Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследования 7
1.1 Влияние температуры охлаждающей жидкости двигателя на его эксплуатационные характеристики 7
1.2 Влияние отрицательных температур на работу двигателя 10
1.3 Влияние высоких температур на работу двигателя 25
1.4 Постановка цели и задач исследований 27
Раздел 2 Теоретические исследования регулирования температурного режима подкапотного пространства 29
2.1 Тепловой баланс подкапотного пространства автомобиля 29
2.2 Вклад систем двигателя в тепловое состояние подкапотного пространства автомобиля 33
2.3 Влияние проходного сечения решётки радиатора на тепловое состояние двигателя 36
2.4 Выводы по разделу 45
Раздел 3 Программа и методика экспериментальных исследований 46
3.1 Программа исследований 46
3.2 Методика определения расхода топлива в период прогрева 52
3.3 Методика исследования температурного режима подкапотного пространства автомобиля 54
3.4 Методика исследования скорости прогрева и охлаждения двигателя и критериальных точек подкапотного пространства при открытой и закрытой верхней решётке радиатора 59
3.5 Выводы по разделу 62
Раздел 4 Анализ результатов экспериментальных исследований 63
4.1 Критерии оценки температурных полей 63
4.2 Выбор критериальных точек 64
4.3 Регулирование температурного режима подкапотного пространства автомобиля в эксплуатации 70
4.4 Расход топлива в период прогрева двигателя 72
4.5 Анализ результатов исследования скорости прогрева и охлаждения двигателя и характерных мест подкапотного пространства при открытой и закрытой верхней решётке радиатора 77
4.6 Выводы по разделу 79
Раздел 5 Практическая реализация результатов исследования 80
5.1 Мероприятия по повышению эффективности эксплуатации автомобиля за счёт сокращения потерь теплоты из подкапотного пространства 80
5.2 Снижение затрат топлива автомобилем в период прогрева 81
5.3 Влияние температурного режима подкапотного пространства на экологические показатели двигателя 83
5.4 Выводы по разделу 85
Список использованных источников 88
Приложение А Места установки датчиков температуры в подкапотном пространстве 100
Приложение Б Результаты исследования температурных полей подкапотного пространства при неподвижном автомобиле 104
Приложение В Результаты исследования температурных полей подкапотного пространства при движении автомобиля 119
Приложение Г Акты внедрения 132
Приложение Д Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 136
- Влияние отрицательных температур на работу двигателя
- Влияние проходного сечения решётки радиатора на тепловое состояние двигателя
- Методика исследования температурного режима подкапотного пространства автомобиля
- Выбор критериальных точек
Введение к работе
Актуальность темы. Готовность автомобиля к выполнению транспортной работы оценивается исправностью, а так же достижением значений эксплуатационных параметров его агрегатов. Наиболее ответственным агрегатом автомобиля, обеспечивающим надёжную его эксплуатацию, является двигатель, рабочие характеристики которого реализуются при достижении заданного значения температуры.
Надёжный пуск и прогрев двигателя автомобиля в условиях низких температур может быть обеспечен путём применения устройств тепловой подготовки. При этом длительность тепловой подготовки и прогрева зависит от начальной температуры охлаждающей жидкости, температуры окружающей среды, способа прогрева, характеристик подкапотного пространства (компоновка агрегатов, теплоизолирующие поверхности, воздушные потоки, состав элементов системы охлаждения и др.). При движении автомобиля температурный режим системы охлаждения двигателя и подкапотного пространства определяются тепловыделением агрегатов и набегающим на автомобиль воздушным потоком. Эффективность различных вариантов тепловой подготовки и прогрева двигателя можно повысить путём сокращения потерь теплоты двигателем через подкапотное пространство. В существующих исследованиях этим потерям придаётся малое значение.
Схемы регулирования температуры охлаждающей жидкости с использованием термостатов и многоскоростных вентиляторов не исключают возможность снижения температуры в подкапотном пространстве и, как следствие, отклонения температуры в системе охлаждения двигателя от рабочей. В связи с этим, приобретает актуальность вопрос разработки научно обоснованных мероприятий по поддержанию температурного режима подкапотного пространства и двигателя, в том числе, за счёт регулирования параметров воздушных потоков, поступающих в подкапотное пространство.
