CC BY
1DOI 10.53980/24131997_2022_2_29
Е.Е. Анисимов, соискатель, е-mail:[email protected] В.П. Друзьянова, д-р техн. наук, проф., е-mail:[email protected] С.Ю. Булдаков, студент, е-mail: [email protected] Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, г. Якутск
УДК 629.039.58
РАЗРАБОТКА НОМОГРАММЫ ПРОЦЕССА ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ
В МОТОРНОМ ОТСЕКЕ АВТОМОБИЛЯ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОЙ СТОЯНКЕ ПОД ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЙ ОБОЛОЧКОЙ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР
Якутия - регион с очень холодным климатом. В сельской местности обеспечение нормальной жизнедеятельности населения полностью зависит от состояния подвижного состава - тракторов и автомобилей. В АПК республики самым распространенным и широко используемым трактором является марка МТЗ. Подвоз льда и дров, заготовленного сена животным осуществляются тракторами именно этой марки. Вместе с тем нередко случаются и трагедии - зимой, когда трактор в тайге, вдалеке от населенного пункта ломается, человеку редко удается спастись. Поэтому необходимо разрабатывать легкие теплоизоляционные и теплосберегающие конструкции, устройства, дающие человеку возможность провести ремонтные работы в условиях холода и сохранить себе жизнь. Авторы предлагают применять портативные гаражи - накидки, которые в настоящее время широко используются для хранения автомобилей в зимнее время года. Формы этих накидок могут быть разными в зависимости от геометрии техники, машины, оборудования.
Ключевые слова: портативный гараж, чехол, накидка, теплоизоляционный материал, датчики, термохрон, двигатель внутреннего сгорания.
Е.Е. Anisimov, Ext. Cand. Student.
V.P. Druzyanova, Dr. Sc. Engineering, Prof.
S.Yu. Buldakov, student
DEVELOPMENT OF NOMOGRAM OF THE PROCESS OF HEAT LOSSES IN ENGINE COMPARTMENT
OF A CAR DURING LONG PARKING UNDER HEAT-INSULATING SHELL IN LOW TEMPERATURE CONDITIONS
Yakutia is a region with a very cold climate. In rural areas, the provision of life for the population depends entirely on the condition of the rolling stock - tractors and cars. In the agro-industrial complex of the republic, the most common and widely used tractor is the MTZ brand. Delivery of ice and firewood, harvested hay to animals is carried out by tractors of the MTZ brand. Tragedies often happen - in winter, when a tractor in the taiga, far from the settlement breaks down, a person rarely manages to escape ... Therefore, there is a need to develop light heat-insulating and heat-saving structures, devices that enable a person to carry out repair work in cold conditions and save his life. The authors propose to use portable garages -covers, which are currently widely usedfor keeping cars in winter. The shapes of these covers can be different depending on the geometry of the technical equipment or vehicle.
Key words: portable garage, cover, cape, heat-insulating material, sensors, thermochron, internal combustion engine.
Введение
Основным источником тепла в автомобиле является двигатель. Гипотеза состоит в том, что при эффективном сохранении тепла, выделяемого двигателем внутреннего сгорания, вероятность использования его как источника тепла для самого транспорта весьма высока. С этой целью были проведены исследования на легковом автомобиле, поскольку далее можно масштабировать полученные результаты под любую технику, имеющую двигатель внутреннего сгорания.
Портативный гараж представляет собой материал в виде своеобразного чехла для автомобиля, который необходим для защиты транспортного средства от воздействий низких температур, а также для защиты от осадков. Такие приспособления изготавливаются из износостойкого синтепона. С внешней стороны - из негорючего материала с полиуретаном [1].
Последние годы практического применения показали и доказали целесообразность портативных гаражей при хранении автомобиля в условиях экстремально холодного климата нашего региона. Они становятся заменой дорогостоящим гаражам, при этом более эффективным по сравнению с другими видами безгаражного хранения автомобилей [2].
Оптимальный выбор портативного гаража - непростой процесс, требующий комплексного подхода с учетом ряда факторов: климатические особенности зимнего периода; габаритные размеры транспортного средства; ориентировочное время планируемой стоянки под портативным гаражом; обеспечение безопасности и сохранности портативного гаража и автомобиля в целом; индивидуальные предпочтения в выборе дизайна портативного гаража [2].
Цель исследования - обосновать период излучения полезного тепла двигателем внутреннего сгорания.
Материалы и методы исследования
Портативный гараж имеет следующий вид (рис. 1).
Рисунок 1 - Портативный гараж
Эксперименты в рамках настоящего исследования проводились с использованием легкового автомобиля. Для мониторинга темпа снижения температуры, излучаемой от нагретого двигателя, в контрольных точках техники был использован прибор «Термохрон» [3]. Месторасположение датчиков следующее: головка блока цилиндров; АКПП; картер и моторный отсек (рис. 2). Интервал измерений составляет 1 ч.
«И —--»И<31»>--—11»
-5039(51 Я)-
Рисунок 2 - Контрольные точки измерения температур
30
Результаты эксперимента
Следует отметить, что температурный режим двигателя автомобиля характеризуется такими параметрами, как установившаяся температура двигателя и время его прогрева и охлаждения [4, 5, 6].
