CC BY
53
Таким образом, результаты исследований свиде- метры взаимного расположения системы относитель-тельствуют о том, что на точность измерения геомет- но ТС, но и реализуемый алгоритм вычисления коор-рических параметров транспортных средств влияют динат как математический инструментарий. не только паспортные технические характеристики Использование прогрессивных вычислительных
измерительного оборудования 3й-системы и пара- алгоритмов позволяет повышать точность измерений.
Статья поступила 20.12.2013 г.
Библиографический список
1. Блянкинштейн И.М., Валиханов М.М., Кашура А.С. Алго- 2. Демиденко Е.З. Оптимизация и регрессия. М.: Наука, ритм и методика исследования погрешностей измерения 1989. 296 с. геометрических параметров АТС «30»-системами // Автомобильная промышленность. 2009. №11. С.31-35.
УДК 629.33:621.822:621.824.32
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДПУСКОВОГО НАГРЕВА МАСЛЯНОГО ФИЛЬТРА АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
19 Я
© Е.В. Бондаренко1, А.В. Казаков2, Р.Ф. Калимуллин3
Оренбургский государственный университет, 460018, Россия, г. Оренбург, пр. Победы, 13.
Аналитически и экспериментально установлено, что применение внешнего нагрева масляного фильтра смазочной системы автомобильного двигателя легкового автомобиля перед запуском бортовым электрическим нагревательным устройством обеспечивает в диапазоне начальных температур двигателя от 0 до -12°С уменьшение интенсивности изнашивания подшипников коленчатого вала за однократный пуск в среднем в 2,4 раза, но увеличивает объем израсходованного топлива за прогрев в среднем на 5%. Ил. 2. Библиогр. 11 назв.
Ключевые слова: режим пуска; подшипники; нагреватель; масляный фильтр; изнашивание.
AUTOMOBILE ENGINE OIL FILTER PREHEATING EFFICIENCY ASSESSMENT E.V. Bondarenko, A.V. Kazakov, R.F. Kalimullin
Orenburg State University,
13 Pobedy pr., Orenburg, 460018, Russia.
It is specified experimentally and analytically that the application of external heating of an oil filter of the motor car engine lubrication system before an on-board electrical heater starts it decreases the intensity of crank shaft bearing wear by 2.4 times on the average per a start-up in the range of initial engine temperatures from 0 to - 12 °C. However, the average amount of fuel consumed for engine warm up increases by 5%. 2 figures. 11 sources.
Key words: start-up mode; bearings; heater; oil filter; wear.
Низкие температуры окружающей среды и другие факторы зимнего периода обуславливает ряд проблем, снижающих эффективность эксплуатации автомобильного транспорта, особенно при безгаражном хранении [1]. Одной из главных проблем является затрудненный запуск двигателя по причине повышенного сопротивления прокручиванию коленчатого вала из-за загустевания моторного масла и снижение мощности стартера из-за ухудшения энергетических показателей аккумуляторной батареи (АКБ). Следствием
этих процессов является повышение потребления пускового тока, что влечет преждевременный разряд АКБ и снижение мощности искрового разряда на электродах свечи. А увеличение длительности прогрева с понижением температуры окружающей среды вызывает ускорение износа подвижных сопряжений, а также повышенный расход топлива и увеличение выбросов вредных веществ с отработавшими газами.
В настоящее время вопрос о целесообразности предварительного прогрева двигателя остается от-
1Бондаренко Елена Викторовна, доктор технических наук, профессор кафедры технической эксплуатации и ремонта автомобилей, тел.: 89033923997.
Bondarenko Elena, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Automobile Technical Operation and Maintenance, tel.: 89033923997.
