Разработка и исследование системы предпускового подогрева дизеля с автономным тепловым аккумулятором для сельскохозяйственного трактора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Исламгулов Радмир Дамирович

• Исламгулов Радмир Дамирович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Исламгулов Радмир Дамирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ проблем запуска дизелей сельскохозяйственных тракторов и их предпусковой подогрев в условиях низких температур окружающего воздуха

1.2 Анализ систем предпусковой тепловой подготовки дизелей сельскохозяйственных тракторов

1.3 Способы повышения эффективности эксплуатации

сельскохозяйственных тракторов

1.4 Цели и задачи исследований

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЫ ПРЕДПУСКОВОЙ ТЕПЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ ДИЗЕЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ТРАКТОРА

2.1 Разработка концептуальной модели функционирования автономной системы предпусковой тепловой подготовки дизеля

2.2 Математическое описание процесса зарядки теплового аккумулятора с веществом фазового перехода

2.3 Математическая модель функционирования теплового аккумулятора в процессе хранения тепловой энергии

2.4 Математическая модель функционирования теплового аккумулятора в процессе разрядки

2.5 Расчет объема вещества фазового перехода

2.6 Имитационное моделирование процесса теплопередачи от вещества фазового перехода к охлаждающей жидкости

ГЛАВА 3 МЕТОДИКА ИМИТАЦИОННЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа проведения экспериментов

3.2 Общая методика исследований

3.3 Измерительно-регистрирующая аппаратура

3.4 Методика экспериментов на имитационной модели по обоснованию конструктивно-технологических параметров теплового аккумулятора

2

3.5 Определение оптимального расхода теплоносителя

3.6 Методика экспериментальных исследований

3.7 Методика производственных исследований

3.8 Обработка экспериментальных данных, оценка погрешностей измерений

ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИМИТАЦИОННЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ, ОЦЕНКА ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ

ПОКАЗАТЕЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ТРАКТОРА

4.1 Результаты имитационного моделирования и выбор конструктивно-технологических параметров

4.2 Определение места подключения теплового аккумулятора

4.3 Определение оптимальной величины расхода теплоносителя

4.4 Результаты экспериментальных исследований

4.5 Результаты производственных исследований

4.6 Расчет коэффициента эксплуатационной эффективности трактора

ГЛАВА 5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕДПУСКОВОЙ ТЕПЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ ДИЗЕЛЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ТРАКТОРА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕЙ РАЗРАБОТКИ ТЕМЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование системы предпускового подогрева дизеля с автономным тепловым аккумулятором для сельскохозяйственного трактора»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Предпусковая тепловая подготовка дизельных двигателей сельскохозяйственных тракторов актуальна в любое время года из-за необходимости прогрева его систем до оптимальной рабочей температуры перед нагрузкой, но наиболее эффективна и востребована в холодный период года. Эксплуатация техники в условиях реального производства нашей страны, особенно в сельском хозяйстве, сопровождается необходимостью запуска дизелей при отрицательных температурах, зачастую достигающих -25 °С и ниже. Все это отрицательно влияет на эффективность эксплуатации сельскохозяйственных тракторов из-за необходимости длительного прогрева дизеля до рабочих температур и, как следствие, сокращение рабочего времени трактора и повышенного расхода топлива. Повышенная вязкость моторных и охлаждающих жидкостей, затруднённое распыление топлива, пониженное напряжение аккумуляторной батареи и перегрузка стартера приводят к затруднённому запуску техники и сокращению эффективности использования рабочего времени.

Анализ состояния сельскохозяйственных тракторов в сельском хозяйстве показывает, что они хранятся в основном на открытых площадках. Для холодного запуска и прогрева дизеля требуется значительное количество топлива. Использование электрических подогревателей или стационарных тепловых установок в таких условиях оказывается весьма затратным вследствие потребления дополнительной энергии.