Эксплуатация автомобилей в условиях низких температур имеет ряд характерных особенностей, представленных на рисунке 3.
Рисунок 3 - Особенности эксплуатации автомобилей в условиях низких температур [4-6]
При температурном режиме ниже -35 °С без укрытия теплоизоляционным материалом в случае нахождения в открытом пространстве автомобиль за 6 ч достигает точки отказа запуска двигателя. В нашем случае автомобиль в течение ночи находился под чехлом при температуре ниже -35 °С. Соответственно, утром по истечении 12 ч автомобиль завелся без каких-либо осложнений. Следует отметить, что за ночь автозапуск двигателя включался четыре раза.
По полученным результатам был построен график, описывающий темп обогрева моторного отсека при запуске авто под портативным гаражом (рис. 4).
§
тк вт о
а ру
туа
рр
е п
м е
Н
60 50 40 30 20 10 0 -10
/ 55, 971 7
1 41, 51< ,2 44, 49, 26; 496 5 7 41, 70" 4 /
1
/ 1
1 / 17, 845 4 1 15, 154 4 ] 10, 896 9
3,1 892 1
/ -3, 585 3
оооооооооооооооооооооооо оооооооооооооооооооооооо
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2
Время нагрева двигателя, чч:мм Рисунок 4 - Экспериментальные данные по темпу обогрева моторного отсека автомобиля,
находящегося под защитным чехлом
На основании существующего метода разработки номограммы для оценки способа тепловой подготовки двигателя при безгаражном хранении автомобиля [6, 7] была построена номограмма по оценке темпа тепловой подготовки моторного отсека при запуске под защитным чехлом (рис. 5).
и о СЗ С ы, °С 20 х
воздух р атур р е
СЗ С 1 у т п м е т а
о С о пера Те ц и н £Тем перату ра дви гателя П), "С
-30 -20 -Ь -ю Ю Г 30 40 ' 50
-20 V
-30 \ / * V / У /
■40 2 /
'-50 г /
Рисунок 5 - Номограмма по оценке темпа тепловой подготовки моторного отсека при запуске под защитным чехлом: 1 - темп обогрева моторного отсека в период 5:00-6:00; 2 - темп обогрева моторного отсека в период 8:00-10:00; 3 - темп обогрева моторного отсека в период 13:00-14:00;
4 - темп обогрева моторного отсека в период 17:00-19:00
Таким образом, по результатам эксперимента было установлено, что применение защитного чехла полностью исключает отказ двигателя при его запуске. Вместе с этим были проведены исследования по изучению темпа снижения температуры нагретого двигателя при нахождении под защитным чехлом в течение 20 ч. Результаты приведены на рисунке 6.
§
га кч
ги то
вт дй ра он
та о рр
ет пе нт
м ко е к
Н й
н
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10
79, 5
66, 5
ч 35, 5 27 27 26, 5
\ 29 \ 2 7 0,5 9 24
ч 16 \ 17, 5 24 24 ,5 2 1 < 18 ,5 15
ч 7 ч 5,5 8
0 -5 -2
V V "у V
«з- (о- Л-
л* ад**
Время охлаждения двигателя, чч:мм Рисунок 6 - Темпы снижения температуры в моторном отсеке авто
Для описания характеристики потери эффективности двигателя использованы сведения об износе в единицах эквивалентного пробега, предложенные Г.С. Лосавио [8, 9]. При
5
температуре ^ по этим данным, пробег автомобиля, в км, эквивалентный износу двигателя при одном пуске, равен:
270 t+40
(1)
где 1 - температура контрольной точки.
Лосавио обосновал, что при температуре 1=+20 °С «граничный износ» составляет L=4,5 км.
270
и^)="^=7,4 км; (1.1)
-3,6+40 270
= 4,7 км;
(12)
(1.3)
(1.4)
Оценка величины износа при любой температуре осуществляется в безразмерных единицах и по функции потери эффективности:
<«0= 1(4
17,8+40
L(t) = = 5,9 км;
4 у 15,2+40 '
L(t) = -270- = 6,3 км.
3,2+40
Ц20°С)
Расчетные значения потерь эффективности:
7,4
ФС) = = 1,66
4 7
Ф(t) = = 1,04;
4 9
ФО = = 11,09;
Ф(t) = 41 = 1,4.
(2)
(2.1) (2.2)
(2.3)
(2.4)
На основании полученных расчетных данных построили номограмму, оценивающую величины износа и потери эффективности в моторном отсеке при хранении автомобиля с использованием защитного чехла (рис. 7).
