Установка подогревателей на автомобилях

Работоспособность, надежность и долговечность предпусковых подогревателей и их узлов, а также эффективность систем подогрева двигателей в значительной мере зависят от способа установки подогревателей на автомобилях, от конструктивного исполнения присоединительных деталей подогревателя к двигателю, от взаимного расположения основных узлов подогревателя на автомобиле.

Например, если вполне работоспособный и отрегулированный подогреватель установить на автомобиле так, чтобы имело место повышенное аэродинамическое сопротивление на выпуске из котла подогревателя, то работоспособность подогревателя нарушается, т. е. вследствие повышения сопротивления снижается производительность вентилятора и, следовательно, количество воздуха, подаваемого в горелку подогревателя.

Уменьшение количества воздуха, подаваемого в горелку, при постоянном расходе топлива изменяет условия сгорания топлива в горелке, так как нарушается количественное соотношение топлива и воздуха, что может привести к неполному сгоранию топлива со всеми вытекающими из этого последствиями.

Несоблюдение рекомендаций по установке жидкостных трубопроводов подогревателя может служить причиной неполного слива воды из системы подогрева и последующего замерзания ее в зимний период, а также причиной нарушения циркуляции в период предпускового разогрева двигателя из-за наличия паровых пробок.

Можно привести еще множество примеров, подтверждающих значение конструктивного исполнения установки подогревателя и его узлов на работоспособность и надежность предпускового подогревателя. Поэтому следует рассмотреть основные положения, которыми руководствуются при установке подогревателя двигателя на автомобиле, разработанные на основе исследований и опыта эксплуатации подогревателей на автомобилях.

Первоочередное значение на работоспособность и надежность системы предпускового разогрева оказывает место установки котла подогревателя и его расположение по отношению к двигателю автомобиля.

Котел подогревателя обычно устанавливается на раме автомобиля в горизонтальном положении. Возможно крепление котла подогревателя непосредственно на блоке цилиндров двигателя. Это дает возможность несколько сократить длину жидкостных трубопроводов подогревателя, но в этом случае величины динамических нагрузок, возникающих при работе двигателя, передаются на котел подогревателя, что несколько снижает его долговечность.

Котел подогревателя крепится на автомобиле с помощью кронштейна, который может быть приварен к стенке котла (подогреватели П-100 и П-16) или прикреплен к котлу ленточными хомутами (все остальные подогреватели). Кронштейн, приваренный к стенке котла подогревателя, упрощает монтаж подогревателя на автомобиле и уменьшает затраты металла на крепление котла. Но прочность котла с приваренным кронштейном уменьшается в процессе эксплуатации подогревателя. Под действием динамических нагрузок, возникающих при движении автомобиля, возможен преждевременный отказ котла подогревателя в работе. Ленточное крепление исключает подобный случай и дает возможность использовать одну и ту же конструкцию подогревателя для нескольких типов автомобилей, имеющих различную компоновку двигателя и узлов.

Вентилятор или насосный агрегат с целью сокращения длины воздухопровода, соединяющего его с горелкой подогревателя, устанавливают в непосредственной близости от котла подогревателя.

Воздухопровод по возможности делают без крутых перегибов. Внутренняя поверхность воздухопровода должна быть, достаточно гладкой, а проходное сечение равным или несколько большим сечения нагнетательного патрубка вентилятора подогревателя. Выполнение этих требований дает возможность свести на минимум аэродинамические потери и избежать снижение расхода воздуха на входе в горелку подогревателя.

Расположение котла подогревателя по отношению к продольной оси двигателя может быть различное: на рядном двигателе автомобиля наиболее удобное расположение котла подогревателя вдоль оси коленчатого вала, на левом или правом лонжероне рамы, на V-образном двигателе - перпендикулярно к оси коленчатого вала двигателя. В этом случае легче обеспечить равномерное распределение нагретой жидкости по блоку цилиндров двигателя. Такая установка подогревателя принята на автомобилях МАЗ и КрАЗ. На V-образном двигателе возможна также установка подогревателя вдоль продольной оси двигателя с одной его стороны. Такая установка принята на автомобилях ЗИЛ и КамАЗ.

Для подвода и отвода теплоносителя от котла подогревателя к двигателю в рубашке охлаждения блока цилиндров обычно предусматриваются специальные отверстия.

Котел подогревателя и его жидкостный насос (если он есть) устанавливаются на автомобиле как можно ниже для обеспечения перепада высот между отверстиями в блоке цилиндров двигателя и котлом подогревателя (насосом). Этим достигается создание условий для полного слива из системы охлаждения и обеспечивается необходимая скорость циркуляции теплоносителя в случае использования термосифонного способа циркуляции, так как гравитационный напор зависит не только от перепада температур входящей и выходящей жидкости, но и от взаимного расположения котла подогревателя и блока цилиндров двигателя.