Объект исследования – процесс изменения теплового состояния подкапотного пространства автомобиля в эксплуатации.
Предмет исследования – закономерности изменения температуры в критериальных точках подкапотного пространства автомобиля в эксплуатации.
Цель исследования – повышение эффективности эксплуатации автомобилей за счёт регулирования температурного режима подкапотного пространства.
Задачи исследования:
-
теоретически исследовать тепловой режим подкапотного пространства автомобиля в эксплуатации;
-
обосновать критериальную точку, наиболее точно характеризующую температурный режим подкапотного пространства автомобиля в эксплуатации;
3) экспериментально исследовать изменение температурного режима
подкапотного пространства автомобиля в эксплуатации;
4) разработать алгоритм и практические рекомендации регулирования температурного режима подкапотного пространства автомобиля в условиях эксплуатации.
Содержание диссертации соответствует области исследований паспорта научной специальности 05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта: «п. 19 Методы ресурсосбережения в автотранспортном комплексе».
Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов.
Использованы теории технической эксплуатации автомобилей, автомобильных двигателей, вероятности; аналитические и численные методы в планировании и обработке результатов эксперимента.
Достоверность и обоснованность результатов подтверждается тем, что: теория построена на известных, проверяемых данных и согласуется с результатами ранее выполненных исследований; экспериментальные данные получены с использованием стандартных и апробированных методик и сертифицированного оборудования.
Положения, выносимые на защиту и обладающие научной новизной:
1) математическая модель теплового баланса подкапотного пространства,
учитывающая скорость движения автомобиля, температурный режим двигателя
и теплоту, выделяемую агрегатами и узлами, расположенными в подкапотном
пространстве;
2) закономерности изменения температуры двигателя и подкапотного
пространства в критериальной точке, учитывающие изменение площади
проходного сечения решётки радиатора, скорость движения автомобиля и
температуру окружающей среды;
3) алгоритм изменения площади проходного сечения решётки радиатора,
позволяющий регулировать температурный режим подкапотного пространства
автомобиля с учётом режима эксплуатации.
Теоретическая значимость диссертационного исследования состоит в обосновании методологии обеспечения температурного режима подкапотного пространства автомобиля с учётом эксплуатационных факторов.
Реализация результатов работы:
- рекомендации по сокращению времени подготовки автомобиля к
транспортной работе за счёт регулирования температурного режима
подкапотного пространства автомобиля (внедрены в ООО «САН», ООО
«Силичь», ООО «Барьер»);
- методические материалы, используемые в учебном процессе ОГУ.
Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались и
получили одобрение: на российской и международных научно-практических конференциях «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (Оренбург, 2009, 2011, 2013 гг.), на международной научно-практической конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» (Пенза, 2010 г.), на всероссийской научно – методической конференции «Инновационное развитие профессионального образования в условиях университетского комплекса» (Бузулук, 2010, 2011 гг.), на международной научной конференции «Наука и образование: фундаментальные основы,
технологии, инновации» (Оренбург, 2010 г.), на всероссийской научно-практической конференции «Проблемы функционирования систем транспорта» (Тюмень, 2011, 2017 гг.), на международной научно-практической конференции «Наука и практика: Проблемы, Идеи, Инновации» (Чистополь, 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 6 статей в рецензируемых научных журналах из «Перечня…» ВАК.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников из 117 наименований, приложений и содержит 136 страниц машинописного текста, в том числе 38 рисунков и 6 таблиц.
Влияние отрицательных температур на работу двигателя
Вопросам влияния низких температур на эффективность эксплуатации автомобилей и их адаптации посвящено значительное число работ, например, Карницкого В.В., Абдрашитова Р.Т., Крамаренко Г.В., Анискина Л.Г., Афанасьева Л.Л., Бондаренко В.А., Власова В.М., Карнаухова В.Н., Кузнецова Е.С., Лосавио Г.С., Николаева В.А., Резника Л.Г., Семенова Н.В., Юрковского И.М., Жигадло А.П. и других [2-40]. Как правило, снижение эффективности эксплуатации автомобилей связывают с ухудшением температурного режима работы двигателя. Низкие температуры окружающей среды отрицательно проявляют себя в:
- затруднении пуска двигателя;
- ускоренном изнашивании трущихся деталей двигателя;
- повышении расхода топлива. На пуск и прогрев двигателя оказывает воздействие множество факторов [15] (рисунок 1.2).
