employee
VAC 05.17.00 Химическая технология
VAC 05.23.00 Строительство и архитектура
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
Presented article deals with the problem associated with the start-up of internal combustion engines at low negative temperatures. When operating the vehicle on the territory of the Russian Federation, this problem is particularly relevant, since most of the territory of our country is in severe climatic conditions, especially in winter.
operation of the car, an internal combustion engine efficiency, performance properties of the vehicle
Введение. Для уверенной эксплуатации автомобилей в суровых климатических условиях необходимо предварительно осуществлять подготовку автотранспортного средства.
Одной из часто возникающих проблем эффективной эксплуатации транспортных средств является бесперебойный пуск двигателя внутреннего сгорания. Как показывает опыт эксплуатации транспортных средств в регионах севера и Сибири, бесперебойный пуск двигателя может существенно повысить эффективность эксплуатации в транспортного средства в целом. Параметрами эффективности пуска двигателя является безотказность пуска, а также продолжительность запуска, не превышающей нормативных показателей, малое значение предельной температуры, небольшой величиной минимальной пусковой частоты вращения коленчатого вала двигателя [1, 2]. Операцией, способной существенно повлиять на облегчение пуска двигателя является дооснащение автомобиля системой предпускового подогрева [3].
Методология. Обеспечение бесперебойного запуска двигателя и исключение самопроизвольной остановки двигателя из-за загустевания дизельного топлива и закупоривания топливных фильтров, выпавшим из топлива парафином и кристаллами льда [4], являются основными проблемами при эксплуатации в условиях низких отрицательных температур. Для улучшения пусковых и эксплуатационных качеств автомобиля в условиях низких отрицательных температур наиболее эффективен подогрев основных функциональных систем двигателя [5].
Как показал анализ подогревателей, с системой использования внешней энергии, существующие системы предпускового подогрева охлаждающей жидкости и масла, при совместной установке на автомобиль, не предполагают совместного управления процессом нагрева, а это неизбежно приводит к значительному перерасходу электрической энергии [6].
Основная часть. Была разработана математическая модель [7], описывающая процесс нагрева двигателя внутреннего сгорания. Для подтверждения которой, был проведен ряд экспериментов, в ходе которых были получены данные о зависимости температуры охлаждающей жидкости от времени в процессе нагрева с точностью +/- 0,5 ºC и шагом в 2 секунды, при этом температура окружающей среды считалась неизменной.
Известно, что процесс нагрева имеет экспоненциальную зависимость, важнейшей характеристикой которой является постоянная времени.
Таким образом, обобщенное уравнение экспоненты для нагрева можно выразить:
(1),
где – текущее значение температуры;
– максимальное значение температуры, при (
); t – текущее время;
– постоянная времени;
- температура окружающей среды,
– начальная температура двигателя.
Неизвестными в уравнении являются значения постоянной времени и максимальное значение температуры
или установившейся температурой.
Для определения значений постоянной времени применялся метод корреляционного анализа. Корреляция - статистическая взаимосвязь двух или нескольких случайных величин (либо величин, которые можно с некоторой, допустимой степенью точности считать таковыми). При этом изменения одной или нескольких из этих величин приводят к систематическому изменению другой или других величин. Математической мерой корреляции двух случайных величин служит коэффициент корреляции ( ), который находится в диапазоне значений от 0 до 1, причём если значение находится ближе к 1, то это означает наличие сильной связи, а если ближе к 0 – слабой.
Коэффициент корреляции кривых 3 и 4 равен 0.62363753, а для кривых 1 и 2 этот коэффициент равен 1.
Рис. 1. Схема факторов, влияющих на воспламенение топлива в цилиндре дизеля
На рис. 2 представлена зависимость коэффициента корреляции для кривой нагрева полученной в процессе эксперимента и массива полученного в результате табуляции функции (1) при различных значениях .
