Индивидуальные подогреватели

5. Индивидуальные подогреватели 5.1. Классификация индивидуальных подогревателей Индивидуальные подогреватели входят в конструкцию автомобиля и устанавливаются на его агрегатах (двигателе). Существуют многие разновидности индивидуальных подогревателей (рис. 5.1). Разработанный в НАМИ в 1973 г. ОСТ (37.001.046—73), охватывает подогреватели всех автомобильных двигателей, в том числе и перспективные, все подогреватели по теплопроизводительности и назначению делятся на 3 группы: общего назначения, северного исполнения и многоцелевые. Подогреватели северного исполнения и многоцелевые отличаются от подогревателей общего назначения способностью работать при более низких температурах, в высокогорных условиях и т. п. По роду теплоносителя подогреватели могут быть жидкостными (антифриз, вода) или воздушными. В настоящее время разрабатываются также подогреватели, работающие на смешанном топливе. По принципу транспортировки тепла от подогревателя к двигателю существуют устройства как термосифонные, так и с принудительной циркуляцией. Принудительную циркуляцию применяют для тяжелых (большей частью) V-образных дизельных двигателей. По роду применяемого топлива подогреватели можно разделить на бензиновые и дизельные. Как правило, подогреватель должен работать на том же топливе, что и подогревамый двигатель. Для карбюраторных и дизельных двигателей практически всех марок автомобилей разработан и применяется ряд жидкостных подогревателей, которые обозначаются буквами ПЖД и ПЖБ (подогреватель жидкостный дизельный и подогреватель жидкостный бензиновый). На автомобилях ЗИЛ-130 устанавливают жидкостный подогреватель П-100. Рис. 5.1. Классификация индивидуальных подогревателей Принципиальная схема жидкостного подогревателя показана на рис. 5.2, основной составной частью которого является котел, состоящий из теплообменника и камеры сгорания. Теплообменник подогревателя представляет собой четыре концентрические трубы. В пространстве между ними помещается подогреваемая жидкость. Рис. 5.2. Принципиальная схема подогревателя: 1 — топливный бак; 2 — кран; 3 — фильтр-отстойник; 4 — топливопровод; 5 — элект­ромагнитный клапан; 6 — вентилятор с электроприводом; 7 — воздухопровод; 8 — трехпозиционный переключатель; 9 — выключатель свечи; 10 — контрольная спираль; 11 — запальная свеча; А — горячая вода к двигателю; Б — вода от двигателя; В — отработавшие газы к поддону картера двигателя В связи с высокой теплонапряжённостью камер сгораний (1400—1600° С) их чаще всего выполняют из хромоникелевой стали Х18Н10Т. Тепловая напряженность камер сгорания подогревателей карбюраторных двигателей выше, поэтому для них применяют жаропрочную сталь Х25Н16Г7АР (ЭИ-835). Подача воздуха в камеру сгорания осуществляется с помощью специального автономного электровентилятороа, питающегося от аккумуляторной батареи. Из топливного бака топливо поступает к форсунке камеры сгорания, где оно воспламеняется с помощью свечи. Работу последней контролируют по контрольной спирали. Для управления работой подогревателя имеется специальный щиток. При сгорании топлива в камере сгорания жидкость в котле нагревается и вследствие возникновения термосифонной циркуляции поступает в рубашку охлаждения подогреваемого двигателя, откуда вода вновь возвращается в котел. Отработавшие газы из камеры сгорания поступают в специальной поддон под картером нагреваемого двигателя и подогревают масло в нем. Устройство котла подогревателя П-100 карбюраторного двигателя автомобиля ЗИЛ-130 показано на рис. 5.3,а, а схема его установки на двигателе показана на рис. 5.3,б. Этот котел неразборный, камера сгорания выполнена вместе с теплообменником. Жидкостные подогреватели для дизельных двигателей (рис. 5.4) (ПЖД) имеют съемную камеру сгорания. Вода, нагреваемая в котле такого подогревателя, подается в рубашку блока двигателя специальным водяным насосом. Водяной, воздушный и топливный насосы смонтированы на одном валу с электродвигателем привода, который работает от аккумуляторных батарей автомобиля. Опыт использования подогревателей, работающих на дизельном топливе, показывает, что при низких температурах вследствие повышения вязкости дизельного топлива его распыливание в камере ухудшается. Поэтому в конструкции перспективных подогревателей предусматривается электроподогрев топлива в системе питания подогревателя. Рис. 5.3. Подогреватель П-100: а — котел подогревателя; б — схема установки подогревателя на двигатель ЗИЛ-130: 1 — щиток управления; 2 — топливный бачок; 3 — вентилятор; 4 — регулятор подачи топлива; 5 — свеча накаливания; 6 — щиток подогрева масла в картере; 7 — котел Рис. 5.4. Жидкостный подогреватель для дизельных двигателей типа ПЖД: 1 — корпус; 2 — камера сгорания; 3 — жидкость; 4 — горелка; 5 — блок насосов В индивидуальном воздушном подогревателе электродвигатель, воздушный нагнетатель и топливный насос размещаются внутри теплообменника. Улучшению смесеобразования здесь способствует вращающаяся форсунка. Воспламенение смеси происходит от электрической запальной свечи. На автомобилях отечественного производства воздушные подогреватели (О-15, О-30, ОВ-65) используются в качестве отопителей независимого действия для салонов кабин, и как предпусковые подогреватели двигателей с воздушным охлаждением. В качестве примера на рис. 5.5 показано устройство воздушного подогревателя пульсирующего типа фирмы «Эбершнехер», устанавливаемого на автомобиле Магирус-Дейц. Как и жидкостный, пульсирующий воздушный подогреватель имеет теплообменник, камеру сгорания и топливный бачок. В топке котла помещается жаровая труба. Камера сгорания имеет грушевидную форму и выполняет вместе с жаровой трубой роль возбудителя колебаний. При сгорании рабочей смеси в камере сгорания образуется волна повышенного давления газов, которая распространяется с очень высокой скоростью. Горячие газы, проходя через жаровую трубу, нагревают воздух в теплообменнике. Вслед за волной повышенного давления идет разрежение. Под его воздействием срабатывает клапан, направляющий воздух в камеру сгорания, тем самым обеспечивая новый период сгорания топлива и повышения давления. Работа подогревателя циклическая — процессы повышения и понижения давления в камере сгорания повторяются с частотой несколько десятков раз в секунду. Такой процесс сгорания топлива и работы подогревателя позволяет практически исключить потребление электроэнергии от аккумуляторной батареи — после выхода на устойчивую пульсацию внешний источник электроэнергии не нужен. Общие сведения о характеристиках российских воздушных подогревателей приводятся в табл. 5.1. Рис. 5.5. Пульсирующий воздушный подогреватель: 1 — пусковой воздушный насос; 2 — выключатель свечи; 3 — клапан подачи воздуха; 4 — катушка зажигания; 5 — рукоятка регулировочной иглы; 5 — искровая свеча; 7 — камера сгорания; 8 — жаровая труба; 9 — патрубок наружного воздуха теплообменника; 10 — наружный кожух теплообменника; 11 — глушитель выпуска; 12 — колесо турбины; 13 — полость для смазки подшипников вала турбины; 14 — крыльчатка вентилятора; 15 — направляющий аппарат; 16 — отсасывающая трубка эжектора; 17 — внешний труба; 18 — воздушный кожух теплообменника; 19 — эжектор; 20 — свеча накаливания; 21 — жиклер распылителя; 22 — карбюратор; 23 — топливный бачок; 24 — пусковой обратный клапан; 25 — топливопровод; 26 — топливный фильтр Таблица 5.1. Общие характеристики российских воздушных подогревателей Марка Подогре-вателя Теплопроизводи-тельность, Вт Размеры котла, мм Максимальная электрическая мощность на привод агрегатов, Вт Расход топлива при номинальной теплопроизводи-тельности, кг/ч Топливо Диаметр Длина О-15 2000 120 400 36 0,35 Бензин О-30 3500 143 504 42 0,6 » ОВ-65 4800 150 500 50 0,8 » ВП-1 14800 210 1,77 » ПВБ-120 13900 185 615 264 2,4 » ПГВ-800 58000 390 745 312 5,5 Дизель-ное ПГВ-800-1 92800 410 745 600 8,9 » ГВИП-4-1 (инжекторны) 74800 420 690 640 6,5 Бензин Индивидуальные подогреватели для автомобилей, а также для дорожных и строительных машин широко распространены в некоторых зарубежных странах. В качестве примера на рис. 5.6 показано устройство японского жидкостного подогревателя фирмы «Микуни» марки 260WHK. Теплопроизводйтельность подогревателя около 29000 Вт. Он обеспечивает одновременный подогрев масляного бака и двигателя Мицубиси. | Рис. 5.6. Жидкостный подогреватель фирмы «Микуни 2S0WHK»: 1 — выход горячей воды; 2 — камера сгорания; 3 — вентилятор; 4 — топливный насос; 5 — электродвигатель; 6 — водяной насос; 5 — электродвигатель; 7 — выход выхлопных газов На автомобилях, строительных и дорожных машинах японских фирм, работающих в северных районах страны, применяется около 40 видов и типов различных индивидуальных подогревателей, в том числе около 30 воздушных. | В отдельных случаях индивидуальные подогреватели специально изготавливаются для подогрева агрегатов автомобиля (а не двигателя). Так, например, на японских автосамосвалах «Ниссан UW-50» и UW-51 применяется воздушный подогреватель гидронасоса опрокидывающего механизма платформы. Он имеет теплопроизводйтельность около 11000 Вт. Топливом для него служит керосин с температурой застывания не выше —50° С. На рис. 5.7 показана принципиальная схема использования многоцелевого отопителя-подогревателя. Он предназначен для обогрева масла в картере двигателя, аккумуляторных батарей и для отопления кабины водителя. Рис. 5.7. Схема использования многоцелевого воздушного отопителя: 1 — воздухоочиститель; 2 — левое крыло автомобиля; 3 — правое крыло автомобиля; 4 — воздуховод для отопления кабины; 5 — заслонка; 6 — вход; подогретого воздуха; 7 — кабина; 8 — воздуховод для обогрева аккумуляторных батарей; 9 — аккумуляторная батарея; 10 — подогреватель; 11 — коробка переключения горячих газов; 12 — газопровод для обогрева картера двигателя; 13 — поддон картера двигателе Многочисленные испытания индивидуальных подогревателей (как воздушных, так и жидкостных) показали, что они обеспечивают достаточно высокий темп нагрева стенок блока, удовлетворительный темп нагрева масла в картере двигателя, но темп нагрева одного из ответственных узлов двигателя — подшипников коленчатого вала —оказывается недостаточным. Так, на рис. 5.8 показано (для двигателя ЯМЗ-740 с подогревателем ПЖД-30): темп нагрева стенок цилиндра 6° С/мин, масла 2,5° С/мин, а коренных подшипников всего 1,5° С/мин. Рис. 5.8. Зависимость средних температур двигателя ЯМЗ-740 от времена обогрева подогревателем: 1 — стенки цилиндров правого ряда; 2 — левого ряда; 3 — масло в картера коренные подшипников Общими преимуществами индивидуальных подогревателей являются: • возможность разогрева двигателя в любых условиях хранения; • независимость от постороннего источника энергии; • возможность использования антифриза. Следует также отметить, что коэффициент использования тепла в этих подогревателях очень высок. Так, например, подогреватель П-100 при часовом расходе топлива 2 кг/ч имеет теплопроизводительность 16200 Вт. Если принять величину теплотворной способности сжигаемого бензина приблизительно равной 12500 Вт/кг, а расход тепла при работе подогревателя около 25000 Вт, то коэффициент использования тепла составит . Следует заметить, что индивидуальные подогреватели в подавляющем большинстве предназначены только для обогрева двигателя, между тем, суровые условия Севера требуют обогрева и других агрегатов (коробки передач, заднего моста, аккумуляторных батарей). 