на двигателях мотовозов, работающих в шахтах и на рудниках, где опасность взрыва рудничных газов от искрения исключает применение электростартеров.

Электрические системы пуска с питанием от аккумуляторной батареи удобны в эксплуатации и требуют минимальных затрат на обслуживание; в этом их главные преимущества. На автомобильных и тракторных двигателях только для пуска предназначены электрические двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением — электростартеры. Крутящий момент с вала 6 привода передается на коленчатый вал двигателя посредством зубчатого колеса 5, которое на время пуска электромагнитным реле вводится в зацепление с зубчатым венцом на маховике двигателя.

Судовые и тепловозные дизель-генераторы постоянного тока пускают способом обращения силового генератора в режим электродвигателя. По такому же принципу используют для пуска вспомогательные генераторы постоянного тока, которые называют стартер-генераторами. Вал стар-тер-генератора приводится во вращение либо от вала силового генератора, либо от распределительного вала дизеля. Во время работы двигателя вспомогательные генераторы дают ток системе электроснабжения, например судна, и подзаряжают при необходимости аккумуляторную батарею.

Воздушный пуск применяют на дизелях средней и большой мощности. В системах воздушного пуска в цилиндры в такте расширения поступает сжатый воздух из пусковых баллонов и приводит в движение кривошипно-шатунный механизм. Объем пусковых баллонов рассчитан на несколько повторных пусков без подачи воздуха.

Система воздушного пуска — пневмостартером — используется на двигателях мотовозов, работающих в шахтах и на рудниках, т. е. там, где существует опасность взрыва и исключается применение электростартеров.

Система воздушного пуска, помимо пусковых баллонов с арматурой, компрессора и воздухопроводов, включает воздухораспределитель и пусковые клапаны, по одному на каждый цилиндр. В системах пуска судовых двигателей применяют, кроме того, главный пусковой клапан, который располагают на воздухопроводе от баллонов со сжатым воздухом к двигателю. Он позволяет выполнять несколько последовательных пусков при маневрах судна «передний ход», «задний ход», не закрывая после каждого пуска вентили пусковых баллонов. Это облегчает управление двигателем и сокращает время маневра.

Через пусковые клапаны, которые устанавливают на крышках цилиндров, сжатый воздух поступает в цилиндры и производит в такте расширения работу, достаточную для проворачивания кривошип-но-шатунного механизма. В результате расширения воздуха при истечении из пускового клапана в цилиндр его температура при большом перепаде давлений в клапане может понизиться настолько, что температура в конце сжатия в цилиндре окажется недостаточной для воспламенения топлива. Поэтому целесообразно заполнять баллоны воздухом, который сжимается в компрессоре незадолго перед пуском.

По принципу действия различают управляемые пусковые клапаны и автоматические. Управляемые клапаны — с механическим и, чаще, с пневматическим управлением применяют на двигателях со средними и большими размерами цилиндров. Преимущество системы с пневматическим управлением пусковыми клапанами заключается в том, что через воздухораспределитель, с помощью которого устанавливают требуемые фазы открытия пускового клапана, проходит лишь небольшое количество воздуха, нужного для воздействия на управляющий поршень пускового клапана. В цилиндры пусковой воздух поступает помимо воздухораспределивала может оказаться ниже минимальнои для пуска и двигатель не пускается.

Показатели пусковых качеств двигателей назначают с учетом условий эксплуатации двигателей. Тракторные и автомобильные дизели, для смазывания которых применяют обычные масла, пускают при температуре до — 10 °С без затруднений. Продолжительность пуска при такой температуре не превышает 5… 10 мин.

Пусковые свойства дизеля зависят от цетанового числа и фракционного состава топлива. Чем раньше закрывается пусковой клапан после НМТ, тем лучше пускается двигатель, так как уменьшается обратный выброс свежего заряда в начале сжатия.