Рис. 2. Зависимость коэффициента корреляции от постоянной времени в процессе нагрева ДВС
Используя методы математического анализа, определено максимальное значение кривой. Полученный результат считаем значением постоянной времени для полученной кривой. Зная значение ,
можно выразить из функции (1):
(2)
Таким образом, зная значения и
(при
) можно отобразить функцию нагрева (1) графически (рис. 3).
Рис. 3. Расчетная и экспериментальная кривые нагрева ДВС
На графике (риc. 3) в точке A видно расхождение экспериментальной (1) и теоретической (2) кривых нагрева охлаждающей жидкости. Это можно объяснить тем, что вследствие открытия термостата охлаждающая жидкость из малого контура охлаждения смешивается с охлаждающей жидкостью из большого контура охлаждения. Таким образом, получен метод, позволяющий аппроксимировать экспериментальные данные аналитическим выражением.
При выполнении стендовых испытаний и экспериментов на реальном автомобиле, по нагреву охлаждающей жидкости и масла, получены и обработаны зависимости температуры масла и охлаждающей жидкости от времени для нагревательных элементов при различных мощностях. Коэффициент корреляции экспериментальных и теоретических кривых изменятся незначительно, было практически одинаковым. Для охлаждающей жидкости кривые выглядят также, хотя значения
и мощности были иными. Таким образом,
не зависит от мощности, а
пропорционально мощности нагревателя.
Полученные закономерности можно использовать для оптимизации процессов нагрева охлаждающей жидкости и масла. С точки зрения энергетической эффективности наиболее оптимальным можно считать такой предпусковой подогрев, при котором достигается одинаковая температура моторного масла и охлаждающей жидкости.
Выводы. Таким образом, разработанный метод позволяет определить температуру нагрева для заданного времени и наоборот, либо невозможность выполнения поставленной задачи. В качестве средства практической реализации на автомобиле можно предложить микроконтроллер, реализующий управление мощности нагрева.
1. Semenov N.V. Ekspluataciya avtomobiley v usloviyah nizkih temperatur. / Sost.: N.V. Semenov; Pod red. S.I. Belocerkovskoy. M.: Transport, 1993. 190 s.
2. Robustov V.V. Sistemnyy analiz faktorov vliyaniya na uspeh puska DVS v usloviyah nizkih otricatel'nyh temperatur // Omskiy nauchnyy vestnik. 2006. №3 S. 100–104.
3. Vashurkin I.O. Teplovaya podgotovka i pusk DVS mobil'nyh transportnyh i stroitel'nyh mashin zimoy. S-Peterburg, «Nauka», 2002. 145 s.
4. Vasil'eva L.S. Avtomobil'nye i ekspluatacionnye materialy. Uchebnik dlya VUZov. M. : Transport, 1986. 279 c. Bibliogr.: s. 273. Predm. ukaz.: S. 274-277
5. Kvayt S.M., Mendelevich Ya.A., Chizhkov Yu.P.. Puskovye kachestva i sistemy puska avtotraktornyh dvigateley. M.: Mashinostroenie, 1990. 256 s.
6. Akimov S.V., Chizhkov Yu.P. Elektrooborudovanie avtomobiley. Uchebnik dlya VUZov. M.: ZAO «KZhI «Za rulem», 2004. 384 s.
7. Patent RF №: 2013101433, 10.11.2013. Kiseleva L.N., Zhuravskiy B.V., Zhigadlo A.P. Avtomatizirovannaya sistema predpuskovoy teplovoy podgotovki dvigatelya vnutrennego sgoraniya // Patent № 134248. 2013 Byul. № 27
8. Robustov V.V. Analiz metodov povysheniya rabotosposobnosti toplivnyh sistem dizeley v zimnih usloviyah. «Znachenie tehnicheskih reglamentov v reshenii problem sozdaniya i ekspluatacii avtomobiley v usloviyah Sibiri i Kraynego Severa». Materialy vneocherednoy konferencii-seminara Associacii avtomobil'nyh inzhenerov. Omsk: Poligraficheskiy centr KAN, 2005. S. 13–16
