Подогрев и разогрев двигателей с использованием различных теплоносителей. Экономическая оценка различных способов подогрева и разогрева.

Суще­ствующие способы можно разделить на три группы: сохране­ние тепла от предыдущей работы двигателя; использование тепла от внешнего источника; холодный пуск.

Сохранение тепла от предыдущей работы применяется при непродолжительных остановках автомобиля в пути или при его кратковременном хранении на стоянке в условиях не очень низ­ких температур. Для сохранения тепла в двигателе применя­ются ватные стеганые чехлы, покрывающие радиатор и капот автомобиля. Аккумуляторная батарея утепляется чехлом со слоем стеклянной ваты толщиной до 30 мм. Утеплительный чехол двигателя замедляет его охлаждение в 2—2,5 раза, а утеп­ленная аккумуляторная батарея остывает вдвое медленнее. Кроме того, чехлами могут быть утеплены картер двигателя, топливный бак и масляный фильтр.

Продолжительность остывания двигателя до допустимых пределов при наличии утеплительных чехлов и скорости ветра 1—5 м/с колеблется от 8 ч при 0°С до 0,5 ч при -30°С.

Следует отметить, что применение чехлов при подводе теп­ла к агрегатам от внешнего источника уменьшает расход тепла на 40—50%.

Пуск с использованием тепла от внешнего источника при­меняется при длительном хранении автомобиля — в межсмен­ное время. Тепло от внешнего источника может быть исполь­зовано в режиме подогрева двигателя или его разогрева. При подогреве тепло подводится к двигателю постоянно в течение всего межсменного периода его хранения, а при разогреве — только перед пуском и выездом на линию.Степень подогрева (разогрева) двигателя оценивают по температуре воды в рубашке охлаждения блока цилиндров, опре­деляют ее по указателю на щитке приборов. Учитывая, что при длительном подогреве разница в температурах рубашки охлаж­дения и наиболее холодных частей двигателя (подшипников коленчатого вала) меньше, чем при разогреве, температура в головке цилиндров должна быть при подогреве +40—60°С, а при разогреве +80—90°С.

Возможными групповыми источниками теплоэнергоснаб-жения являются котельные установки, тепловая, электричес­кая, газовая сети; теплогенераторы. Перенос тепла от источ­ника к обогреваемым автомобилям осуществляется теплоно­сителем.

^ 4.1.Подогрев и разогрев горячей водой.

При централизован­ном подогреве горячая вода непосредственно от водогрейного котла или от пароводяного теплообменника с помощью насо­сов по трубам подается через гибкий шланг в нижний водяной патрубок системы охлаждения двигателя (или горловину заливного патрубка радиатора) и далее в рубашку охлаждения блока цилиндров. Отвод воды от двигателя к теплообменнику осуществляется через горловину наливного патрубка радиато­ра или через нижний патрубок. Таким образом, устанавливает­ся циркуляция воды по замкнутому контуру.

При разогреве вода с помощью раздаточных шлангов зали­вается через горловины радиаторов в системы охлаждения дви­гателей (при открытых сливных краниках). Для достижения необходимого теплового состояния двигателя при температуре воздуха выше -10°С достаточно горячей воды в количестве, равном одному объему системы охлаждения: при температуре от ~10°С до -20°С необходимы 1,5—2,0 объема воды, при бо­лее низких температурах не менее 2,5—3,0 объемов.

Из условий прочности системы охлаждения при централи­зованном подогреве избыточное давление воды не должно пре­вышать 30—35 кПа, температура воды 90°С.

^ 4.2.Подогрев и разогрев паром.

Пар является весьма интен­сивным теплоносителем. При подогреве пар может быть ис­пользован по двум схемам: «без возврата конденсата» и «с воз­вратом конденсата». В первом случае пар от парового котла направляется к подогреваемому двигателю и вводится в его систему охлаждения через горловину радиатора, сливной кра­ник или непосредственно в рубашку охлаждения. В двигателе пар отдает тепло и конденсируется. Конденсат через конт­рольную трубку радиатора стекает на площадку. Для равномер­ного распределения тепла при вводе пара в рубашку охлажде­ния в последней применяются специальные отражатели. Спо­собу «без возврата конденсата» свойственны недостатки, зак­лючающиеся в возможности возникновения трещин блока из-за местных перегревов, интенсивном образовании накипи в котлах из-за необходимости постоянной подпитки котлов све­жей водой взамен потерянного конденсата и образовании нале­дей на площадках перед автомобилем за счет стекающего из обогреваемых двигателей конденсата.

