ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ТЕПЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ ДВИГАТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ

Зимним периодом эксплуатации называется период, когда температура окружающего воздуха устанавливается ниже плюс пять градусов Цельсия. Низкая температура окружающего воздуха затрудняет пуск двигателя, оказывает отрицательное влияние на работу систем автомобиля, в том числе на работоспособность аккумуляторной батареи. Вследствие низких температур окружающего воздуха ухудшается испаряемость бензина, что приводит к значительному обеднению горючей смеси и снижению качества воспламенения при искрообразовании бензиновых двигателей. В дизельных двигателях вследствие повышения вязкости топлива и масла происходит снижение пусковых оборотов двигателя, что в совокупности со снижением температур воздушного заряда в цилиндрах может приводить к нарушению условий смесеобразования и самовоспламенения дизельного топлива.

Переохлаждение двигателя в процессе его работы приводит к ухудшению смесеобразования и усилению конденсации горючего, в результате чего увеличивается его расход и снижается мощность двигателя. Конденсат горючего смывает масляную пленку со стен цилиндров и разжижает масло в картере, что приводит к резкому нарастанию износа деталей двигателя и сокращению срока его службы. Особенно сильно изнашиваются детали при пуске холодных двигателей.

Повышение вязкости масла при низких температурах воздуха вызывает резкое увеличение сопротивления вращению коленчатого вала, что затрудняет достижение требуемой для пуска двигателя частоты вращения коленчатого вала

При температуре окружающего воздуха от -15 до -30 °С холодный пуск и работа двигателя в период прогрева дают износ, эквивалентный получаемому при 18—26 км пробега [1, с.4].

Уменьшить отрицательное влияние, и соответственно сократить период службы двигателя до наступления текущего или капитального ремонта, позволит применение предпусковых автономных электрических подогревателей, а также использование функции «автозапуск», применяемой в охранных системах автомобиля [2, с.129].

Целью исследования является оценка эффективности применения методов тепловой подготовки двигателя автомобиля для обоснованного выбора метода для конкретных условий эксплуатации автомобиля.

Нами предлагается гипотеза о том, что при экономической оценке затрат на приобретение средств предпусковой подготовки и эксплуатационных затрат, необходимо учитывать удобство использования средств предпусковой подготовки, а также корректировать интегральный показатель эффективности путем использования коэффициентов, учитывающих важность различных критериев, влияющих на затраты и удобство использования метода предпусковой подготовки в реальных условиях эксплуатации автомобиля.

Для проверки данной гипотезы была создана математическая модель и проведено сравнение полученных результатов со статистическими данными, оценивающими предпочтения владельцев автомобилей в выборе различных средств предпусковой подготовки.

Проведем теоретическое моделирование эксплуатационных процессов различных методов тепловой подготовки автомобиля в период низких отрицательных температур, для определения экономических параметров при длительной эксплуатации.

Предположим, что автомобиль будет использоваться в период времени N=10 лет. За это время может потребоваться несколько установочных комплектов оборудования, так как ресурс подогревателей различается как для различных моделей одного метода, так и в общем для различных методов. Обозначим необходимое количество установочных комплектов оборудования для тепловой подготовки за К, значение которого будем определять, как округленное до ближайшего целого значения отношения N/R, где N – количество лет эксплуатации данного вида оборудования для тепловой подготовки автомобиля, R – установленный заводом-изготовителем ресурс данного вида оборудования для тепловой подготовки автомобиля в годах.

Затраты на эксплуатацию комплекта оборудования для тепловой подготовки автомобиля будут складываться из суммы затрат на монтажно-демонтажные работы, стоимость ресурсов (топливо, электроэнергия), стоимость периодического технического обслуживания оборудования. В данной работе не учитываются дополнительные затраты на ремонтно-восстановительные работы оборудования, предполагается, что используемое оборудование может быть использовано в системе технического обслуживания и ремонта по I стратегии, по которой объект эксплуатируется в работоспособном состоянии за счет выполнения регламентных работ по техническому обслуживанию, а уровень безотказности соответствует наработке объекта в течение периода, превышающего пробег до следующего вида регламентных работ.

Важной составляющей удобства использования автомобиля с определенным видом технологического оборудования для тепловой подготовки автомобиля является время, затрачиваемое на прогрев двигателя до температуры, при которой возможно движение без ограничений. В рамках данной работы принято значение t=60 ⁰С. Оценка затрат времени в экономических единицах условна, но необходима для обоснования. Собственно время, необходимое для прогрева автомобиля должно вычитаться из времени эффективного использования автомобиля. Уровень затрат на неиспользование времени автомобиля можно оценить по стоимости аренды автомобиля, которая для автомобиля малого класса находится на уровне Qар=100 руб/час.

