Безгаражное хранение автомобилей

Безгаражное хранение автомобилей

1. Характеристика условий безгаражного хранения автомобилей в различных климатических зонах Российской Федерации

1.1 Классификация природно-климатических условий Российской Федерации

Российская федерация расположена на обширной территории Евроазиатского континента. Ее площадь составляет 22,4 млн. км2. В северных зонах территории продолжительность зимнего периода составляет 300 дней, температура воздуха опускается ниже -50° С. На юге этот период длится не более 40 дней, а температура не опускается, как правило, ниже -5° С. Для страны в целом число дней в году со среднесуточной температурой 0°С и ниже составляет в среднем 171 день, т.е. 47% календарного времени года.

Многообразие климатических условий существенно влияет на организацию эксплуатации, хранения автомобилей и на их технико-экономические показатели, что приводит прежде всего к ухудшению показателей надежности, снижению экономичности и затрудняет проведение технического обслуживания подвижного состава. Поэтому, рассматривая вопросы организации безгаражного хранения автомобилей, следует учитывать климатические условия конкретного региона. В зависимости от этих условий территорию Российской Федерации делят на отдельные климатические зоны: северную, умеренного климата и южную. Главной характеристикой, определяющей это деление, является средняя месячная температура воздуха в январе (как наиболее холодном месяце года), которая корреляционно связана со среднегодовой температурой воздуха и средней длительностью зимнего периода.

При организации безгаражного хранения автомобилей важное значение имеет не только продолжительность действия низких температур, но и их колебания, в частности, по дням и в течение суток. На рис. 1.1 показано (в качестве примера) распределение среднесуточных температур в течение года в некоторых городах (по данным многолетних наблюдений), из которого видны не только среднесуточные значения температур, но и их варьирование в зависимости от климатической зоны.

Как показали исследования, климатические условия региона характеризуются не только температурой. Необходимо учитывать также скорость и влажность воздуха, уровень солнечной радиации, барометрическое давление и т.д.

Рис. 1.1. Распределение среднесуточных температур в году: 1 - Верхоянск; 2 - Салехард; 3 - Керчь

Совокупное действие климата, характеризуют обобщенным показателем - суровостью климата, которая оценивается в баллах. Такой обобщенный показатель наиболее полно отражает климатические условия, влияющие на эксплуатацию автомобильного транспорта.

Границы областей с одинаковой суровостью климата не полностью совпадают с расположением изотерм. Например, увеличиваясь в направлении севера и северо-востока страны, они имеют некоторые отклонения в районах, где преобладающим фактором становится скорость ветра или другие климатические параметры. Наиболее заметно влияние ветра в районах Сибири, Крайнего Севера и побережья Ледовитого океана, где скорость ветра достигает 30-40 м/с.

Наибольшей суровостью климата отличается северная климатическая зона Российской федерации. К ней относятся все районы, ограниченные с юга изотермой января, равной -20°С, т.е. районы, в которых средняя температура этого месяца не выше -20°С. К этой зоне относится более 67% территории страны, где народное хозяйство обслуживается в основном автомобильным транспортом.

Для определения дифференцированных требований к применяемым эксплуатационным материалам, средствам и способам хранения подвижного состава в северной зоне выделяют четыре подзоны:

Первая подзона - арктическая, с наивысшей суровостью климата. Средняя годовая суровость в ней составляет от 3,5 до 4,6 балла, а максимальная суровость в зимний период - от 5,3 до 4,6 балла. Продолжительность зимнего периода здесь достигает 300-320 суток, а минимальная температура -60° С. В этой подзоне помимо продолжительных периодов низких отрицательных температур часто возникают сильные ветры скоростью 25 м/с и выше.

В арктической подзоне к автомобилям, а также к способам и средствам их межсменного хранения предъявляются особенно высокие требования.

Вторая подзона - субарктическая, с высокой суровостью климата. Здесь среднегодовая суровость находится в пределах 2,5-3,5 балла, ее максимальная величина составляет 3,5-5,0 баллов, а минимальная температура воздуха достигает -71°С (Оймякон). Продолжительность зимнего периода в этой подзоне - около 250 суток. К эксплуатируемым автомобилям и средствам их хранения здесь предъявляются высокие требования.

Третья подзона характеризуется средней годовой суровостью 2,2-2,5 балла. Наибольшая суровость достигает 3,1 - 4,7 балла. Зима длится 240 суток, а температура воздуха опускается до -55°С. Характерными для региона являются частые и внезапные метели, сильные ветры, а также возможность резкого понижения температуры воздуха (на 10-15° ниже среднесуточных) в течение нескольких суток.

Четвертая подзона - умеренно суровая. Средняя годовая суровость здесь не ниже 1,6-2,2 балла (для Москвы 1,9). Снежный покров и сезонно-мерзлые грунты в ней сохраняются 5-6 месяцев, а температура снижается иногда до -40° С. В этой подзоне может успешно работать подвижной состав в стандартном исполнении при безгаражном хранении на площадках, оборудованных средствами подогрева или разогрева.