Применение способа «с возвратом конденсата» связано с усложнением оборудования площадки и повышением затрат на ее устройство. При этом способе контрольная трубка, по которой стекает конденсат, присоединяется к трубопроводу воз­врата конденсата в котельную.

^ 4.3.Подогрев и разогрев воздухом.

Основными частями уста­новки для воздухообогрева являются: устройство для подогре­ва и подачи воздуха (калориферная установка); воздуховоды и узлы подвода воздуха к агрегатам автомобиля; система конт­роля и сигнализации.

Калориферная установка состоит из воздушного, паровоз­душного или электрического теплообменника (или группы теп­лообменников) и вентиляторов. Для водовоздушных калориферов горячую воду получают от местной котельной или теплоцентрали, пар для паровоздушных калориферов — от ко­тельной, отопительной или паросиловой сети. Основу элект­рических теплообменников составляют проволочные электро­нагревательные элементы. Возможно применение электрока­лориферов из токопроводящих полимерных материалов. Кало­риферные устройства устанавливаются в подземных камерах.

Горячий воздух от калориферов подается к автомобилям с помощью воздуховодов, которые представляют собой бетон­ные, кирпичные или деревянные каналы, обитые жестью, или металлические трубопроводы, располагаемые под землей, на земле и над землей. Наземные и надземные воздуховоды утеп­ляются слоем шлаковаты. Подача воздуха производится от воз- духовода к радиатору, или снизу в подкапотное пространство,или через струйные коробки — рамки. Рамка устанавливается в нижней части подкапотного пространства и равномерно распре­деляет горячий воздух по длине двигателя.

Для подачи воздуха к аккумуляторным батареям и в каби­ну водителя в рамке предусмотрены отводы.

Эффективность использования тепла при воздухообогреве может быть повышена подачей воздуха гибким шлангом не­посредственно в картер двигателя. Однако этот способ обеспе­чивает лишь обогрев двигателя. Аккумуляторные батареи, фильтры, агрегаты трансмиссии при этом не обогреваются.

В установках воздухообогрева предусматривается система автоматического контроля и сигнализации.

По опытным данным, количество горячего воздуха на один автомобиль (и системах без рециркуляции) составляет в зави­симости от его типа от 300 до 1000 м³/ч.

В районах Крайнего Севера, Урала, Сибири по геологичес­ким условиям более широко применяют наземные или надземные варианты установок, так как они меньше прогревают грунт.

^ 4.4.Подогрев и разогрев газовоздушной смесью.

При обогреве автомобилей в качестве теплоносителя может быть использо­вана газовоздушная смесь. В этом случае источником тепла служит теплогенератор.

В качестве источника тепла могут использоваться огневые калориферы (например, МП-44, МП-300 и т. п.). Их примене­ние целесообразно при обогреве автомобилей независимо от теплотрасс, электросетей и котельных.

^ 4.5.Подогрев и разогрев с использованием электричества.

При электрообогреве электронагревательные элементы включают­ся в систему охлаждения или в систему смазки двигателя. По принципу действия электронагревательные элементы делятся на две группы: с твердыми и с жидкими проводниками тока. В качестве твердых проводников используют сплавы (нихром, фехраль, хромаль).

Такие проводники имеют большое удельное сопротивление, мало изменяющееся при перепадах температуры, и малый тем­пературный коэффициент расширения.

Нагревательные элементы из твердых проводников выпол­няются с открытой или закрытой спиралью. У закрытого нагревательного элемента спираль помещается в тонкостенной трубке, которая заполняется изолирующим материалом (поро­шок окиси магния или сухой кварцевый песок). В жидкостных нагревательных элементах роль жидкого проводника играет вода или антифриз. Такой элемент состоит из двух трубок, встав­ленных одна в другую и изолированных резиновыми втулка­ми. С помощью клемм трубки включаются в электросеть.

