Файл: Лосавио Г.С. Эксплуатация автомобилей при низких температурах.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.07.2024
Просмотров: 95
Скачиваний: 0
с полной нагрузкой температура блока поддерживалась на уровне
70—80°С, масла 85—100°С, |
воздуха |
в подкапотном |
простран |
|
стве — плюс 40—55°С. Меньшие значения температуры |
относятся к |
|||
движению на |
затяжных спусках. Испытания показали ненадеж |
|||
ность работы |
муфт отключения вентиляторов и температурных |
|||
датчиков. |
|
|
|
|
Испытания |
образцов |
северных |
модификаций |
автомобилей |
•(,ГАЗ-53С; ЗИЛ-ДЗОС; Урал-37'5К; МАЗ--500С; ЛиАЗ-677А; ЛиАЗ158ВА и др.) при температурах минус 40—60°С показали, что при менение терморегулирующего комплекса двигателя (отключение вентилятора, эластичная шторка, антифриз в сочетании с термо статом в системе охлаждения, теплоизолированный отсек двигате ля) обеспечивает эффективную работу автомобиля по целому ря ду низкотемпературных свойств автомобиля; топливную экономич ность, тягово-динамические качества (в сравнимых дорожных •условиях), долговечность двигателя и работоспособность-системы отопления кабин и пассажирских помещений, очистку ветрового стекла (безопасность движения). Перечисленные меры обеспечи вают при работе автомобиля в условиях Севера поддержание оп тимальных температурных режимов двигателя, топливной аппара туры и других механизмов, находящихся в утепленном отсеке дви гателя, температуры засасываемого в двигатель воздуха и жидко
сти системы охлаждения, |
поступающей |
в теплообменник отопите- |
|
ля. В сочетании с теплоизолированной |
кабиной и |
пассажирским |
|
помещением (прокладкой |
между наружной и внутренней обшивкой |
||
теплоизоляционных матов |
и двойным |
остеклением) |
жидкостные |
отопители, использующие только тепло двигателя, обеспечивают поддержание температуры воздуха внутри автомобиля порядка 5—15°С при наружной температуре до —60°С.
Указанные оптимальные условия имеют место при обеспечении -коэффициента теплопередачи в утепленных зонах обитания (в ка- ' бине и салоне), а также в отсеках двигателя в пределах не более !0,5°С/мин при выключенном двигателе. Во всех северных автомо
билях качество теплоизоляции удовлетворяло этим требованиям.
Г Л А В А V
ГРУППОВЫЕ СРЕДСТВА ОБЛЕГЧЕНИЯ ПУСКА ДВИГАТЕ ЛЕЙ ЗИМОЙ
Р А С Ч Е Т Т Е П Л А , Н Е О Б Х О Д И М О Г О Д Л Я Р А З О Г Р Е В А Д В И Г А Т Е Л Я П Е Р Е Д ПУСКОМ
Проектирование групповых средств подготовки двигателей к пуску при низких температурах начинается с определения необхо димого для их предпускового разогрева или межсменного подо грева (поддержания в определенном тепловом состоянии) коли-
64
чества тепла. Эта .исходная величина требуется для расчета про изводительности источника тепла.