Особенностями разработанной системы предпусковой тепловой подготовки является автономность и использование в тепловом аккумуляторе вещества фазового перехода, позволяющее увеличить длительность хранения тепловой энергии без дополнительных затрат. Она не требует использования внешней энергии и может обеспечивать предпусковой подогрев двигателя автономно, что позволит существенно сократить время его прогрева до рабочей температуры, и снизить расход топлива и, как следствие, повысить

эффективность эксплуатации трактора.

Поэтому, исследование, направленное на разработку и исследование системы предпускового подогрева дизеля с автономным тепловым аккумулятором для сельскохозяйственного трактора, является актуальным.

Диссертационная работа выполнена на кафедре теплоэнергетики и физики в соответствии с планом НИОКР ФГБОУ ВО Башкирского ГАУ «Разработка систем и технологий управления дизельными энергетическими установками» (Рег. № 5 АИ-1160441310017-5).

Степень разработанности темы. Проблемой запуска дизельных двигателей сельскохозяйственных тракторов в условиях отрицательных температур занимались и занимаются многие отечественные и зарубежные ученые. Теоретические основы научных исследований, посвященных изучению проблемы тепловой подготовки двигателя и других систем тракторов, были установлены Н.Н. Карнауховым, В.В. Шульгиным, С.Д. Гулиным, А.А. Сорокиным. Н.В. Глухенко, В.Н. Ложкиным, Д.С. Агаповым, М.И. Куколевым, В.В. Харитоновым, Л.А. Новопашиным, В.В. Колшаковым, О.Г. Несиоловским, В.А. Николаевым, А.И. Шаталовым, А.П. Картошкиным, И.И. Габитовым, Ф.3. Габдрафиковым, И.Г. Галиевым, А.А. Долгушиным, Д.А. Вахрамеевым, И.А. Дерюшиным, Ф.Х. Халиуллиным, М.А. Абраровым, А.В. Неговорой, М.М. Разяповым, а также зарубежными специалистами О. Шатцом, М. Куо, А. РеШкка и другими. Большинство этих исследований посвящены подогреву систем двигателя, топлива или трансмиссии от постоянного источника энергии. Поэтому для повышения эффективности эксплуатации сельскохозяйственного трактора существует необходимость дальнейших исследований предпусковой тепловой подготовки дизельного двигателя с использованием автономного теплового аккумулятора с веществом фазового перехода и рациональной схемой подключения к двигателю.

Цель исследования - повышение эксплуатационных показателей сельскохозяйственного трактора в условиях низких температур за счет

применения системы предпускового подогрева дизеля от автономного теплового аккумулятора с веществом фазового перехода.

Предмет исследования - закономерности влияния предпусковой тепловой подготовки и схем подвода теплоносителя на эффективность эксплуатации дизеля сельскохозяйственного трактора.

Объект исследования - технологический процесс и технические средства предпусковой тепловой подготовки дизельного двигателя с тепловым аккумулятором фазового перехода сельскохозяйственного трактора с жидкостной системой охлаждения.

Научная новизна работы:

1) Математическая модель функционирования автономной системы предпускового подогрева дизельного двигателя с тепловым аккумулятором с описанием действующих в потоке жидкости источников теплоты от теплоаккумулирующих капсул, позволяющая определить ее конструктивно-технологические параметры.

2) Зависимости влияния схемы подключения системы предпусковой тепловой подготовки к двигателю на длительность и равномерность прогрева цилиндров.

Научная новизна технических решений подтверждена патентом на полезную модель «Устройство для предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания с тепловым аккумулятором и электрическим нагревателем № 233536».

Практическая значимость. Разработана автономная система предпусковой тепловой подготовки с тепловым аккумулятором с веществом фазового перехода (ТАВФП) дизельного двигателя сельскохозяйственного трактора (патент РФ 233536). Её применение позволяет осуществить надежный пуск дизельного двигателя при отрицательных температурах окружающей среды без затрат энергии внешних источников, сократить длительность прогрева до рабочих температур и снизить расход топлива, что повышает

эффективность эксплуатации дизельного двигателя и сельскохозяйственного трактора целом.

Реализация результатов исследований. Разработанная система предпусковой тепловой подготовки двигателя с тепловым аккумулятором фазового перехода внедрена в ООО МТК «Башсельхозтехника», ООО «Башкир-агроинвест» и ИП ГКФХ Хамадиев Ф.Г.