При прохождении электрического тока через твердый или жидкий проводник выделяется тепло. Охлаждающая жидкость нагревается, и в системе охлаждения (или в масле) возникает термосифонная циркуляция.

Электрическое сопротивление воды зависит от ее темпера­туры и физико-химического состава, поэтому характеристика электронагревательных элементов с жидким проводником мо­жет значительно изменяться. Их положительным качеством является большой срок службы. Закрытые нагревательные эле­менты могут быть использованы для подогрева масла и воды, открытые — только для нагрева воды.

Во всех случаях электрообогрева автомобили должны быть заземлены.

^ 4.6.Подогрев и разогрев инфракрасными лучами (газовый).

Инфракрасные лучи пс своей природе являются электромаг­нитными. Они практически не поглощаются чистым воздухом, а при поглощении их твердыми телами лучистая энергия пре­вращается в тепловую и тело нагревается.

Инфракрасные лучи получают в стационарных или пере­носных горелках, работающих на природном или искусствен­ном газе, например на пропане. В стационарных установках обогреваемые автомобили устанавливаются над горелками. Передвижные горелки вместе с баллонами сжиженного газа монтируются на полозьях или тележках.

Газ, поступающий в горелку от газовой сети (или балло­на), смешивается в необходимой пропорции с воздухом и за­полняет большое количество каналов малого диаметра в кера­мической или металлической сетке горелки. Зажигание газа осуществляется с помощью электроспирали. При горении газа поверхность горелки разогревается до температуры 700—900 °С и излучает инфракрасные лучи. Горелка размещается на расстоянии 300— 400 мм от картера двигателя. В случае перегорания электроспирали автоматически включаются звуковая и световая сигнализации.

Недостатком газовых горелок является возможность срыва пламени, возникающая при скорости ветра 5,0—5,5 м/с. Широкое применение нашли жидкостные газовые подогреватели инфракрасного излучения «Малютка» с горелкой «Звездочка», защищенной от ветра. При работе горелки жидкость в теплообменнике нагревается и в системе охлаждения возникает термосифонная циркуляция. Кроме того, продукты сгорания нагревают воздух под капотом автомобиля.

^ 4.7. Пуск без предварительного разогрева («холодный пуск»).

Пуск двигателей при низких температурах без предварительного разогрева может быть осуществлен путем комплексного применения пусковых жидкостей, специальной регулировки карбюратора и загущенного масла с пологой вязкостной характеристикой. Основой пусковой жидкости «Холод Д-40» для дизелей является диэтиловый эфир (60—65 %), обладающий очень низкой температурой самовоспламенения (около 130— 140°С) и большой летучестью (кипит при 34,5° С). Кроме того, в состав этой жидкости входят петролейный эфир, масло для двигателя и изопропил-нитрат (13—17 %). Для карбюраторных двигателей применяется пусковая жидкость «Арктика» на основе серного эфира (45— 60 %), в состав которой входят противоизносные, противозадирные и антиокислительные присад­ки. Это уменьшает износы цилиндро-поршневой группы при пуске.

Пусковые жидкости подаются во всасывающий тракт двигателя с помощью специальных пусковых приспособлений ияйГ Зюраторов. Возможно применение жидкостей в аэрозолей упаковке с подачей жидкости во всасывающий патрубок ягателя или через воздухоочиститель. И как уже было сказано, одной из основных причин, затрудняющих пуск двигателя при низких температурах, является повышение вязкости масла и увеличение момента сопротивления прокручиванию коленчатого вала. Поэтому при холодном пуске двигателя необходимо использовать масла с пологой вязкостно-температурной характеристикой.

^ 4.8.Индивидуальные источники тепла.

При хранении автомобилей в отрыве от стационарных источников теплоснабжения применяются жидкостные или воздушные индивидуальные подогреватели. Обычно они работают на том же топливе, что и двигатель автомобиля.

Преимуществами индивидуальных подогревателей являются разогрев двигателей в любых условиях независимо от наличия источника энергии и возможность использования в качестве охлаждающей жидкости антифриза, недостаток индивидуальных подогревателей — неудовлетворительный подогрев подшипников коленчатого вала.