2Казаков Александр Владимирович, старший преподаватель кафедры технической эксплуатации и ремонта автомобилей Бузулукского гуманитарно-технологического института (филиала) ОГУ, тел.: 89619111457, e-mail: kav070768@gmail.com Kazakov Alexander, Senior Lecturer of the Department of Automobile Technical Operation and Maintenance of Buzuluk Humanitarian and Technological Institute (Branch) of the Orenburg State University, tel.: 89619111457, e-mail: kav070768@gmail.com
3Калимуллин Руслан Флюрович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильного транспорта, тел.: 89128471644, e-mail: rkalimullin@mail.ru
Kalimullin Ruslan, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Automobile Transport Department, tel.: 89128471644, e-mail: rkalimullin@mail.ru
крытым. Так, в руководствах по эксплуатации современных автомобилей иностранного производства предписывается начинать движение сразу после холодного запуска двигателя, что обусловлено, в первую очередь, постоянно ужесточающимися требованиями минимизации вредных выбросов с отработанными газами. Однако отечественные автопроизводители рекомендуют прогревать двигатель на холостом ходу до 40-50°С для подготовки его к восприятию эксплуатационных нагрузок, стабилизации процессов топли-воподачи, смесеобразования, смазывания и т.п., а также обеспечения приемлемого микроклимата в салоне. С другой стороны, раздел 17 ПДД РФ запрещает стоянку автомобилей с работающим двигателем в жилых зонах, въезды и выезды на которые обозначены дорожными знаками 5.21 «Жилая зона» и 5.22 «Конец жилой зоны», а также на дворовых территориях.
Одними из подвижных сопряжений, наиболее подверженных пусковым износам и лимитирующих ресурс двигателя, являются подшипники коленчатого вала. Особенностью процесса изнашивания при пусках является его более высокая интенсивность относительно эксплуатационного изнашивания, что обуславливает повышенную вероятность возникновения такого катастрофического явления, как задир и проворачивание вкладышей. Эти негативные процессы вызваны слишком высокой вязкостью моторного масла при низкой температуре. Это приводит к поступлению неочищенного масла и абразивному изнашиванию вследствие циклического открывания перепускного клапана полнопоточного масляного фильтра тонкой очистки, а также к запаздыванию поступления к трущимся поверхностям масла, необходимого для охлаждения зоны трения и создания условий образования жидкостной смазки.
Таким образом, необходимо решать задачу подготовки двигателя к пуску до начала его работы, тем самым минимизировать негативные процессы. В значительной мере данная задача решается средствами предпусковой тепловой подготовки (ПТП) автомобильных двигателей и, в частности, предпускового нагрева моторного масла в смазочной системе для уменьшения его вязкости. Существуют различные конструктивные решения нагрева масла, в частности, установка нагревательных элементов в картер двигателя, внешний разогрев масляного поддона, применение тепловых аккумуляторов и т.д. Использование данных методов осложняется по ряду причин, например, таких как частичная разборка двигателя при установке подогревателя в картер, повышенная пожа-роопасность при внешнем разогреве, возможность обгорания масла в зоне нагрева в картере, высокая стоимость и сложность изготовления нагревателей и т.п. Недостаточно также рекомендаций по рациональному подбору средств ПТП и оптимизации режимов их работы в зависимости от температурных условий эксплуатации, назначения автомобиля, его технического состояния и многих других технических, конструктивных и эксплуатационных факторов.
В связи с этим, исследования, направленные на повышение долговечности автомобильных двигателей
за счет совершенствования методов ПТП для снижения пусковых износов подшипников коленчатого вала в низкотемпературных условиях на основе обеспечения благоприятных условий смазки и изнашивания, являются актуальными. Эти исследования составляют концепцию ресурсосберегающей эксплуатации автомобильных двигателей [2, 3].
Объектом исследования являлись переходные процессы функционирования автомобильных двигателей, предметом - закономерности смазывания и изнашивания в подшипниках коленчатого вала и энергопотребления двигателя легкового автомобиля на режиме холодного пуска в зависимости от теплового состояния смазочной системы.
Цель исследования заключалась в повышении долговечности автомобильных двигателей за счет совершенствования методов тепловой подготовки смазочной системы, направленного на уменьшение пусковых износов подшипников коленчатого вала.
Среди методов ПТП смазочной системы заслуживает внимания внешний нагрев масляного фильтра перед запуском автономным предпусковым электрическим нагревателем, работающим от бортовой сети автомобиля [4]. Этот метод в достаточной мере отвечает требованиям, предъявляемым к современным средствам ПТП по минимальному потреблению электрической энергии, простоте конструкции и технологичности, а также малой стоимости и универсальности. Такие нагреватели под названием «Теплостарт» производились фирмой «МР Универсал» (г. Сергиев Посад). Нагреватель «Теплостарт» представляет собой гибкий пояс из термостойкой силиконовой резины, внутри которого помещен нагревательный элемент и защитное термореле. Нагреватель устанавливается на масляный фильтр двигателя в виде бандажа и перед запуском подключается к бортовой сети через вилку и гнездо прикуривателя в течение 10-15 мин.