5.2 Автономные предпусковые подогреватели Автономные предпусковые подогреватели можно разделить на две группы: жидкостные и воздушные. Автономный воздушный отопитель — отопительное устройство, работающее независимо от теплового режима самого транспортного средства. Отопители можно устанавливать в любом месте автомобиля как внутри, так и снаружи отапливаемой кабины (салона). Всасывание воздуха возможно как снаружи, так и из самого помещения. Воздушные отопители, не допускающие угара, незаменимы при использовании в холодное время года в кабинах дальнобойных траков как в движении, так и на стоянках во время ночного отдыха водителей. Камера сгорания нагревает воздух, обтекающий ее снаружи под воздействием вентилятора, а безопасная эксплуатация воздушного отопителя обеспечивается выбросом продуктов сгорания топлива за пределы кабины или салона. Элементы управления воздушным обогревателем по сути те же, что и у жидкостного подогревателя-отопителя. Правда, в данном случае чаще практикуется бесступенчатое регулирование температуры в обогреваемом помещении, а также возможность продувки кабины холодным воздухом. Автономный жидкостный отопитель («Вебасто») — суть котел с теплообменником, через который встроенная помпа прогоняет антифриз из малого круга двигателя, доводя его температуру до 80 градусов. Также управляет печкой салона. При этом мотор не делает ни одного оборота. Питается от аккумулятора - работают все электронасосы - помпа для антифриза, помпа для бензонасоса и отопитель салона. Антифриз подогревается за счет сжигания топлива в специальной камере сгорания с теплообменником, где-то 0,5 литра в час для 5 киловаттного подогревателя. В российском климате возможность прогрева внутренних помещений транспортного средства — необходимое условие его нормальной эксплуатации. Обогрева работающим двигателем — часто недостаточно. При этом перерасход топлива составляет за год многие сотни литров, а в атмосферу выбрасывается масса вредных выхлопов, что вызывает не только протест в обществе, но и конкретные меры властей. Поэтому во многих случаях необходимым оборудованием автомобиля становятся работающие на топливе автономные воздушные отопители, прогревающие кабину (салон) или грузовой отсек во время стоянки, перед и в ходе поездки, независимо от работы двигателя. Для некоторых типов грузовиков и спецтехники в Европе их установка обязательна. Широкое распространение на российском рынке получили подогреватели двух фирм «Вебасто» и «Eberspacher». Фирма «Вебасто» (название соответствует первым буквам имени основателя WErner BAer и места нахождения STOckdorf) была основана в Баварии как мастерская для ремонта велосипедов. Сегодня это транснациональная компания, дочерние фирмы и филиалы которой находятся в 52-х странах мира и которая контролирует почти 70 % мирового рынка автомобильных отопителей. Партнерами фирмы являются такие известные автогиганты, как Audi, BMW, Mercedes, Volvo, Renault, Ford, Opel, Subaru, Iveco, DAF, Tatra и другие. Воздушные и жидкостные обогреватели «Вебасто» используются в легковых, грузовых автомобилях, автобусах, сельскохозяйственной, военной, специальной технике, яхтах и катерах. Они создают комфортные условия для водителя и пассажиров, поскольку прогревают салон зимой даже при выключенном двигателе, продлевая его ресурс и прогревая систему охлаждения. Эти обогреватели работают автономно, независимо от двигателя. Летом они обеспечивают автономную вентиляцию салона. Дозировка топлива после запуска прогретого агрегатом Webasto двигателя тоже заметно ниже, чем при холодном пуске, когда в прогревочном режиме для устойчивой работы двигателя в цилиндры подается обогащенная смесь, разжижающая и смывающая смазку. Также частично разогревается масло в коробке перемены передач. Уменьшается нагрузка на стартер и аккумуляторную батарею, так как не требуется преодолевать повышенное сопротивление, вызванное некачественной смазкой и повышенной вязкостью застывшего на морозе масла. Т.е. ресурс этих узлов возрастает. Новинками 2005—2006 гг. являются подогреватели DBW 2020, мощностью 23,3 кВт, и подогреватель DBW 2016. Подогреватель жидкостный DBW 2016 представляет собой устройство, которое объединяет в одном корпусе теплообменник, камеру сгорания, электронный блок управления, топливный насос и форсунку. Теплопроизводительность нового подогревателя 16 кВт, напряжение питания — 12В/24В. Циркуляцию жидкости по рубашке охлаждения и радиатору системы отопления обеспечивает циркуляционный насос. Преимуществ у новых систем автономного подогрева предостаточно. Снижается износ двигателя, поскольку вязкость разогретого масла меньше, чем у застывшего на морозе, и рабочим поверхностям деталей смазка подается уже после первых оборотов якоря стартера. Следует учесть, что до пуска двигателя происходит постепенный (растянутый во времени) разогрев двигателя во всей его массе, что исключает локальные перегревы цилиндро-поршневой группы, возникающие при холодном пуске. 5.3. Воздушные подогреватели Базовая серия воздушных отопителей «Вебасто» — Air Top. Наличие трех моделей различной максимальной мощности, а также широкий диапазон мощности и её плавное регулирование у каждой из них позволяют выбрать именно ту, которая больше всего подходит для конкретного транспортного средства. Применяемые в отопителях этой серии современные керамические технологии — большой шаг вперёд в снижении нагрузки на аккумулятор. Горелка отопителя с металлокерамической прокладкой (изготовлена по технологии "Ferrotec", запатентованной "Вебасто") отличается особой стойкостью к перегреву и износу. Водостойкость деталей и штекерных соединений позволяют нагревать воздух, забираемый не только из кабины, но и извне, даже при высокой его влажности. Благодаря новейшим разработкам — прежде всего низкошумному вентилятору, а также запатентованным "Вебасто" схеме внутренней циркуляции и конструкции входного отверстия отопительного воздуха — отопители Air Top известны как наименее шумные в своих классах. Кроме того, плавное автоматическое регулирование мощности позволяет избежать резких изменений шума воздушных подогревателей Webasto, которые могут помешать отдыхающим водителю и пассажирам. Автомобильные отопители Air Top управляются автоматически электронным блоком управления. Сравнивая температуру воздуха, измеренную на входе в отопитель или (с помощью опционального наружного датчика температуры) в нужной точке отапливаемого помещения, и установленную на поворотном включателе или термостате таймера, он плавно изменяет мощность отопителя. Отопитель может запускаться и выключаться либо включателем (или специальной кнопкой на таймере), либо — с помощью трёхпрограммного таймера — автоматически в установленный день недели и час. Время автоматической работы отопителя устанавливается пользователем в пределах от 1 до 120 мин. В объём поставки входит либо включатель, либо программируемый таймер — оба с регулятором температуры. Дополнительно к включателю можно заказать таймер с функцией будильника. Установка автомобильных отопителей Air Top значительно упрощена благодаря: • интегрированному блоку управления воздушным подогревателем "Вебасто"; • водостойким штекерным разъёмам, позволяющим устанавливать его и в "проблемных" местах, в том числе - в монтажном ящике - вне моторного отсека, при любом объёме попадающей в эти места воды; • компактности, обусловленной новаторской конструкцией вентилятора и внешнего контура теплообменника, позволяющей устанавливать их даже в стеснённых условиях; • расширенному диапазону допустимых положений горелки, что позволяет не только устанавливать отопитель в положении ±90° от горизонтального, но и надёжно поддерживать его нормальную работу при любых наклонах автомобиля; • одинаковым для всех моделей серии установочным шаблонам - соответственно, лёгкости модернизации; • возможности переоборудовать дизельные модификации отопителей с напряжением 24 В для использования на автомобилях, перевозящих опасные грузы, без дополнительных усилий и запчастей (путём активации специального контакта). Обслуживание и ремонт отопителей Air Top облегчены трёхступенчатой системой диагностики: по сигналам переключателя или таймера, по уровню СО2 в выхлопе и путём тестирования отопителя с помощью персонального компьютера, в т.ч. без демонтажа с автомобиля. Технические характеристики и описание автономных воздушных подогревателей Webasto (Вебасто) приведены в таблице 5.2. Таблица 5.2. Технические характеристики и описание автономных воздушных подогревателей Webasto (Вебасто) Air Top 2000 (S) B Air Top 2000 (S) D Air Top 3500 Air Top 5000 1 2 3 4 5 Отопительная мощность, кВт 2,5 2,5 3,5 5,5 Номинальное напряжение, В 12 12 12/24 12/24 Топливо бензин дизельное дизельное дизельное Расход топлива (бензин/дизель), л/ч 0,27 0,24 0,42 0,60 Потребляемая мощность, Вт 22 22 36 90 Продолжение таблицы 5.2 1 2 3 4 5 Объем подав. воздуха 70 куб. м/ч 70 куб. м/ч 139 куб. м/ч 218 куб. м/ч Габариты отопителя (Д x Ш x В), мм 322 x 130 x 122 322 x 130 x 122 425 x 148 x 148 425 x 148 x 148 Вес с топливным насосом, кг 3,9 3,9 5,9 5,9 5.4. Жидкостные подогреватели И в первую очередь, конечно, топливные. Принцип их работы заключается чаще всего в следующем. С помощью электрического топливного дозирующего насоса топливо подается в камеру сгорания. Туда же поступает и воздух. Свеча накаливания зажигает топливовоздушную смесь. Полученное в результате сгорания тепло в теплообменнике передается теплоносителю. Теплоносителем может быть жидкость или воздух. В первом случае предпусковые топливные подогреватели называются жидкостными отопителями. Они включаются непосредственно в систему охлаждения двигателя и обеспечивают естественную (термосифонную) или принудительную (с помощью электронасоса) циркуляцию нагретой в отопителе жидкости по контуру “теплообменник — двигатель — радиатор — теплообменник”. Такая схема позволяет одновременно подогреть и салон автомобиля путем включения штатного отопителя. Устройство облегчения пуска двигателя (УОПД) «Автотерм» Среди автономных предпусковых подогревателей особое место занимают тепловые аккумуляторы (ТА). Принцип их действия уникален и прост. Специальный термос-аккумулятор во время работы мотора заряжается горячей охлаждающей жидкостью и хранит ее в течение 36-48 часов. Теперь в любой момент этого времени Вы сможете использовать это даровое тепло, которое раньше буквально улетучивалось в воздух, для подогрева мотора перед пуском. При этом тепловой аккумулятор осуществляет весь цикл подогрева всего за 1-2 минуты! Такой скоростью не может похвастаться ни один другой подогреватель. Гидравлическая схема работы теплового аккумулятора изображена на рис.5.9. Рис.5.9.Гидравлическая схема Аккумулятор теплоты (ТА) предназначен для сохранения тепла охлаждающей жидкости. ТА размещается в мотоотсеке автомобиля. Корпус ТА представляет собой сосуд из нержавеющей стали толщиной 0,6 мм с двойными стенками, между которыми находится вакуум. В процессе эксплуатации следует оберегать ТА от ударов и контакта с движущимися частями автомобиля, так как это может привести к потере герметичности и выходу ТА из строя. Электронасос (ЭН) предназначен для прокачки охлаждающей жидкости через тепловой аккумулятор. ЭН размещается в мотоотсеке автомобиля. Гидрораспределитель (ГР) является автоматическим распределительным устройством, которое служит для изменения направления движения ОЖ в зависимости от состояния ЭН (включен\выключен). ГР расположен в мотоотсеке и удерживается непосредственно на шлангах. Зарядка аккумулятора теплоты Зарядка ТА производится включением электронасоса при работающем прогретом до рабочей температуры двигателе автомобиля. Насос включается нажатием пусковой кнопки. Время зарядки – от 2-х до 3-х минут. Перед остановкой двигателя необходимо повторить процесс зарядки ТА 6. Средства и технологии пуска двигателей без предварительного разогрева 6.1. Пусковые жидкости Большое количество исследований показывает, что кроме описанных выше существуют и другие способы пуска, к которым относится так называемый холодный пуск. Наиболее эффективным способом пуска двигателей без предварительного разогрева является разработанное и исследованное в НИИАТ и НАМИ комплексное использование пусковых жидкостей, специальной регулировки карбюраторов и загущенного моторного масла с пологой вязкостно-температурной характеристикой. Пусковые жидкости подаются во всасывающий тракт двигателя с помощью специальных несложных приспособлений или в виде аэрозоля. Основой пусковой жидкости для дизелей является обычный диэтиловый эфир, обладающий низкой температурой воспламенения (около 130—140° С) и очень большой летучестью (температура кипения 34,5°С). Этиловый эфир, введенный в камеру сгорания двигателя, воспламеняется при температуре сжатия (190—200°С), более низкой, чем температура воспламенения основного топлива. Это позволяет снизить минимальную температуру пуска дизеля до 50° С. При температуре ниже минимальной пуск двигателя считается невозможным. Минимальные температуры пуска для некоторых отечественных двигателей (при стандартных моторных маслах, без применения средств, облегчающих пуск) имеют следующие значения, °С: ЯМЗ-236................................