Жидкостные трубопроводы, соединяющие подогреватель с блоком цилиндров двигателя, устанавливают с постоянным уклоном к котлу подогревателя. Наличие обратных уклонов, крутых перегибов, длинных горизонтальных участков трубопроводов приводит к повышенным гидравлическим сопротивлениям, снижающим скорость циркуляции теплоносителя, и препятствует полному сливу его из системы охлаждения двигателя. Особенно чувствительна к наличию гидравлических сопротивлений система подогрева с термосифонным способом циркуляции, в которой к тому же используется в качестве теплоносителя вода. В этом случае скорость циркуляции теплоносителя невысокая, а количество воды в системе охлаждения в первый период прогрева небольшое (в силу принятой методики предпускового подогрева двигателя с использованием воды, которая будет рассмотрена далее) и любые дополнительные сопротивления трубопроводов могут служить причиной нарушения циркуляции, препятствовать постоянному протоку воды через теплообменник котла подогревателя, вызывая его перегрев и отказ в работе.

Отвод нагретого теплоносителя из котла подогревателя в двигатель осуществляют из самой верхней точки теплообменника. В противном случае возможны скопление в нем пара и перегрев с нарушением циркуляции.

Нагретый в котле теплоноситель подводится по возможности в более низкую точку рубашки охлаждения блока цилиндров двигателя. Подвод нагретой жидкости в верхнюю часть рубашки охлаждения блока цилиндров и головку не обеспечивает должную эффективность прогрева подшипников коленчатого вала двигателя. При таком подводе интенсивно прогревается верхняя часть двигателя, в то время как нижняя часть блока цилиндров прогревается недостаточно и подшипники коленчатого вала двигателя, которые получают тепло исключительно за счет теплопередачи от блока цилиндров, прогреваются незначительно.

Подвод теплоносителя в блок цилиндров V-образного двигателя обычно осуществляется в обе его половины. При этом достигается более равномерный прогрев двигателя. Возможен подвод теплоносителя и в одну половину блока цилиндров (например, система подогрева двигателей ЗИЛ-130 и ЯМЗ-740).

Отводится теплоноситель обычно из нижних точек рубашки охлаждения блока цилиндров двигателя. Иногда отвод жидкости от двигателя к подогревателю осуществляется из патрубка нижнего бачка радиатора двигателя, но такой отвод оправдывается, если от насоса двигателя теплоноситель подается в нижнюю часть рубашки охлаждения блока цилиндров.

Жидкостные трубопроводы, соединяющие подогреватель с блоком цилиндров двигателя, обычно выполняются из тонкостенных металлических труб и резиновых шлангов. При установке подогревателя на раме автомобиля и наличии металлических жидкостных трубопроводов необходима обязательная установка в трубопроводы резиновых шлангов, чтобы устранить их повреждение от воздействий на котел и трубопроводы нагрузок, возникающих при несовпадении колебаний автомобиля и двигателя. Диаметр жидкостных трубопроводов во избежание повышения общего гидравлического сопротивления системы подогрева должен быть не менее диаметров патрубков котла подогревателя и его насоса.

Так как в соответствии с существующим ОСТ 37.001.046-73 "Подогреватели жидкостные для автомобильных двигателей" предпусковой подогреватель и система подогрева должны быть работоспособны не только при использовании низкозамерзающей жидкости, но и воды, то в системе подогрева должна быть предусмотрена заливная воронка, обеспечивающая заправку холодной воды в котел подогревателя. Заправка холодной воды в неподогретый двигатель обычным способом, т. е. через заливную горловину радиатора двигателя или расширительного бачка, при отрицательных температурах недопустима во избежание замерзания в трубках радиатора. При наличии принудительной циркуляции теплоносителя в период предпускового прогрева двигателя заливаемая холодная вода не должна попадать в насос подогревателя, поэтому в установках предусматривается специальная петля трубопровода (на нагнетательной линии насоса подогревателя), уровень который выше уровня отверстий отвода и подвода в блоке цилиндров двигателя. В этом случае вода может попасть в полость насоса только из блока цилиндров двигателя, куда она подается предварительно подогретая в котле подогревателя.

Одним из основных условий обеспечения работоспособности и надежности системы подогрева при использовании воды является обеспечение полного слива воды при установке автомобиля на стоянку. Для этого система подогрева должна иметь не только постоянные уклоны трубопроводов в сторону котла и насоса подогревателя, но и оборудоваться определенным количеством сливных краников с соответствующей их установкой в места, обеспечивающие полный слив воды.

