Avviamento a freddo

L'avviamento a freddo si riferisce al processo di avviamento di un motore a combustione interna (ICE)-benzina, diesel o altri tipi di carburante-quando il motore e i suoi componenti (ad es. olio, liquido di raffreddamento, batteria, sistema di alimentazione) si trovano a temperature ambientali basse (in genere inferiori a 0 gradi/32 gradi F e fino a livelli sottozero estremi come -40 gradi/-40 gradi F). Si tratta di un parametro di prestazione critico per motori, fluidi automobilistici (in particolare olio motore ed elettroliti di batterie) e sistemi di avviamento, poiché le basse temperature compromettono gravemente le funzioni meccaniche ed elettriche necessarie per l'accensione e il funzionamento iniziale.

Perché l'avviamento a freddo è impegnativo

Le basse temperature creano molteplici barriere fisiche e chimiche all'avviamento del motore, che il processo di avviamento a freddo deve superare:

Aumento della viscosità del lubrificante: l'olio motore si addensa drasticamente al freddo (una proprietà chiamata viscosità a freddo), che aumenta l'attrito tra le parti mobili del motore (pistoni, albero motore, cuscinetti). Ciò richiede una coppia molto maggiore dal motorino di avviamento per far girare il motore (coppia di avviamento).

Degrado delle prestazioni della batteria: le batterie al piombo-e agli ioni di litio- perdono una notevole capacità e potenza in uscita al freddo,-le reazioni chimiche rallentano e la resistenza interna aumenta. La batteria deve fornire un'elevata quantità di corrente al motorino di avviamento, che diventa molto più difficile alle basse temperature.

Problemi di vaporizzazione del carburante: la benzina e il gasolio hanno una scarsa vaporizzazione alle basse temperature. I motori a benzina si basano su una miscela infiammabile di aria-vapori di carburante per l'accensione; i motori diesel necessitano di un'adeguata nebulizzazione del carburante per l'accensione per compressione-entrambi vengono compromessi al freddo, causando mancate accensioni o mancata accensione.

Resistenza meccanica: i componenti metallici del motore si contraggono, gli spazi stretti tra le parti aumentano l'attrito e il liquido refrigerante (se non adeguatamente trattato con antigelo-) potrebbe congelarsi parzialmente, aggiungendo carico meccanico.

Inefficienza del motorino di avviamento: Con il freddo l'efficienza elettrica del motorino di avviamento diminuisce, riducendo la coppia che può produrre anche con la corrente della batteria disponibile.

Principali parametri di avviamento a freddo (standard di settore)

Per quantificare le prestazioni di avviamento a freddo (per fluidi, batterie e motori), vengono utilizzati parametri standardizzati-il più comune è la corrente di avviamento a freddo (CCA) per le batterie e la viscosità di avviamento (CCS/MRV) per l'olio motore (standard ASTM/ISO):

Corrente di avviamento a freddo (CCA): valore nominale della batteria (ASTM D5321) che definisce il numero di ampere che una batteria da 12 V può erogare per 30 secondi a -18 gradi (0 gradi F) mantenendo una tensione minima (7,2 V per i sistemi a 12 V). CCA più elevato=migliore potenza di avviamento a freddo (fondamentale per i climi freddi).

Valutazione correlata: MCA (Marine Cranking Amps) (testato a 0 gradi/32 gradi F) e CA (Cranking Amps) (meno severo del CCA).

Viscosità del simulatore di avviamento a freddo (CCS): una classificazione dell'olio motore (ASTM D5293) che misura la resistenza dell'olio al flusso nelle condizioni di taglio elevato e bassa-temperatura dell'avviamento del motore. Valori CCS più bassi=l'olio è meno denso al freddo, richiedendo meno coppia di avviamento (una specifica fondamentale per gli oli di grado invernale-come 0W-20, 5W-30).

Velocità minima di avviamento: la velocità di rotazione minima (RPM) che il motorino di avviamento deve raggiungere per avviare il motore a una determinata temperatura bassa (ad esempio, 100–200 RPM per i motori a benzina a -20 gradi). Una velocità di avviamento insufficiente comporta la mancata accensione.

Sistemi di avviamento a freddo e additivi (per migliorare le prestazioni)

Veicoli e attrezzature industriali utilizzano progetti e prodotti dedicati per ottimizzare l'avviamento a freddo:

Oli motore di grado invernale-: formulati con miglioratori dell'indice di viscosità (VI), depressori del punto di scorrimento e oli base a bassa-viscosità (ad es. prefissi 0W, 5W) per mantenere l'olio fluido a basse temperature (bassi valori CCS/MRV).

Batterie ad alto-CCA: progettate con piastre più spesse, più elettrolita e componenti interni a bassa-resistenza per l'erogazione di corrente-a temperatura fredda.

Riscaldatori del blocco motore: riscaldatori elettrici (a immersione, a tampone o a circolazione) che riscaldano il blocco motore e l'olio prima dell'avviamento-comuni nei climi estremamente freddi (ad es. Canada, Scandinavia).

Additivi per carburante: gli additivi anti-gel (per diesel) prevengono la gelificazione del carburante; i detergenti per il sistema di alimentazione della benzina e gli esaltatori di vaporizzazione migliorano la formazione della miscela di aria-carburante.

Aggiornamenti del motorino di avviamento: avviatori a coppia elevata-con componenti-per impieghi gravosi per produrre maggiore potenza di avviamento a basse temperature.

Candelette (motori diesel): elementi riscaldanti elettrici che riscaldano la camera di combustione per favorire l'accensione per compressione-attivata prima dell'avviamento quando fa freddo.

Riscaldatori dell'aria aspirata: utilizzati in alcuni motori benzina/diesel per riscaldare l'aria in entrata, migliorando la vaporizzazione e l'accensione del carburante.

Avviamento a freddo in diversi tipi di motore

Motori a benzina: fare affidamento su una candela per accendere l'aria-miscela di carburante-un guasto all'avviamento a freddo è spesso dovuto a una scarsa vaporizzazione (miscele ricche/magre) o a una carica della batteria insufficiente per avviare il motore e accendere la candela.

Motori diesel: richiedono rapporti di compressione elevati (da 16:1 a 22:1) per l'auto-accensione-l'avviamento a freddo è più impegnativo perché l'olio denso aumenta lo sforzo di compressione e la gelificazione del carburante/la scarsa atomizzazione impedisce la corretta combustione (le candelette sono obbligatorie per gli avviamenti a freddo).

Motori industriali/per-servizi pesanti (ad es. nel settore edile, minerario, marittimo): spesso dispongono di sistemi di avviamento a freddo specializzati (ad es. pompe di pre-lubrificazione, doppie batterie, preriscaldatori di carburante) per funzionare in ambienti a temperature-estremamente basse.

Reale-rilevanza mondiale

Le prestazioni di avviamento a freddo sono un fattore chiave per la progettazione di veicoli/attrezzature, la scelta dei fluidi e la manutenzione-soprattutto nelle regioni con inverni freddi (climi temperati, subartici e artici). Per esempio:

Un veicolo con una batteria a basso livello di-CCA o un olio di grado non-invernale-(ad esempio, 20W-50) probabilmente non riuscirà ad avviarsi a -10 gradi.

I motori industriali (ad esempio, gruppi elettrogeni, attrezzature agricole) devono avere capacità affidabili di avviamento a freddo per garantire tempi di attività in scenari operativi critici o di emergenza.