—10 ЯМЗ-238 ................................—8 Применение для пуска чистого эфира недопустимо, так как в этом случае скорость нарастания давления в цилиндрах (жесткость) очень велика, что может вызвать поломки кривошипного механизма. Для уменьшения жесткости работы двигателя в состав пусковой жидкости вводят дополнительные составляющие (альдегиды, нитриты, амины). В результате содержание этилового эфира в пусковой жидкости составляет 60—70%. Это, естественно, снижает эффективность (например, увеличивает время пуска), но позволяет избежать слишком жесткой работы двигателя и уменьшает скорость разгона — (рис. 75). Минимальная температура пуска — температура, при которой частота вращения коленчатого вала, обеспечиваемая пусковой системой, и минимальная частота вращения, необходимая для воспламенения топливно-воздушной смеси, совпадают. В свою очередь, минимальная пусковая частота вращения — это наименьшая скорость вращения коленчатого вала, при которой происходит надежный пуск двигателя. Рис. 6.1. Зависимость скорости разгона при пуске с помощью пусковых жидкостей различного состава: 1 — при температуре —10°С; 2 — при температуре —20° Как показали исследования, проведенные в НАМИ, эффективным средством снижения минимальной пусковой частоты вращения и минимальной пусковой температуры является включение в состав жидкости изопропилнитрата. Зависимость минимальной температуры пуска дизеля типа В-2 от соотношения этилового эфира и изопропилнитрата показана на рис. 6.2. Как видно из рисунка, при достижении определенного количества изопропилнитрата в этиловом эфире эффективность присадки снижается Рис. 6.2. Влияние соотношения этилового эфира и изопропилнитрата в пусковой жидкости на минимальную температуру пуска двигателя В-2 при использовании различных масел: 1 — МТ-14п; 2 — МТ-16П На основании исследований НАМИ, содержание в пусковой жидкости этилового эфира должно быть 60%, а изопропилнитрата 15%. Кроме того, в состав пусковой жидкости включают до 15 % продуктов с высокой испаряемостью и хорошо воспламеняющиеся углеводороды, входящие в состав петролейного эфира или газового бензина. По данным тех же исследований, воспламенение компонентов смеси в цилиндре двигателя происходит в следующей последовательности: этиловый эфир, изопропилнитрат, петролейный эфир или газовый бензин и, наконец, основное топливо. Таким образом достигается постепенное сгорание смеси и, следовательно, снижение жесткости работы двигателя при пуске. Для дизелей «Холод-Д-40» разработана пусковая жидкость следующего состава, %: Этиловый эфир……………………………..60±2 Изопропилнитрат…………………………..15±2 Петролейный эфир или газовый бензин….15±2 Масло для газовых турбин...........................10±2 По предложению НИИАТ, для пуска дизелей может быть использован и более простой состав пусковой жидкости ПЖ-25, состоящий из двух компонентов для пуска дизелей при температуре от—25 до —28 °С: Этиловый эфир………………………………40% Индустриальное масло....................................60% Для карбюраторных двигателей применяют пусковую жидкость, несколько отличную от жидкости «Холод-Д-40». В ее состав также входит этиловый эфир. Он улучшает и облегчает воспламенение рабочей смеси от электрической искры, расширяя пределы воспламеняемости главным образом в сторону бедной смеси, которая при отсутствии этилового эфира воспламеняется плохо. В состав пусковых жидкостей для карбюраторных двигателей входит также газовый бензин. За счет некоторого уменьшения в составе жидкости доли этилового эфира (его роль в данном случае менее ответственна, чем в жидкости для дизелей) соответственно увеличивается доля газового бензина. Считается, что включение в состав пусковой жидкости для карбюраторных двигателей масел недопустимо, так как масло, попадая на свечи, замасливает их и воспламенение затрудняется. Вместо масла в состав жидкостей для карбюраторных двигателей включают противоизносиые и противозадирные присадки. Для повышения надежности подготовки рабочей смеси карбюраторного двигателя включают некоторые промежуточные продукты окисления. Изопропилнитрат включают в состав карбюраторных пусковых жидкостей в значительно меньших долях, нежели в дизельных. Для стабилизации карбюраторной жидкости при перевозке и транспортировке вводят антиокислитель. Для карбюраторных двигателей применяется пусковая жидкость «Арктика» следующего состава, %: Этиловый эфир………………………………40—60 Газовый бензин………………………………35—55 Изопропилнитрат…………………………….1—5 Промежуточные продукты окисления (альдегиды, кетоны и др.)…………………………………………..до 10. Противоизносиые и противозадирные присадки (савол и др.)…………………………………………..2 Антиокислители……………………………...0,5 Пусковые жидкости для карбюраторных двигателей и дизелей выпускаются в металлических ампулах. Возможно также использование жидкости, выпускаемой в аэрозольной упаковке. По испытаниям, проведенным в НИИАТе, на двигателях ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 в этом случае одного баллона хватает на 15—20 пусков двигателя. Применение пусковых жидкостей обеспечивает надежный пуск карбюраторных двигателей при температуре окружающего воздуха до —40° С. 6.2. Приспособления для подачи пусковой жидкости во всасывающий коллектор двигателя. Влияние пусковой жидкости на износ деталей двигателя В НАМИ разработаны специальные приспособления 5ПП-40 и 6ПП-40 для подачи пусковой жидкости во всасывающий коллектор двигателя, пригодные для дизелей и карбюраторных двигателей. Одно из них предназначено для пуска двигателей с рабочим объемом цилиндров до 14 л, второе —с рабочим объемом 14—40 л. На рис. 6.3 показана схема приспособления 5ПП-40. В табл. 6.1 приводятся характеристики указанных приспособлений. При подготовке двигателя к пуску в резервуар приспособления устанавливают ампулу с пусковой жидкостью, резервуар закрывают крышкой, одновременно прокалывая ампулу. Ручным насосом в резервуар нагнетают воздух, который поступает через жиклер в смеситель. В то же время сюда поступает жидкость, которая смешивается с воздухом и подводится к распылителям, а оттуда во впускной тракт двигателя. Для улучшения смесеобразования в цилиндрах двигателя и облегчения пуска на пусковой жидкости карбюратор двигателя должен обеспечивать оптимальное обогащение смеси при пуске. Рис. 6.3. Схема пускового приспособления НАМИ 5ПП-40: 1, 7 — трубки; 2 — ручной насос двойного действия; 3 — впускной коллектор двигателя; 4 — тройник; 5 —корпус; 6 — штуцера; 8 — жиклеры; 9 — пусковая жидкость Таблица 6.1. Характеристики приспособлений для подачи пусковой жидкости во всасывающий коллектор двигателя Данные характеристики 5ПП-40 СПП-40 Объем пусковой жидкости в смесителе, не более см3 Число эмульсионных каналов в смесителе Рекомендуемое число распылителей Масса с трубками и распылителями, кг Число воздушных отверстий в эмульсионных жиклёрах смесителя Рабочий объем двигателя, для которых рекомендованы пусковые приспособления: четырехтактных двухтактных 70 2 2 или 4 1,35-1,65 6-4 6-14 2,6-7,0 140 4 4 или 9 1,75-2,5 3-2 21 и более 11 и более Одной из основных причин, затрудняющих пуск двигателей при низких температурах, является повышение вязкости масла и увеличение момента сопротивления прокручивания коленчатого вала. Поэтому при холодном пуске необходимо использовать масла с пологой вязкостно-температурной характеристикой. Примеры вязкостно-температурных характеристик различных масел показаны на рис. 6.4. Как видно из рисунка, в данном примере загущенное масло АКЗП (М6Б) из числа рассматриваемых имеет наиболее пологую вязкостно-температурную характеристику. Рис. 6.4. Вязкостно-температурная характеристика моторных масел: 1—АСп-10 (М10Б); 2—АСп-6 (М6Б); 3—АКЗп (М6Б) Сравнительную оценку износов карбюраторных двигателей, позволяющую судить о целесообразности применения комплексного способа пуска проводили многие исследователи. Достаточно полно эта оценка дана в работах А. А. Гуреева при проведении сравнительного исследования износов трех одинаковых двигателей ЗИЛ-375 (рис. 6.5). Рис. 6.5. Графики износа гильз цилиндров: а — пуск с применением пусковой жидкости во впускной коллектор; б — пуск с индивидуальным подогревателем П-100; в — средства облегчения пуска не применялись; А — расстояние от верхней плоскости разъема блока, мм; Б — износ, мкм Карбюраторы всех трех двигателей имели регулировку, обеспечивающую оптимальное обогащение смеси при пуске. Двигатели работали на загущенном моторном масле АСЗп-10. На каждом из двигателей было проведено по 100 пусков в холодильной камере при температуре —25° С. Как видно из рис. 6.5, у двигателей, для пуска которых применялась пусковая жидкость (рис, 6.5,а) и предпусковой подогрев (рис. 6.5, б), характер износа гильз цилиндров одинаков. Максимальный износ у этих двигателей имеет место в верхнем поясе, на расстоянии 15—22 мм от плоскости разъема и составляет около 18 мкм. Характер износа двигателя (рис. 6.5, в), запускавшегося без средств облегчения пуска, несколько иной — максимальная величина износа достигает 25 мкм и мало изменяется по длине гильзы. Таким образом, износы цилиндров в период холодного пуска с применением пусковой жидкости практически не отличаются от износов разогретого перед пуском двигателя. Обмеры доказали, что и все остальные детали — поршни, поршневые кольца, шейки коленчатого вала, подшипники — при использование пусковой жидкости практически не имели повышенных износив. Проведены также работы по изучению износов цилндро-поршневой группы современных двигателей в период прогрева после пуска на пониженном тепловом режиме. Для двигателей более старых моделей справедливо утверждение, что основной причиной износа цилиндров является электрохимическая коррозия, которая возникает вследствие взаимодействия с металлом активных кислот (серной, серистой, угольной), содержащихся в продуктах сгорания. При пониженном тепловом режиме возможность воздействия на металл цилиндров возрастает, так как не испарившееся и не сгоравшее в цилиндре топливо смывает с трущихся поверхностей масляную пленку. Кроме того, активизации коррозии в этом случае способствует усиленная конденсация паров воды и кислот на холодных стенках двигателя. Считая эти износы (в период прогрева после пуска) решающими, Г. С. Лосавио указывает, что наиболее важной задачей является не смазывание цилиндров в момент пуска, а введение смазочного материала в цилиндры двигателя именно в период прогрева после пуска. Автором предложен способ раздельной и регулируемой подачи легковоспламеняющихся веществ и смазочного материала. Для этой цели разработано устройство, получившее название «Универсальный пусковой карбюратор» (рис. 6.6). Как видно из рисунка, карбюратор состоит из двух камер (для легковоспламеняющейся жидкости и для противоизносного вещества), системы воздуховодов, клапанов и форсунки. Для использования карбюратора необходим сжатый воздух. В топливную камеру 5 заливают легковоспламеняющуюся жидкость. Масляную камеру 9 заполняют маловязким противоизносным веществом. Обе камеры соединяют с источником сжатого воздуха. Используя воздухораспределитель, через дольчатые клапаны перед пуском в цилиндры двигателя падают только легковоспламеняющееся вещество, которое в виде топливовоздушной эмульсии проходит через форсунку. По завершении периода пуска, когда двигатель начал устойчиво работать (без легковоспламеняющегося вещества), изменяя положение кранов в течение нескольких минут, в цилиндры двигателя впрыскивают масляно-воздушную эмульсию. Таким образом обеспечивается надежное смазывание цилиндров в период прогрева после пуска. Вместе с тем следует отметить, что опасность коррозионного износа цилиндров у современных двигателей, у которых цилиндры достаточно устойчивы к коррозии (вставке из нирезиста), существенно меньше, чем у двигателей прежних выпусков. У современных двигателей доля абразивного износа в общем балансе износа больше коррозионного. Таким образом, у современных двигателей при пуске с помощью