Зона умеренного климата располагается южнее изотермы января -20°С.

Первая подзона умеренного климата характеризуется среднегодовой суровостью 1,7-2,6 балла, средней температурой воздуха в январе от -10 до -20° С. Продолжительность зимнего периода здесь достигает 5-6 месяцев в году.

Вторая подзона характеризуется среднегодовой суровостью климата 1,4-1,7 балла, средней температурой наиболее холодного месяца в пределах -5… - 10°С. Зима в этом климатическом регионе длится 3-4 мес.

Средняя температура воздуха в январе в административных центрах Российской федерации, °С:

§  от -5 до -10 - Санкт-Петербург, Псков, Смоленск, Орел, Курск, Ростов-на-Дону;

§  от -10 до -20 - Мурманск, Петрозаводск, Архангельск, Вологда, Ярославль, Киров, Иваново, Владимир, Москва, Пенза, Рязань, Саратов, Волгоград, Оренбург, Пермь, Уфа, Челябинск, Томск, Тюмень, Кемерово, Барнаул, Омск, Екатеринбург;

§  ниже -20 - Новосибирск, Красноярск, Хабаровск, Иркутск, Тында, Анадырь, Улан-Удэ, Чита, Норильск.

Наибольшая средняя скорость ветра в январе в городах и регионах страны, м/с:

§  от 2,5 до 4,5 - Санкт-Петербург, Алтай, южная часть Тюменской обл., Иркутск, Якутск;

§  от 4,5 до 6,0 - Москва, Архангельск, Горький, Новосибирск, Вологда, Хабаровск, Воронеж, Омск, Екатеринбург, Комсомольск;

§  свыше 6,0 - Мурманск, Волгоград, Сургут, Норильск, Салехард, Ставрополь, Петропавловск-Камчатский.

1.2 Характеристика условий безгаражного хранения в различных климатических зонах

В практике работы АТП широко применяются способы как гаражного, так и безгаражного хранения автомобилей.

При гаражном хранении автомобили содержатся в закрытых, как правило, отапливаемых гаражах-стоянках или приспособленных для этого помещениях. Закрытые неотапливаемые гаражи используются крайне редко, т.к.: они не обеспечивают в зимнее время необходимую техническую готовность парка к выезду на линию. При безгаражном хранении автомобили содержатся на открытой стоянке или под навесом. Из двух стоянок безгаражного типа наибольшее распространение получили только открытые площадки. Стоянки, располагаемые в отапливаемых зданиях, следует рассматривать как помещения складского типа, предназначенные для хранения автомобилей. В них не предусматриваются производственные процессы ТО и ремонта, за исключением осмотра автомобиля перед выездом на линию. Это обуславливает кратковременное пребывание людей на стоянке, а следовательно, минимальные требования к отоплению, вентиляции и освещению, а также минимальную стоимость её сооружения и эксплуатации.

Здания для хранения автомобилей по способу их расположения относительно уровня земли подразделяют на наземные и подземные, одноэтажные и многоэтажные. Строительство многоэтажных и подземных стоянок зачастую обусловлено ограниченной территорией, выделенной под застройку гаража в крупных городах.

Одна из специфических особенностей автомобильного транспорта - цикличность его использования. Поэтому необходимо хранить подвижной состав в период между циклами эксплуатации. Таким образом, «жизненный» цикл автомобиля складываются из чередующихся циклов эксплуатации и хранения. Хранение - это содержание технически исправного подвижного состава в период между последовательными циклами эксплуатации. Цель хранения - обеспечить сохранность, сохранение внешнего вида и исправного состояния, минимальную интенсивность разрушения автомобиля под воздействием внешней среды.

Хранение можно разделить на кратковременное (межсменное) и длительное (консервация).

Наибольшее распространение получили хранение автомобилей: в отапливаемых зданиях и на открытых площадках. Другие способы хранения являются их разновидностью. Применение того иди иного способа хранения подвижного состава зависит от климатических и эксплуатационных условий.

Таблица 1.1. Защита автомобиля от воздействия факторов внешней среды при хранении на стоянках различных типов (+ полная; * частичная; - отсутствие защиты)

Главное достоинство открытых стоянок, обусловливающее широкое их применение, сравнительно низкие затраты на их строительство.

Наиболее серьезный их недостаток - затруднение пуска двигателей автомобилей после межсменного хранения в зимний период.

Большая часть территории России расположена в зонах очень холодного, холодного и умеренного климата. Количество автомобилей, использующихся в этих зонах, достигает 85% общего парка страны. Подавляющее большинство их постоянно хранится на открытых площадках, включая и зимний период, продолжающийся от 3 до 9 мес.