Эксплуатацию автомобильного двигателя можно разделить на несколько этапов:
1 Подготовку двигателя к принятию нагрузки;
2 Использование двигателя по назначению.
В свою очередь время подготовки двигателя к принятию нагрузки состоит из следующих временных интервалов [41]:
1 Время на приведение в действие и работу устройства облегчения пуска холодного или горячего двигателя (или тепловой подготовки);
2 Пуск двигателя;
3 Прогрев двигателя до достижения состояния, обеспечивающего принятие нагрузки.
Под холодным двигателем следует понимать двигатель, при температуре его деталей, охлаждающей жидкости, масла и топлива, отличающейся от температуры окружающего воздуха не более чем на 1С.
Горячий двигатель – двигатель, остановленный после работы, при температуре окружающего воздуха до 45С и температуре охлаждающей жидкости и/или масла не ниже 5С рабочей температуры двигателя, установленной в технических условиях.
Тепловая подготовка двигателя и его систем к пуску обеспечивает создание таких условий, при которых пуск двигателя будет успешен, то есть создаются условия для надёжного пуска. Надёжный пуск двигателя – пуск двигателя, оборудованного всеми навесными агрегатами, на основном топливе не более чем за три попытки пуска холодного двигателя и не более чем за две попытки пуска горячего двигателя и двигателя после тепловой подготовки. Продолжительность попытки пуска в зависимости от вида топлива должна быть не более 10-15 с.
Тепловую подготовку двигателя можно осуществлять за счёт подогрева аккумуляторной батареи, моторного масла, охлаждающей жидкости, топлива, воздуха.
Согласно ГОСТ Р 54120-2010 «Двигатели автомобильные » [41] к пусковым качествам двигателей предъявляются требования, представленные в таблице 1.1.
Таким образом, стандарт устанавливает, в зависимости от температуры окружающей среды, время подготовки двигателя к принятию нагрузки.
Вопросам тепловой подготовки посвящено большое количество работ [14, 15, 42-56]. При этом в работах не уделяется должного внимания вопросам сохранения теплоты в подкапотном пространстве во время прогрева двигателя.
Затруднение пуска двигателя при низких температурах возникает из-за высокой вязкости масла и ухудшения смесеобразования. За счёт повышенной вязкости смазочного материала затрудняется достижение минимальной необходимой частоты вращения коленчатого вала. Стандарт [16] устанавливает минимальные пусковые обороты коленчатого вала двигателя в зависимости от температуры окружающей среды, которые представлены в таблице 1.2.
При пуске двигателя энергия аккумуляторной батареи расходуется на привод стартера. Энергетические затраты стартером связаны с преодолением сил трения и инерции в двигателе, а так же на сжатие воздуха в цилиндрах. Отрицательную часть энергии аккумуляторной батареи и стартера составляет тепло, которое выделяется в окружающую среду. Эти потери тем больше, чем больше перепад температуры между аккумуляторной батареей и окружающей средой [60]. Схема распределения потока энергии при пуске двигателя приведена на рисунке 1.4.До 92% момента сопротивления вращению коленчатого вала холодного двигателя при пуске в условиях низких температур является момент, затрачиваемый на преодоление сил трения и сопротивления прокручиванию [61]. При этом моменты на преодоление сил инерции почти не изменяются при изменении температуры.
Если момент трения окажется большим, чем момент, развиваемый стартером, то пуск двигателя становится невозможным. Это возможно при значительном снижении температуры окружающей среды и обусловлено повышением вязкости масла.
При понижении температуры окружающей среды резко снижаются возможности пускового устройства. Это обусловлено снижением работоспособности аккумуляторной батареи при понижении их температуры [32].
Помимо снижения возможностей системы пуска при низких температурах, так же значительно ухудшаются условия воспламенения рабочей смеси [62, 63]. Так, для карбюраторных двигателей, это обуславливается обеднением смеси и снижением энергии искры, а для дизельных – ухудшением распыления и снижением температуры конца такта сжатия [64].