пусковых жидкостей износы в период пуска, а также при прогреве после пуска невелики. Опасение, что голодный пуск с помощью пусковой жидкости приведет к уеденным износам деталей двигателя, не обосновано. Способ пуск без предварительного разогрева с применением в комплексе пусковой жидкости, оптимальной регулировки карбюраторов и моторного масла с пологой вязкостно-температурной характеристикой целесообразен. Рис. 6.6. Схема универсального пускового карбюратора конструкции Г. С. Лосавио: 1 — цилиндр двигателя; 2 — воздухопровод; 3 — игольчатый клапан; 4 — топливопровод; 5 — камера для легковоспламеняющегося вещества; 6 — воздушный кран; 7 — источник сжатого воздуха; 8 — воздухораспределитель; 9 — камера для противоизносного вещества; 10— маслопровод; 11 — игольчатый клапан; 12 — смесительная камера; 13 — форсунка двигателя 6.3. Автозапуск. Автосигнализации с автозапуском Устройства, обеспечивающие дополнительную степень комфорта в современном автомобиле, все чаще становятся востребованными потребителями. Одним из значимых этих устройств, является автозапуск или автосигнализация с функцией автозапуска. С помощью этих изделий появляется возможность зимой садиться в прогретый автомобиль, а летом в охлажденный. На сегодняшний день сигнализации с автозапуском, обеспечивают дистанционный и автоматический запуск двигателя в автомобилях, как с ручной, так и с автоматической коробками передач. При создании этих систем особое внимание было уделено вопросам безопасности, благодаря чему автозапуск при включенной передаче (так, например, для автомобилей с механической коробкой передач предусмотрен специальный алгоритм “программируемой нейтрале” для исключения возможности запуска двигателя автомобиля стоящего на скорости), открытом капоте или неисправном двигателе исключается. Еще одна особенность современных систем, это работа, как с бензиновыми двигателями, так и с дизельными. Для "дизелей" предусмотрена дополнительная задержка перед включением стартера, необходимая для предпускового прогрева свечей зажигания. Задержки перед включением стартера позволяют всем задействованным системам двигателя подготовиться к пуску. Это обеспечивает стабильный запуск, особенно в холодное время года, а также защищает узлы двигателя от преждевременного износа. Почти все сигнализации с автозапуском предусматривают дополнительное количество способов автозапуска. Автоматический запуск двигателя может производиться через заданные интервалы времени, при падении напряжения в аккумуляторе или снижении температуры двигателя ниже заданного уровня, а также один или два раза в день в установленное время. Если в автомобиле активирован штатный иммобилайзер, то на время работы двигателя в режиме автозапуска система может отключать штатную блокировку с помощью специального модуля (модуль обхода штатного иммобилайзера). По истечении заданного времени, отведенного на прогрев, система выключает двигатель и аксессуары, а затем восстанавливает работу штатного иммобилайзера. Следует отметить, что хотя эти устройства исправно запускают двигатель и надежно контролируют его работу, все они, как правило, большинство из них имеют серьезный недостаток – преобладание сервиса над охранными функциями. По степени защищённости и противоугонным свойствам сигнализации с автозапуском существенно различаются, и главное различие состоит в принципе блокировки двигателя автомобиля. Блокировка может быть: 1. аналоговой проводной (StarLine Twage A8, Twage A9, Twage B9, Scher-Khan MagiCar V, Scher-Khan 5 , Tomahawk TW-9010, Tomahawk TW-9020 и др.); 2. цифровой проводной, по отдельному проводу - цифровой шине (Guard RF-344 , Fortress type 2 SH Transponder + GSM Elite GSW и др.); 3. цифровой беспроводной, с управлением по штатной проводке автомобиля (REEF R-501D, REEF R-500D, Excellent Continent 2); Недорогие, доступные модели автосигнализаций с двухсторонней связью и функцией дистанционного и автоматического запуска двигателя, в базовой комплектации оснащены: ЖК брелок пейджер, обычный брелок, датчиком удара, датчиком на открытие дверей, капота и багажника. Из предлагаемых на сегодняшний день на автомобильном рынке сигнализаций выгодно отличаются от аналогов других производителей высоким качеством, богатым функциональным оснащением и наиболее большим радиусом действия Scher-Khan MagiCar V. Из всего многообразия этих систем стоит обратить внимание на такие системы как: StarLine Twage A8, Twage A9, Twage B9, Scher-Khan MagiCar V, Scher-Khan 5 , Tomahawk TW-9010, Tomahawk TW-9020 и др. 7. Безгаражное хранение автомобилей 7.1 Способы расстановки авто на открытых стоянках оборудованными средствами подогрева Возможны три способа расстановки подвижного состава на местах открытого хранения: 1) с закреплением за каждой единицей постоянного места; 2) с закреплением мест хранения за колонной (установка на любое место в пределах, отведенных под колонну); 3) обезличенное хранение, т. е. установка на любое свободное место стоянки. В последнем случае требуется внутригаражное диспетчерирование, позволяющее указать место установки автомобиля (прицепа автопоезда). При хранении автомобиля (автопоезда) на открытой площадке или под навесом каждое место хранения обеспечивается непосредственным выездом в проезд. Положение автомобилей на местах открытого хранения относительно проезда при тупиковом способе расстановки зависит от применяемого оборудования для разогрева или подогрева двигателей. При стационарном оборудовании автомобили устанавливаются на места хранения при условии удобного присоединения системы охлаждения двигателей к магистрали теплоносителя, используемого для разогрева или подогрева (рис. 7.1, а). При подвижных средствах подогрева (водозаправщиках или парогенераторах) автомобили на местах хранения устанавливают двигателями в сторону проезда (рис. 7.1, б). Рис. 7.1. Схема тупиковой расстановки автомобилей на открытой площадке: а — при стационарных средствах подогрева; б — при подвижных средствах подогрева; 1 — тепловая магистраль Автомобили с задним расположением двигателя и радиатора устанавливают на местах хранения соответственно указанным выше условиям. Автопоезда расстанавливают исходя из условия минимального их маневрирования на площадке, для этого применяют однорядную прямоточную расстановку: прямоугольную (рис. 7.2, а) или косоугольную (рис. 7.3, б) с проездами по обеим сторонам ряда автопоездов. Раздаточные устройства для подогрева двигателей в этом случае устанавливают в проходе между двумя соседними точками. Хранение прицепов отдельно от тягачей организуют по способу однорядной прямоточной расстановки: прямоугольной (рис. 7.3, в), косоугольной (рис. 7.3, г) или паркетной (рис. 7.3, д). Рис. 7.3. Схемы расстановки автопоездов и прицепов 7.6. Экологические факторы. Безопасность движения после пуска Рассматривая влияние климатических факторов на зимнюю эксплуатацию автомобилей, необходимо учитывать и экологический аспект. Эффективность, надежность и качество работы водителя в значительной степени зависят от условий на рабочем месте. К числу этих условий относятся основные составляющие микроклимата рабочей зоны: температура, влажность и подвижность воздуха. Дискомфортный микроклимат, если и не вызывает повреждающего эффекта, обязательно приводит к необходимости соответствующей перестройки функций организма человека. При длительной работе в неблагоприятных условиях скорее наступает утомление и возникают связанные с ним ошибочные действия, которые могут привести к нарушениям безопасности движения или дорожно-транспортным происшествиям (рис. 7.12). Именно поэтому в различных организациях Российской Федерации применяются нормы для ежедневной оценки суровости погоды и решения вопроса о возможности проведения работ на открытом воздухе. В этих нормах указаны границы сочетания температуры и скорости воздуха для ежечасного обогрева, сокращения рабочего дня или прекращения работ (рис. 7.13). Так, например, кривая 3 показывает, что необходимость обогрева персонала при температуре воздуха —20°С и скорости ветра не более 5 м/с не возникает. Однако при той же температуре, но при скорости ветра более 5 м/с возникает необходимость обогрева персонала, что неизбежно приводит к потерям рабочего времени. Рис. 7.12. Удельное количество дорожно-транспортных происшествий в зависимости от температуры воздуха в кабине автомобиля: 1 — для мужчин; 2 — для женщин Рис. 7.13. Зависимость потерь рабочего времени: 1 — по нормам Игарского облисполкома; 2 — по нормам Института гигиены труда и профзаболеваний АМН РФ; 3 — сочетание температур tв и скорости Vв, при которых необходим обогрев персонала, по нормам Института мерзлотоведения РФ По данным НИИАТ, микроклимат рабочей зоны водителя считается нормальным, если температура воздуха в ней составляет 18—20° С, влажность воздуха 40—60 % и скорость его движения 0,1—0,2 м/с. Отклонение температуры воздуха от нормальной на 3—4° С снижает производительность труда человека до 6%, а избыток или недостаток влаги в воздухе до 5—25%. При низкой температуре воздуха организм человека вследствие охлаждения становится более восприимчивым к инфекционным заболеванием. Расширение допустимого диапазона температур за счет применения более теплой одежды не дает желаемого результата — одежда стесняет человека и ухудшает координацию движений. Температурные условия наиболее неблагоприятны зимой при хранении автомобилей на открытых стоянках. В этих условиях на практике возникает необходимость выполнять пусковые работы в сложных условиях. Способ тепловой подготовки должен обеспечить не только выпуск автомобиля на линию, но и соответствующие условия работы персонала. При использовании некоторых способов подготовки автомобилей к выходу возможны ожоги, обмораживание рук или других частей тела. Если в качестве теплоносителя используется пар или вода, то неизбежные их потери приводят к образованию на площадке хранения наледей, которые затрудняют подход к автомобилю и могут привести к травмам при пуске двигателя рукояткой. Эти наледи необходимо периодически убирать. При обогреве автомобилей газовоздушной смесью от огневых калориферов возможно отравление персонала канцерогенными компонентами. При очень низких температурах воздуха и размещении автомобилей на открытых площадках из-за невозможности выполнения полного объема технического обслуживания и текущего ремонта (например, в полевых условиях), могут быть пропущены мелкие неисправности, которые способствуют снижению готовностисти автомобиля. Все выше сказанное показывает сложность и многообразие влияния факторов среды на эксплуатацию автомобильного транспорта. Поэтому к решению проблемы повышения эффективности работы автомобильного транспорта в зимний период года, в частности, при выборе тех или иных способов или средств безгаражного хранения, следует подходить с позиций системного анализа и, учитывая весь комплекс влияния факторов. В случае замерзания конденсата отогревать приборы, трубой проводы и воздушные баллоны горячим воздухом или водой. Наличие большого количества масла в конденсате указываем на неисправность компрессора. В этом случае необходимо тщательно проверить его и выявленные неисправности устранить. При подготовке предохранителя от замерзания конденсата в пневмосистеме тормозов необходимо испаритель очистить и промыть, затем собрать предохранитель и заполнить его до требуемого уровня этиловым спиртом. После этого предохранитель включить в работу. В период зимней эксплуатации автомобилей следует ежедневно сливать конденсат из тормозной системы и контролировать уровень жидкости в предохранителе. Для обеспечения надежной работы тормозов с гидравлическим приводом в условиях низких температур промыть систему свежей тормозной жидкостью, проверить герметичность и обнаруженные утечки тормозной жидкости устранить. При заполнении системы смешивание тормозных жидкостей не допускается. В гидравлическом приводе тормозов в зимнее время применяют тормозные жидкости с температурой застывания не выше —40° С. 7.7. Методика выбора средств и способов безгаражного хранения автомобилей для различных климатических районов Несоответствие агрегатов и систем автомобиля при использовании различных способов