При хранении автомобилей на открытых площадках зимой затрудняется пуск двигателей, снижается надежность автомобилей, увеличивается расход топлива, усложняется проведение обслуживания, увеличивается количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу с отработавшими газами.

Надежным считается пуск двигателя, который можно охарактеризовать следующими показателями:

степень заряженности аккумуляторной батареи, %…………….75%

число попыток (включений стартера), не более…………………..3

интервалы времени между попытками, мин……………………..1

длительность работы стартера при каждом включении, с:

для бензиновых двигателей………………………………………..10

для дизельных двигателей………………………………………….15

Надежный пуск карбюраторного двигателя возможен, если его коленчатый вал вращается со скоростью, обеспечивающей соответствующие скорости воздуха во впускном тракте, вихреобразование и интенсивное распыливание топлива, без которых невозможен процесс подготовки горючей смеси к воспламенению, а дизельного - при достаточно высокой температуре конца сжатия. Частота вращения коленчатого вала, соответствующая этой скорости, называется пусковой частотой вращения. Минимально необходимая частота вращения (оборотов в минуту) зависит от типа двигателя и температуры окружающего воздуха приведена в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Минимальная необходимая частота вращения коленчатого вала при заданной температуре

Сопротивление прокручиванию коленчатого вала двигателя при низких температурах возрастает вследствие увеличения вязкости моторного масла. При отрицательных температурах масло должно иметь относительно низкую вязкость, обеспечивающую эффективный пуск двигателя, своевременную подачу масла к парам трения.

Степень изменения вязкости в зависимости от температуры характеризуется индексом вязкости (ИВ), определяемым по значениям вязкости масла при 50 и 100°С. Чем меньше изменение вязкости масла в заданном интервале температур, тем лучше его вязкостно-температурные свойства и тем больше индекс вязкости этого масла. Для летних масел индекс вязкости, как правило, не превышает 90, а для зимних и всесезонных (загущенных) он составляет 95-125 и выше. При определенной температуре масло вообще теряет подвижность. Эта температура называется температурой застывания масла. Для летних моторных масел температура застывания, как правило, составляет -15°С, для зимних -25.. - 30°С, - для загущенных -35… - 45°С. Температура потери подвижности синтетических масел ниже, чем у минеральных и может достигать -65°С.

В табл. 1.3 приведены предельно допустимые в соответствии с классификацией SAE значения температуры застывания моторных масел. Фактически же при производстве стремятся обеспечить более низкую температуру застывания. Так, фирма UNOCAL 76 производит минеральное масло 76 GUARDOL QLT MOTOR OIL класса вязкости 10W30 с температурой застывания -39°С, а также синтетическое 76 SYNTEHETIC MOTOR OIL класса вязкости 5W30 с температурой застывания ниже -51°С.

Таблица 1.3. Нормативы вязкости моторных масел по классификации SAE

При низких температурах резко снижаются возможности пускового устройства (стартера). Это объясняется уменьшением напряжения на клеммах аккумуляторной батареи. Одновременно с падением напряжения уменьшается и емкость аккумуляторной батареи. При понижении температуры на 1°С емкость аккумуляторной батареи снижается на 1,0-1,5%, а при температуре электролита -30°С батареи не принимают заряд, и электролит может замерзнуть.

При низких температурах ухудшаются условия смесеобразования и сгорания смеси. У карбюраторных двигателей ухудшается испарение бензина, резко увеличивается его вязкость, а также плотность воздуха. По этим причинам рабочая смесь обедняется. В то же время вследствие уменьшения напряжения на клеммах аккумуляторных батарей снижается энергия искры.

Совместное действие этих двух факторов увеличивает трудности пуска карбюраторного двигателя в зимнее время.

У дизельных двигателей при низких температурах в связи с резким увеличением вязкости топлива ухудшается качество его распыливания. При снижении температуры от +20°С до - 20°С вязкость дизельного топлива увеличивается в 8-10 раз. Соответственно увеличиваются размеры капель распыленного топлива, и уменьшается их относительная поверхность, что затрудняет его воспламенение. Для обеспечения надежного пуска дизеля температура конца такта сжатия должна быть выше температуры самовоспламенения дизельного топлива (200… 300°С).

На надежность пуска существенное влияние оказывает техническое состояние автомобилей. Легкость пуска зависит от состояния цилиндропоршневой группы, свечей зажигания, механизма газораспределения, стартера, аккумулятора, приборов системы зажигания.

2. Особенности безгаражного хранения автомобилей в зимних условиях. Влияние низких температур на надежность автомобиля

безгаражный автомобиль хранение зимний

Организация хранения подвижного состава, при которой были бы в достаточной мере обеспечены надежный пуск двигателей, минимальные износы агрегатов и узлов, экономичность при удовлетворительной экологической основе, а также безопасность движения после длительной стоянки, в практике эксплуатации решается либо путем строительства теплых стоянок, либо с помощью различных средств и способов безгаражного хранения автомобилей.