Экономические затраты на неиспользованное время автомобиля за период подготовки его определенным методом прогрева до рабочего состояния определим по формуле:

;                                                               (1)

Σti – общее время, затрачиваемое на тепловую подготовку автомобиля, часов в год.

Для того, чтобы математическая модель была более универсальна, предлагается использовать метод корректирования уровня значимости факторов, для конкретных задач и условий эксплуатации. Для исключения влияния одного или нескольких факторов возможно снижение до нуля уровня значимости данного фактора и перераспределение веса этого фактора пропорционально на оставшиеся факторы. Таким образом можно определить значения весов уровней значимости факторов для наиболее часто встречающихся случаев методом экспертных оценок и получить значение итогового критерия эффективности при сравнении различных способов тепловой подготовки автомобиля. В качестве итогового критерия будем рассматривать величину, обратную среднегодовому расходу материальных ресурсов при выбранном способе тепловой предпусковой подготовки двигателя автомобиля 1/Q_Г.

Сумма затрат на приобретение, монтаж, техническое обслуживание и эксплуатационные ресурсы (топливо, электроэнергия), определится по формуле:

;                             (2)

Q_пок – стоимость приобретения комплекта оборудования для определенного способа тепловой предпусковой подготовки (сигнализация, подогреватель);

Q_монт – стоимость монтажно-демонтажных работ комплекта оборудования для определенного способа тепловой предпусковой подготовки;

Q_обсл – стоимость работ по техническому обслуживанию и замене деталей комплекта оборудования для определенного способа тепловой предпусковой подготовки;

Q_экспл – стоимость необходимых эксплуатационных ресурсов для обеспечения работоспособности комплекта оборудования для определенного способа тепловой предпусковой подготовки.

Так как приобретение и монтажно-демонтажные работы связаны между собой и производятся в один период, будем их учитывать совместно.

С учетом ресурса оборудования и весов рассматриваемых факторов значение критерия получим по следующей формуле:

;                              (3)

Весовые коэффициенты были определены методом экспертных оценок. Эксперты определили значения каждого коэффициента для трех наиболее распространенных потребительских ситуаций: «Среднестатистический вариант использования автомобиля», «Вариант минимальных капитальных затрат», «Вариант без учета экономических затрат на потери времени на прогрев автомобиля».

В результате расчетов получены значения итогового критерия по трем видам тепловой подготовки за период N=10 лет для трех вариантов использования автомобиля.

Рисунок 1. Теоретическая и практическая оценка эффективности различных методов тепловой предпусковой подготовки

Практическая оценка эффективности получена на основании статистических данных распределения реального выбора потребителями метода предпусковой тепловой подготовки. Теоретическая оценка, представленная на рисунке 3, получена при использовании весовых коэффициентов, соответствующих «Среднестатистическому» варианту использования автомобиля. Разброс значений эффективности теоретической оценки и практической (выбор потребителей) не превышает 10%, что подтверждает адекватность предложенной математической модели для прогнозирования эффективности использования различных методов тепловой предпусковой подготовки. При изменении предпочтений потребителей, можно использовать альтернативные варианты весовых коэффициентов, чтобы получить значения эффективности при иных предпочтениях клиентов.

Расчетные значения среднегодовых затрат позволяют определить суммарные затраты при выбранном сроке использования автомобиля, а также сроки окупаемости капитальных вложений. Значения эффективности различных методов тепловой предпусковой подготовки автомобиля позволяют делать обоснованный выбор конкретного метода с учетом условий использования автомобиля.

Список литературы:

1. Эртман С.А. Приспособленность автомобилей к зимним условиям эксплуатации по температурному режиму двигателей: автореф. дис. на соиск. степ. канд. техн. наук. – Тюмень: Изд-во «Нефтегазовый университет», 2004. -19.
2. Залознов И.П., Лисин В.А. Анализ применимости методов утепления и использования систем автоматического пуска-прогрева двигателя при эксплуатации автомобиля в условиях низких температур: материалы Всерос. науч.-техн. конф. «Ориентированные фундаментальные и прикладные исследования – основа модернизации и инновационного развития архитектурно-строительного и дорожно-транспортного комплексов России». – Омск: Изд-во СибАДИ, 2011. – С. 129-134.