Разработчики подогревателя объясняют эффективность его применения тем, что нагретого до температуры 60-100°С масла в малом объеме (около 200 мл) фильтра достаточно для обеспечения уже при пусковых частотах коленчатого вала поступления теплого масла к подшипникам коленчатого вала двигателя. Однако, несмотря на очевидные достоинства, применение рассмотренного метода ПТП сдерживается рядом причин, и, прежде всего, это не раскрытый в полной мере механизм влияния нагрева масла в фильтре на уменьшение изнашивания подвижных сопряжений и изменение технико-эксплуатационных показателей двигателя на стадиях запуска и прогрева. Это объясняется, на наш взгляд, неполнотой достоверной информации о результатах как теоретических, так и экспериментальных исследований по оценке эффективности данного метода. Поэтому представляет практический интерес провести аналитическую и экспериментальную оценку эффективности применения данного устройства в реальных условиях эксплуатации.
Проведены аналитические исследования смазывания и изнашивания в подшипниках коленчатого вала автомобильного двигателя, а также его энергетиче-
ских показателей на режиме холодного пуска в зависимости от теплового состояния смазочной системы.
При запуске интенсивность изнашивания во многом определяется временем запаздывания тзт поступления масла к трущимся поверхностям, значительная величина которого ведет к разрушению остаточной граничной смазочной плёнки, росту протяженности металлического контакта и, как следствие, резкому увеличению коэффициента трения и интенсивному адгезионному изнашиванию, а при неочищенном масле - абразивному изнашиванию.
Время запаздывания прямо пропорционально объему масла, необходимому для заполнения масляных каналов - от фильтра до всех подшипников коленчатого вала , и обратно пропорционально расходу масла через масляный фильтр 0МФ с учетом утечек ^ из системы смазки в картер через узлы и сопряжения двигателя.
Сделаем допущение, что основным фактором увеличения тзап при холодном пуске является малый расход масла через фильтр .
Расход масла через масляный фильтр равен:
Qмф <2фэ + aкфQкф 7 ф
АРф
дфМ
-+
+акф 4 кпйКф И2
аРк
(1)
И
где ^ - расход масла через фильтрующий элемент, м /с; Qюг, - расход масла через перепускной клапан
3
фильтра, м /с; аКФ - коэффициент, учитывающий относительную продолжительность открытия клапана; 7ФЭ - коэффициент, характеризующий проницаемость материала фильтрующего элемента, м4; 8ф-толщина фильтрующей перегородки, м; АрФЭ - перепад давлений между стенками фильтрующего элемента, Па; и - динамическая вязкость масла, Па-с; к -коэффициент пропорциональности; - диаметр отверстия клапана, м; И - высота поднятия клапана, м; Ркф - угол конуса клапана; АрКФ - перепад давления в клапане, Па.
С учетом формул (2)-(4) выражение (1) примет
вид
аРф
(2)
7
7 ф.
зл
+ 4акфклйкфИ2 БШ Ркф - Qy
Таким образом, время запаздывания поступления масла тхп к подшипникам коленчатого вала сокращается за счет уменьшения вязкости масла и и увеличения перепада давления между стенками фильтру-
ющего элемента АрФЭ и относительной продолжительности открытия перепускного клапана аКФ.
Рассмотрим процесс функционирования смазочной системы при пуске холодного двигателя с начальной температурой тдв при двух состояниях масляного
фильтра: первое - «холодный» фильтр, содержащий масло с температурой, равной начальной температуре двигателя, второе - «горячий» фильтр с маслом, нагретым до некоторой более высокой температуры нагревательным устройством.
В первые секунды запуска расход масла через «холодный» фильтр из-за высокого сопротивления прокачиванию через фильтрующий элемент меньше, чем производительность насоса, что приводит к увеличению давления масла в смазочной системе на участке до фильтра и росту перепада давления на масляном фильтре и противодавления на масляном насосе. Из-за возросшего перепада давления начинает увеличиваться скорость фильтрации масла через фильтрующий элемент. Рост давления на участке до фильтра замедляется и продолжается с момента открытия перепускного клапана фильтра, через который неочищенное масло начинает поступать к деталям двигателя. Вследствие этого расход масла через фильтр начинает увеличиваться, а перепад давления - уменьшаться.