Помимо влияния температуры на пуск холодного двигателя влияет и степень его износа. Так, продолжительность пуска двигателя со значительным износом его деталей в 7-15 раз больше [8].
При пусках холодного двигателя в условиях низких температур выделяют следующие стадии, характеризуемые ускоренными процессами изнашивания:
- пуск двигателя;
- послепусковой прогрев двигателя;
- работа прогретого двигателя.
В результате действия повышенных сил трения в период пуска наблюдается интенсивное изнашивание сопрягаемых деталей [63]. Наибольшее влияние на техническое состояние двигателя оказывают первые минуты после пуска двигателя, так как происходит запаздывание подачи масла к узлам трения. Величина запаздывания зависит от температуры масла. Так, например, при температуре масле минус 10С подвод масла задерживается на 20 секунд, а при минус 20С – через 26 секунд [61].
Авторы [13] указывают различную величину пусковых износов, которая находится в пределах 5-70% от общей величины эксплуатационных износов автомобилей различных марок и моделей. За параметр сравнения принимают диаметральный износ цилиндров за один пуск двигателя, выраженный в эквивалентном износе при пробеге автомобиля (рисунок 1.5). Пусковые износы возможно уменьшить на 0,5-1,0% от величины общих эксплуатационных, применяя зимние сорта смазочных материалов.
Влияние проходного сечения решётки радиатора на тепловое состояние двигателя
Чтобы обеспечить эффективное регулирование теплового режима подкапотного пространства, необходимо предусмотреть возможность изменения составляющих теплового баланса в процессе эксплуатации. Существенный вклад в тепловое состояние подкапотного пространства вносит система охлаждения двигателя, управлять теплоотдачей в подкапотное пространство которой возможно за счёт изменения площади проходного сечения решётки радиатора.
Объём воздушного потока, отводящего теплоту от системы охлаждения двигателя, зависит от величины площади проходного сечения решётки радиатора. В основном, на автомобилях общая площадь решётки радиатора S состоит из площади нижней решётки радиатора S2 и площади верхней решётки радиатора – S1 (рисунок 2.2).
В общем случае теплота, поступающая в подкапотное пространство, должна накапливаться до тех пор, пока тепловое состояние двигателя не станет рабочим. При достижении рабочей температуры двигателем вновь поступающая теплота в подкапотное пространство должна передаваться окружающей среде.
Эффективный отвод теплоты от двигателя обеспечивают верхняя и нижняя решётки радиатора, которые имеют определённую постоянную площадь. Эта площадь принята с запасом, исключая вероятность перегрева двигателя. Для двигателя ВАЗ 21124 рабочая температура соответствует температуре охлаждающей жидкости 95С. При значительном увеличении температуры выше рабочей включается вентилятор системы охлаждения, тем самым защищая двигатель от перегрева и его последствий (вентилятор включается при температуре 102С и отключается при 98С). Таким образом, вентилятор нагнетает дополнительный объём воздуха, который отводит излишки теплоты через подкапотное пространство в окружающую среду. С другой стороны, при движении автомобиля на высоких скоростях, набегающий поток воздуха отводит избыточное количество теплоты, тем самым понижая температуру двигателя, после чего термостат начинает закрывать «большой» круг системы охлаждения, сокращая теплоту, отводимую в подкапотное пространство. Это приводит к дополнительным затратам топлива и увеличению объёма выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду с отработавшими газами. Чтобы исключить объём воздуха, избыточно отводящего теплоту от двигателя в подкапотное пространство, необходимо сократить величину площади проходного сечения решёток радиатора.
Это выражение будет верным только в случае, когда двигатель прогрет до рабочей температуры и большая часть тепла, которая продолжает выделяться при сгорания топлива, будет немедленно отводиться системой охлаждения; оставшаяся часть тепла должна сохранять двигатель в оптимальном температурном диапазоне работы.
Во время прогрева вся теплота должна накапливаться двигателем, его системами и деталями, что позволит обеспечить надежный пуск двигателя.
Заданный уровень теплового состояния двигателя может поддерживаться в течение неопределенного времени только при выполнении условия (2.11). Однако при изменении режима работы двигателя количество теплоты QП, поступающее от двигателя в систему охлаждения, изменяется, поэтому система охлаждения должна обеспечивать постоянство температуры путем изменения количества теплоты QР, отдаваемой в окружающую среду.