Методология и методы исследований. При выполнении исследований применялись как теоретические, так и экспериментальные методы. Достоверность результатов при теоретических исследованиях достигнута выбором обоснованных исходных данных и сопоставлением расчетных и экспериментальных значений, а при экспериментальных исследованиях -выбором современных методов и средств измерений, учетом погрешностей, использованием поверенных и тарированных приборов, а также соблюдением требований действующих стандартов. Моделирование процессов производилось в CAD/CAE программах KOMPAS-3D, Solidworks, FlowVision, Statistica.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Схемотехническое решение системы предпусковой тепловой подготовки дизельного двигателя трактора с тепловым аккумулятором с веществом фазового перехода.

2. Математическая модель функционирования автономной системы предпускового подогрева дизеля с тепловым аккумулятором.

3. Закономерности влияния схемы подключения системы предпусковой тепловой подготовки к двигателю на длительность прогрева цилиндров.

4. Результаты имитационных и экспериментальных исследований дизельного двигателя с тепловым аккумулятором сельскохозяйственного трактора.

5. Результаты технико-экономической оценки использования теплового аккумулятора с веществом фазового перехода в производственных условиях.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность научных положений и результатов, полученных автором, обеспечивается применением в исследовании законов и положений физики, математики, теплотехники, подтверждается удовлетворительным совпадением результатов теоретических и экспериментальных исследований, применением сертифицированных, прошедших обязательную поверку приборов и оборудования, статистической обработкой результатов исследования с использованием лицензионного программного обеспечения.

Результаты исследований докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях «Перспективы инновационного развития АПК» в рамках Международной специализированной выставки «Агрокомплекс» в 2022-2024 гг.» (Уфа); «Наука молодых - инновационному развитию АПК» 2022-2024 гг. (Уфа); «Современные технологии композиционных материалов» в 2022-2024 г. в рамках Всероссийской научно-практической конференции с международным участием в Башкирском ГАУ и в Уфимском университете науки и технологии; «Инженерное обеспечение сельского хозяйства: проблемы, достижения, перспективы» в 2024 г. (Барнаул) а также были представлены на Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу (г. Ульяновск) в 2024 г. (I место), 2025 г. (II место) и слёте молодых энергетиков Башкирской генерирующей компании в 2024 г. (I место).

Вклад автора в проведенное исследование состоит в непосредственном участии в комплексном анализе существующих технических решений в области предпусковой тепловой подготовки двигателей, обосновании концепции использования тепловых аккумуляторов с веществом фазового перехода для повышения эффективности эксплуатации сельскохозяйственного трактора и сокращения длительности прогрева двигателя. Автором разработана оригинальная математическая модель процессов накопления, хранения и отдачи тепловой энергии с учетом теплофизических характеристик материалов и режимов теплопередачи. Проведены численные расчёты и графоаналитическая

интерпретация результатов, подтверждающие эффективность предложенного технического решения. На основе модели лично автором было разработано экспериментальное устройство с тепловым аккумулятором и методика оценки его конструктивно-технологических параметров. Полученные результаты прошли апробацию в рамках профильных научных мероприятий и представлены в публикациях.

Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ в периодических и отдельных научных изданиях, из них три - в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, один патент РФ на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка из 138 наименований, изложена на 180 страницах текста, включая 53 рисунка, 14 таблиц и шесть приложений.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ проблем запуска дизелей сельскохозяйственных тракторов и их предпусковой подогрев в условиях низких температур окружающего воздуха

Сельское хозяйство остается жизненно важной отраслью, обеспечивающей продовольственную безопасность и экономическое развитие страны. Тракторы с дизельными двигателями играют ключевую роль в повышении производительности труда и эффективности сельскохозяйственных операций.

Одним из основных преимуществ дизельных двигателей является их высокая мощность и крутящий момент, что позволяет эффективно выполнять различные сельскохозяйственные задачи, такие как пахота, посев, уборка урожая и транспортировка. Это особенно важно в условиях сельскохозяйственных угодий с большой площадью, где требуется быстрое и эффективное выполнение работ [5;11].