Расчет теоретически потребного для разогрева (подогрева) двигателя тепла можно вести по уравнению теплообмена в диф ференциальной форме, предложенному доц. В. А. Николаевым:
qdi = |
cJlBdt-\ra.F(tcp |
- tQ)d-, |
|
|
|
|
|
||
где qdx — элементарное |
количество |
тепла, |
подводимое |
к |
двига |
||||
телю; |
Cpzdt—количество |
тепла, |
полезно |
затрачивае |
|||||
мое на нагрев двигателя; aF(lcp— |
t0)dx |
— элементар |
|||||||
ные тепловые потери в процессе |
нагрева; |
q — необхо |
|||||||
димая |
тетілопронзводительность |
источника, |
|
ккал/ч; |
|||||
х— продолжительность |
процесса передачи |
тепла, ч; |
|||||||
Сдв — теплоемкость двигателя, ккалІ°С; |
tcp |
— средняя |
|||||||
температура |
двигателя, |
°С; а — коэффициент |
тепло |
||||||
отдачи от стенок двигателя в |
окружающую |
среду, |
|||||||
ккал[м2-ч-°С\ |
F — поверхность |
охлаждения |
двигате |
||||||
ля, м2; |
to — температура |
окружающей |
среды, °С. |
||||||
При составлении этого уравнения приняты следующие допуще |
|||||||||
ния: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
теплопотери лучеиспусканием и на нагрев соседних агрегатов |
|||||||||
малы и поэтому не учитываются; |
|
|
|
|
|
|
|
||
средняя температура двигателя и температура |
стенки |
двигате |
|||||||
ля достаточно близки по величине и определяются |
по формуле |
,^гор "Т" ^хол
где |
/Г О р — температура |
наиболее |
|
горячей точки двигателя, °С; |
|||||
|
^хол — температура |
наиболее холодной |
точки двигателя, °С. |
||||||
|
Теплоемкость двигателя может быть найдена' как сумма тепло- |
||||||||
емкостей его отдельных масс: |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
^дв — ^мет ^мет ~Т~ |
|
^Аі ~f" ^"в ^в > |
|
||||
где |
сі М е т ; |
с м ; св — соответственно |
удельные |
теплоемкости метал |
|||||
|
|
ла двигателя, |
|
масла, находящегося в двнгате- |
|||||
|
_ |
ле, и воды в системе |
охлаждения |
двигателя, |
|||||
|
|
ккал/кг-°С; |
GM e T ; |
GM ; |
G B — соответственно |
||||
|
|
масса двигателя |
(без воды), масла |
и воды, кг. |
|||||
|
Уравнение теплообмена позволяет |
с достаточной для практики |
точностью определять теоретически необходимое количество тепла как для подогрева двигателя, т. е. его поддержания в теплом со стоянии, так и для разогрева холодного двигателя.
В случае подогрева, когда температура теплого двигателя лишь
поддерживается |
(остается постоянной), dt = 0 и весь первый член |
|
уравнения теплообмена cÄ^dt = 0. Тогда |
||
|
q d т =л F (tcp |
—t0 ) d X. |
5—461 |
- |
65 |
Рис. 2©. Теоретическая зависимость .необхо димой теплопропзводительности .источника тепла от условий хранения автомобиля и продолжительности разогрева двигателя от
-№°С д о ЖС
Это означает, что при подогреве тепло расходуется только -на вос полнение тепловых потерь. При разогреве двигателя уравнение теплообмена сохраняет свой начальный вид.
Для практических расчетов пользование уравнением в диффе ренциальной форме было бы затруднено. Однако его решение от
носительно величины теплопропзводительности источника |
тепла |
||||
дает сравнительно простую |
формулу: |
|
|
||
|
q — (tcp — t0) |
a F |
- |
ккал[ч, |
|
|
|
|
1 — |
|
|
|
|
|
|
a F т |
|
|
|
|
|
с д в |
|
где |
|
|
е |
|
|
6^2,71 —основание натуральных логарифмов. Как видно из |
|||||
этой |
формулы, необходимая |
теплопроизводительность источника |
|||
тепла подчинена экспоненциальному |
закону. |
|
|||
На рис. 25 в качестве примера показаны полученные |
но этой |
||||
формуле графики необходимой |
теплопропзводительности |
источни |
ка тепла в различных условиях эксплуатации, которые учитывают ся коэффициентом теплоотдачи а, зависящим от скорости ветра и степени утепления двигателя. Расчеты проведены для двигателя
ГАЗ-53 с суммарной поверхностью охлаждения |
(включая |
радиа |
тор) F=4 м2 (теплоемкость двигателя принята |
80 ккал/°С) |
Не |
трудно заметить, что необходимая теплопроизводительность источ ника тепла изменяется в очень широком диапазоне. Так, при а = —4 ккал/м2-ч-°С, что соответствует хорошо утепленному чехлом двигателю в безветренную погоду, необходимая теплопроизводи тельность источника тепла для разогрева двигателя в течение 12 ч
составляет около 750 ккал/ч. Если же принять |
а = 2 5 |
ккал/м2-ч-°С, |
что соответствует-неутепленному двигателю и |
большой |
скорости |
ветра, то значение необходимой теплопроизводительности для ра зогрева составит около 4С00 ккал/ч.