На подавляющем большинстве автомобилей отработавшие газы предпускового подогревателя используются для подогрева масла в картере двигателя. При разработке конструкции устройства для обогрева масла в картере двигателя необходимо учитывать, чтобы в тракте подогрева было минимальное аэродинамическое сопротивление, а поверхность обдува картера отработавшими газами была максимальной.

Обычно эти требования вступают в противоречие: максимальный обдув получается при наличии направляющего лотка, охватывающего большую поверхность масляного картера двигателя, но в этом случае возрастают аэродинамическое сопротивление; направление потока газов непосредственно из пусковой трубы подогревателя или с помощью небольшого лотка на масляный картер двигателя позволяют снизить величину аэродинамического сопротивления, но в этом случае эффективность прогрева масла значительно ниже. Поэтому выбор конструкции устройства для обогрева масла в картере двигателя должен производиться индивидуально для каждого типа двигателя автомобиля после проведения соответствующих экспериментальных работ.

Работоспособность предпускового подогревателя в значительной мере определяется надежностью работы его системы подачи топлива на сгорание, которая, в свою очередь, во многом зависит от ее конструктивного исполнения, особенно для предпусковых подогревателей, работающих на дизельном топливе. В бензиновых подогревателях система подачи топлива на сгорание выполняется автономно от системы питания двигателя автомобиля и ее надежность в основном определяется чистотой топлива, заправляемого в расходный бачок подогревателя. В подогревателях, работающих на дизельном топливе, система подачи топлива более сложная и подключается к системе питания двигателя (например, к фильтру тонкой очистки) или непосредственно к топливному баку автомобиля. И в том, и в другом случае из-за относительно большой длины трубопроводов имеют место повышенное сопротивление на всасывании топливного насоса подогревателя. Кроме того, не исключается возможность подсоса воздуха при наличии незначительных неплотностей в соединениях топливопроводов. Под воздействием отрицательной температуры растет вязкость топлива, что тоже ухудшает условия всасывания насоса подогревателя. Все это в сочетании с ограниченной высотой всасывания применяемого шестеренчатого топливного насоса подогревателя может привести к тому, что топливный насос не обеспечит постоянного (без пульсаций) давления и расхода топлива, подаваемого на распыл в форсунку подогревателя. В результате не обеспечивается надежный розжиг подогревателя или самопроизвольно прекращается горение в котле подогревателя.

Для устранения этих явлений на подогревателе ПЖД-30 автомобилей КамАЗ применяется система подачи топлива, показанная на рис. 18. Достоинство конструкции этой системы заключается в том, что топливо к шестеренчатому насосу подогревателя подается самотеком из специального расходного бачка, который устанавливается на сливе топлива из топливного насоса высокого давления (ТНВД) в бак автомобиля. Такая установка имеет ряд достоинств, а именно:

обеспечивает автоматическое заполнение расходного бачка при работе двигателя (отпадает необходимость в использовании ручного топливного насоса для прокачки системы);

осуществляет заполнение бачка топливом, достаточно очищенным в фильтре тонкой очистки (что исключается при заборе топлива непосредственно из бака автомобиля);

сохраняет работоспособность системы подачи топлива при наличии неплотностей на всасывании в шестеренчатый насос.

Рис. 18. Схема подключения подогревателя ПЖД-30 на двигателе ЯМЗ-740 автомобилей КамАЗ: 1 - топливный насос высокого давления двигателя; 2 - топливный бачок; 3 - топливный насос подогревателя; 4 - вентилятор; 5 - жидкостный насос; 6 - масляный картер двигателя; 7 - котел подогревателя; 8 - заливная воронка; 9 - топливный фильтр тонкой очистки

Опыт испытаний автомобилей КамАЗ показал, что применение описанной системы питания топливом подогревателя полностью оправдывается и надежность работы системы предпускового подогревателя значительно повышается.

Место установки пульта управления подогревателем выбирается из расчета обеспечения удобства пользования подогревателем и возможности обслуживания его одним лицом. Целесообразно пульт управления устанавливать в непосредственной близости от подогревателя. В этом случае сокращается длина проводов от пульта к электрическим потребителям подогревателя и упрощается обслуживание подогревателя одним лицом, что особенно важно при использовании в период предпускового прогрева воды. На автомобилях КамАЗ, например, пульт управления установлен под панелью приборов с правой стороны кабины. Провода от пульта к потребителям во избежание излишнего падения напряжения выбираются достаточного сечения.