Безгаражное хранение автомобилей в зимний период сопряжено с температурными отказами. Поэтому при таком способе предусматриваются специальные меры для предотвращения потери работоспособности автомобилей.

Под способами безгаражного хранения понимается комплекс технических и организационных мероприятий, направленных прежде всего на обеспечение надёжного пуска двигателя и обеспечения выхода автомобилей на линию. К средствам безгаражного хранения относятся оборудование, устройства, приспособления и материалы, позволяющие применять тот или иной способ хранения.

Способы хранения могут быть групповыми и индивидуальными. В большинстве случаев применение того или иного способа связано с тепловой подготовкой автомобиля (рис. 2.1).

Тепловая подготовка (обогрев) - это процесс передачи тепловой энергии от теплоносителя к агрегатам, узлам и системам автомобиля для достижения (или поддержания) их необходимого температурного состояния. Необходимое температурное состояние агрегата оценивается по граничной температуре, т.е. по такому уровню средней температуры агрегата, который позволяет использовать этот агрегат и обеспечивает дальнейшую работу на линии без существенных потерь (например, для двигателя - минимальная температура пуска).

Рис. 2.1. Способы и средства безгаражного хранения

Обогрев автомобиля (агрегата) - обобщающий термин, не раскрывающий способа тепловой подготовки, но указывающий на факт подачи тепла от внешнего источника, осуществляемый с помощью подогрева или разогрева автомобиля (агрегата). Подогрев - это тепловая подготовка, которая начинается сразу после возвращения автомобиля с линии и продолжается до момента очередного выхода. Разогрев - это тепловая подготовка, начинающаяся за время, меньшее продолжительности стоянки автомобиля между двумя сменами - до начала такой подготовки автомобиль может остыть до температуры окружающего воздуха.

В отличие от тепловой подготовки средства «холодного» пуска двигателя обеспечивают успешный запуск не за счёт повышения теплового состояния, а за счёт снижения критической температуры воздуха благодаря использованию легковоспламеняющихся пусковых жидкостей, маловязких моторных масел и др.

Организация хранения подвижного состава и достижение его необходимого технического состояния осуществляется с помощью комплекса мероприятий, связанных с проведением подготовки автомобиля к работе зимой в соответствии с Положением о ТО и ремонте ПС («Сезонное обслуживание»).

2.1 Затруднение пуска двигателей

Затруднения пуска двигателей возникают из-за сложности создания пусковой частоты вращения коленчатого вала, ухудшения условий смесеобразования и воспламенения смеси. Для надежного пуска двигателя скорость проворачивания или частота вращения его коленчатого вала (n_дв) должна быть равна или превышать минимальную пусковую частоту вращения (n_min), обеспечивающую процесс подготовки горючей смеси в карбюраторном двигателе или достаточную температуру конца сжатия и дизеле, т.е. должно быть выполнено условие n_дв≥n_min величина, минимальной пусковой частоты вращения сильно зависит от температуры окружающего воздуха (рис. 2.2).

Величина минимальной необходимой для пуска частоты вращения коленчатого вала существенно зависит от изменений в распределении положительных и отрицательных потоков энергии при пуске (Рис. 2.3). Эти изменения происходят при снижении температуры окружающей среды.

К положительным составляющим энергетического баланса двигателя при пуске относятся энергия аккумуляторной батареи и химическая энергия топлива.

Рис. 2.2. Зависимость минимальной пусковой частоты вращения карбюраторных двигателей от температуры воздуха: 1-ЗИЛ-130; 2-ЗИЛ-375; 3-ЗМЗ-53; 4-Урал-376

Как видно из рисунка, энергия аккумуляторной батареи расходуется на привод стартера. В свою очередь, энергетические возможности стартера реализуются в двигателе по трем главным направлениям: на сжатие воздуха; на преодоление сил трения; на преодоление сил инерции. Отрицательную часть потока энергии аккумуляторной батареи и стартера составляет теплота, которая уходит безвозвратно в окружающую среду. Эти потери тем больше, чем больше перепад температур между аккумулятором (стартером) и окружающей средой.

Для получения минимальной пусковой частоты вращения стартер должен развивать суммарный момент

М_С = М_j +М_k+М_r, (2.1.)

где М_k - момент, затрачиваемый на сжатие рабочей смеси, Н·м;

М_j - момент, затрачиваемый на преодоление сил инерции, Н·м;

М_r - момент на преодоление сил трения, Н·м.

Рис. 2.3. Распределение потоков энергии при пуске двигателя

Момент М_k, необходимый для сжатия рабочей смеси (воздуха), может быть определен из выражения

 (2.2.)

где L - работа, затрачиваемая на преодоление компрессии, Н·м;

 - угол поворота коленчатого вала, к которому отнесена эта работа.

Для определения величины L могут быть использованы эмпирические формулы, например формула Хвощева:

(2.3.)

