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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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