CC BY
41
333^»— Аграрный вестник Урала № 12 (130), 2014 г.
УДК 62-69
мобильное устройство облегчения запуска
автотракторных двигателей
л. А. НОВОПАШИН,
кандидат технических наук, доцент,
Л. В. ДЕНЕЖКО,
кандидат технических наук, доцент, П. В. КОЧЕТКОВ,
аспирант, Уральский государственный аграрный университет
(620075, г. Екатеринбург, ул. К. Либкнехта, д. 42; тел.: 8 (343) 295-61-35
Ключевые слова: пусковые свойства, температура заряда, подогреватель, природный газ, двигатель, тепловая подготовка, момент сопротивления прокручивания, износ деталей, нагрев, вязкость, термодинамический процесс, процесс сжатия.
В сельском хозяйстве до 30-35 % от всех трудовых затрат автотракторного парка приходится на зимний период. С понижением температуры воздуха степень использования и производительность техники понижается, а непроизводственные затраты времени, связанные с техническим обслуживанием и пуском двигателей, увеличиваются. По состоянию на сегодняшний день, большинство единиц машинотракторного парка хранится на открытых площадках. В соответствии с вышесказанным возникает проблема пуска двигателя при низких температурах. Изучив все аспекты препятствующие воспламенению заряда, мы определили наиболее важный — это температура заряда, которая зависит от многих факторов, в том числе и от температуры стенки цилиндра. При повышении температуры стенок цилиндра теплоотдача в них сократится, а сопротивление перемещения поршня по гильзе уменьшится, благодаря разжижению масла на стенках цилиндра. Для этого необходимо проводить тепловую подготовку двигателя. С этой целью нами предложена конструкция подогревателя автотракторных двигателей, работающего на природном газе. Состоит устройство из тепло- и ветроизолированного газового проточного водонагревателя, мотопомпы, баллона с редуктором заправленного природным газом; рукавов для подачи и забора охлаждающей жидкости с быстросъемными соединениями, а также рукав для подачи нагретого воздуха во впускной коллектор. Для простоты перемещения подогревателя все агрегаты смонтированы на санях. Новизна подогревателя автотракторных двигателей заключается в создании устройства, позволяющего осуществлять тепловую подготовку двигателя одновременно с насыщением корпуса воздушного фильтра нагретым воздухом при отрицательных температурах и условиях отсутствия внешних источников питания, а также в возможности поочередного использования на нескольких автотракторных двигателях. Использования мобильного устройства облегчения запуска автотракторных двигателей в условиях низких температур позволяет сократить время на подготовку транспортного средства к работе, сократить непроизводственные затраты времени.
mobile device launching of automobile and tractor engines
L. A. NOVOPASHIN,
candidate of technical sciences, associate professor, L. V. DENEZHKO,
candidate of technical sciences, associate professor, P. V. KOCHETKOV,
graduate student, Ural State Agricultural University
(42 K. Libknehta Str., 620075, Ekaterinburg; tel: +7 (343) 371-33-63)
Keywords: start-up properties, charge temperature, the heater, natural gas, engine, thermal preparation, scroll resistance moment, wear, heating, toughness, thermodynamic process, the compression process.
In agriculture up to 30-35 % of the labor costs of automobile and Tractor Park fall on the wintertime. Due decreasing air temperature performance and use of equipment's is reduced while non-productive time associated with maintenance and launch the engine is increased. As of today, the majority of tractors park units stored in the open air. According to the above the problem of the engine starting arises at low temperatures. Having examined all the aspects of preventing charge inflammation, we have defined the most significant this charge temperature. By increasing the cylinder wall temperature the heat dissipation will be reduced while the shaft scroll resistance will be decreased due to dilution of the oil on the cylinder walls. Therefore it is necessary to carry out the heat engine preparation. For this purpose we have suggested design of the heater automobile and tractor engines operating on natural gas. Device consists of: heat and wind isolated gas instantaneous water heater, motor pump, cylinder gear filled by natural gas, hoses for supplying coolant with quick release compounds and hose for supplying heated air to the air filter housing. For ease of moving all located on a sleigh. The novelty of the heater automobile and tractor engines is to create a device allowing the engine thermal preparation along with the saturation of the air filter housing with heated air at low temperatures and the absence of external power supplies. As well as the possibility for regular use at several automobile and tractor engines. Using the engine heater at low temperatures allows you to prepare a vehicle for work in 10-15 minutes and to reduce the cost of engine heating 2 times.