По мере заполнения смазочной системы маслом начинает увеличиваться давление в главной магистрали и снижаться противодавление на фильтрах. Вследствие этого перепускной клапан фильтра закрывается, что приводит к снижению давления в магистрали и повторному открытию клапана. Таким образом, при холодном пуске может некоторое время наблюдаться циклическая работа клапана фильтра, неблагоприятная с позиций изнашивания подшипников коленчатого вала.
Таким образом, в начальной стадии запуска не в полной мере очищенное масло поступает с некоторым запаздыванием к подшипникам коленчатого вала, образуя на поверхностях трения масляную пленку, обеспечивающую относительно благоприятные условия смазывания, но не изнашивания.
В случае «горячего» фильтра расход масла через него значительно больший, чем через «холодный». Это обуславливается значительно меньшей вязкостью нагретого масла (например, при изменении температуры масла с -18 до 100 С его вязкость уменьшается до 250 раз [5]), способствующей увеличению скорости фильтрации (расходу масла) через фильтрующий элемент. Это влечет снижение перепада давления на масляном фильтре и противодавления на масляном насосе, что несколько уменьшает скорость нарастания расхода масла QФЭ. В начальный период запуска перепускной клапан фильтра не открывается и к деталям двигателя поступает только очищенное масло. Далее по мере поступления холодного масла от насоса через некоторое время возможно открытие клапана. Однако масло в работающем двигателе начинает уже интенсивно нагреваться в картере. Система за-
X
полняется теплым маслом быстрее, интенсивнее увеличивается давление в главной магистрали и снижается противодавление на фильтрах. Перепускной клапан фильтра закрывается. Поскольку при этом давление в магистрали более высокое, то его некоторое снижение не приведёт к повторному открытию клапана. Таким образом, при холодном пуске с горячим фильтром практически не наблюдается циклической работы клапана фильтра.
Таким образом, «горячий» фильтр обеспечивает ускоренное поступление очищенного масла с повышенной температурой к трущимся поверхностям вследствие увеличенного давления и большего расхода его через фильтр. Это создает условия для ускоренного образования стабильного благоприятного смазочного процесса в подшипниках и минимизации их изнашивания. Это подтверждают результаты аналитического исследования автомобильного двигателя на режиме пуска, проведенные с использованием математической модели смазочного процесса и изнашивания в подшипниках коленчатого вала [6].
Обобщенная оценка смазочного процесса в системе шатунных и коренных подшипников коленчатого вала проводится по интегральной степени существования смазочного слоя в подшипниках коленчатого вала Е , значение которой определяется по формуле
I i k j=m
E = k+dn # П PZ
V '=1 j=i
(3)
где рь - вероятность существования смазочного слоя в [°м коренном подшипнике; - вероятность существования смазочного слоя в /0м шатунном подшипнике; к и т - число коренных и шатунных подшипников соответственно.
Вероятность существования смазочного слоя в отдельном подшипнике коленчатого вала р в заданных условиях эксплуатации пропорциональна разности между предельной несущей способностью смазочного слоя N и внешней нагрузкой на смазочный
слой N.
Внешняя нагрузка N на смазочный слой в подшипнике формируется от действия газовых и инерционных сил и определяется исходя из положений теории динамики автомобильных двигателей [7], прежде всего, крутящим моментом М на коленчатом валу и
частотой его вращения п.
Предельная несущая способность смазочного слоя N равна максимальной силе реакции со стороны смазочного слоя, при которой он разрушается, достигая критической толщины Л , и зависит, согласно
положениям гидродинамической теории смазки подшипников скольжения [8], от различных конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов:
п1Ы3 /п5
Ng ' 30Д2
(4)
где I - опорная длина шейки коленчатого вала, м; Ы - диаметр шейки коленчатого вала, м; / - динамическая вязкость масла, Па-с; А - диаметральный зазор в подшипнике, м; п - частота вращения коленчатого вала, мин-; 5 - коэффициент нагруженности.
Величина N определяется при средней температуре масла Тм в подшипнике при условии теплового баланса ОТР = 0М, где ОТР - количество теплоты, выделяющееся в подшипнике в результате трения, кДж/с, равное:
& Mli^l 10-3.
(5)
Здесь ^ - коэффициент сопротивления шипа вращению.
Теплота О,, отводимая маслом от подшипника, кДж/с, равна:
Ом = 2МсмРм (Тм - Тх ), (6)
где М - количество масла, циркулирующее через подшипник, м /с; сЛ - теплоемкость масла, кДж/(кг-°С);
3
Р - плотность масла, кг/м ; Тга - температура масла на входе в подшипник, °С;
М = 0,105(^ + ) А Ш.п . (7)
Здесь ^ - коэффициент, учитывающий масло, выходящее из нагруженной зоны подшипника; - коэффициент, учитывающий масло, циркулирующее через ненагруженную зону подшипника:
л .