Пользуясь уравнением теплообмена в экспоненциальной форме, можно определять необходимое количество тепла для разогрева
двигателя. Так, |
например, если требуется |
разогревать |
двигатель |
|||
до температуры |
/=40°С при температуре |
окружающего |
воздуха |
|||
to=—20°С |
за |
время т = 0,5 |
ч (30 мин), то, |
задавшись исходными |
||
данными |
для |
конкретного |
двигателя и определенных эксплуатаци- |
66
онных |
условий, |
можно быстро |
найти |
решение. |
Приняв |
площадь |
|||||||
охлаждения двигателя вместе с радиатором F^4 |
м2, |
массу |
разо |
||||||||||
греваемого металла GM O T =300 |
кг, |
массу |
масла |
в |
двигателе |
(?>,= |
|||||||
= 7 кг, |
массу воды GB =14,5 кг и коэффициент теплоотдачи |
при от |
|||||||||||
сутствии |
движения воздуха относительно двигателя а = 8 |
ккал/м2Х |
|||||||||||
Хч-°С, |
получим |
теплоемкость |
разогреваемого |
|
двигателя |
G; i n = |
|||||||
=cM C T GM C T -|-cM GM |
cn Gn = 0,2 ккал/кг |
• °C • 300 /сг + 0,5 |
ккал/кг-°Cx |
||||||||||
•Х7 кг+\ |
ккал/кг |
- °С • 14,5 /« = 78 |
ккал/°С. |
|
|
|
|
|
|||||
Необходимая |
теплопроизводительность |
источника |
тепла |
будет |
|||||||||
С = [tc? |
— А>] <* F |
= |
[40--(—20)] 8-4 |
|
|
— |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 ~ |
S-4-0,5 |
|
|
|
|
|
|
= 9900 |
ккал/ч. |
|
|
|
|
|
|
||
Таким образом, для разогрева двигателя за 30 мин теплопроиз |
|||||||||||||
водительность источника |
тепла |
должна составлять |
#=9900 |
ккал/ч |
|||||||||
и за указанное время разогрева |
будет |
израсходовано |
9900-0,5= |
||||||||||
= 4950 |
ккал. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассмотрим как изменится величина необходимой теплопроиз- |
|||||||||||||
водительности источника |
тепла, |
если |
при прежних |
условиях |
нуж |
но поддерживать тепловое состояние двигателя £С р=20°С в тече
ние всего межсменного времени, равного |
12 ч. Тогда |
время |
нагре |
||||||
ва х будет не 0,5 ч, а 12 ч и необходимая |
теплопроизводительность |
||||||||
источника |
тепла |
|
|
|
|
|
|
|
|
<7 = [ 2 0 - ( - 20)]8-4 |
|
|
|
^ |
1280 |
ккал/ч. |
|
||
|
|
1 ~ |
|
3-4-12 |
|
|
|
|
|
|
|
2,71 |
7S |
|
|
|
|
||
При этом расход тепла за 12 ч составит |
1280-12=15 360 |
ккал. |
|||||||
Тщательное утепление подогреваемого двигателя вдвое замед |
|||||||||
ляет его охлаждение. В этом случае |
(если двигатель |
хорошо |
утеп |
||||||
лен) можно принять коэффициент |
теплоотдачи не в |
ккал/мй-ч-°С, |
|||||||
а 4 ккал/м2-ч°С |
Тогда необходимая |
теплопроизводительность ис |
|||||||
точника тепла составит 705 ккал/ч, |
а общий |
расход |
тепла на по |
||||||
догрев в течение |
12 ч не превысит 8450 |
ккал. |
|
|
|
||||
Если необходимо разогреть тот же двигатель в течение т=0,5 ч |
|||||||||
до средней |
температуры /ср=40°С, но при значительном ветре (до |
||||||||
10 м/сек), |
то величина коэффициента |
теплоотдачи должна |
быть |
||||||
принята а = 2 5 |
ккал/м2-ч-°С. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда необходимая теплопроизводительность источника тепла |