безгаражного хранения условиям конкретного климатического региона может привести к значительному ухудшению технического состояния подвижного состава и, как следствие, к снижению показателей работы и росту себестоимости перевозок. Каждый из способов безгаражного хранения целесообразно применять в тех климатических условиях, где в большей степени реализуются его положительные стороны и в наименьшей степени проявляются отрицательные. Выбор способов и средств безгаражного хранения автомобилей в различных условиях часто производится случайно, без достаточных обоснований или только из конъюнктурных соображений. Ввиду этого в одних и тех же климатических регионах на равных правах применяется весь набор средств и способов безгаражного хранения, хотя они в разной степени обеспечивают эффективную работу автомобилей зимой. Необоснованный подход к выбору способов безгаражного хранения неизбежно приводит к существенным экономическим потерям. Эти потери возникают в результате применения излишне мощных средств, в тех регионах, где в этом нет необходимости, и наоборот, недостаточно мощных в районах с суровым климатом. Большие возможности для учета факторов, влияющих на выбор способов безгаражного хранения, дает системный подход, который позволяет рассмотреть объект со всем многообразием его связей, определяющих эффективность работе всей системы. Выбор способа безгаражного хранения для конкретного АТП зависит от климатического региона, количества и типа автомобилей, назначения АТП, режима эксплуатации и других факторов. Так, например, автомобили с двигателями воздушного охлаждения требуют применения специфические способов безгаражного хранения, обусловленных конструкцией двигателя. Для автомобилей специального назначения, где по роду эксплуатации возможны внезапные выезды, в ущерб экономической эффективности может быть выбран только тот способ безгаражного хранения, который обеспечивает наибольшую постоянную готовность подвижного состава к выходу. Однако одним из основных первоначальных критериев оценки применения способа безгаражного хранения в данном климатическом регионе является полнота тепловой подготовки автомобиля к работе. В связи с этим схема методики выбора способов и средств безгаражного хранения автомобилей для различных климатических регионов изображенная на рисунке (Рис.7.14) должна включать следующую последовательность оценок: Рис.7.14. Схема выбора способа безгаражного хранения автомобилей сравнение температурного поля автомобиля, получаемого в результате применения существующих способов безгаражного хранения с граничными значениями температур (граничными называют такие значения температур, до которых необходимо вести обогрев агрегатов автомобиля); сравнение способов безгаражного хранения по влиянию их на водителя и среду (квалиметрическая оценка); экономическая оценка способов безгаражного хранения и сравнение способов безгаражного хранения по энергетическим затратам. Применение такой комплексной методики с использованием критериев технического, энергетического, экономического и эвристического характера позволяет избежать ошибок в выборе способа безгаражного хранения для любого конкретного температурно-климатического региона. 7.8. Сравнение температуры поля автомобиля с граничными значениями температур при групповых способах безгаражного хранения Степень готовности автомобиля к работе в зимнее время определяется температурным состоянием его узлов, механизмов и агрегатов, т. е. его температурным полем. В общем случае параметры температурного поля (совокупность численных значений температур элементов) зависят от целого ряда факторов, главными из которых являются: способ безгаражного хранения с, характеристика окружающей среды tв (температура окружающего воздуха); конструктивные свойства автомобиля М. Зависимость температурного поля можно представить в виде: tП = f(c, tB, М) (7.4.) Так как необходимо дать сравнительную оценку конкретным способам безгаражного хранения (с = const) при тепловой подготовке определенных конструкций автомобилей (М = const), то последнее уравнение принимает вид: tП = f (tB) (7.5.) Анализ большого объема работ, посвященных вопросам зимней эксплуатации автомобилей, а также материалов медико-физиологических исследований показывает, что несмотря на наличие существенных расхождений в выводах по этим работам, температурное поле автомобиля перед началом пуска-прогрева и выходом его на линию должно ориентировочно иметь следующие граничные значения температур (т. е. величины температур агрегатов, полученные как средние значения температур наиболее нагретой и наиболее холодной точек двигателя), °С: Двигатель………………………………….+20 Салон кабины……………………………...+5 Масляный фильтр…………………………+15 Коробка передач…………………………..—10 Аккумуляторные батареи………………….—5 Выбрав величины этих температурных параметров в качестве системы отсчета при оценке температурного поля, можно определить вид теплового воздействия (по способу безгаражного хранения), который в наибольшей мере удовлетворяет оптимальным требованиям. Аналитический расчет температурных полей автомобилей при различных способах безгаражного хранения связан с большими трудностями, заключающимися в громоздких математических расчетах коэффициентов теплопроводности, в вычислениях объемов подкапотного пространства, салона кабины автомобиля и др. Для рассмотрения температурного поля автомобиля можно было бы воспользоваться математическими моделями, описывающими температурные режимы составных частей машины в зависимости от температуры окружающего воздуха. Тогда температурное поле автомобиля при различных способах можно было бы представить в виде системы уравнений регрессии: tП1 =f1(tB) tП2 =f2(tB) (7.6.) tПi =fi(tB) где tПi—температура i-го элемента автомобиля, °С; tB — температура окружающего воздуха, °С. Решение системы этих уравнений могло бы для данного климатического региона определить целесообразность использования того или иного способа безгаражного хранения. Однако, как показали исследования температурных полей автомобилей ЗИЛ-130 при использовании практически всех групповых способов безгаражного хранения, указанные выражения представляют собой системы несовместных линейных уравнений. В связи с этими трудностями целесообразно использовать результаты эксперимента. При этом эффективность ввода автомобиля в целом в работу при безгаражном хранении зимой определяется эффективностью функционирования всех его основных элементов. Именно поэтому для проведения общей (интегральной) оценки подготовленности всего автомобиля целесообразно оценить эффективность подготовки каждого из его элементов (дифференциальная оценка). Такая оценка может быть основана на сравнении характеристик теплового поля, получаемых при использовании различных способов безгаражного хранения с ранее показанными граничными данными. Нетрудно установить, что определяющими показателями подготовки к работе при низких температурах воздуха являются температуры: • двигателя (по величине износов в период пуска-прогрева); • масляного фильтра (по степени надежности подачи отфильтрованного масла); • аккумуляторной батареи (по возможности пуска двигателя стартером); • коробки передач (по величине сопротивления прокручиванию) ; • салона кабины (по наилучшим условиям работы водителя и обеспечению минимального количества ДТП). Для облегчения сравнения фактически получаемого теплового поля элементов автомобиля с граничными величинами в МАДИ экспериментальным путем получены необходимые данные и разработана система номограмм (рис. 7.15,) для существующих групповых способов безгаражного хранения. Исследовались способы, перечисленные выше. В номограммах по оси абсцисс нанесена шкала температур агрегатов (элемента) автомобиля, а по оси ординат шкала температур окружающей среды. Вертикальной линией, параллельной оси ординат, обозначена граница температуры, до которой необходимо обогреть данный агрегат (элемент). В этой системе координат наклонные линии характеризуют полученное при эксперименте фактическое температурное состояние агрегатов (элементов). Номера прямых на номограмме соответствуют описанию результатов применения того или иного способа безгаражного хранения. В левом верхнем квадрате каждой из номограмм нанесены графики, характеризующие потерю эффективности функционирования агрегата (элемента) в случаях его недостаточного по отношению к граничным величинам обогрева. Потери эффективности получены путем нормирования характеристик фактического функционирования элемента при реальных температурах по отношению к данным о функционировании того же элемента при граничных значениях температур. Так, например, при построении такой характеристики потери эффективности для двигателя (см. рис. 7.15) использованы сведения о величине износа в единицах эквивалентного пробега, предложенные Г.С. Лосавио. При температуре t по этим данным, пробег автомобиля, эквивалентный величине износа двигателя при одном пуске, составляет: (7.7.) При граничном значении температуры t = 20° C по тем же данным L(20ºС)=4,5км Нормирование величин износа по отношению к «граничным износам», т. е. износам при граничной температуре, дает возможность оценить их величину при любой температуре в безразмерных единицах. Величина потери эффективности в безразмерных единицах φ(t)= (7.8.) (например, при температуре окружающего воздуха —20° С (7.9.) (при температуре воздуха —30°С φ(t) = 6 и т. д.). Аналогично получены оценки потери эффективности при недостаточном обогреве других элементов (агрегатов) (см. рис. 7.16, 7.17, 7.18, 7.19). При этом, естественно, использованы другие функции, характеризующие потери эффективности (например, для масляных фильтров — надежность подачи отфильтрованного масла). Рис. 7.15. Оценка способов безгаражного хранения по температурному состоянию двигателя: φ (t) — функция потери эффективности; 1 — воздухоразогрев; 2 — воздухоподогрев; 3 — водоподогрев; 4 — электроподогрев; 5 — разогрев стационарной газовой горелкой; 6 — разогрев подачей воздуха в картер двигателя; 7 — подогрев стационарной газовой горелкой; 8 — подогрев подогревателем «Малютка»; 9 — разогрев подогревателем «Малютка» ; 10 — электроподогреватель масла в картере двигателя безгаражного хранения; А — ключ для пользования графиками Рис. 7.16. Оценка способов безгаражного хранения по температуре масляного фильтра (обозначение то же что и на рис. 7.15) Рис. 7.17 Оценка способов безгаражного хранения по температурному состоянию аккумуляторных батарей (обозначения те же, что и на рис. 7.15) Рис.7.18. Оценка способов безгаражного хранения по температурному состоянию коробки передач (обозначения те же, что и на рис. 7.15) Рис. 7.19. Оценка способов безгаражного хранения по тепловой комфортабельности салона кабины (обозначения те же, что и на рис. 7.15) Оценки тепловой подготовки каждого из агрегатов проводятся в соответствии с ключом-графиком, имеющимся на номограммах. Как видно из рисунков, часть номограммы, расположенная справа от линии, соответствующая граничной температуре (например, для двигателя —20° С), относится к случаям, когда способ безгаражного хранения полностью соответствует требованиям тепловой подготовки агрегата. Часть номограммы, расположенная левее этой линии, соответствует неполной тепловой подготовке, так как в этом случае имеют место потери эффективности. Величины этих потерь могут быть оценены по значению φ(t), которые определяются величинами отрезков a1…ai, соответствующих способам безгаражного хранения. Так, например, у способов, обозначенных номерами 5 и 7 (подогрев и разогрев инфракрасными лучами), при температуре воздуха —20°С при чтении номограммы в соответствии с ключом потери оцениваются отрезками a5 и а7, в то время, как у способа, обозначенного через 10 (электроподогрев масла в картере двигателя), потери эффективности оцениваются отрезком а10. Из рисунков видно, что a10>a5,7, т. е. износы двигателя при —20°С окажутся больше, чем соответствующие износы при способах 5 и 7. Одновременно можно видеть, что при той же температуре окружающего воздуха применение способов 6, 8, 3, 4 приводит к некоторому перегреву двигателя. Перегрев оценивается величинами отрезков по оси абсцисс, обозначенными А1, А2...