(8)
Чи =
30Ррп Д 2
п/п I
где 5 - коэффициент; - давление масла на входе в подшипник, Па.
Таким образом, в условиях эксплуатации смазочный процесс описывается моделью интегральной степени существования смазочного слоя следующего вида:
E = Eg (Мр, n, l, d, hp Тм, А,...).
(9)
Значение параметра Е находится в диапазоне от максимального (Е ) = 1, характеризующего
V g ' max
установившийся режим жидкостной смазки во всех без исключения подшипниках коленчатого вала, до минимального (Е ) = 0, при котором хотя бы в одном
V g ' max
подшипнике существует режим граничной смазки (сухого трения). Промежуточные значения параметра имеют место в условиях переходного смазочного процесса.
Определим связь между значением параметра E
и интенсивностью изнашивания подшипников коленчатого вала. Эту связь показывает предлагаемый авторами параметр / , названный «удельной интегральной интенсивностью изнашивания подшипников коленчатого вала». Его текущее значение /^ определяется по формуле
*=(1 - ^*)
N.
Nm
(10)
где Б - текущее значение параметра Б ; и Ы1х - индикаторная мощность двигателя, максимальная и текущая соответственно.
Формула (10) получена исходя из допущения, что интенсивность изнашивания пропорциональна относительной длительности контактирования трущихся поверхностей (1-Б ) и доли индикаторной мощности
(), вырабатываемой двигателем в момент
контактирования. Параметр безразмерен и принимает значение от 0 до 1, которое показывает, какую долю составляет интенсивность изнашивания подшипников коленчатого вала на текущем режиме работы двигателя относительно интенсивности изнашивания на режиме номинальной мощности при постоянном контактном взаимодействии подшипников.
На холостом ходу двигателя формула (10) примет следующий частный вид:
I. * = (1 - Б^ *) х
.. п (дм + ьм /зо) , (11) пт^ (ртах + ^ + ъ^п™ / 30) где ам и Ъм - экспериментальные коэффициенты, величины которых зависят от числа цилиндров г, отношения хода поршня 5 к диаметру цилиндра Б и типа двигателя; 5 - ход поршня, м; п и птах - текущая и номинальная частота вращения коленчатого 1
вала, мин-; ретах - среднее эффективное давление при номинальной частоте, Мпа.
Параметры 5, птах и ретах являются паспортными данными для конкретной модели двигателя. Для двигателей с искровым зажиганием с г = 4 и отношением 5/Б <1 а = 0,039 и Ъ = 0,0132 [7].
м ' м ' !■ Л
При прогреве двигателя на холостом ходу значения параметров А и И , а также вязкостно-
температурная характеристика масла /л(Тм) в модели (9) являются неизменными, что позволяет определять значения параметра Б в зависимости от текущих
значений частоты вращения коленчатого вала п , температуры масла Тмх и времени ^, используя модель Б^х (Тмх, П, 1х ) .
С учетом зависимости температуры масла Т от начальной температуры двигателя тдв во время ^ прогрева, т.е. Тмх(Т0№,пх,гх), модель (11) примет обобщенный вид:
I* = Г(Бg* ,Т°ДВ, пх, гх). (12)
Таким образом, при известных закономерностях (12) возможно сравнивать режимы пуска двигателя. Режим, при котором значение параметра 11х принимает меньшие значения, считается менее износным.
Рассмотрим изменение показателей смазочного процесса и изнашивания в подшипниках в случае «горячего» фильтра. Как было аналитически установлено ранее, в первые секунды запуска к подшипникам на входе поступает масло с более высокими значениями температуры Тт и давления ря. Возросшее давление ря увеличивает через коэффициент дн количество масла, циркулирующее через подшипник М, и соответственно теплоту, отводимую маслом от подшипника ^. Это приводит к дополнительному охлаждению зоны трения и снижению средней температуры масла Тм. Однако возросшая температура масла на входе Тга снижает величину температурного перепада (Тм - Тга), что сказывается на уменьшении ^. Таким образом, здесь протекают два взаимообратных процесса отвода теплоты от подшипника. Анализ этих процессов показывает, что влияние роста температуры Тга оказывает более сильное влияние на уменьшение ^, вследствие чего увеличивается средняя температура Тм. Это влечет некоторое уменьшение вязкости и и соответственно предельной несущей способности смазочного слоя N, вероятности его существования р в отдельных подшипниках и, наконец, интегральной степени существования смазочного слоя в подшипниках коленчатого вала Б . Таким образом, происходит некоторое ухудшение показателей смазочного процесса, приводящее к увеличению интенсивности изнашивания I.
