التحريك البارد

يشير التدوير البارد إلى عملية بدء تشغيل محرك الاحتراق الداخلي (ICE)-البنزين أو الديزل أو أنواع الوقود الأخرى-عندما يكون المحرك ومكوناته (على سبيل المثال، الزيت، سائل التبريد، البطارية، نظام الوقود) في درجات حرارة محيطة منخفضة (عادة أقل من 0 درجة /32 درجة فهرنهايت، وحتى مستويات تحت الصفر القصوى مثل -40 درجة / -40 درجة فهرنهايت). إنه مقياس أداء مهم للمحركات وسوائل السيارات (خاصة زيت المحرك وإلكتروليتات البطارية) وأنظمة التشغيل، حيث أن درجات الحرارة المنخفضة تضعف بشدة الوظائف الميكانيكية والكهربائية اللازمة للإشعال والتشغيل الأولي.

لماذا يمثل التدوير البارد تحديًا؟

تخلق درجات الحرارة المنخفضة حواجز فيزيائية وكيميائية متعددة أمام تشغيل المحرك، والتي يجب أن تتغلب عليها عملية التدوير الباردة:

زيادة لزوجة مادة التشحيم: يزداد سمك زيت المحرك بشكل كبير في البرد (خاصية تسمى اللزوجة الباردة)، مما يزيد من الاحتكاك بين أجزاء المحرك المتحركة (المكابس، العمود المرفقي، المحامل). يتطلب هذا عزمًا أكبر بكثير من محرك بدء التشغيل لقلب المحرك (عزم الدوران).

تدهور أداء البطارية: تفقد بطاريات الرصاص-الحمضية والليثيوم-أيون قدرًا كبيرًا من السعة وإخراج الطاقة في التفاعلات الكيميائية الباردة-التي تتباطأ، وترتفع المقاومة الداخلية. يجب أن توفر البطارية دفعة عالية من التيار إلى محرك بدء التشغيل، الأمر الذي يصبح أكثر صعوبة في درجات الحرارة المنخفضة.

مشاكل تبخير الوقود: يتميز البنزين والديزل بتبخير ضعيف عند درجات الحرارة المنخفضة. تعتمد محركات البنزين على خليط بخار الوقود-الهواء القابل للاشتعال من أجل الإشعال؛ تحتاج محركات الديزل إلى رذاذ مناسب للوقود من أجل الإشعال بالضغط-كلاهما يتعرض للخطر في البرد، مما يؤدي إلى حدوث خلل في الإشعال أو عدم الإشعال.

المقاومة الميكانيكية: تتقلص مكونات المحرك المعدنية، وتؤدي الفجوات الضيقة بين الأجزاء إلى زيادة الاحتكاك، وقد يتجمد سائل التبريد (إذا لم تتم معالجته بمضاد التجمد بشكل صحيح) جزئيًا، مما يزيد من الحمل الميكانيكي.

عدم كفاءة محرك بدء التشغيل: تنخفض الكفاءة الكهربائية لمحرك بدء التشغيل في الجو البارد، مما يقلل من عزم الدوران الذي يمكن أن ينتجه حتى مع وجود تيار البطارية المتوفر.

مقاييس التدوير الرئيسية على البارد (معايير الصناعة)

لقياس أداء التدوير البارد (للسوائل والبطاريات والمحركات)، يتم استخدام المقاييس القياسية-والأكثر شيوعًا هو أمبير التدوير البارد (CCA) للبطاريات، ولزوجة التدوير (CCS/MRV) لزيت المحرك (معايير ASTM/ISO):

أمبير التدوير البارد (CCA): تصنيف البطارية (ASTM D5321) الذي يحدد عدد الأمبيرات التي يمكن لبطارية 12 فولت توفيرها لمدة 30 ثانية عند -18 درجة (0 درجة فهرنهايت) مع الحفاظ على الحد الأدنى من الجهد (7.2 فولت لأنظمة 12 فولت). CCA أعلى=قوة تدوير أفضل على البارد (أمر بالغ الأهمية للمناخات الباردة).

التصنيف ذو الصلة: MCA (مضخمات التدوير البحرية) (تم اختبارها عند 0 درجة / 32 درجة فهرنهايت) وCA (مضخمات التدوير) (أقل صرامة من CCA).

لزوجة محاكي التدوير على البارد (CCS): تصنيف زيت المحرك (ASTM D5293) الذي يقيس مقاومة الزيت للتدفق تحت القص العالي، وظروف درجات الحرارة المنخفضة-لتدوير المحرك. قيم CCS المنخفضة=يكون الزيت أقل سمكًا في البرد، مما يتطلب عزم دوران أقل (مواصفات أساسية للزيوت الشتوية- مثل 0W-20، 5W-30).