Функция потери эффективности
!66 . а: и»,
-30
1в, с
3
о и
-Ш
£ £
а
ё
%
ш
-ю
о -р
-20 -30 -40
-50
О
■а
р
[у
а
<и
а
Ю
я «
к
а
^ Тем
ем
I I
пература двигателя
ЗОУ 40) 50
Рисунок 7 - Номограмма для оценки величины износа и потери эффективности моторного отсека при хранении автомобиля в защитном чехле: 1 - темп снижения температуры в моторном отсеке в период 0:00-5:00; 2 - темп снижения температуры в моторном отсеке в период 6:00-8:00; 3 - темп снижения температуры в моторном отсеке в период 10:00-13:00; 4 - темп снижения температуры в моторном отсеке в период 16:00-17:00
Выводы
Разработанные номограммы свидетельствуют о том, что безгаражный портативный метод хранения автомобилей в зимних условиях Республики Саха (Якутия) является достаточно эффективным и экономичным способом хранения транспорта в зимний период. Выявлено, что при температуре воздуха -40 °С добиться нужной температуры моторного отсека можно за 40 мин.
Как показывают номограммы (рис. 6, 7), недостаточная тепловая подготовка двигателя повышает интенсивность его износа в пусковой момент. Вместе с этим отметим прямую зависимость: чем ниже температура агрегата, тем активнее происходит его износ в момент пуска и более существенны потери эффективности.
По итогам проведенного исследования можно сделать вывод, что для максимально эффективного использования защитного чехла рекомендуется прогрев транспортного средства с периодичностью в 6-7 ч. Такой метод обеспечит минимальное количество тепловых потерь, а транспортное средство будет находиться в состоянии готовности к запуску двигателя на протяжении всего периода безгаражного хранения.
Библиография
1. Портативные гаражи для автомобилей [Электронный ресурс]. - URL: https://fastmb.ru/so-veti_auto/2036-portativnye-garazhi-dlya-avtomobiley.html#samye rasprostranennye-portativnye-garazhi (дата обращения: 08.05.2021).
2. Интернет-магазин портативных гаражей [Электронный ресурс]. - URL: https://hau-berk.pulscen.ru/about (дата обращения: 09.05.2021).
3. Технология Термохрон [Электронный ресурс]. - URL: https://elin.ru/files/pdf/Thermo-chron/Thermochron.pdf (дата обращения: 10.05.2021).
4. Кузнецов Е.С. Техническая эксплуатация автомобилей. - М.: Наука, 2004. - 536 с.
5. Эртман С.А. Приспособленность автомобилей к зимним условиям эксплуатации по температурному режиму двигателей: монография. - Тюмень: Изд-во ТюмГНГУ, 2014. - 128 с. - ISBN 9785-9961-0922-7. - Текст: непосредственный.
6. Казаков А.В. Методика оценки эффективности устройств облегчения пуска холодного двигателя автомобиля: спец. 05.22.10 «Эксплуатация автомобильного транспорта»: дис. ... канд. техн. наук / Казаков Александр Владимирович; ОГУ. - Оренбург, 2018. -137 с. - Текст: непосредственный.
7. Тюлькин В.А. Оценка приспособленности автомобилей к зимним условиям эксплуатации по темпу охлаждения двигателя: спец. 05.22.10 «Эксплуатация автомобильного транспорта»: дис. ... канд. техн. наук / Тюлькин Вячеслав Анатольевич; ТюмГНГУ. - Тюмень, 2000. - 170 с.
8. ЛосавиоГ.С. Пуск автомобильных двигателей без разогрева. - М.: Транспорт, 1965. - 103 с.
9. Лосавио Г.С. Эксплуатация автомобилей при низких температурах. - М.: Транспорт, 1973.
- 120 с.
Bibliography
1. Portable garages for cars [Electronic resource]. - URL: https://fastmb.ru/soveti_auto/2036-por-tativnye-garazhi-dlya-avtomobiley.html#samye rasprostranennye-portativnye-garazhi (date of access: 05/08/21).
2. Online store of portable garages [Electronic resource]. - URL: https://hauberk.pulscen.ru/about (date of access: 05/09/21).
3. Thermochron technology [Electronic resource]. - URL: https://elin.ru/files/pdf/Thermo-chron/Thermochron.pdf (date of access: 05/10/21).
4. Kuznetsov E.S. Technical operation of cars. - M.: Nauka, 2004. - 536 p.
5. Ertman S.A. Adaptability of cars to winter operating conditions according to the temperature regime of engines: monograph. - Tyumen: Publishing House of Tyumen State Oil and Gas University, 2014.
- 128 p. - ISBN 978-5-9961-0922-7.
6. Kazakov A.V. Method for evaluating the effectiveness of devices to facilitate the start of a cold car engine: dissertation ... Candidate of Engineering Sciences: 05.22.10 / Kazakov Alexander Vladimirovich; [place of dissertation defense: Orenburg State University]. - Orenburg, 2018. - 137 p.
7. Tyulkin V.A. Assessing the adaptability of vehicles to winter operating conditions by the rate of engine cooling: dissertation ... Candidate of Engineering Sciences: 05.22.10 / Tyulkin Vyacheslav Ana-tolievich; [place of dissertation defense: Tyumen State National University]. - Tyumen, 2000. - 170 p.
8. Losavio G.S. Starting automobile engines without heating. - M.: Transport, 1965. - 103 p.
9. Losavio G.S. Operation of automobiles at low temperatures. - M.: Transport, 1973. - 120 p.