В период последующего прогрева температура масла на входе Тех становится практически одинаковой, как при прогреве с «холодным» фильтром, вследствие заполнения масляных каналов холодным маслом из картера с температурой тдв . Однако давление
на входе рп остается все равно увеличенное по сравнению с «холодным» фильтром, что способствует уменьшению ТЛ, увеличению и и соответственно
N, р и Б, но уменьшению I .
Проведем ориентировочный расчет характеристик нагрева при применении нагревательного устройства масляного фильтра «Теплостарт».
Длительность нагрева масляного фильтра
Д грМФ М _ СмШмАТ м нагр г-» 1
Р л
н /эн
где гМФр - длительность нагрева, с; сЛ - теплоемкость масла, Дж/(кг-°С), принимаем сЛ = 2000; - масса нагреваемого масла в фильтре, кг, принимаем = 0,15; АТМф - температурный перепад в результате нагрева, °С, задаем АТМф = 100; Рв - мощность нагревательного устройства, Вт, принимаем Рн = 100; лж - коэффициент полезного действия электронагревателя, принимаем = 0,8.
Тогда
^МФ _
2000 - 0,15 -100
= 500 с или 0,14 ч.
100 - 0,6
При прохождении через нагревательный элемент постоянного электрического тока силой / =10 А происходит разряд АКБ; при этом расход емкости батареи Е , А-ч, составит
Е = I М ,
р р нагр '
или Ер = 10-0,14=1,4.
Относительное снижение емкости батареи (типа 6СТ55) составит 2,5%. Это эквивалентно уменьшению в среднем на 5% мощности батареи при 30-секундном непрерывном разряде и на 7% максимальной мощности при шести попытках разряда батареи.
Ухудшение энергетических показателей электро-стартерного пуска при использовании нагревательного устройства «Теплостарт» должно привести к увеличению длительности запуска, уменьшению пусковой частоты, а для компенсации потери емкости АКБ за счет дополнительного заряда от стартера - к повышенной нагрузке на стартер и увеличению расхода топлива.
Для проверки теоретических положений проведены экспериментальные исследования смазочного процесса в подшипниках коленчатого вала на режиме пуска автомобильного бензинового четырехцилиндрового двигателя ВАЗ-21083^ оснащенного электронной системой управления двигателя (ЭСУД). Смазочная система заполнена полусинтетическим моторным маслом класса вязкости по SAE 10W40. Укрупненная модель экспериментальных исследований содержала входные (Т°дв , п, ^ и тепловое состояние масляного
фильтра ТБ) и выходные (Е , ТДВх и определяемая
зависимость 1.х = (Т°,,^,Т8)) переменные.
Значения параметра Е замерялись с дискретностью 0,1 сек. При помощи оригинального измерительно-вычислительного комплекса «Автоматизированная система оценки смазочного процесса» [9, 10] по специально разработанной методике [11]. Показатели работы двигателя (Т°дв , п, Тдах) определялись с дискретностью 0,2 сек. При помощи мотор-тестера «МТ-
10» через стандартный диагностический разъём электронного блока управления двигателя.
Двигатель испытывался в зимних температурных условиях на специально изготовленном моторном стенде в климатическом боксе лаборатории, где находился не менее 12 ч для достижения начальной температуры Т0ДБ в диапазоне от +5 до -18°С. Каждый
опыт включал запуск и прогрев двигателя до температуры 40°С. Двигатель испытывался в двух тепловых состояниях смазочной системы: без нагрева («БАЗА») и с нагревом масляного фильтра («ПМФ») нагревателем «Теплостарт». Длительность нагрева составляла 15 мин при потребляемом токе около 10 А.
Результаты экспериментального исследования подтвердили теоретические положения. По данным, представленным на рис. 1, установлен диапазон начальных температур двигателя т°дв от 0 до -8°С, в
котором рационально применять нагревательное устройство масляного фильтра, поскольку обеспечивается уменьшение интенсивности изнашивания на стадии запуска в среднем в 2,2 раза, а на стадии прогрева - в 3,6 раза.