Важным аспектом является также надежность дизельных двигателей. Они обладают длительным сроком службы и меньшей вероятностью поломок, что сокращает время простоя техники и увеличивает общую производительность сельскохозяйственных операций [5].

Российская Федерация, обладая обширной территорией, простирающейся от арктических широт до субтропиков, характеризуется значительным климатическим разнообразием. На территории страны выделяются различные климатические пояса: арктический, субарктический, умеренный и субтропический. В северных и восточных регионах страны преобладает резко континентальный климат с продолжительными и суровыми зимами, где средняя температура января может опускаться до -30 °С и ниже.

Согласно данным [3] Гидрометцентра России, в таких городах, как Якутск и Норильск, средняя температура января составляет соответственно -41 °С и -27 °С. В этих условиях эксплуатация дизельных двигателей сопряжена с рядом

трудностей, включая затруднённый запуск двигателя, повышенный износ компонентов и увеличение расхода топлива.

Климатические особенности регионов России представлены на климатической карте на рисунке 1.1, где можно увидеть распределение температурных зон по территории страны. Эта карта иллюстрирует, как климатические условия варьируют от региона к региону, что необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации техники.

Рисунок 1.1 Климатическая карта России

Как видно из рисунка 1.1, несмотря на то, что центральные регионы России территориально удалены от арктических широт, климатическая обстановка в них также характеризуется устойчивыми отрицательными температурами в зимний период. В частности, в таких субъектах, как Владимирская, Ярославская, Костромская, Рязанская и Тверская области, средняя температура января стабильно удерживается в пределах от -10 до -16 °С, а в периоды арктических вторжений может снижаться до -25...-30 °С [3].

В условиях низких температур дизельное топливо становится более вязким, что затрудняет его подачу и распыление в камере сгорания. Это приводит к увеличению времени запуска двигателя и повышенному износу стартовых

систем. Кроме того, холодный запуск способствует образованию отложений в системе впрыска и на свечах накаливания, что снижает общую эффективность двигателя [20].

Использование предпусковых подогревателей не только облегчает запуск двигателя в холодных условиях, но и способствует снижению износа компонентов, уменьшению расхода топлива и выбросов вредных веществ. Это особенно актуально для регионов с суровым климатом, где техника эксплуатируется в экстремальных температурных условиях [18].

Республика Башкортостан расположена в южной части Урала и относится к зоне умеренно континентального климата, характеризующегося резкой сменой сезонов, холодной зимой и жарким летом. Среднегодовая температура воздуха составляет около +1...+3°С, однако в зимний период температура может снижаться до -25.-30 °С, а в отдельные годы - до -35 °С и ниже (рисунок 1.2). Продолжительность отопительного периода в регионе составляет от 200 до 220 суток, что напрямую влияет на условия эксплуатации тракторной техники в аграрном секторе [3].

Рисунок 1.2 Климатические зоны Республики Башкортостан

Для сельхозпредприятий Башкортостана особенно актуальна проблема запуска дизельных двигателей при отрицательных температурах, поскольку основные полевые и транспортные работы приходится выполнять в межсезонье, когда погодные условия нестабильны. Большинство хозяйств региона не располагает отапливаемыми помещениями для хранения техники, что делает задачу обеспечения надёжного запуска двигателя особенно важной.

Практика показывает, что уже при температуре воздуха ниже -15 °С у дизельных двигателей существенно увеличивается время проворачивания коленчатого вала, затрудняется подача топлива, возрастает нагрузка на аккумуляторы и стартер, а также ухудшается сгорание рабочей смеси. Всё это приводит к росту расхода топлива, ускоренному износу ЦПГ и снижению ресурса двигателя[34].

В этих условиях применение систем предпусковой тепловой подготовки, в том числе тепловых аккумуляторов фазового перехода, позволяет существенно улучшить эксплуатационные показатели машин. Это особенно важно для техники, эксплуатируемой в таких районах, как Кармаскалинский, Белорецкий, Учалинский, Абзелиловский, Бурзянский, Хайбуллинский и Зианчуринский и

др.[3].