где V_h - литраж двигателя, л;

i - число цилиндров двигателя.

Тогда

 (2.4.)

или

 (2.5.)

Момент на преодоление сил инерции

 (2.6.)

Если принять вращение коленчатого вала равноускоренным, то:

 (2.7.)

где I - момент инерции двигателя, Н·м·с2;

угловое ускорение вращения коленчатого вала, об/с2;

п - частота вращения коленчатого вала двигателя, об/с;

t - время пуска, c.

Для определения момента, затрачиваемого при пуске на преодоление сил трения, предложено много способов расчета. Величина момента сильно зависит от типа двигателя, его конструктивных и эксплуатационных особенностей. Аналитический расчет этого момента затруднен.

Приводим одну из многочисленных эмпирических формул:

 (2.8.)

где А_дв - коэффициент, определяемый конструкцией двигателя, см3;

v - кинематическая вязкость масла, Ст;

п - пусковая частота вращения коленчатого вала двигателя, об/с.

Для ориентировочной оценки доли составляющих М_С при пуске, а также для выявления степени влияния температуры на эти составляющие рассмотрим расчет их величин на примере дизеля ЯМЗ-236. Пусть минимальная пусковая частота вращения коленчатого вала при 0° С п0 = 8,5 об/с, а при -20° С n-20 = = 10 об/с; время достижения пусковой частоты вращения коленчатого вала t = 2 с; момент инерции двигателя I = 2,45 Н • м • с2, литраж двигателя 11,15 л; применяемое масло ДС-8 (М6В); кинематическая вязкость при 0° С v0= 1200 Ст, а при -20° n-20=ll 000 Ст.

В результате расчета получим следующие значения составляющих, Н·м.

При 0°С: Mj=10,5; Мк= 117,7; Мr= 176,6, а при -20° С: Mj=10,5; Мк=117,7; М_r = 598,4.

Таким образом, в рассматриваемом диапазоне температур для двигателя ЯМЗ-236 основной составляющей М_с является М_r - момент на преодоление сил трения (от 30 до 80%), на втором месте М_к (15-40%). Преодоление же сил инерции требует лишь от 1 до 3% затрат энергии стартера.

Важным выводом из результатов расчета является то, что моменты M_j и М_k практически не изменяются при изменении температуры. Момент же преодоления сил трения, даже в рассмотренном ограниченном диапазоне температур 0… - 20°С изменяется почти в 3,5 раза. Анализ показывает, что главной причиной такого резкого изменения М_r является увеличение (при низких температурах) вязкости масла. Естественно, что эти выводы по результатам приведенного выше расчета, не являются общими. Они не могут быть распространены на все типы двигателей и на весь эксплуатационный диапазон температур. Однако с известной степенью приближения можно считать, что они достаточно полно характеризуют влияние температуры на величину составляющих момента сопротивления.

Затраты на сжатие воздуха связаны главным образом с увеличением внутренней энергии рабочего тела (см. рис. 2) и температурой воздуха. В свою очередь, полученная таким образом энергия, проявляется в теплоте сгорания.

Второй положительной составляющей энергобаланса двигателя при пуске является химическая энергия топлива.

Теплота сгорания топлива, полученная в результате суммирования энергии аккумуляторной батареи, энергии, реализуемой в работе сжатого воздуха, и химической энергии топлива, в свою очередь, влияет на другие составляющие энергетического баланса двигателя при пуске. Естественно, что и в этом случае имеют место значительные потери энергии в окружающую среду. Эти потери тем больше, чем больше перепад температур между двигателем и окружающей средой, то есть тем больше, чем ниже температура окружающей среды.

Однако как температура воды, так и температура масла могут быть повышены не только описанным путем (чего при низких температурах недостаточно), но и путем применения внешних источников теплоты - подогревателей масла и воды.

Момент, затрачиваемый на преодоление сил инерции, относительно невелик, кроме того, его величина практически не зависит от температуры двигателя.

Таким образом, основное затруднение в получении необходимой пусковой частоты вращения коленчатого вала при низких температурах связано прежде всего со значительным увеличением энергии, затрачиваемой на преодоление сил трения. Эти силы резко возрастают при понижении температуры вследствие повышения вязкости моторного масла.

Вместе с тем на получение пусковой частоты вращения коленчатого вала двигателя в большей мере влияет снижение энергетических возможностей аккумуляторной батареи, которое, в первую очередь, происходит из-за изменения ее внутреннего сопротивления. Напряжение на клеммах аккумуляторной батареи:

U=E - IR, (2.9.)

где U - напряжение, В;

Е - электродвижущая сила батареи, В;- внутреннее сопротивление батареи, Ом;- сила тока, отдаваемая батареей, А.