|||||||||
составит |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q = [40 — (— 20)] 25 • 4 |
— |
|
|
« |
12 600 |
ккал/ч. |
|
||
|
|
1"~ |
25-4-0,5 |
|
|
|
|
||
|
|
2,71 |
та |
|
|
|
|
||
5* |
|
|
|
|
|
|
|
-07 |
|
Очевидно, при проектировании групповых средств облегчения пуска двигателей зимой следует учитывать диапазон теплопронзводительности источника тепла для конкретных эксплуатационных условий.
Безгаражное хранение автомобилей может быть рекомендовано в районах со средней температурой января до —20°С при условии, что "минимальная температура не опускается ниже —40°С. При бо лее низких температурах известные способы тепловой подготовки двигателей оказываются недостаточно эффективными и экономи
чески невыгодными, так как в связи с |
резким ростом количества |
||
потребного для |
разогрева (подогрева) |
двигателей тепла |
затраты |
на безгаражное |
содержание автомобилей достигают 75% |
стоимо |
сти строительства закрытых отапливаемых гаражей. Поэтому без гаражное хранение автомобилей в зоне особо низких температур может быть допустимо лишь в случаях практической невозможно сти гаражного строительства.
Выбор средств тепловой подготовки автомобилей зависит, в пер вую очередь, от энерговооруженности автотранспортного предприя тия и климатической зоны. При прочих равных условиях следует учитывать и экономическую целесообразность применения тех или иных средств, определяемую путем соответствующего сравнитель ного расчета стоимости нескольких доступных способов. Ниже рас смотрены наиболее эффективные средства облегчения пуска двига телей в условиях тшзкпх температур.
Р А З О Г Р Е В Д В И Г А Т Е Л Я Г О Р Я Ч Е Й В О Д О Й
Разогрев двигателей водой получил наибольшее распростране ние благодаря своей простоте и дешевизне, хотя вода как теплоно ситель менее эффективна, чем пар *. В районах, где средняя месяч ная температура наиболее холодного периода года не опускается ниже —15°С, этому способу следует отдать предпочтение, так как горячая вода при рациональндм ее использовании обеспечивает достаточно интенсивный разогрев двигателей.
Для разогрева двигателя горячую воду обычно заливают через горловину радиатора и в рубашку'охлаждения она поступает уже значительно охлажденной. Практикой эксплуатации установлено, что расход горячей воды с температурой 80—'85°С, необходимой для хорошего разогрева двигателя при температуре воздуха до —10°С, достигает двух емкостей системы охлаждения, а при темпе ратуре от —10 до —20°С — трех емкостей.
Для более рационального использования тепла горячей воды, значительной ее экономии,' интенсификации процесса разогрева
* ,В настоящей книге не рассматриваются, способы пароразогрева лишь по тому, что новые методы использования пара для разогрева двигателей в пос леднее время не были разработаны, а традиционные методы (впуск пара в гор ловину радиатора или через специальный пароподводящий краник в нижнем па трубке радиатора) достаточно широко известны.
68