Для обеспечения надёжной работы дизельных двигателей в холодном климате широко применяются предпусковые подогреватели. Эти устройства предназначены для предварительного нагрева охлаждающей жидкости и/или моторного масла перед запуском двигателя [10].

Количество тракторов, используемых в Республике Башкортостан, приведено в таблице 1.1.

С учетом современных тенденций к увеличению производительности и снижению негативного воздействия на окружающую среду использование тракторных дизельных двигателей остается актуальным и востребованным. Высокая эффективность, экономичность и надежность делают их незаменимым инструментом для современного сельского хозяйства.

Таблица 1.1 Статистические данные использования тракторов в республике

Башкортостан [125]

№ Показатель Базовый парк

1 Количество, шт. 14 560

2 Тракторообеспеченность, шт./1000 га пашни 4,93

3 Суммарная мощность, л.с. 1 822 470,5

4 Энергообеспеченность, л.с./1000 га пашни 617,3

5 Средняя мощность, л.с. 125,0

6 Максимальный возраст, лет 47

7 Средний возраст, лет 19,9

8 Соотношение тракторов тяговой и

тягово-энергетической концепции, % 3,7 / 96,3

9 Соотношение колесных / 85,7 / 14,3

гусеничных, %

10 Соотношение российских / зарубежных, % 22,8 / 77,2

11 Количество моделей, шт. 185

В холодный период года запуск дизельного двигателя сопровождается значительными трудностями, обусловленными снижением температуры элементов кривошипно-шатунного и цилиндро-поршневого механизмов, а также ухудшением параметров смесеобразования. При отрицательных температурах происходит увеличение вязкости моторного масла, снижение давления в топливной рампе, а также затрудняется воспламенение горючей смеси вследствие ухудшения распыла и испарения топлива. Даже при температуре воздуха около -10 °С возможно значительное увеличение времени стартерной прокрутки, что не только усложняет запуск, но и приводит к ускоренному износу аккумулятора и элементов стартера [3; 25;41].

В условиях низких температур наблюдается рост сопротивления проворачиванию коленчатого вала. Увеличение гидравлических потерь в системе смазки, вызванное загустеванием масла, приводит к повышенной

нагрузке на электростартер. Кроме того, не вся подаваемая порция топлива сгорает в камере, особенно на первых циклах проворачивания, что влечёт за собой увеличение расхода дизельного топлива и образование чёрного дыма [67;13;34].

Практика эксплуатации дизелей показывает, что при температуре окружающего воздуха ниже -20 °С вероятность успешного запуска без предварительного подогрева стремительно снижается. В этих условиях запуск требует не менее 2-3 попыток, каждая из которых сопровождается дополнительным разрядом батареи и частичным смывом масляной плёнки со стенок цилиндров. Повторные попытки запуска не только увеличивают общее топливное потребление, но и способствуют снижению ресурса цилиндро-поршневой группы (ЦПГ). Анализ послепусковых режимов работы показывает, что двигателю требуется значительное время на выход в устойчивый температурный режим, особенно в случае длительного простоя в условиях открытой стоянки.

Использование внешнего питания в большинстве случаев требует либо постоянного подключения к сети, либо регулярной заправки топлива. Это снижает автономность техники и ограничивает её применение в полевых условиях, где доступ к инфраструктуре затруднен или полностью отсутствует. При этом потери тепла во время простоев происходят независимо от наличия системы подогрева, если она не поддерживает температуру в нерабочем состоянии.

Надёжность запуска дизельного двигателя при низких температурах напрямую зависит от предварительного прогрева его компонентов до рабочих значений. Однако большинство существующих решений требуют подключения к внешним источникам энергии. Электроподогреватели обеспечивают стабильный прогрев только при наличии сети 220 В, что недоступно при стоянке техники в полевых условиях [18]. Автономные жидкотопливные установки зависят от запаса горючего и требуют регулярного технического обслуживания.

Их применение ограничено не только сложностью монтажа, но и дополнительной нагрузкой на топливную систему.