Положительная рецензия представлена Е. Е. Баженовым, доктором технических наук, профессором, директором Института автомобильного транспорта и технологических систем Уральского государственного лесотехнического университета.
Инженерия /^7
- Аграрный вестник Урала № 12 (130), 2014 г. - <
Инженерия
В сельском хозяйстве до 30-35 % от всех трудовых затрат автотракторного парка приходится на зимний период. С понижением температуры воздуха степень использования и производительность техники понижается, а непроизводственные затраты времени, связанные с техническим обслуживанием и пуском двигателей, увеличиваются. По состоянию на сегодняшний день, большинство единиц машинотрактор-ного парка хранится на открытых площадках.
Безгаражное хранение имеет свои недостатки и преимущество, к преимуществам можно отнести:
— сохранность кузова автомобилей и тракторов по причине отсутствия коррозии возникающей от образовавшегося конденсата;
— отсутствие затрат на строительство и содержание теплых гаражей (боксов).
К недостаткам же относится:
— затрудненный пуск двигателя и долгий прогрев до рабочей температуры.
В соответствии с вышесказанным возникает проблема пуска двигателя при низких температурах. Пуск затруднен по ряду причин: увеличение сопротивления вала двигателя прокручиванию из-за повышения вязкости масла, повышение вязкости топлива, ухудшения распыливания топлива форсунками, снижения температуры в конце такта сжатия за счет интенсивной теплоотдачи через стенки цилиндров, утечки заряда через зазоры в кольцах и поступление в двигатель холодного воздуха.
Целью работы является улучшение пусковых свойств автотракторных двигателей при низких температурах.
Для облегчения пуска существует большое количество способов и средств, это средства для облегчения прокручивания коленчатого вала, комбинированные схемы, средства для облегчения воспламенения горючей смеси.
При пуске холодного дизельного двигателя решающую роль играет состояние заряда, число пусковых оборотов, давление и температура к моменту подачи топлива в цилиндр двигателя. Для устойчивого воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре дизеля температура в конце такта сжатия должна быть 450-500 °С.
С увеличением температуры двигателя снижается момент сопротивления прокручиванию коленчатого вала и облегчается воспламенение топлива в цилиндре. Минимальная пусковая частота вращения зависит от теплового состояния двигателя. С понижени-
-утечки заряда через кольца
Рисунок 1
Теоретические исследования термодинамического процесса сжатия в цилиндре двигателя при пуске
ем температуры двигателя пусковая частота возрастает. Опыты, проведенные на дизеле М-17, показали, что при температуре рубашки цилиндров ниже 0 °С надежный пуск не обеспечивался даже при частоте вращения 260 об./мин, а при температуре +5, +15 °С двигатель заводился уже при 180-200 об./мин.
При температуре воздуха +20 °С и скорости вращения коленчатого вала двигателя 50 об./мин достаточно для повышения температуры сжатого воздуха в цилиндрах до 300 °С. При температуре -20 °С требуется скорость вращения коленчатого вала 300 об./мин.
Нами проведены исследования термодинамического процесса сжатия в цилиндре двигателя при пуске (рис. 1).
Количество тепла кДж) сжатого заряда с учетом фактической степени сжатия (е^) определяется по формуле:
Q(p ¡¿СрЛф(Т с Тз. кл) ^
где ¡Лф — кг/моль в момент закрытия впускного клапана;
¡лс — теплоемкость заряда по воздуху в конце сжатия (кДж/кг моль0);
Т'с — температура заряда в конце сжатия.
Потери тепла в результате запаздывания закрытия впускного клапана
Q= вт- Q..
Количество тепла (кДж) сжатого заряда с учетом тепловых потерь в стенки камеры сгорания
Q ф ¡Срлф(Т»с Тз. кл)''
где Т с — температура сжатого заряда с учетом тепловых потерь.
Количество тепла потерянного сжатым зарядом через стенки камеры сгорания определяется разностью:
вст вф Q ф(кДж).
Количество тепла сжатого заряда в конце сжатия заряда с учетом всех тепловых потерь равно
Qg ¡СрЛg(T Тз. кл.),
где лс — теплоемкость заряда по воздуху в конце сжатия (кДж/кг моль0);
¡л — действительное количество заряда (кг моль);
Т"с — температура сжатия с учетом тепловых потерь и потерь заряда (°К). Определим суммарное количество тепловых потерь, как
Щ =в -Q.