Аi, соответствующих применению способов безгаражного хранения. При температуре окружающего воздуха —20° С А6<А8<А3< А4. Описанная выше дифференциальная оценка способов безгаражного хранения автомобилей дает представление о состоянии каждого отдельного агрегата или элемента автомобиля. Для интегральной оценки теплового состояния автомобиля в целом разработан график-номограмма (рис. 7.20). Кривые, соответствующие тому или иному способу безгаражного хранения, здесь обозначены теми же номерами. При построении графика использованы и суммированы данные дифференциальной оценки обогрева агрегатов. При этом учтена степень важности (весомости) обогрева каждого из агрегатов. На графике по оси абсцисс отложены температуры окружающего воздуха, а по оси ординат — значение интегральной функции суммарных потерь эффективности для всего автомобиля в целом ξ(t). Сравнительная оценка способов безгаражного хранения по интегральному показателю приводится в следующем порядке: по оси абсцисс выбирается значение температуры воздуха, характеризующее региональный климат (средняя температура января месяца); Рис. 7.20. Оценка различных способов безгаражного хранения по интегральным показателям: ξ (t) – интегральная функция потери эффективности; tв – температура окружающего воздуха; 1-9 – графики изменения интегральной функции потери эффективности и зависимости от температуры при различных способах безгаражного хранения. При данной температуре сравниваются по соответствующим кривым значения показателей ξ (tB); Критерием выбора группового способа безгаражного хранения является минимальное значение величины ξ (tB). Эти показатели общей интегральной потери эффективности на рис. 7 обозначены отрезками S1...Si. Так, например, при температуре воздуха —22° С S2 NO2. NО2 — газ красновато-бурого цвета, в малых концентрациях не имеет запаха, хорошо растворяется в воде с образованием кислот. NОx раздражающе действует на слизистые оболочки глаз, носа, остаются в легких в виде азотной и азотистых кислот, получаемых в результате их взаимодействия с влагой верхних дыхательных путей. Оксиды азота способствуют разрушению озонового слоя. Считается, что токсичность NОx больше в 10 раз, чем СО. Норма NOx в воздухе — 0,1 мг/м3. Выброс NOx с ОГ зависит от температуры среды. Чем больше нагрузка двигателя, тем выше температура в камере сгорания, и, соответственно, увеличивается выброс NOx. Кроме того, температура в камере сгорания зависит от состава смеси. Слишком обедненная или обогащенная смесь при сгорании выделяет меньшее количество теплоты, процесс сгорания замедляется и сопровождается большими потерями теплоты в системе, т. е. в таких условиях выделяется меньшее количество NOx, а выбросы растут, когда состав смеси близок к стехиометрическому (1 кг топлива к 15 кг воздуха). Для дизельных двигателей состав NOx зависит от угла опережения впрыска топлива и периода задержки воспламенения топлива. С увеличением угла опережения впрыска топлива удлиняется период задержки воспламенения, улучшается однородность топливовоздушной смеси, большее количество топлива испаряется, и при сгорании резко (в 3 раза) увеличивается температура, т. е, увеличивается количество NOx. Уменьшая угол опережения впрыска топлива, можно существенно снизить выделение NOx, но при этом значительно ухудшаются мощностные и экономические показатели. Углеводороды (СхНу) — этан, метан, бензол, ацетилен и др. (около 200 различных типов). В дизельных двигателях СхНу образуется в камере сгорания из-за гетерогенной смеси, т. е. пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, плохого распыления. Двигатель выбрасывает большое количество углеводородов, когда работает в режиме х. х., за счет плохой турбулентности и уменьшения скорости сгорания. СхНу действуют раздражающе на органы зрения, обоняния и очень вредны для окружающей среды. СxНу от паров бензина также токсичны (допускается 1,5 мг/м3 в день). Углеводородные соединения. Наиболее активную роль в образовании смога играют олефины. Вступая в реакции с оксидами азота под воздействием солнечного облучения, они образуют озон и другие фотооксиданты — биологически активные вещества, вызывающие раздражение глаз, горла, носа у людей, нанося также ущерб флоре и фауне. Дым — непрозрачный газ. Может быть белым, синим, черным. Цвет зависит от состояния ОГ. Белый и синий дым — это смесь капли топлива с микроскопическим количеством пара. Образуется из-за неполного сгорания и последующей конденсации. Белый дым образуется, когда двигатель находится в холодном состоянии, затем исчезает из-за нагрева. Наличие дыма показывает, что температура недостаточна для полного сгорания топлива. Дым также отрицательно влияет на организм человека, животных и растительность. Черный дым состоит из сажи. Сажа — бесформенное тело без кристаллической решетки. В ОГ дизельных двигателей сажа состоит из неопределенных частиц с размерами 0,3—100 мкм. Причина образования сажи заключается в том, что энергетические условия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, чтобы молекула топлива разрушилась полностью. Более легкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реакцию и как бы изолируют углеводородные атомы от контакта с кислородом. Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания, типа топлива, состава топливо-воздушной смеси (рис.7.9). Содержание сажи в ОГ уменьшается с увеличением топлива топлива. При уменьшении этого угла выделение сажи заметно возрастает. Количество сажи зависит от температуры в зоне сгорания (рис. 7.10). Рис. 7.9. Выбросы сажи в зависимости от коэффициента избытка воздуха, а Рис. 7.10. Образование сажи в зависимости от температуры Существуют другие факторы образования сажи — зоны обогащенной смеси и зоны контакта топлива с холодной стенкой, а также неправильная турбуленция смеси. При вдыхании сажи ее частицы вызывают негативные изменения в системе дыхательных органов человека. Если относительно крупные частицы сажи размером 2—10 мкм легко выводятся из организма, то мелкие, размером 0,5—2 мкм, задерживаются в легких, дыхательных путях, вызывают аллергию. Как и любая аэрозоль, сажа загрязняет воздух, ухудшает видимость на дорогах, но, самое главное, на саже адсорбируются ароматические углеводороды, в том числе канцерогенный бенз(а)пирен, токсичные свойства которого хорошо известны. Норма сажи в ОГ составляет 0,8 г/м3. Скорость сжигания сажи зависит от размера частиц (при размере частиц меньше 0,01 мкм сажа сжигается полностью). Оксиды свинца (РЬО) возникают в ОГ карбюраторных двигателей, когда используется этилированный бензин для повышения октанового числа и уменьшения детонации, т. е. быстрого, взрывного сгорания отдельных участков рабочей смеси в цилиндрах двигателя со скоростью распространения пламени до 3000 м/с, сопровождающегося значительным повышением давления газов. РЬО выбрасываются с ОГ в виде аэрозолей в соединении с бромом, фосфором, хромом. Аэрозоли, попадая в организм при дыхании, через кожу и с пищей, вызывают отравление, приводящее к нарушениям функций органов пищеварения, нервно-мышечных систем, мозга. Свинец плохо выводится из организма и может накапливаться в нем до опасных концентраций. Сернистый ангидрид (SO2) — бесцветный, с острым запахом газ. Раздражающее действие на верхние дыхательные пути объясняется поглощением S02 влажной поверхностью слизистых оболочек и образованием в них кислот. Этот газ вызывает раздражение глаз, кашель, нарушает белковый обмен и ферментативные процессы. S02 и H2S также очень опасны для растительности. S02 образуется во время работы двигателя из топлива, получаемого из сернистой нефти (особенно в дизелях). Альдегиды (RCHO). В ОГ присутствуют в основном формальдегид и акролеин (С2Н3СНО). Формальдегид — бесцветный газ с резким и неприятным запахом, раздражает глаза и верхние дыхательные пути, поражает центральную нервную систему, печень, почки. Акролеин также обладает сильным раздражающим действием. Альдегиды образуются при сжигании топлива при низких температурах, при обедненной смеси, из-за окисления тонкого слоя масла в стенке цилиндра. Именно эти газы определяют запах ОГ. Следует отметить, что загрязнение воздуха идет следующим образом (по усредненным показателям): — ОГ, выбрасываемые через выхлопную трубу (65 %); — картерные газы (20 %); — углеводороды в результате испарения топлива из бака, карбюратора и трубопроводов (15 %). 7.5. Сравнение способов безгаражного хранения автомобилей по их влиянию на водителя и окружающую среду Некоторые факторы, влияющие на решение вопроса о выборе способа безгаражного хранения, не могут быть достаточно полно оценены методами аналитического расчета или статистического анализа. Трудность здесь заключается прежде всего в сложности и недостаточности данных, а в ряде случаев и в полной невозможности проведения расчетов. Так, например, расчетным или экспериментальным путем трудно оценить удобство и экологические условия работы водителя у автомобиля, простоту и эргономичность средств площадки безгаражного хранения, т. е. признаков, наряду с другими характеризующих качественные стороны способов безгаражного хранения. Для решения таких вопросов удобно воспользоваться методами квалиметрии, основанными на использовании экспертных оценок. Квалиметрия — это количественная оценка качества изделий, технологических решений. Она проводится в большинстве случаев методами экспертных оценок. Для характеристики таких качественных сторон существующих способов безгаражного хранения целесообразно включить следующие факторы: • экологические (т. е. связанные с влиянием окружающей среды на подготовку его к выходу на линию) условия работы водителей у автомобиля; • качество подготовки автомобилей с точки зрения обеспече­ния безопасности движения в начальный период работы; • простота метода и удобство в эксплуатации; • возможность избирательного обогрева отдельных агрегатов; • безопасность способа безгаражного хранения автомобиля; • эргономичность средств площадки безгаражного хранения, т. е. такие ее качества, которые обеспечивают наилучшие функциональные возможности человека и оптимальные условия для высокой производительности труда; • надежность способа безгаражного хранения; • необходимость переоборудования автомобиля при установке сто на площадку хранения; • влияние на окружающую среду. Указанные факторы позволяют осуществить сравнительную оценку способов безгаражного хранения комплексно, с учетом конструктивно-технологических, эргономических, экологических и других свойств. В целях обоснованности и объективности оценки способов безгаражного хранения к экспертам предъявляются специальные требования, как-то: высокая компетентность в вопросах зимней эксплуатации; большой опыт работы по специальности; отсутствие заинтересованности в приоритете к какому-либо способу безгаражного хранения автомобилей. Суть метода экспертных оценок состоит в том, что члены группы экспертов независимо друг от друга выставляют коэффициенты весомости каждому из факторов и коэффициенты ценности, реализуемые различными групповыми способами безгаражного хранения. Если коэффициенты весомости факторов показывают значимость каждого из них, то коэффициенты ценности показывают, в какой мере удовлетворяются требования по каждому из способов хранения. Квалиметрическая оценка получается путем умножения коэффициентов весомости каждого из факторов на коэффициенты ценности по каждому из способов хранения. Результаты опроса всех экспертов математически обрабатываются. При этом отбрасываются явно тенденциозные оценки, что позволяет получить коллективное мнение о значимости факторов сравнения, а также определить комплексные показатели выбора способов безгаражного хранения по их влиянию на водителя и окружающую среду. Ниже рассмотрены результаты экспертного опроса по оценке существующих групповых способов безгаражного хранения автомобилей. Согласованность мнений экспертов проводилась по ранговому критерию согласия Кендела (коэффициенту конкордации). При этом приводятся значения коэффициентов весомости каждого из факторов, по которым проводилась оценка, а именно: Экологические условия работы водителя у автомобиля при подготовке его к выходу на линию…………………………………0,48 Качество подготовки автомобиля с точки зрения обеспечения и безопасности движения в начальный период работы…………………………………………………………….