الحد الأدنى لسرعة التدوير: الحد الأدنى لسرعة الدوران (RPM) التي يجب أن يحققها محرك بدء التشغيل لبدء تشغيل المحرك عند درجة حرارة منخفضة معينة (على سبيل المثال، 100-200 دورة في الدقيقة لمحركات البنزين عند -20 درجة). تؤدي سرعة التدوير غير الكافية إلى فشل الإشعال.

أنظمة التدوير البارد والإضافات (لتحسين الأداء)

تستخدم المركبات والمعدات الصناعية تصميمات ومنتجات مخصصة لتحسين التدوير البارد:

زيوت المحركات من الدرجة الشتوية-: تم تركيبها باستخدام محسنات مؤشر اللزوجة (VI)، ومثبطات نقطة الصب، وزيوت أساسية منخفضة اللزوجة- (على سبيل المثال، البادئات 0W و5W) للحفاظ على الزيت رقيقًا عند درجات الحرارة المنخفضة (قيم CCS/MRV منخفضة).

بطاريات -CCA عالية: مصممة بألواح أكثر سمكًا وإلكتروليتات أكثر ومكونات داخلية-منخفضة المقاومة لتوصيل التيار البارد-.

سخانات كتلة المحرك: سخانات كهربائية (تغطيس أو وسادة أو تدوير) تعمل على تدفئة كتلة المحرك والزيت قبل بدء التشغيل-شائعة في المناخات شديدة البرودة (مثل كندا والدول الاسكندنافية).

إضافات الوقود: تعمل الإضافات المضادة للهلام (للديزل) على منع تبلور الوقود؛ تعمل منظفات نظام وقود البنزين ومعززات التبخير على تحسين تكوين خليط الوقود في الهواء-.

ترقيات محرك بادئ الحركة: بادئات عزم دوران عالية-مع مكونات شديدة التحمل- لإنتاج المزيد من قوة التدوير في الجو البارد.

شمعات التوهج (محركات الديزل): عناصر تسخين كهربائية تعمل على تدفئة غرفة الاحتراق للمساعدة في الإشعال بالضغط -يتم تنشيطها قبل تشغيل المحرك في الطقس البارد.

سخانات الهواء الداخل: تستخدم في بعض محركات البنزين/الديزل لتدفئة الهواء الداخل، وتحسين تبخير الوقود والاشتعال.

التدوير البارد في أنواع المحركات المختلفة

محركات البنزين: الاعتماد على شمعة الإشعال لإشعال الهواء-خليط الوقود-يرجع فشل التدوير البارد غالبًا إلى ضعف التبخر (الخلائط الغنية/القليلة) أو عدم كفاية طاقة البطارية لتشغيل المحرك وإشعال شمعة الإشعال.

محركات الديزل: تتطلب نسب ضغط عالية (16:1 إلى 22:1) للتدوير الذاتي-للتشغيل على البارد-وهو أمر أكثر صعوبة لأن الزيت السميك يزيد من جهد الضغط، ويمنع تبلور الوقود/التفتيت الضعيف الاحتراق المناسب (شمعات التوهج إلزامية لبدء التشغيل على البارد).

المحركات الصناعية/الثقيلة-(على سبيل المثال، في البناء والتعدين والبحرية): غالبًا ما تحتوي على أنظمة تدوير باردة متخصصة (على سبيل المثال، مضخات التشحيم المسبق-، والبطاريات المزدوجة، وأجهزة التسخين المسبق للوقود) للعمل في بيئات ذات درجات حرارة منخفضة للغاية-.

صلة حقيقية بالعالم-.

يعد أداء التدوير على البارد أحد الاعتبارات الرئيسية لتصميم المركبات/المعدات واختيار السوائل والصيانة-خاصة في المناطق ذات الشتاء البارد (المناخ المعتدل وشبه القطبي والقطب الشمالي). على سبيل المثال:

من المحتمل أن تفشل السيارة التي تحتوي على بطارية-CCA منخفضة أو زيت-غير مناسب للشتاء-(على سبيل المثال، 20W-50) في البدء عند -10 درجة .

يجب أن تتمتع المحركات الصناعية (مثل مجموعات المولدات والمعدات الزراعية) بإمكانات موثوقة للتدوير على البارد لضمان وقت التشغيل في حالات الطوارئ أو سيناريوهات التشغيل الحرجة.