Экспериментальные исследования по оценке энергетических показателей при холодном пуске двигателя проводились в реальных условиях эксплуатации на автомобиле ВАЗ-111940 при температурах охлаждающей жидкости от -2 до -18°С. Замер пусковых характеристик двигателя осуществлялся с помощью мотор-тестера «МТ-10» с адаптером АМД-4СОК. Контролировались и записывались на специальную программу следующие показатели: частота вращения коленчатого вала п (мин-1), температура охлаждающей жидкости ^ (°С), часовой расход топлива От
(л/ч) и ряд других. Это позволяло затем просматривать в динамике в режиме прокрутки видеозапись на компьютере и сводить результаты замеров в протоколы испытаний. Протоколы велись для двух стадий пуска двигателя: первая - стадия запуска длительностью 5 секунд через каждые 0,125 сек; вторая - стадия прогрева двигателя, начиная с 10 секунд после запуска через каждые 10 секунд до достижения температуры охлаждающей жидкости 40°С.
Рис. 1. Зависимости средних значений параметра I от Т0ДВ в исследуемых тепловых состояниях смазочной системы на разных стадиях режима пуска: а - запуск; б - прогрев
Для каждого опыта рассчитывались средние значения частоты вращения коленчатого вала при прокрутке стартером пзап, продолжительность прокрутки коленчатого вала стартером гзап, объемы израсходованного топлива за запуск 03ап и прогрев . На рис. 2 приведены зависимости средних значений параметров пзап, гзап, 0зап и 0™рог от Тдв в исследуемых тепловых состояниях смазочной системы на разных стадиях режима пуска.
увеличению объема израсходованного топлива за прогрев 0Прог в среднем на 5%.
Таким образом, можно сделать вывод, что применение электрического нагревательного устройства для нагрева масляного фильтра автомобильного двигателя перед запуском при низких температурах с одной стороны уменьшает интенсивность изнашивания I подшипников, а с другой - увеличивает расход топлива О за время запуска и прогрева. Поэтому, для
Рис. 2. Зависимости средних значений параметров пзап, г
состояниях смазочной системы
, ОГ и ОТ от
от Т° в исследуемых тепловых
Анализ полученных закономерностей также подтверждает результаты аналитического исследования. Нагрев масляного фильтра не оказывает влияния на частоту пзап в диапазоне температур тдб от -2 до -
10°С, а при температурах ниже -10°С частота уменьшается на 40 мин-. Нагрев масляного фильтра увеличивает продолжительность прокрутки коленчатого вала стартером г3"" до 50% при температуре ниже -5 °С и уменьшает объем израсходованного топлива за запуск 03Тап при этих же температурных условиях до 30%. Однако нагрев масляного фильтра способствует
1. Лосавио Г.С. Эксплуатация автомобилей при низких температурах. М.: Транспорт, 1973. 120 с.
2. Калимуллин Р.Ф., Коваленко С.Ю. Концепция ресурсосберегающей эксплуатации автомобильных двигателей // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2013. №2(71), вып.2. С.30-35.
3. Калимуллин Р.Ф., Коваленко С.Ю. Ресурсосберегающие методы эксплуатации автомобильных двигателей на основе
оценки эффективности нагрева масляного фильтра по критериям I и О необходимо решить задачу оптимизации, в результате чего будет определен диапазон начальных температур двигателя, в котором рационально применять данное устройство. Применение исследованного метода ПТП смазочной системы как в виде самостоятельного устройства, так и в составе охранной сигнализации автомобиля с автоматическим запуском позволяет повысить долговечность подшипников коленчатых валов автомобильных двигателей и, как следствие, снизить затраты при эксплуатации автомобилей.
Статья поступила 28.11.2013 г.
Библиографический список
обеспечения малоизносных режимов работы // Связь и транспорт: коллективная научная монография. Новосибирск: Изд. СибАК, 2013. С.39-102.
4. Рогов Е. Автомобильный гараж. Из альбома Н. Егина // Изобретатель и рационализатор. 2004. №7. С.31.
5. Автомобильные масла, смазки, присадки: справочное пособие / И.И. Гнатченко [и др.]. СПб.: ООО «Издательство "Полигон"», 2000. 360 с.
6. Калимуллин Р.Ф. Разработка диагностического обеспечения подшипников коленчатых валов автомобильных двигателей // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2012. №5. С.101-108.
7. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: учеб. для вузов. М.: Высшая школа, 2002. 496 с.
8. Воскресенский В.А., Дъяков В.И. Расчет и проектирование опор скольжения (жидкостная смазка). М.: Машиностроение, 1980. 224 с.
9. Устройство для контроля состояния подшипников: пат. 66046 Рос. Федерация. №2007112656/22; заявл. 04.04.07; опубл. 27.08.07, Бюл. №24. 3 с.
10. Ртутный токосъемник: пат. 70414 Рос. Федерация. №2007136773/22; заявл. 03.10.07; опубл. 20.01.08, Бюл. № 2. 2 с.
11. Коваленко С.Ю., Казаков А.В. Методика оценки приспособленности автомобильных двигателей к режиму пуска // Вестник Оренбургского государственного университета. 2011. №10. С.186-192.
УДК 656.13
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТОЕВ МАРШРУТНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ В ОЖИДАНИИ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПАССАЖИРОВ НА ОСТАНОВОЧНЫХ ПУНКТАХ
© А.В. Липенков1
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, 603500, Россия, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.
Приведены результаты исследования простоев маршрутных транспортных средств городского пассажирского транспорта, принадлежащих коммерческим операторам, на остановочных пунктах с целью ожидания посадки дополнительных пассажиров. Это явление было отмечено на наиболее ключевых, с точки зрения максимального пассажиропотока, остановочных пунктах г. Нижнего Новгорода и получило название «простой в ожидании». Приведены также факторы, влияющие на «простой в ожидании», и выявлены закономерности его изменения. Учет данного фактора позволит более точно оценить пропускную способность остановочных пунктов городского пассажирского транспорта. Ил. 6. Табл. 2. Библиогр. 8 назв.
Ключевые слова: остановочный пункт; пропускная способность; пассажирские перевозки; городской пассажирский транспорт; обслуживание пассажиров.
STUDYING ROUTE TRANSPORT DOWNTIME DUE TO WAITING FOR ADDITIONAL PASSENGERS AT BUS STOPS A.V. Lipenkov
Nizhniy Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseev, 24 Minin St., Nizhniy Novgorod, 603500, Russia.
The article introduces the results of studying the downtime of city buses belonging to commercial operators due to waiting for additional passengers at bus stops. This phenomenon is characteristic of the key bus stops in Nizhniy Novgorod where passenger flows reach their maximum intensity and is named "downtime due to waiting". The factors affecting the "downtime due to waiting" are described. The regularities of changing the "downtime due to waiting" are identified. Consideration of this factor will allow a more accurate estimation of urban transport bus stops capacity. 6 figures. 2 tables. 8 sources.
Key words: bus stop; capacity; passenger transportation; urban passenger transport; passenger services.
Результат перехода страны к рыночным отношениям не мог не отразиться на системе городского пассажирского транспорта (ГПТ) большинства российских городов, включая Нижний Новгород. В настоящий момент на рынке пассажирских перевозок присутствуют два вида операторов - муниципальные и коммерческие. В целом же нижегородская маршрутная сеть характеризуется высокой степенью дублирования, когда через один участок улично-дорожной сети может проходить до 30 и более различных маршрутов. Коммерческие операторы используют, как правило, большое количество подвижного состава малой и особо малой вместимости (в Нижнем Новгороде это чаще всего ПАЗ-3205, ПАЗ-3204) и работают без расписа-
ния (вместо него используется так называемая «интервальная» стратегия). В этих условиях как сама маршрутная сеть, так и остановочные пункты (ОП) ГПТ испытывают дополнительную нагрузку. Она выражается в недостаточной пропускной способности ОП, которые оказываются перегруженными вследствие высокой интенсивности движения. Например, на ОП «Тоннель Московский вокзал» можно наблюдать в «час пик» до 8-10 одновременно обслуживающихся маршрутных транспортных средств (МТС). В результате на подобных ОП постоянно наблюдаются ДТП, остановки транспорта во втором и даже третьем ряду и другие нарушения. Таким образом, исследования, направленные на повышение эффективности функци-
1Липенков Александр Владимирович, старший преподаватель кафедры автомобильного транспорта, тел.: 89040529289, e-mail: alexl@nntu.nnov.ru
Lipenkov Alexander, Senior Lecturer of the Department of Automobile Transport, tel.: 89040529289, e-mail: alexl@nntu.nnov.ru