Пусковые свойства карбюраторного двигателя определяются эффективностью работы пусковых устройств и системы холостого хода карбюратора и мощностью электрической искры.

Пуск судовых и тепловозных дизелей без предварительного подогрева воды и масла разрешается при температуре не ниже -f-8 °С во избежание задиров подшипников. Во время длительных остановок двигателя температура воды и масла поддерживается на необходимом уровне подогревательными устройствами.

Средства, обеспечивающие пуск двигателя при низкой температуре, предназначены, с одной стороны, для достижения необходимой минимальной пусковой частоты вращения коленчатого вала, а с другой стороны, для облегчения воспламенения топлива (в дизелях) при неблагоприятных условиях пуска.

Устройства для подогрева охлаждающей жидкости и масла в смазочной системе обеспечивают надежный пуск при очень низкой температуре. Их применяют на машинах, предназначенных для автономной эксплуатации в северных районах страны.

Минимальная пусковая частота вращения при низкой температуре может быть обеспечена двумя способами.

1. Уменьшением момента сопротивления при прокручивании коленчатого вала, которое достигается применением всесезон-ных масел, вязкость которых при низких температурах заметно меньше, чем обычных масел. На некоторых дизелях применяют с той же целью декомпрессионные устройства, с помощью которых впускные и выпускные клапаны — чаще только впускные — удерживаются в приоткрытом состоянии (рис. 2).

2. Утеплением и подогревом аккумуляторных батарей, что повышает их работоспособность при отрицательных температурах.

Для надежного воспламенения топлива при пуске используют следующее.

Обогащение смеси путем увеличения цикловой подачи топлива в 1,8…2,5 раза, что.улучшает условия образования топ-ливно-воздушной смеси горючей концентрации.

Различные способы повышения температуры заряда в дизелях. На дизелях с небольшим объемом цилиндров воздух во впускном трубопроводе нагревается свечами накаливания или электрофакельным устройством — термостартом.

Свечи накаливания с элементом из проволочной спирали устанавливаются в неразделенных и разделенных камерах сгорания. Больше распространены свечи с открытым нагревательным элементом, хотя свечи, в которых нагревательный элемент закрыт оболочкой из жаропрочного сплава, более долговечны. Последние обычно используют на дизелях с разделенными камерами сгорания.

Легко воспламеняющиеся жидкости «Холод Д-40» для дизелей и «Арктика» для карбюраторных двигателей при эксплуатации в районах с суровым климатом.

Реверсирование двигателей

Реверсирование двигателя, т. е. изменение направления вращения коленчатого вала, требуется при маневрах судна, если коленчатый вал главного двигателя соединен с гребным валом непосредственно или через непереключаемый редуктор. В судовых силовых установках большой мощности с прямой передачей мощности на гребной винт используются главным образом средне- и малооборотные дизели с наддувом, как двух-, так и четырехтактные.

Вполне очевидно, что все механизмы, системы и вспомогательные агрегаты реверсивного двигателя должны нормально функционировать при прямом и обратном вращении. При реверсировании должны быть обеспечены надлежащие фазы газораспределения, фазы подачи топлива и пускового воздуха в цилиндры двигателя.

Конструкция привода механизма газораспределения реверсивных двигателей может быть выполнена с двумя или с одним комплектом кулачков на распределительном валу. Два комплекта кулачков — один для прямого хода и один для обратного — размещают на распределительном валу рядом. При реверсировании толкатели привода клапанов (или рычаги) переставляют с одного комплекта кулачков на другой перемещением либо самих толкателей, либо распределительного вала.

Для определения времени технического обслуживания сухие воздушные фильтры снабжаются индикаторами запыленности.

В механизме реверса с одним комплектом кулачков на распределительном валу требуемое угловое расположение распределительного вала относительно коленчатого вала достигается при реверсе перестановкой зубчатого колеса в приводе распределительного вала. Такой же метод применяется для реверсирования воздухо-распределения в системе воздушного пуска.