В современных двигателях количество теплоты, отводимой охлаждающей жидкостью в окружающую среду, регулирует термостат, который увеличивает или уменьшает подачу жидкости в радиатор. На некоторых моделях автомобилей также предусмотрена регулировка скорости вращения вентилятора радиатора системы охлаждения.
Если Ft 0, то режим работы устойчив, а если Ft 0, то - не устойчив. Учитывая выражение 2.12 можно сделать следующие выводы:
- при высоких температурах окружающей среды, когда падает скорость отвода теплоты от радиатора и малых скоростях движения, когда мал объём воздуха, проходящего через радиатор, включается вентилятор системы охлаждения, тем самым обеспечивается перевод теплового режима двигателя в установившийся;
- при низких температурах окружающей среды, когда возрастает скорость отвода тепла от радиатора, и высоких скоростях движения, когда объём воздуха, проходящего через радиатор избыточен, жидкость движется по «малому кругу» и радиатору достаточно небольшого объёма воздуха, чтобы охладить жидкость.
Применительно к рисунку 2.1 за S принимаем общую площадь проходного сечения решётки радиатора, предназначенную для прохождения воздуха и охлаждения им радиатора, а за vCp - среднюю скорость потока воздуха, проходящего в подкапотное пространство. Предположим, что автомобиль движется при полном штиле, а, значит, скорость воздушного потока принимаем равной скорости, при которой автомобиль «врезается» в воздух и рассекает его, т.е. скорости движения автомобиля V.Данная зависимость устанавливает связь между площадью проходного сечения решётки радиатора и площадью поверхности радиатора, скоростью движения автомобиля, а также температурными параметрами системы охлаждения и окружающей среды. Необходимо учесть, что данная зависимость применима только при движении автомобиля, т.е. при V 0 км/ч.
Математическая модель (2.35) позволяет убедиться в том, что в процессе эксплуатации необходимо обеспечить возможность управления теплообменными процессами подкапотного пространства с окружающей средой, которая повысит эффективность эксплуатации автомобилей за счёт сокращения времени прогрева и увеличения времени охлаждения двигателя. Управление должно осуществляться с учётом нескольких параметров (площадь охлаждения радиатора, коэффициент теплопередачи, температуры воздуха окружающей среды и охлаждающей жидкости, скорости движения автомобиля и тепловое состояние двигателя).
Методика исследования температурного режима подкапотного пространства автомобиля
Для того чтобы выявить температурный режим работы подкапотного пространства автомобиля был проведён ряд исследований:
- определены температурные поля подкапотного пространства;
- выявлены места утечки теплоты через неплотности подкапотного пространства.
Подкапотное пространство - это сложная система, в которой располагаются практически все элементы автомобиля, обеспечивающие его эксплуатацию: двигатель и его системы, рулевой механизм, элементы трансмиссии и тормозной системы и т.д. Подкапотное пространство пропускает сквозь себя большие объёмы воздуха, который, в зависимости от времени года, имеет различную температуру. Воздух, проходя сквозь радиатор системы охлаждения, изменяет свою температуру, плотность и распространяется по всему объёму, изменяя температурные поля пространства. Все элементы подкапотного пространства имеют сложную форму, поэтому воздух движется, меняя своё направление неоднократно, создавая завихрения и увеличивая аэродинамическое сопротивление.
Для исследований весь объём подкапотного пространства разделили секущими плоскостями и получили (рисунок 3.7):
- 8 продольных вертикальных плоскостей (А1 А8);
- 7 поперечных вертикальных плоскостей (В1 В7);
- 5 горизонтальных плоскостей (Г1 Г5).
Выбранное количество плоскостей позволяет полностью охватить всё подкапотное пространство и получить данные по температурному режиму свободных от агрегатов и узлов мест.
Разделение поперечных вертикальных плоскостей проводилось с помощью шнура диаметром 2,5 мм, который закреплялся по линии плоскостей А1 и А8 в плоскостях Г1 и Г5. Между шнурами натягивалась нить диаметром 0,5 мм (рисунок 3.8).
