Технические науки/4. Транспорт

Смолин А.А., Иванов В.В.

Омский филиал военной академии материально-технического обеспечения

АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВ ПРЕДПУСКОВОГО ПОДОГРЕВА МОТОРНОГО МАСЛА

В литературе [1, 2, 3] приводятся рекомендации о выборе режимных параметров различных устройств предпускового подогрева ДВС в зимний период необходимых для надежного запуска. Однако эти рекомендации, как правило, неконкретны и противоречивы (не указываются сорта разогреваемых моторных масел, приводятся критерии и формулы, учитывающие различные условия эксплуатации и типы двигателей).

В работе [4] мощность устройства предпускового подогрева выбирается в зависимости от времени подогрева автомобиля и указывается, что наивысший предел подводимой мощности практически не ограничен, так как потери тепла уменьшаются с увеличением мощности и сокращением времени подогрева.

В [3] мощность устройства рекомендуется принимать в зависимости от типа и моделей автомобиля, режима работы (предпусковой или межсменный подогрев) и средней температуры холодного времени года.

Согласно [5] мощность устанавливаемых ТЭНов зависит от массы двигателя, моторного масла и продолжительности разогрева. Мощность масляных ТЭНов изменяется от 0,4 - 1,4 кВт.

Рекомендации по выбору мощности электронагревателей, изготавливаемых по ТУ 16 – 531.675 – 79 для автомобилей и тракторов, приведены в табл. 1 [3]. Однако в этих рекомендациях не указываются марки моторных масел, а проектирование и расчет мощности производится по средней окружающей температуре.

В работе [5] приводится теоретическое доказательство, что эффективным критерием выбора необходимой мощности нагревательного устройства является КПИТ (коэффициент полезного использования тепла).

Так, предпусковой электроподогрев автомобильных двигателей сопровождается потерями тепла в окружающую среду, причем соотношение между теряемым и полезно используемым теплом зависит от времени и может характеризоваться КПИТ [5]:

, (1)

где с - теплоемкость системы, Дж/кг К; р - мощность источников тепла, Вт;

- усредненная избыточная температура, К.

Экспериментально полученные данные показывают, что КПИТ от времени является убывающей функцией, так как скорость подогрева снижается по мере приближения двигателя к тепловому равновесию с окружающим воздухом. [5]

Таблица 1.

Рекомендуемые мощности электронагревателей для автомобилей и тракторов.[5]

Марка автомобилей и тракторов	Электронагреватели, кВТ
	Тосола, антифриза	Масла
К - 700А	6,0 (5,0)	1,0 (0,8)
К-701	8,0	1,6
К-710	10	1,6
Т- 150	4,0	0,8
МТЗ - 50	3,15	0,8 (0,63)
МТЗ - 80	3,15	0,8 (0,63)
МТЗ - 82	3,15	0,8 (0,63)

Примечание: мощность электронагревателей для климатических зон с температурой выше -40°С указана в скобках.

Так же КПИТ убывает при росте избыточной температуры и растет с увеличением удельной мощности [5]:

, (2)

где V_s – объем двигателя, м³; - приведенная удельная мощность, Вт/м²

В работе [6] делается аналогичный вывод исходя из полученного выражения:

, (3)

где Q - расход энергии на разогрев, Дж; R - характеристика теплоемкости двигателя, t_H - начальная температура двигателя, К. t_n - конечная пусковая температура двигателя, К.

Это означает, что с ростом мощности устройства подогрева двигателя, время, необходимое для достижения пусковой температуры, уменьшается несколько опережающим темпом ( ), в результате чего уменьшаются потери тепла и в пределе вся энергия идет только на разогрев двигателя. Таким образом, с позиции экономии энергозатрат мощность разогрева должна быть максимально возможной [6].

В соответствии с рекомендациями иностранных фирм мощность устройства должна составлять 12-18 Вт на 0.1л рабочего объема двигателя. График по выбору мощности устройства электроподогрева моторного масла в поддоне картера ДВС приведен на рис. 1

В результате исследований на ленточном подогревателе моторного масла в картере были получены расчетные зависимости времени нагрева моторного масла от мощности ленточного электронагревателя для различных температур окружающей среды [3]. Их графики показаны на рис. 2.

Полученные в этой работе зависимости показывают, что увеличение мощности нагревательного элемента приводит к снижению времени нагрева. Однако при мощностях выше 500 Вт увеличение установившейся температуры и уменьшение времени нагрева становится менее интенсивным. На основании этого определяется эффективная мощность устройства электроподогрева равная 500 Вт.

