Разработка номограммы процесса тепловых потерь в моторном отсеке автомобиля при длительной стоянке под теплоизоляционной оболочкой в условиях низких температур

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 внут- реннего 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.

Рисунок 2 - Контрольные точки измерения температур

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).

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).

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.

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 температуре t, по этим данным, пробег автомобиля, в км, эквивалентный износу двигателя при

одном пуске, равен: L(t)   2_0,                                       (1) t+40 где t – температура контрольной точки.

Лосавио обосновал, что при температуре t=+20 ° С «граничный износ» составляет

L=4,5 км.

L(t) =   270  = 7,4 км;                        (1.1) -3,6+40 L(t) = -7°2_ = 4,7 км;                        (1.2) 17,8+40 L(t) = —270— = 5,9 км;                        (1.3) 15,2+40      ' L(t) = ^Z2-= 6,3 км.                         (1.4) 3,2+40

Оценка величины износа при любой температуре осуществляется в безразмерных единицах и по функции потери эффективности:

ф(t) = -^®-.                              (2) ф        L(20°C)

Расчетные значения потерь эффективности:

..74 Ф(t) = т- = 1,66;                                  (2.1) 4,5 ..47 Ф(t) = -т = 1,04;                                  (2.2) 4,5 Ф(t) = -* = 1,09;                                  (2.3) 4,5 Ф«) = 6,3 = 1,4.                                   (2.4) 4,5

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

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.