Поочерёдно, в местах пересечения трех видов секущих плоскостей, устанавливали датчики температуры – термопары ОВЕН ДТПL011-0,5/5 (рисунок 3.9). Рабочий диапазон измеряемых температур термопары составляет от минус 50 до 300С, показатель тепловой инерции – не более 3 секунд, длина провода датчика составляет 5 000 мм.
Датчики подключали к устройству контроля температуры ОВЕН УКТ38-Щ4.ТП, которое позволяло одновременно снимать показания с 8 каналов.
Прибор ОВЕН УКТ38-Щ4 (рисунок 3.10) предназначен для контроля температуры в нескольких зонах одновременно (до 8-ми) и аварийной сигнализации о выходе любого из параметров за заданные пределы, а также для регистрации измеренных параметров на ЭВМ.
Номинальное напряжение питания устройства – 220 В, 50 Гц. Поэтому при проведении исследований в дорожных условиях использовали преобразователь напряжения из 12Вв 220В. Предел допустимой основной погрешности измерения входного параметра (без учета погрешности датчика)±0,5 %.
Для того чтобы передать данные на компьютер устройство контроля температуры подключали к нему через преобразователь интерфейсов «токовая петля»/RS-232 ОВЕН АС-2.
Преобразователь интерфейсов «токовая петля»/RS-232 ОВЕН (рисунок 3.11) предназначен для взаимного преобразования сигналов в виде «токовой петли» и сигналов интерфейса RS-232.
На компьютер устанавливали специальное программное обеспечение фирмы ОВЕН, которое фиксировало значение температуры каждые 5 секунд.
Схема подключения устройств при испытаниях приведена на рисунке 3.12.
Выбор критериальных точек
Подкапотное пространство автомобиля – сложная система, в которой расположены и функционируют различные подсистемы автомобиля и их составляющие: двигатель, коробка передач, тормозная система, система освещения и т.д. Все эти подсистемы автомобиля расположены в подкапотном пространстве и работают в определённых температурных условиях.
В подкапотном пространстве основным источником теплоты является двигатель внутреннего сгорания. Если учесть тот факт, что теплота выделяется несколькими «источниками», которые неравномерно распределены по объёму подкапотного пространства, то можно предположить, что в различных областях подкапотного пространства температура будет различна.
Большая часть элементов подкапотного пространства должна работать в определенном диапазоне температур, так например, двигатель внутреннего сгорания автомобиля ВАЗ 2112 при полной нагрузке и со скоростью движения автомобиля 80 км/ч должен работать в диапазоне температур охлаждающей жидкости 92- 95С [88]. При этой температуре достигаются оптимальные топливно-экономические и тягово-скоростные характеристики двигателя.
Для того чтобы выявить температурные режимы, в которых работают узлы и агрегаты подкапотного пространства, а также критериальные точки, были проведены исследования для неподвижного автомобиля и для движущегося автомобиля на различных скоростях. На рисунке 4.1 показаны рабочие моменты исследования температурных полей стационарного автомобиля. Методика и оборудование для проведения исследований представлена выше.
По результатам испытаний были построены графики изменения температуры различных областей подкапотного пространства в зависимости от времени и скорости, которые имеют вид, представленный на рисунках 4.2 и 4.3.
Подробнее остановимся на рассмотрении особенностей зависимостей, полученных при различных режимах испытаний.
Отмечаем, что данные зависимости выступают не в роли изотерм, а в качестве зависимостей температуры от времени в определённых точках подкапотного пространства.
Зависимость, представленная на рисунке 4.2, характерна практически для всех мест установки датчиков при неподвижном автомобиле. Отличия в основном наблюдались в величине колебания температуры Т. Кривые зависимостей состоят из:
- плавно изменяющихся кривых (АВ1) до определённого момента времени t1 – момент времени, когда охлаждающая жидкость двигателя достигает «предельной» температуры (99±2)С и происходит включение вентилятора системы охлаждения;
- затем происходит резкий скачок температуры Т (кривая В1С1) до момента времени t2 – времени отключения вентилятора системы охлаждения (температура охлаждающей жидкости двигателя (94±2)С);
- в дальнейшем температура падает по кривой С1В2.
Начиная с момента времени t1 происходит повышение температуры подкапотного пространства, при этом одновременно понижается температура двигателя. И, наоборот: с момента времени t2 происходит снижение температуры воздуха в подкапотном пространстве и одновременно двигатель накапливает теплоту.