Фирма: — «Кин Хотстарт »,------«Филипс Темпо» - США,

«Никельбулагет » - Швеция, «У фокс » - Финляндия

Рис. 1 - График выбора мощности устройств электроподогрева

моторного масла [5]

Кроме перечисленных методов расчетной оценки теплопроизводительности или мощности, известны методы, основанные на тепловом балансе подогреваемого объекта, выраженном в дифференциальной форме с допущением о постоянстве коэффициента теплоотдачи в окружающий воздух. Решение дифференциального уравнения в этом случае приводит к получению экспоненциальной функции времени [1, 2, 3, 4]:

, (4)

откуда искомая мощность

, (5)

где Р - мощность электронагревателя, Вт; - коэффициент теплоотдачи в окружающую среду, Вт/( К); С - теплоемкость моторного масла, Дж/К; F - площадь поверхности теплоотдачи в окружающую среду, м²; t, - температура моторного масла и температура окружающей среды, К; - время нагрева, с.

Выполнены также работы [1, 6], которые для выбора режимов разогрева используют методики технико-экономического обоснования по приведенным затратам. Однако в новых условиях развития экономики нашей страны, эти методики устарели.

Из всего многообразия и противоречивости приведенных данных по выбору мощности устройства предпускового разогрева моторного масла, можно сделать вывод, что каждому условию разогрева соответствует свои режимные и экономические показатели, установившееся превышение температуры и мощность. Поэтому при проектировании новых устройств предпускового разогрева, базирующихся на саморегулируемых нагревательных элементах появляется необходимость разработки новой методики, на основе выше перечисленных, по обоснованию мощности устройства.

Одной из главных задач при предпусковом подогреве моторного масла является определение места подвода теплоты. Место подвода теплоты, характер расположения нагревательного устройства в поддоне картера, существенно влияет на неравномерность поля температур в масле. Это влечет за собой неодинаковое время поступления масла в масляную магистраль дизеля. При этом естественно, чем меньше период задержки давления масла в смазочной системе, тем лучше условия его поступления в зазоры трущихся сопряжений [6]. Проведенные исследования показывают, что подвод теплоты через отдельные участки поверхности днища поддона ведет к неравномерному разогреву масла. Это в свою очередь вызывает сложные изменения температуры в сопряжениях трущихся деталей дизеля во время его прокрутки.

Таким образом, вопросы характера размещения нагревательного устройства в картере ДВС, площади теплоотдающей поверхности и неравномерности разогрева моторного масла, являются важными и актуальными, однако эти вопросы недостаточно изучены при использовании подогревателей, установленных непосредственно в поддоне картера двигателя внутреннего сгорания.

Не менее важным параметром является также температура моторного масла, до которой необходимо осуществлять нагрев, так как это в свою очередь влияет на общее время тепловой подготовки и затраты энергии. Выбор оптимальной температуры моторного масла, при которой возможен запуск с минимальным износом двигателя, является актуальной задачей. В литературе [1, 2, 4, 6] приводится довольно много данных о температурном состоянии подогретых двигателей, в том числе и моторного масла, необходимого для надежного пуска.

Обобщенные результаты анализа рекомендуемых температур моторного масла перед пуском ДВС в зимнее время года различных авторов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Рекомендуемые температуры моторного масла перед пуском двигателей внутреннего сгорания

Авторы	Температура моторного масла в поддоне картера, °С
Ю.Л. Бакуревич и др.	5 15
Л.А. Николаев и др.	-10 (зимние сорта масел) -25 (10% разб.бензином)
Г.В. Крамаренко и др.	15
В.И. Ерохов	20
Л.М. Минкин и др.	0
И.М. Примаков	20
Г.И. Суранов	0 50
Б.А. Взоров и др.	80
А.Б. Стефановский	-15

Литература:

1. Стефановский А.Б. Улучшение пусковых автомобильных двигателей при низких температурах с помощью электрического предпускового подогрева. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. - М.: НАМИ, 1990.

2. Конанов С.А. Исследование температурного режима системы смазки тракторного двигателя при его эксплуатации в холодное время года. Автореф.дисс... кандидата.техн.наук.- Омск, 1972.- 22 с.

3. Суранов Г.И. Уменьшение износа автотракторных двигателей при пуске. - М.: Колос, 1982. - 143 с

4. Электронагревательные устройства автомобилей и тракторов/ В.Е. Козлов, В.В. Козлов, Г.Р. Миндин, В.Н. Судаченко. - Л: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984. - 127 с.

5. Кошик А.П. Обоснование режимов предпускового разогрева двигателей тракторов сельскохозяйственного назначения газовым подогревателем. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. - М., 1984. - 140 с.

6. Карнаухов В.Н. Разработка методики определения режима работы и мощности электроподогревателей двигателей при безгоражном хранении автомобилей зимой. Дисс. кандидата техн. наук. - Тюмень.: 1995. - 186 с.