…..0,64 Простота метода и удобство в эксплуатации………………………0,62 Возможность избирательного обогрева отдельных агрегатов автомобиля............................................................................................0,52 Эргономичность средств площадки хранения…………...………...0,52 Безопасность способа…..……………………………………………0,73 Надежность способа………….……………………………….……...0,72 Необходимость переоборудования автомобиля при установке его на площадку хранения…………………………………….…………….0,44 Комплексная экспертная оценка некоторых групповых способов безгаражного хранения (с учетом коэффициента весомости) показала следующие результаты (вторая величина — коэффициент вариации): Воздухоподогрев………………………………...……………..3,57; 0,17 Подогрев инфракрасным подогревателем «Малютка»……...2,94; 0,22 Электроподогрев………...……………………………..………2,53; 0,20 Водоподогрев...............................................................................2,42; 0,25 Пароподогрев...............................................................................2,26; 0,23 Данные экспертного опроса указывают на существенное значение принятых факторов сравнения способов безгаражного хранения. Наиболее важны безопасность и надежность способа. Наименьшее значение имеет фактор «необходимость переоборудования автомобиля при установке его на площадку хранения». Высшую комплексную оценку получили воздухоподогрев, подогрев инфракрасным подогревателем «Малютка», низшую — пароподогрев. Наглядную картину результатов экспертного сравнения способов безгаражного хранения автомобилей по их влиянию на водителя и окружающую среду дает диаграмма, представленная на (рис. 7.11) Высокое значение коэффициента конкордации (0,81) говорит о большой согласованности мнений экспертов в оценке качественных сторон рассмотренных групповых способов безгаражного хранения автомобилей. Рис. 7.11. Диаграмма качества способов безгаражного хранения автомобилей К — экспертная оценка в баллах; 1 — воздухоподогрев; 2 — подогрев двигателя инфракрасным подогревателем «Малютка»; 3 — электроподогрев двигателя; 4 — водоподогрев; 5 — пароподогрев 7.2 Сравнение способов по экономическим и энергетическим показателям Экономическая оценка способов и обоснование выбора способов безгаражного хранения Решающим фактором для выбора того или иного способа безгаражного хранения в конкретном температурно-климатическом регионе является экономическая оценка его применения. Эта оценка производится по существующим стандартным методикам. Определение годового экономического эффекта от применения способа безгаражного хранения, выбранного при помощи описанной выше комплексной методики, основывается на сопоставлении экономических эффектов, получаемых при двух ситуациях: • в регионе применяется все многообразие сложившегося конъюнктурного набора способов; • эффект, получаемый в результате применения обоснованно • выбранных способов для данного региона. Экономические показатели различных способов безгаражного хранения в большой степени определяются условиями расположения и режимом работы автотранспортного предприятия: • расположением теплотрассы относительно территории АТП; • наличием котельной, ТЭЦ вблизи АТП; • наличием и стоимостью строительных и коммуникационных материалов; • стоимостью различных видов энергии; продолжительностью зимнего периода в регионе; • уровнем заработной платы обслуживающего персонала и др. При определении экономического эффекта С учитываются эксплуатационные затраты Сэ и приведенные капиталовложения Кпр, отнесенные к одному автомобиле-месту за холодный период года: С = Сэ + Кпр, (7.1.) В свою очередь, к эксплуатационным расходам относятся: • затраты, связанные с простоем, автомобиля при его подготовке к выезду после начала рабочего дня; • затраты, связанные с расходом теплоносителя и электроэнергии для разогрева или подогрева агрегатов автомобиля; затраты на применяемую охлаждающую жидкость; • заработная плата персоналу, обслуживающему открытую стоянку автомобилей; • затраты на восстановление деталей агрегатов автомобиля, если при пуске и прогреве в начальный период работы имеет место их несколько повышенный износ; • затраты на техническое обслуживание и ремонт оборудования средств площадки безгаражного хранения; • амортизационные отчисления на капитальный ремонт и восстановление средств обогрева; • затраты связанные с нарушением нормальных экологических условий работы водителей при подготовке автомобиля к выходу (травматизм, повышенные простудные заболевание в др.). Так, сравнение существующие групповых способов безгаражного хранения показало, что по соответствию теплового поля автомобиля (двигателя) граничным температурам, квалиметрической оценке, а также затратам энергии наилучшим вариантом межсменного содержания автомобилей для климатического региона г. Москвы является подогрев двигателей подогревателем «Малютка». Годовой экономический эффект от выбора рационального способа безгаражного хранения: Э = Эк – Эн , (7.2.) где Эк – экономический эффект на одно автомобиле-место от применения способов безгаражного хранения по сложившейся конъюнктуре (по первой ситуации), руб.; Эн – экономический эффект на одно автомобиле-место в случае применения обоснованно выбранных способов безгаражного хранения (вторая ситуация). 7.3. Оценка способов безгаражного хранения по энергетическим показателям Сравнительная оценка способов безгаражного хранения по их энергетическим показателям предложена М. Н. Величанским. Здесь сравниваются энергозатраты, необходимые для достижения или поддержания теплового состояния двигателя в заданном диапазоне изменения температур окружающей среды в течение всего зимнего периода. При такой оценке принимают число пусков двигателя N, требующих затрат тепла (энергии), соответствующих числу дней работы автомобиля при низких температурах. Такое предположение вполне обосновано, так как холодный пуск осуществляется один раз в день перед выходом автомобиля на линию. Все последующие пуски в течение смены, как правило, не требуют дополнительных затрат энергии от внешних источников. Если использовать справочные данные о числе дней со среднесуточной температурой воздуха в пределах ее изменения (с интервалами 5 °С), можно получить полную оценку энергозатрат средствами обогрева за весь зимний период: Для этого находят по данным графика (см. рис. 7.4) количество энергии , которое необходимо затратить при температуре окружающей среды (для каждого из интервалов в 5°С изменения температуры) на один пуск. Сумма произведений на число дней (пусков) N, соответствующее температурам , и представляет собой необходимые затраты энергии в течение всех дней с такими температурами: (7.3.) Рис. 7.4. Затраты энергии (теплоты) на один пуск при обогреве двигателей в зависимости от температуры окружающей среды: 1 – воздухоразогрев; 2 – воздухоподогрев; 3 – водоподогрев; 4 – электроподогрев; 5 – разогрев станционарной газовой горелкой; 6 – разогрев подачей воздуха в картер двигателя; 7 – подогрев стационарной газовой горелкой; 8 – подогрев подогревателем «Малютка»; 9 – разогрев подогревателем «Малютка» Аналитическое или графическое суммирование значений по всему интервалу низких температур, от минимальных t0min до максимальных t0 max, дает возможность подсчитать годовые энергозатраты при различных способах безгаражного хранения и в различных климатических условиях: (7.4.) Графическое выражение такого расчёта на примере климатических условий г. Тюмени (холодная климатическая зона) и г. Москвы (умеренная климатическая зона) показано на рис. 7.5. Здесь по верхней шкале горизонтальной оси отложено значение температур окружающей среды t0, а по нижней число дней и соответственно пусков двигателя N, при котором наблюдаются эти температуры за весь зимний период. Рис. 7.5. Затраты энергии на обогрев двигателей ЗИЛ-130 при различных способах безгаражного хранения на зимний период: а) г. Тюмень; б) г. Москва Cведения о числе дней в году, соответствующих каждому из интервалов температур, взяты из климатических справочников. Продолжительность зимнего периода по тем же данным составляет; приблизительно 190 дней как для региона Москвы, так и для, региона Тюмени. По вертикальной оси отложены значения Qi. Кривые построены для наиболее распространенных способов безгаражного хранения. Нетрудно видеть, что площади под кривыми Qi = f (toi, N) представляют собой общие энергозатраты Q за весь зимний период эксплуатации. Из рис. 7.5 видно, что для рассматриваемых климатических регионов с наибольшими годовыми энергозатратами связано использование воздухоподогрева. При применении других способов затраты уменьшаются. Диаграммы подтверждают, что годовые энергозатраты неодинаковы в различных климатических зонах страны. Оптимальный с точки зрения годовых энергозатрат способ безгаражного хранения отличается от наихудшего во много раз (в данном примере для г. Тюмени приблизительно в 14 раз, а для г. Москвы приблизительно в 11 раз). Необходимо отметить, что приведенные здесь численные данные справедливы лишь для рассматриваемых регионов и способов безгаражного хранения. В других регионах где соотношение количества дней N с той или иной температурой окружающей среды t0 и соответственно величин Qi может оказаться другим, результаты оценки могут быть также другими. Однако при выборе, оценке и сравнении различных способов безгаражного хранения автомобилей безусловно должны учитываться региональные климатические условия и соответствующие им энергозатраты в течение всего зимнего периода (пример на рис. 7.6). Рис. 7.6. Годовые затраты энергии на обеспечение безгаражного хранения автомобилей ЗИЛ-130 8. Особенности эксплуатации подвижного состава в условиях агрессивной среды, влияние на надежность и нормативы технического обслуживания и ремонта Все климатические районы, кроме умеренного, создают особые условия для работы, хранения, ТО и ремонта подвижного состава, которые должны учитываться при планировании, нормировании и организации технической эксплуатации автомобилей. Особые условия, как правило, характеризуются сочетанием неблагоприятных факторов. Так, для холодного климатического района, расположенного в северных и восточных областях страны, характерны не только низкая температура окружающего воздуха, сильные ветры, но и более тяжёлые дорожные условия (снежные заносы зимой, работа преимущественно на дорогах без твёрдого покрытия.). Для жаркого сухого и очень жаркого сухого климатических районов, кроме высоких температур, действуют факторы солнечной радиации и большой запылённости воздуха. Для районов, расположенных в прибрежной зоне морей (с шириной полосы 5 км), характерна высокая агрессивность окружающей среды, которая вызывает коррозионные разрушения металлов. Перечислим неблагоприятные факторы: 1) Ветровая нагрузка Ветер влияет на скорость охлаждения двигателя. Например: при увеличении скорости ветра от 0 до 10м/с темп охлаждения деталей увеличивается в 3 раза. По средним значениям температур и ветров от нагрузки для умеренного климатического района двигатель автомобиля зимой остывает до температуры окружающего воздуха за 25-30 мин, летом за 3 часа. Эксплуатация автомобиля на длительных маршрутах с преобладающими ветрами также влияет на выходные показатели и техническое состояние автомобилей. Например, при встречном ветре увеличиваются расходы топлива, при попутном наоборот. При постоянных боковых ветрах для соблюдения прямолинейного движения автомобиля водитель вынужден воздействовать на рулевое колесо в одну сторону, что приводит к изнашиванию деталей рулевого управления автомобиля и шин. 2) Интенсивность атмосферных осадков При выпадении снега и дождя условия движения автомобилей становятся более тяжелыми. Это заставляет водителя двигаться на пониженных передачах и малых скоростях, чаще применять режимы торможения. Кроме того, снижается комфортабельность водителя и пассажиров, повышается коррозия металлов. Интенсивность выпадения осадков на территории умеренного климатического района как правило не превышает 3-3.5 мм/мин (кратковременно) и 1.5-1.6 мм/мин при длительном периоде (более 30 мин). В процессе разработки автомобилей на заводах-изготовителях при испытании кабины или салона на герметичность в испытательной камере обеспечивается выпадение осадков 5 мм/ мин, при этом попадания воды в кабину (салон) недопустимы. 