По источнику потребляемой энергии приборы можно разделить на питающиеся от электрической сети 220В и автономные. Последние по виду используемого топлива подразделяются на бензиновые, дизельные и газовые. По своему назначению теплогенераторы могут быть предпусковыми подогревателями, отопителями салонов; могут совмещать обе функции. По нагреваемой среде - масляными, воздушными и жидкостными. Причем жидкостные могут греть не только систему охлаждения, но и топливную систему дизеля.

Обратимся к примерам.

От розетки 220 вольт

Электронагреватели по своему устройству проще и дешевле автономных приборов. Дешевле и их эксплуатация. Однако есть у них и недостатки, основной из которых - необходимость наличия внешней электрической сети.

Единственное имеющееся в продаже и приемлемое по работоспособности устройство - DEFA Warm-Up Продукция частной норвежской компании DEFA, известная во многих странах мира, особенно широко используется, например, большинство легковых автомобилей оснащено электроподогревателями именно этой марки. Причина популярности - в простоте. Монтаж устройства занимает не более трех часов, и в процессе эксплуатации оно не требует никакого обслуживания.

DEFA Warm-Up - не просто электронагреватель. Это комплексная система, обеспечивающая своевременный предстартовый разогрев двигателя и салона, включающая в себя соответствующие нагревательные элементы, приборы управления и жгуты соединительных проводов. Предусмотрена автоматическая подзарядка аккумулятора; никакой подогрев не поможет при "пустой" батарее. Электронные устройства - датчики температуры "забортного" воздуха и гололеда - не только повышают комфорт, но и (в автоматическом режиме) определяют, когда нужно начать подогрев двигателя и салона, чтобы в заданное таймером время машина была полностью готова отправиться в путь.

Рассмотрим устройство системы DEFA Warm-Up подробнее. Электрический шнур от сети 220В подключается к размещаемой на переднем бампере миниатюрной розетке, которая настолько мала, что не портит внешний вид автомобиля. Набор из 750 нагревательных элементов, устанавливаемых на двигателе восемью различными способами (на месте технологической заглушки, на шлангах и т.д.), позволяет использовать устройство практически на любом двигателе. Безопасный электрический тепловентилятор, обогревающий салон, имеет несколько встроенных противопожарных приспособлений, защищающих его от перегрева и короткого замыкания. Современный дизайн отопителя позволяет разместить его в салоне без ущерба для интерьера. Миниатюрное, легкое зарядное устройство имеет встроенное реле и разъемы для проводов, идущих к отопителю и подогревателю. Электронный блок управления позволяет задать несколько режимов работы системы. На дисплее блока высвечиваются время и температура наружного воздуха.

Автономные отопители

Эффективность, надежность и качество работы водителя в значительной степени зависит от условий на рабочем месте. К числу этих условий относятся основные составляющие микроклимата рабочей зоны. Дискомфортный микроклимат обязательно приведет к соответствующей перестройке организма, при длительной работе в таких условиях наступает утомление, которое приводит к ошибочным действиям, которые могут привести к нарушениям безопасности движения или дорожно-транспортным происшествиям.

Микроклимат рабочей зоны водителя считается нормальным, если температура воздуха в ней составляет 18-20 °С, влажность воздуха 40-60 % и скорость его движения 0,1-0,2 м/с. При низкой температуре воздуха организм человека вследствие охлаждения становится более восприимчив к инфекционным заболеваниям. При использовании некоторых способов подготовки автомобилей к выходу возможны ожоги, обморожение рук. Если в качестве теплоносителя используется пар или вода, то неизбежные их потери приводят к образованию на площадке хранения наледей, которые затрудняют подход к автомобилю и могут привести к травмам. Эти наледи необходимо периодически убирать. При обогреве автомобилей газовоздушной смесью отогревных калориферов возможно отравление персонала канцерогенными компонентами. Все это говорит за сложность и многообразие факторов среды, которые влияют на эксплуатацию автомобильного транспорта, которые находятся на хранении в безгаражных условиях.Электрическая розетка - примета цивилизации. На трассе, тем более в лесу, ее не найдешь. Здесь полагаются только на свои силы.