В условиях отдалённой эксплуатации сельскохозяйственной техники, где невозможен постоянный доступ к внешнему источнику питания, требуются решения, способные обеспечить запуск без дополнительной энергетической поддержки. Проблема заключается не только в отсутствии энергии в момент старта, но и в необходимости хранения тепла между остановкой двигателя и его следующим запуском. В это время силовая установка остывает, и температура внутри блоков выравнивается с внешней средой. Это усугубляет условия следующего пуска и увеличивает тепловую инерционность всей системы [48].

Разогрев двигателя, исключительно за счёт его внутренних процессов после запуска, сопровождается перерасходом топлива. Первые минуты работы проходят в неэффективном тепловом режиме: камеры сгорания не достигли нужной температуры, топливо сгорает не полностью, давление масла нестабильно. Это приводит к ухудшению экологических показателей, увеличению механических нагрузок на узлы трения и ускоренному износу.

В таких условиях становится необходимым поиск автономного источника тепла, который способен не только аккумулировать избыточную теплоту во время работы двигателя, но и возвращать её в нужный момент без вмешательства оператора. Одним из направлений является использование тепловых аккумуляторов фазового перехода, обеспечивающих отдачу энергии при стабильной температуре плавления вещества. Такое решение даёт возможность устранить зависимость от электросети и внешнего топлива при сохранении тепловой подготовки двигателя.

1.2 Анализ систем предпусковой тепловой подготовки дизелей сельскохозяйственных тракторов

Одним из наиболее распространённых средств подготовки дизеля к запуску в условиях низких температур является электрический предпусковой подогреватель, подключаемый к сети 220 В, изображенный на рисунке 1.3.

Наибольшее распространение среди отечественных моделей получил прибор «Северс», устанавливаемый в разрыв системы охлаждения двигателя. Его работа основана на нагреве охлаждающей жидкости встроенным электронагревателем, после чего нагретый теплоноситель циркулирует по рубашке охлаждения блока цилиндров, повышая температуру основных узлов двигателя до значений, обеспечивающих пуск. Перемещение жидкости осуществляется за счёт встроенного насоса, работающего параллельно с нагревательным элементом, что повышает эффективность прогрева [54].

Устройство снабжено системой автоматического отключения по температуре, предотвращающей перегрев в случае остановки циркуляции или выхода насоса из строя. При достижении температуры около 80 °С срабатывает термореле, прекращающее подачу напряжения. Корпус выполнен из алюминиевого сплава, что снижает массу устройства и уменьшает вероятность коррозии при эксплуатации с водными растворами антифризов. Модификации подогревателя включают модели с различной мощностью - от 1,5 до 3 кВт. Это позволяет подбирать прибор в соответствии с объёмом системы охлаждения и геометрией двигателя [54].

Как видно из рисунка 1.3, несмотря на простоту конструкции, электрические подогреватели имеют ряд ограничений, снижающих их применимость для техники, эксплуатируемой вне стационарных условий. Основным недостатком является привязка к источнику электропитания. В условиях полевой стоянки, на временных постах или при отсутствии подключения к сети 220 В прибор не может функционировать, что исключает его использование в автономных режимах. Кроме того, при нарушении герметичности корпуса или ослаблении соединений возможно попадание влаги внутрь устройства, что увеличивает риск короткого замыкания и, как следствие, выхода из строя системы питания. В случае неисправности термореле или отказа циркуляции может произойти локальный перегрев с последующим разрушением теплообменных поверхностей, особенно при эксплуатации без контролирующих реле отключения.

Рисунок 1.3 Предпусковой подогреватель типа Северс

Дополнительным фактором, ограничивающим эффективность подобных систем, является высокая интенсивность теплопотерь через незаизолированные элементы двигателя в условиях отрицательных температур. Отдача тепла в окружающую среду происходит быстрее, чем аккумулирование в металлических массивах блока, особенно при ветровом охлаждении и стоянке на открытом воздухе. Для поддержания температуры в пределах, обеспечивающих запуск, требуется непрерывная подача энергии, что делает систему энергоёмкой и зависимой от стабильного напряжения в сети.