3) Сезонные колебания условий эксплуатации Сезонные колебания условий эксплуатации автомобилей обусловлены колебаниями температуры окружающего воздуха, изменениями дорожных условий по временам года, с появлением ряда дополнительных факторов, влияющих на интенсивность изменения параметров технического состояния автомобиля, например, пыли летом, влаги и грязи осенью или весной. 4) Солнечная радиация При воздействии солнечных лучей на поверхность автомобиля выгорает лакокрасочное покрытие, размягчаются шины автомобиля. Последнее приводит к ухудшению управляемости автомобиля и ускоряет процессы старения материала шин. Размягчаются также все открытые резиновые уплотнения, чем также нарушается их нормальное функционирование. 5) Агрессивность окружающей среды Агрессивность окружающей среды связана с повышенной коррозионной активностью воздуха, свойственной прибрежным морским районам. Такие условия вызывают интенсивную коррозию деталей автомобилей, увеличивая трудоемкость технического обслуживания и текущего ремонта, потребность в запасных частях примерно на 10%. При этом ресурс автомобилей также сокращается. Агрессивной окружающей средой для автомобилей является также химический груз. Все это также учитывается при корректировании нормативов ТЭА. 6) Тепловые режимы работы агрегатов автомобилей Оптимальное значение температур охлаждающей жидкости и моторных масел большинства автомобильных двигателей лежит в интервале 85-950º С. При больших или меньших их значениях существенно возрастают износы деталей цилиндропоршневой группы двигателей. Оптимальным температурам охлаждающих жидкостей и масел соответствуют оптимальные значения температур поверхностей теплонагруженных деталей. При их превышении может произойти оплавление алюминиевых деталей, образующих камеру сгорания, интенсифицируются процессы коксования моторных масел, образования лаковых отложений на поверхностях и т.д. Из-за разжижения масел повышаются износы цилиндров. Кроме этого, растет токсичность отработавших газов по выбросам оксида азота NOx. При пониженных температурах стенок деталей цилиндропоршневой группы интенсифицируются процессы их корозионно-механического изнашивания, так как на поверхностях конденсируются пары воды и кислот, образующихся в отработанных газах. Оксиды в дальнейшем очень быстро истираются, поскольку их износостойкость на порядок ниже износостойкости основных материалов деталей двигателя. Увеличение износов при этом объясняется также тем, что холодные моторные масла не образуют на трущихся поверхностях масленых пленок должного качества. Одним из основных резервов повышенных показателей эксплуатационной надежности двигателей внутреннего сгорания является снижение нагаров, лаков и осадков на поверхностях деталей. В основе их образования лежат процессы старения моторных масел, а именно, процессы окисления углеводородов, входящих в состав масляной основы. Определяющее влияние на процессы окисления масла в двигателях, на образование отложений и на эффективность работы ДВС в целом оказывает тепловой режим теплонагруженных деталей. Оптимизация теплового состояния является одним из важнейших условий длительной и бесперебойной работы ДВС. Отложения на поверхностях деталей ДВС делятся на три основных вида: нагары, лаки и осадки (шламы). Нагар – твердые углеродистые вещества, откладывающиеся во время работы двигателя на поверхностях камеры сгорания. В состав нагара входят продукты окисления углеводородов (смолы, асфальтены, карбены, карбоиды), а также так называемая несгораемая часть – свинец, железо и другие механические примеси. При этом отложения нагаров в камерах сгорания главным образом зависят от температурных условий, даже при аналогичном составе смеси и одинаковой конструкции деталей камеры сгорания двигателей. Нагар оказывает весьма существенное влияние на протекание рабочего процесса и на долговечность его работы. Почти все виды ненормального сгорания (детонация, калильное зажигание и прочие) сопровождаются тем или иным влиянием нагара на поверхностях камеры сгорания. Лак – продукт изменения (окисления) тонких масляных пленок, растекающихся и покрывающих детали двигателя под действием высоких температур. Лаковые отложения – продукт концентрации оксикислот. В состав лака входит углерод (до 80%), а также кислород, водород и твердые несгораемые соединения (зола). Наибольший вред наносит лакообразование в зоне поршневых колец, вызывая процессы их закоксовывания. Лаки, также откладываясь на поверхностях поршня, контактирующих с маслом, нарушают должную теплопередачу через поршень (теплоотвод от него) и далее в систему охлаждения. Осадки (шламы) – низкотемпературные мазеобразные отложения, представляющие собой смесь продуктов окисления углеводородов с продуктами загрязнения моторного масла эмульсиями и водой. На количество осадков решающее влияние оказывают качество масла, температурный режим деталей, конструктивные особенности двигателя и условия эксплуатации. Отложения этого типа наиболее характерны для условий зимней эксплуатации, а также при частых пусках и остановках двигателя. При температурах масел от 150 ° С и выше процессы окисления происходят очень интенсивно. Когда температура превышает 300 ° С, одновременно с реакциями окисления происходит термическое разрушение углеводородов масел. В результате окисления и термического распада в маслах интенсивнее накапливаются органические кислоты, смолисто-асфальтовые вещества, углеродистые продукты (карбены, карбоиды и др.) Таким образом, определяющее влияние на процесс образования различных отложений, а также на прочностные показатели деталей, эффективные показатели, процессы изнашивания деталей оказывает их тепловое состояние. В этой связи необходимо знать пороговые значения температур деталей ЦПГ, по крайней мере, в характерных точках. Тепловое состояние деталей цилиндропоршневой группы принято анализировать по значениям температур в четырех характерных точках. Значения температур учитываются в них при производстве, испытаниях и доводке ДВС для оптимизации конструкций деталей, при выборе для двигателя моторного масла, в целом ряде решения других технических проблем. Для повышения эффективности транспортного процесса и ТЭА в особых условиях применяют, как правило, в сочетании следующие методы: Применение автомобилей в специальном исполнении (северном, горном и т. д.); Корректирование нормативов ТЭА с учётом особых условий; Применение средств и способов безгаражного хранения и пуска автомобиля. Автомобили, предназначенные для перевозок в условиях жаркого климата, должны иметь усиленные системы охлаждения замкнутого типа, препятствующие потерям жидкости из-за испарения; а также масляные радиаторы для охлаждения масла. На автомобилях, работающих в пустынно-песчаной зоне, необходима усиленная фильтрация воздуха, топлива, масла. Шины, резинотехнические изделия и детали из полимерных материалов, топливо, масло, тормозная жидкость и др. эксплуатационные материалы должны быть рассчитаны на работу при высоких температурах. АКБ должна быть размещена в наименее нагреваемой зоне автомобиля, помещение водителя и пассажиров должно быть отделено от двигателя надёжной теплоизоляцией. Крыша должна иметь эффективную теплоизоляцию от нагрева солнцем. Кабина и пассажирский кузов должны быть оборудованы вентиляцией, пылезащитой и кондиционером. Все поверхности автомобиля, на которые попадают солнечные лучи, окрашиваются в светлые тона, стойкие против солнечной радиации, а на сиденья надеваются лёгкие чехлы. Расход топлива на движении автомобиля при высоких температурах возрастает. При высокой температуре воздух имеет пониженную плотность, поэтому уменьшается масса всасываемого воздуха. В этих условиях плотность топлива тоже ниже, но ниже его вязкость и выше испаряемость, и в целом горючая смесь получается переобогащённой. переобогащённая смесь выгорает не полностью, что приводит к потерям топлива. Высокая температура окружающего воздуха и переобогащённая горючая смесь могут привести к детонации, калильному зажиганию, паровым пробкам, что опять ведёт к увеличению расхода топлива, а также губительно сказывается на двигателе. Высокие температуры окружающего воздуха уменьшают ресурс двигателя, вызывая следующие явления: • изменение зазоров в сопряжениях; • ослабление смазочных свойств масла и снижение его вязкости; • снижение вязкости и повышение испаряемости топлива (переобогащение горючей смеси); • повышенное накипеобразование в системе охлаждения, что приводит к перегреву двигателя. Еще один фактор износа систем и агрегатов автомобиля - пыль, которая, попадая между трущимися поверхностями, вызывает абразивный износ. Кроме того, пыль, содержащая химически активные вещества, ухудшает химические свойства масел и топлива и усиливает коррозию деталей. Высокая температура и запылённость окружающего воздуха вызывают такое специфическое явление, как микробиологическое поражение ГСМ. Как отмечает канд. техн. Наук М. М. Ташпулатов, при этом существенно меняются вязкость, кислотность, щёлочность. Более того, биогенные физико-химические изменения ведут к оголению рабочих поверхностей деталей, вызывают разрушение оксидных защитных плёнок, способствуют усиленному нагарообразованию на клапанах, поршнях и др. Возможно закупоривание биомассой фильтров и коммуникаций малого сечения (масляные каналы коленчатого вала, отверстия распылителей форсунки и др.). это приводит к преждевременным износам двигателей. Для использования в высокогорной местности с разряжённой атмосферой требуются специализированные конструкции двигателей автомобилей, в которых уменьшены потери мощности за счёт соответствующей конструкции системы питания с высотной корректировкой, изменением степени сжатия и т. д. При эксплуатации автомобиля на высокогорных дорогах целесообразно применять специальный подбор передаточных отношений и трансмиссии, тормозных механизмов- замедлителей и др. Классификация закономерностей, характеризующих изменение технического состояния автомобилей: Процессы, происходящие в природе и технике, могут быть подразделены на две большие группы: процессы, описываемые функциональными зависимостями, и случайные (вероятностные, стохастические). Для функциональных зависимостей характерна жесткая связь между функцией (зависимой переменной) и аргументом (независимой переменной величиной), когда определенному значению аргумента (аргументов) соответствует определенное значение функции. Например, зависимость пройденного пути автомобиля от скорости и времени движения. Вероятностные процессы происходят под влиянием многих переменных факторов, значение которых часто неизвестно. Поэтому результаты вероятностного процесса могут принимать различные количественные значения, т. е. обнаруживать рассеивание или вариацию, и являются случайными величинами. Например, наработка на отказ автомобиля или его агрегата является случайной величиной и зависит от ряда факторов: качества материалов деталей; точности обработки деталей; качества сборки; качества ТО и ремонта; квалификации персонала; условий эксплуатации; качества применяемых эксплуатационных материалов и т. п. Случайными величинами являются трудоемкость устранения конкретной неисправности, расход материалов, значение параметра технического состояния в определенные моменты времени и т. д. Для разработки рекомендаций по рациональной эксплуатации, совершенствованию конструкции автомобилей необходима информация о закономерностях изменения их технического состояния. К важнейшим закономерностям ТЭА относятся: изменение технического состояния автомобиля, агрегата, детали по времени работы или пробегу (наработке) автомобиля; рассеивание параметров технического состояния и других случайных, с которыми оперирует техническая эксплуатация, например, продолжительность выполнения ремонтных и профилактических работ; формирование суммарного потока отказов за весь срок службы автомобиля или группы автомобилей (процесс восстановления).