Величина Е изменяется при понижении температуры незначительно. Так, с изменением температуры от +20 до -70° С электродвижущая сила снижается лишь с 2,12 до 2,08 В. В то же время, при разрядке батареи стартерными токами существенно возрастает величина произведения IR, что происходит не только за счет увеличения силы тока I, но и за счет роста внутреннего сопротивления батареи R. В свою очередь, внутреннее сопротивление батареи складывается из сопротивления перемычек, пластин, электролита и сепараторов. Можно считать, что сопротивление пластин и перемычек практически не зависит от температуры. Сопротивление электролита с понижением температуры изменяется заметно. По данным Г.С. Лосавио, удельное сопротивление электролита с плотностью 1,3 г/см3 при изменении температуры от +20 до 18°С увеличивается в 2,5 раза.

С понижением температуры возрастает также и внутреннее сопротивление сепараторов. Причиной этому является сужение каналов в которых находиться электролит в сепараторах.

Зависимость напряжения U па зажимах полностью заряженной аккумуляторной батареи от температуры t при стартерном режиме показана на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Зависимость напряжения полностью заряженной аккумуляторной батареи от температуры при стартерном режиме

Одновременно с падением напряжения при низких температурах понижается и емкость аккумуляторной батареи. В среднем при понижении температуры электролита на 1° С емкость батареи снижается на 1,0-1,5%. При температурах электролита ниже -30° С батарея не принимает заряд и часто фактически эксплуатируется разряженной до 50-60% номинальной емкости.

Снижение возможностей пускового устройства при низких температурах еще больше затрудняет получение максимальной пусковой частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Значительную роль в затруднении пуска играет ухудшение условий смесеобразования и воспламенения рабочей смеси. Схема факторов, влияющих на воспламенение топлива в цилиндрах дизеля, и связь между ними показана на рис. 2.5. Как видно из рисунка, можно выделить пять таких факторов:

§  температуру всасываемого воздуха;

§  температуру охлаждающей жидкости;

§  температуру масла;

§  температуру электролита;

§  температуру топлива.

Рис. 2.5. Схема факторов, влияющих на воспламенение топлива в цилиндрах дизеля

Снижение температуры всасываемого воздуха приводит к снижению температуры стенок цилиндров и температуры воздуха в конце такта сжатия. Для надежного воспламенения рабочей смеси в цилиндре дизеля температура конца сжатия Тс должна быть выше температуры самовоспламенения топлива на 200-300 К. В свою очередь, температура конца сжатия

 (2.10.)

где Т_а - температура всасываемого воздуха, К;

ε - степень сжатия;

n - показатель политропы сжатия.

В зимнее время температура всасываемого воздуха Та снижается. Кроме того, уменьшается и значение показателя политропы сжатия n. Уменьшение n вызывается увеличением теплоотдачи от находящегося в цилиндрах двигателя воздуха в холодные стенки двигателя. Таким образом, при снижении температуры окружающего воздуха температура конца сжатия уменьшается, а следовательно, ухудшаются условия воспламенения смеси и пуск двигателя.

К аналогичным результатам приводит и снижение температуры охлаждающей жидкости.

При снижении температуры масла значительно увеличивается его вязкость, в результате чего увеличивается сопротивление прокручиванию коленчатого вала и снижается скорость его вращения. Это, естественно, вызывает ухудшение условий воспламенения.

Снижение температуры электролита аккумуляторной батареи в значительной мере ухудшает энергетические возможности аккумулятора, а следовательно, уменьшает и скорость проворачивания коленчатого вала и, в конечном итоге, ухудшает воспламенение топлива.

При холодном пуске топливо хуже испаряется, так как испарение - процесс эндотермический, т.е. проходящий с поглощением теплоты. Достаточно полно в этом случае испаряются лишь легкие фракции топлива.

Высокая вязкость дизельного топлива при низких температурах ухудшает его распыливание. При снижении температуры дизельного топлива с +20 до -20° С вязкость дизельного топлива увеличивается в 8-10 раз. При этом топливо попадает в цилиндры двигателя в виде сравнительно крупных капель с малой относительной поверхностью. Это затрудняет его воспламенение. Кроме увеличения вязкости охлаждение топлива приводит к перебоям и нестабильности работы двигателя.

Факторы, влияющие на воспламенение и сгорание рабочей смеси при низких температурах, могут быть разделены на поддающиеся управлению в процессе эксплуатации и конструктивные, управление которыми в эксплуатации невозможно. На рис. 5 показана схема взаимодействия факторов, влияющих на воспламенение смеси в начальный период пуска. Пунктирным прямоугольником на схеме выделены факторы, управление которыми возможно в эксплуатации. Так, например, качество работы топливной системы зависит от вида топлива, его цетанового числа, температуры. В эксплуатации на эти параметры можно влиять путем добавления легковоспламеняющихся жидкостей, выбора топлива с соответствующим значением цетанового числа и подогрева топлива, подаваемого в двигатель. При низких температурах ухудшается пропускная способность фильтров (загрязнение, обледенение). Эти помехи также могут быть исключены при техническом обслуживании или путем обогрева самих топливных фильтров.