Одним из наиболее часто применяемых решений автономного типа являются жидкостные предпусковые подогреватели (рисунок 1.4), к числу которых относятся устройства Webasto, ЕЬегера^ег, а также отечественные аналоги типа Бинар. Эти системы представляют собой компактные автономные теплогенераторы, встраиваемые в систему охлаждения двигателя. Они функционируют независимо от внешнего электропитания, используя горючее из топливного бака автомобиля и питание от бортовой электросети. Принцип действия устройства заключается в сгорании топливно-воздушной смеси в специальной камере, где тепловая энергия передаётся через теплообменник

циркулирующей охлаждающей жидкости, которая затем прогревает блок цилиндров двигателя до пусковой температуры [34].

Подогреватели этого типа характеризуются высокой тепловой мощностью и способны обеспечить запуск двигателя даже при температуре окружающего воздуха ниже -30 °C. Типичная тепловая производительность составляет от 4 до 7 кВт, а расход топлива - от 0,2 до 0,5 л в час в зависимости от режима работы и модели. Например, система Webasto Thermo Top Evo-5 при полной нагрузке потребляет до 0,23 л дизельного топлива в час, при этом прогрев блока может занимать 30-50 минут.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Исламгулов Радмир Дамирович, 2025 год

- 54 с.

35. Долгушин А. А., Курносов А. Ф., Домнышев Д. А., Чернухин Р. В. Оценка энергетической эффективности трансмиссий машин при эксплуатации в условиях низких температур // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2025. - № 4 (114). - С. 116-121.

36. Дружинин П.В. Предпусковая подготовка ДВС при технической эксплуатации машин [Текст] / П.В. Дружинин; И.А. Косенков, А.А., Коричев, Е.Ю. Юрчик // Технико-технологические проблемы сервиса. - СПб, 2009. - № 4.

- С. 6-12.

37. Дружинин П.В. Математическая модель процесса хранения теплоты в тепловом аккумуляторе [Текст] / П.В. Дружинин, А.А. Коричев, И.А. Косенков // Технико-технологические проблемы сервиса. - 2010. - № 2. - С. 63-65.

38. Загромов Ю.А., Ляликов А.С. Свободно-конвективный теплообмен в горизонтальной цилиндрической прослойке при различном положении тепловыделяющего элемента [Текст] // Инженерно-физический журнал. - 1966.

- Т. 10, № 5. - С. 577-583.

39. Исламгулов, Р. Д. Выбор мест подключения предпускового подогревателя с тепловым аккумулятором фазового перехода к дизельному двигателю / Ф. З. Габдрафиков, Р. Д. Исламгулов, М. А. Абраров // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2025. - № 1 (79). - С. 78-89. - DOI 10.24411/2078-1318-2025-1-78-89.

40. Исламгулов, Р. Д. Математическая модель процесса разрядки теплового аккумулятора фазового перехода в предпусковом подогревателе

автотракторного дизеля / Ф. З. Габдрафиков, Р. Д. Исламгулов // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. - 2024. - № 3 (71). -С.Ш-П6.- DOI 10.31563/1684-7628-2024-71-3-111-117.

41. Исламгулов, Р. Д. Обоснование и расчет параметров теплового аккумулятора для предпускового подогрева дизельных двигателей / Ф. З. Габдрафиков, Р. Д. Исламгулов // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2025. - Т. 55, № 4 (317). - С. 96-102. - DOI 10.26898/0370-8799-20254-10.

42. Исламгулов Р. Д. Анализ эффективности веществ фазового перехода в предпусковых подогревателях тракторных дизельных двигателей / Ф. З. Габдрафиков, Р. Д. Исламгулов // Инженерное обеспечение сельского хозяйства: проблемы, достижения, перспективы : материалы I Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию освоения целинных и залежных земель в Алтайском крае, Барнаул, 22-23 октября 2024 года. -Барнаул: Алтайский государственный аграрный университет, 2024.

43. Исламгулов, Р. Д. Autonomous system of pre-start thermal treatment of diesel engines using phase transition substances / Р. Д. Исламгулов // 05-06 марта 2024 года, 2024. - P. 422-425.