Повышение температуры (кривая В1С1) происходит из-за того, что в подкапотное пространство вентилятор системы охлаждения подаёт «новые» порции воздуха, который проходя сквозь радиатор охлаждения нагревается и повышает температуру в различных областях подкапотного пространства. Скачки температуры доходят до 25 - 30С.
При дальнейшей работе двигателя колебания температуры продолжаются (вентилятор включается и отключается), при этом величина скачка температуры уменьшается, так как температура элементов подкапотного пространства и окружающего их воздуха возрастает.
Выше были рассмотрены показания только одного датчика (рисунок 4.2), который располагался в месте пересечения плоскостей А1, Г1 и В1. Отличительными особенностями остальных графиков являются амплитуды колебаний, величины температур, зависимости температуры воздуха от времени до первого включения вентилятора и т.д.
Графики на рисунке 4.3 (а) характерны для мест, где воздействие теплоты потока воздуха, нагнетаемого вентилятором, минимально, а графики на рисунке 4.3 (б) – для мест которые расположены непосредственно на пути воздушного потока.
Все экспериментальные зависимости, полученные при движении автомобиля можно разделить на несколько групп:
- I группа: резкое увеличение температуры (на скорости 20 км\ч), а затем плавное её снижение, причем при повышении скорости на каждые 20 км\ч происходит небольшой перегиб графика (график 1 на рисунке 4.3, а);
- II группа: резкое снижение температуры (на скорости 20 км\ч), а затем скорость уменьшения температуры снижается плавно (график 2 на рисунке 4.3, а);
- III группа: до определённой скорости происходит постепенное возрастание температуры, а затем так же постепенно она падает (график 1 на рисунке 4.3, б);
- IV группа: на всём протяжении при увеличении скорости движения происходит снижение температуры (график 2 на рисунке 4.3, б).
Форма зависимости определяется в основном наличием различного рода препятствий на пути движения воздушного потока. Так, например, если поток встречает радиатор системы охлаждения и термостат открыт частично или полностью, то вначале будет наблюдаться относительно небольшой рост температуры, а затем её падение.
Приведённые зависимости являются характерными и в той или иной степени к ним можно отнести и все остальные. Проведя анализ всех зависимостей, можно сделать следующий вывод: чем выше скорость движения автомобиля, тем температура в различных областях подкапотного пространства стремится приблизиться к температуре окружающей среды. Конечно, если учесть летний период, когда температура окружающей среды высока и элементы подкапотного пространства прогреваются до ещё большей температуры, такое «продувание» подкапотного пространства, в результате которого понижается температуры, будет полезным, но в зимних условиях, отрицательная температура негативно скажется на работе отдельных агрегатов и элементов, например на аккумуляторной батарее.
Сопоставляя полученные зависимости в двух режимах исследования, можно сказать, что практически ни одна «свободная» точка подкапотного пространства не сохраняет свою температуру постоянной. В реальных условиях будет наблюдаться «смесь» описанных выше зависимостей. Так, в городском цикле движения, которому характерны частые остановки на перекрёстках, сменяющиеся движением с относительно малыми скоростями будут больше соответствовать зависимости эксперимента при неподвижном автомобиле, а при движении по трассе – второго.
Достаточно большое количество элементов подкапотного пространства выполнены из резинотехнических или полимерных материалов, для которых решающую роль на ресурс оказывают процессы старения. Главными факторами старения являются время и температура. Поэтому перепады температуры могут привести к снижению ресурса данных изделий. Конечно, колебания температур воздуха не могут привести к таким же колебаниям температур различных элементов подкапотного пространства по всему их объёму, но поверхностный слой испытывает эти перепады в полной мере.
Так же воздух будет оказывать негативное влияние и на двигатель: воздух, подогретый радиатором, обдувает двигатель и его элементы, при этом температура поверхности двигателя (поверхностного слоя), которая находится ближе к радиатору, понижается, а с противоположной стороны двигатель подогревается от выпускного коллектора, температура которого выходит за пределы рабочей температуры двигателя. В результате разницы температур в материале деталей двигателя могут возникать напряжения, которые, накапливаясь, негативно скажутся на их работе.