Зимний двигатель: почему стрелка замерзает

Я веду зимние тесты на полигоне в Кандалакше уже пятнадцать сезонов. Мороз обнажает каждую слабину: первый оборот коленвала звучит, стрелка термометра замирает. Картина напоминает попытку растопить ледяную печь чайной свечой.

Причина кроется в балансе: двигатель выделяет меньше тепла, чем утрачивает через радиатор, контур вентилятора, блок цилиндров и ветровой поток. На холостом режиме бензиновый рядник отдаёт лишь 9-12 кВт, тогда как стальной монолит и минус двадцать сжирают больше.

Густое топливо

Температура фильтруемости зимнего бензина −60 °С не достигает, но вязкость подскакивает вдвое. Форсунки создают факел с крупными фракциями. Испарение замедляется, смесь обедняется, выброс несгоревших углеводородов растёт, а геометрический фактор λ уходит из диапазона 0,9–1,1. Нарушенная стехиометрия переводит мотор в режим пропущенных вспышек, поэтому энергии для нагрева мало.

Дизель страдает сильнее из-за гомогенной гремучей зоны, которую разжижает присадочный алкилнитрат. Без него вязкое топливо ведёт к звездообразным каналом в фильтре, давление теряется, фронт горения сдвигается. Парафиновая кубкость — так инженеры называют способность солярки образовывать мелкоигольчатые кристаллы — перекрывает сетку сетчатого фильтра.

Теплоёмкость металла

Серый чугун впитывает калории, словно губка гремучий газ: теплоёмкость 0,46 кДж/(кг·К) срабатывает против прогрева. Блок и головка отводят первые порции тепла, пока антифриз забирает их к радиатору. Пока термостат-вставка не доберётся до 88 °С, клапан остаётся в фазе микропротечек, и часть жидкости уходит в большой круг. Инженеры зовут явление «перинатальный обвод», намёк на энергетические потери новорождённого агрегата.

Аэродинамический перехолод

На трассе холодный поток обтекает моторный отсек скоростью 30–40 м/с, создавая разрежение. Разница давлений втягивает мороз внутрь, повышая коэффициент теплопередачи h до 80 Вт/(м²·К). Даже новая утеплительная юбка капота уменьшает h лишь на 15 %. Поэтому стрелка температуры, поднявшись до 50 °С в гараже, снова падает в пути.

Стоянка под навесом уменьшает лучистые потери: ночной небосвод с эффективной температурой −50 °С крадёт тепловую энергию через инфракрасное окно. Инженеры NASA называют процесс «radiative sky cooling». Для двигателя, обнажённого через картонный поддон, уход достигает 120 Вт уже при −25 °С.

Добавим фактор масла. Динамическая вязкость 5W-30 при −30 °С достигает 6200 мПа·с. Шатунные шейки погружаются в гель, трение растёт. Тепло значительно поглощается, но не переводится в температуру стенок, поскольку работа цикла снижается. Получается парадокс: лишнее трение не греет, а обкрадывает коленвал.

Широкие зазоры поршневых колец, спецпокрытия DLC, сухое распыление PTFE снижает мех потери, но одновременно лишают агрегат дополнительного источника тепла. Эффект именуется «холодная эффективность» — побочный продукт борьбы за эконормы.

Финальный штрих даёт климат-контроль салона. Теплообменник печки забирает до 5 кВт, вытягивая половину доступного тепла. Поэтому стрелка остаётся в серой зоне, а водитель получает прохладный воздух.