Чтобы повысить температуру всасываемого в двигатель воздуха, необходим его специальный подогрев.

Для поддержания работоспособности аккумуляторных батарей и обеспечения достижения необходимой величины температуры сжатия необходимо, с одной стороны, уменьшение потерь тепла от батарей в окружающую среду, с другой, использование батарей только с достаточно высокой степенью заряженности.

На частоту вращения коленчатого вала при пуске и на воспламенение топлива влияет качество моторного масла. Выбирая соответствующую марку и характеристики моторного масла, можно добиться повышения частоты вращения коленчатого вала и, как следствие, улучшения воспламенения смеси.

Наконец, можно существенно улучшить условия смесеобразования и воспламенения, применяя подогрев масла и охлаждающей жидкости.

Как уже было сказано, на качество смесеобразования влияют и другие (конструктивные) факторы, управление которыми в эксплуатации невозможно.

Практически аналогично действуют различные факторы на самостоятельную работу двигателя непосредственно после пуска.

Рис. 2.6. Факторы, влияющие на воспламенение топлива в начальный период пуска

2.2 Ухудшение экономичности

Эксплуатация автомобилей в условиях низких температур сопряжена с увеличением расхода топлива. Увеличение расхода топлива объясняется:

§  повышением сопротивления в агрегатах трансмиссии из-за загустевания смазки;

§  неполнотой сгорания, связанной с ухудшением испарения и распыливания топлива;

§  необходимостью дополнительных затрат топлива на прогревы двигателя;

§  более длительной работой двигателя на пониженных и неустановившихся режимах (температурах);

§  увеличением сопротивления качению колес при движении по зимней дороге.

Особенно значительные расходы топлива связаны с прогревом двигателя, агрегатов трансмиссии и шин после длительной стоянки на открытой площадке при низкой температуре воздуха. В качестве примера влияния низких температур на расход топлива на рис. 2.7 показана зависимость расхода топлива от температуры в агрегатах трансмиссии. Эта зависимость получена при испытаниях автомобиля ГАЗ-66 на ровном, чистом асфальтированном участке дороги в безветренную погоду при различных температурах воздуха. Время движения 150 мин, температура окружающего воздуха -34°С, скорость ветра 2,5 м/с. При проведении испытаний было сделано пять остановок. Из рисунка видно, что, например, на первом участке (12 мин) температура под капотом, заднего моста, переднего моста, раздаточной коробки, коробки передач возрастает. Это сопровождается значительным снижением расхода топлива (с 50 до 29 л/100 км). Дальнейшее движение (после остановки) автомобиля в течение 70 мин характеризуется стабилизацией как температуры, так и расхода топлива. В начале этого участка, после остановки автомобиля на 50 мин температура агрегатов значительно снизилась. Это сразу же привело к расходу топлива, большему на ~ 10 л/100 км. Стабилизация же наступает через 30-40 мин движения после остановки. На остальных участках графика эти зависимости расхода топлива от температуры подтверждаются.

В Тюменском индустриальном институте были проведены исследования по определению количества топлива, необходимого для прогрева двигателя на стоянке после пуска в зависимости от предварительной тепловой подготовки. Диапазон исследованных температур окружающего воздуха составлял 0 -40° С. В качестве тепловой подготовки применялся пролив горячей водой в количестве 1,5-5,0 емкостей системы охлаждения (в зависимости от температуры окружающего воздуха).

В наше время во всех автотранспортных предприятиях успешно применяется система дифференцированных зимних надбавок к нормам расхода топлива. Эта система основана на учете фактической температуры окружающего воздуха в течение каждой смены, различной приспособленности (адаптированности) разных марок и моделей автомобилей к низким температурам воздуха и конкретном характере работы автомобилей в течение смены (количество и длительность остановок). Учет этих факторов производится с помощью специально разработанных коэффициентов корректирования. По данным Тюменского транспортного управления, применение системы обеспечивает до 5% экономии топлива.

2.3 Затруднение обслуживания

Эффективность работы водителя в значительной степени зависит от условий на рабочем месте. К числу этих условий относятся основные составляющие микроклимата рабочей зоны: температура, влажность и подвижность воздуха. Дискомфортный климат, если и не вызывает повреждающего эффекта, то снижает трудоспособность человека. При длительной работе в неблагоприятных условиях наступает утомление и возникают связанные с ним ошибочные действия, которые могут привести к нарушению безопасности движения и ДТП.

По данным НИИАТ, микроклимат рабочей зоны водителя считается нормальным, если температура воздуха в ней составляет 18-20ºС, влажность воздуха 40-60% и скорость его движения 0,1 - 0,2 м/с. отклонение температуры на 3-4°С снижает производительность человека на 6%, а избыток или недостаток влаги в воздухе - до 5 - 25%.