^n ^т ^g
Количество тепла, потерянного с учетом утечек заряда через кольца
Q Щ - QB - Q .
На основании этих формул были проведен теоретический расчет термодинамического процесса сжатия в цилиндре двигателя при пуске и представлен на рис. 2 в виде теплового баланса, из которого видно, что тепло идущее на нагрев воздушного заряда недостаточно для самовоспламенения топлива.
Для успешного запуска двигателя необходимо проводить тепловую подготовку. С этой целью нами предложена конструкция подогревателя автотракторных двигателей, работающего на природном газе.
Состоит устройство из тепло- и ветроизолирован-ного газового проточного водонагревателя (Vektor, теплопроизводительность 20 КВт, расход газа 0,04 м3/мин); мотопомпы (Кратон GWP-25-02H расход топлива 15 мл/мин); баллона с редуктором (емкостью 27 м3), производительность заправленного природным газом; рукавов для подачи и забора охлажда-
:* - Аграрный вестник Урала № 12 (130), 2014 г. - < CdCiC^-
_Инженерия /Щ
100
%
80 60 40 20
Тепло использованное на эффективный пуск дизеля
Тепло
потерянное с утечками через
кольца
Тепло
потерянное в
стенки камеры сгорания
Тепло потерянное через впускной клапан
100
150
200
250
300 п,об/м
Рисунок 2
Расчетный тепловой баланс сжатия в дизеле при пуске прототипа с учетом суммарных утечек
ющей жидкости с быстросъемными соединениями, а также рукав для подачи нагретого воздуха в корпус воздушного фильтра. Для простоты перемещения все расположено на санях (рис. 3).
Новизна подогревателя автотракторных двигателей заключается в создании устройства, позволяющего осуществлять тепловую подготовку двигателя одновременно с насыщением корпуса воздушного фильтра нагретым воздухом при отрицательных температурах и условиях отсутствия внешних источников питания, а также в возможности поочередного использования на нескольких автотракторных двигателях.
Рисунок 3
Схема подогревателя работающего на природном газе для автотракторных двигателей
Для тепловой подготовки двигателя необходимо его дооборудовать быстроразъемными соединениями для подключения заборного и подающего рукавов, а также патрубка для подачи нагретого воздуха во впускной коллектор.
Выводы.
1. Теоретические расчеты теплового баланса показали, что при отрицательных температурах теплота заряда в цилиндре недостаточная для самовоспламенения топлива.
2. Тепловая подготовка двигателей сокращает непроизводственные затраты времени.
3. В зимний период, при неравномерном использовании автотракторного парка, целесообразно использовать мобильный подогреватель автотракторных двигателей.
Литература
1. Боровских А. М., Морозов А. Г. Исследование момента сопротивления при запуске двигателя // Труды Свердловской СХИ. Т. 30. 1973. С. 65-68.
2. Новопашин Л. А., Боровских А. М. Влияние теплового состояния дизеля на величину механических потерь в его агрегатах // Труды свердловского СХИ : межвуз. сб. Пермь, 1983. С. 32-34.
3. Новопашин Л. А., Боровских А. М. Влияние различных факторов на момент сопротивления прокручиванию и износ двигателя // Транспорт Урала. 2007. № 2.
4. Поспелов Д. Р. Проблемы пуска тракторных двигателей // Тракторы и сельхозмашины. 1968. № 2.
5. Новопашин Л. А. Исследование пусковых свойств дизелей лесотранспортных машин при отрицательных температурах : автореф. дис. ... канд. тех. наук. Екатеринбург, 2006.
References
1. Borovskih A. M., Morozov A. G. Investigation of the resistance moment at engine start // Works of the Sverdlovsk Agricultural Institute. Vol. 30. 1973. P. 65-68.
2. Novopashin L. A., Borovskih A. M. The influence of the diesel thermal state on the amount of mechanical losses in its units // Works of the Sverdlovsk Agricultural Institute : interuniversity collection. Perm, 1983. P. 32-34.
3. Novopashin L. A., Borovskih A. M. The influence of various factors on the scroll resistance moment and engine wear // Transport of the Urals. 2007. № 2.
4. Pospelov D. R. The launch problems of tractor engines // Tractors and agricultural machines. 1968. № 2.
5. Novopashin L. A. Research launchers properties diesels machines at low temperatures : author. dis. ... cand. of tech. sc. Ekaterinburg, 2006.
44
www. a vu.usaca. ru
