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 t_в (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; t_в – 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<S4<S8<S3. Это говорит о том, что при данной температуре воздуха целесообразно использовать способы безгаражного хранения под номером 2 и 4 (воздухоподогрев и электроподогрев двигателей), так как S2 ≈ S4. Способы же 8 и 3 (подогрев «Малютка» и водоподогрев двигателя) оказываются менее эффективными.

Этот вывод хорошо согласуется с практикой. Очевидно, что способ 8 (подогрев подогревателем «Малютка») и способ 4 (водоподогрев), хорошо обеспечивая обогрев двигателей, вовсе не обеспечивают обогрев коробки передач, аккумуляторной батареи, салона кабины. Это значит, что эффективность обогрева указанных элементов при применении способов 5 и 4 практически очень невелика, что не могло не сказаться на общем (интегральном) показателе эффективности автомобиля в целом.

В практической деятельности рекомендуется сначала сравнивать способы по интегральному показателю ξ (t). Затем, например, если на АТП проведены мероприятия, обеспечивающие нормальное функционирование каких-либо агрегатов, систем автомобиля при низких температурах (например, автомобили оборудованы средствами утепления аккумуляторных батарей и т. п.), сравнительная оценка осуществляется дифференцированно, с помощью номограмм (см. рис. 7.15, 7.16, 7.17, 7.18, 7.19).

Такая последовательность сравнения групповых способов безгаражного хранения облегчает выбор способа тепловой подготовки автомобилей в различных температурно-климатических регионах.