Температурные условия наиболее неблагоприятны зимой при хранении автомобиля на открытых стоянках. В этих условиях на практике возникает необходимость выполнять пусковые работы в сложных условиях.

Способ тепловой подготовки должен обеспечивать не только выпуск автомобиля на линию, но и приемлемые условия работы персонала.

При использовании некоторых способов тепловой подготовки возможны ожоги, обмораживание рук, ног, лица. Если в качестве теплоносителя используется вода или пар, то неизбежные их потери приводят к образованию наледей, которые затрудняют подход к автомобилю и могут быть причиной травм.

При обогреве автомобилей газовоздушной смесью возможны отравления персонала канцерогенными компонентами.

При очень низких температурах и размещении автомобилей на открытых стоянках из-за невозможности выполнения полного объёма работ по ТО и ремонту могут быть пропущены мелкие неисправности, которые способствуют снижению надёжности автомобиля. Затруднение ТО и TP автомобилей связано с недостаточной приспособленностью серийных моделей к специфическим условиям работы в зимнее время и требуют дополнительной трудоемкости работ. В связи с указанным в зоне холодного климата «Положением о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава» предусматривается увеличение трудоемкости на 20%, а на Крайнем Севере на 40%.

2.4 Влияние на надёжность и нормативы ТО и Р

Известно, что надежность автомобилей зависит от условий эксплуатации которые изменяются по сезонам. Поэтому в течение года изменяется поток отказов автомобилей, потребность в трудовых и материальных ресурсах, производственных площадях. Существующие методы расчета количества постов текущего ремонта (TP), планирования потребности в запасных частях учитывают это изменение недостаточно. Для уточнения значений этого коэффициента применительно к конкретным условиям эксплуатации в ТюмГНГУ ведутся исследования.

На основе анализа ранее выполненных исследований установлено, что параметр потока отказов основных агрегатов автомобилей при низких температурах выше, чем в некотором диапазоне положительных температур, что связано с запаздыванием и нарушением подачи масла к узлам трения вследствие увеличения его вязкости. Кроме того, при низких температурах снижается пластичность металлических деталей и эластичность резинотехнических изделий, возрастает вероятность их разрушения. При высоких температурах снижается вязкость масла в агрегатах автомобилей, уменьшается толщина и прочность масляной пленки, повышается температура рабочих поверхностей, что ведет к увеличению интенсивности изнашивания деталей.

Работы по исследованию влияния низких температур на интенсивность изнашивания автомобилей, а также их агрегатов, систем и механизмов, ведутся многими авторами и организациями. Некоторые исследователи утверждают, что износ холодных двигателей в процессе пуска составляет 50-70% от общих эксплуатационных износов. Другие авторы считают, что пусковые износы составляют около 7% эксплуатационных.

Такие расхождения объясняются тем, что исследования велись в разное время, на различных типах двигателей и в различных условиях (например, двигателях старых моделей, не имевших в цилиндрах антикоррозийных вирезистовых вставок). Вместе с тем, все без исключения исследователи подтверждают тот факт, что интенсивность изнашивания большинства элементов машин в условиях низких температур выше, чем в некотором диапазоне положительных температур.

По данным И.М. Примакова, износ двигателя В-6 при понижении температуры от 20 до -35°С увеличивается в 2,0…2,5 раза. А.А. Гуреев показал, что понижение температуры двигателя от +20 до -30°С ведет к увеличению скорости его изнашивания в 3 раза.

Г.С. Лосавио обобщил различные данные о величинах пусковых износов. Он предложил метод расчета величины пускового износа двигателя в зависимости от температуры. В качестве параметра для сравнения величин износов им принят диаметральный износ цилиндров за один пуск, выраженный в эквивалентном ему «пробеговом» износе цилиндров. На рис. 2.12 показана зависимость пробега, эквивалентного по износу одному пуску, от температуры двигателя при пуске по данным разных авторов. Эта зависимость может быть описана формулой:

 (2.11.)

К - эмпирический коэффициент, равный 270 км·°С;

К1 - эмпирический коэффициент, равный 40°С.

Как видно из рисунка, при понижении температуры ниже 10… - 15°С пусковые износы двигателей резко возрастают. В наиболее неблагоприятных условиях с точки зрения износов при низких температурах находятся агрегаты трансмиссии - коробка передач и задние мосты. Многие авторы подтверждают, что наибольший износ шестерен главной передачи и коробки передач относится к условиям низких температур масла. Оптимальной температурой масла в этих агрегатах считается 50…80°С.

По данным А.И. Яговкина, с изменением температуры масла от +80 до 0°С интенсивность изнашивания шестерен коробки передач и заднего моста увеличивается в 9-10 раз.

Изменение интенсивности изнашивания, естественно, влияет на показатели надежности. Снижение надежности машин при низких температурах вызывается рядом причин. В свою очередь, эти причины приводят к увеличению частоты пусковых отказов, снижению долговечности элементов машин, ухудшению ремонтопригодности.