Если вы отправляетесь в дальний путь со стоянками в "диких" местах, придется везти с собой автономный нагреватель. Основное отличие приборов этого вида - более сложный способ получения тепла: вместо примитивной (пусть и хитро организованной) электроспирали нужно прятать под капот целую печку. Точнее, примус. Автоматика может оставаться практически без изменений, но прирост стоимости оказывается весьма существенным.

Сбалансированный комфорт в кабине и спальном отсеке: пример размещения и схема работы воздушного отопителя Webasto

Мировые лидеры в производстве автономных отопителей - немецкие фирмы: Eberspacher и Webasto предлагают разнообразные водо- и воздухоподогреватели, работающие на бензине и солярке. Воздушные обогреватели напрямую к пуску двигателя в холода - не относятся. Их задача - прогреть кабину и фургон грузовика, салон легкового автомобиля или автобуса. Это скорее элементы комфорта и, отчасти, безопасности.

Но теплого салона для уверенного пуска недостаточно. В большинстве случаев отопитель устанавливается в подкапотном пространстве, где встраивается в систему охлаждения. Нагретая в теплообменнике вода дополнительным насосом прокачивается по системе. Кабина (салон) обогревается штатной "печкой". Отличительная черта немецких теплогенераторов - высокий уровень комфорта, связанного прежде всего с управлением их работой. Практически везде предусмотрена плавная регулировка температуры, имеются таймеры различной сложности с программами от одного до семи дней, дистанционные пульты управления.

Тепловой аккумулятор Centaur. Это своеобразный термос емкость которого адекватна объему системы охлаждения. Корпус из нержавеющей стали позволяет сохранять тепло в течение нескольких суток.

Перед запуском двигателя дополнительный насос меняет остывшую охлаждающую жидкость на горячую из "термоса". Двигатель к пуску готов! При работе мотора система управления посредством встроенного в аккумулятор клапана заполняет устройство свежей порцией горячего антифриза.

Все описанные выше конструкции - универсальны, с одинаковым успехом могут работать вкупе с бензиновыми и дизельными двигателями. Но одну из главных сложностей зимней эксплуатации дизелей практически не исключают. Имеется в виду загустение дизельного топлива, выпадение из него парафинов - одно упоминание этих естественных, в принципе, процессов вызывает содрогание даже у видавших виды "дизелистов". Мало отогреть двигатель, надо дать ему солярки, а она совершенно не желает прокачиваться по топливным магистралям.

К счастью, у пожароопасных и малоэффективных факелов и паяльных ламп появились более прогрессивные преемники.

Водяное отопление - тепло для кабины и двигателя. Воздух и топливо смешиваются в камере сгорания и зажигаются. Теплообменник передает тепловую энергию в систему охлаждения

Наиболее уязвимое место топливной системы дизеля - фильтры. Парафин забивает их, перекрывая подачу топлива. Вывод: фильтр надо подогревать. Эта идея заложена как минимум в двух семействах изделий, присутствующих на рынке, - топливных фильтрах Novitec DH и Separ 2000. Причем, если при разработке первого основное внимание уделялось именно разогреву топлива, то у второго эта функция - лишь побочный эффект. Основной упор сделан на сверхтщательную очистку солярки от воды и механических примесей.

Но бывают морозы, при которых горючее перестает закачиваться из бака. Тогда приходится греть либо сам бак, либо топливозаборник, а заодно и топливопровод. В решении этой проблемы одним из лидеров считается компания Arctic Foх, в производственной программе которой есть электрические подогреватели, размещаемые как внутри, так и снаружи баков, работающие от аккумуляторов 12 и 24 В и от сети 220 В.

Есть обогреваемые топливопроводы и заборники, есть даже подогреватели аккумуляторных батарей. Компания Lucas UK предлагает универсальный нагреватель дизельного топлива Inline, устанавливаемый перед фильтром, а британский филиал Eberspacher - подогреватель трубопроводов.

5. Заключение

Конечно же, решающим фактором для выбора того или иного способа безгаражного хранения в конкретном температурно-климатическом регионе является экономическая оценка его применения.
Экономические показатели различных способов в большей степени определяются условиями расположения и режимом работы автотранспортного предприятия.
Стоимостью различных видов энергии, наличием котельной, продолжительностью зимнего периода в регионе, уровнем заработной платы обслуживающего персонала и многое другое.