44. Исламгулов Р. Д. Устройство тепловой подготовки дизеля с использованием аккумулятора фазового перехода / Ф. З. Габдрафиков, Р. Д. Исламгулов // Актуальные вопросы аппаратостроения: материалы научно-практической конференции, Уфа, 16-17 мая 2024 года. - Уфа: Уфимский университет науки и технологий, 2024. - С. 42-46.

45. Исламгулов, Р. Д. Система предпусковой подготовки тракторных дизельных двигателей / Р. Д. Исламгулов, Ф. З. Габдрафиков // Наука молодых -инновационному развитию АПК: материалы XVI Национальной научно-практической конференции молодых ученых, Уфа, 14 ноября 2023 года. - Уфа: Башкирский государственный аграрный университет, 2023. - С. 260-265.

46. Исламгулов Р. Д. Автономная система предпусковой тепловой подготовки дизельных двигателей с использованием веществ фазового перехода

/ Ф. З. Габдрафиков, Р. Д. Исламгулов // Инновации в АПК - как стратегические приоритеты технологического суверенитета : материалы II Национальной научно-практической конференции с Международным участием, Воронеж, 20 октября 2023 года. - Воронеж: Ассоциация технологическая платформа «Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания», 2023. - С. 69-73.

47. Исследование теплофизических основ кристаллогидратов применительно к задачам теплоаккумулирования [Текст] / Б.Н. Егоров, М.И. Ревякин, Н.Н. Трохинин, С.Н. Трушевский, Т.М. Фёдорова // Гелиотехника. -1979. - № 3. - С. 61-64.

48. Кацеельман А.Я., Стольников Е.А., Минин В.А. Зарубежные подогреватели и отопители для строительных и дорожных машин [Текст] // Строительные и дорожные машины. - 1986. - № 1. - С. 37-43.

49. Крамаренко Г.В., Николаев В.А., Шаталов А.И. Безгаражное хранение автомобилей при низких температурах [Текст]. - М.: Транспорт, 1984. - 136 с.

49. Кузнецов Д.М., Смирнов А.Н., Сырошекин А.В. Акустическая эмиссия при фазовых превращениях [Текст] // Рос. хим. журнал. - 2008. -С. 114-121.

50. Куколев М.И. Эффективность тепловых накопителей для автотракторной техники [Текст] // Научные и практические вопросы совершенствования эксплуатации автомобильных машин в современных условиях: сб. тр. докл. науч.-техн. сем. - Вып. 2 / Воен. инж.-техн. ун-т. - СПб., 2001. - С. 142-148.

51. Крамаренко Г.В., Николаев В.А. Безгаражное хранение автомобилей [Текст]: учеб. пособие / Моск. автомоб.-дор. ин-т. - М., 1980. - 81 с.

52. Карепов В.А., Хороли А.И. Системы подготовки двигателей экскаваторов и кранов к запуску при низких температурах [Текст]. Обзор. - М.: ЦНИИ-ТЭстроммаш. - Вып. 1, 1981. - 52 с.

53. Карепов В.А. Новая схема установки подогревателя на экскаваторах в северном исполнении [Текст] // Строительные и дорожные машины. - 1974. -№ 2. - С. 12-13.

54. Карабаницкий А.П. Теоретическое обоснование параметров энергосберегающих машинно-тракторных агрегатов: учеб. пособие / А.П. Карабаницкий, О.А. Левшукова. - Краснодар: КубГАУ, 2014. - 104 с.

55. Кривов В.Г., Гулин С.Д., Глухенко Н.В. и др. Проблема запуска двигателей строительных и дорожных машин в условиях низких температур и перспективы её решения [Текст] // Двигателестроение. - 1991. - №2 4. - С. 12-13.

56. Куликов А. Термос под капотом [Текст] // Наука и жизнь. - 1993. -№ 3. - С. 62-64.

57. Кугателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление [Текст]: справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 367 с.

58. Котенко Э.В. Разработка математической модели и методики расчёта аккумуляторов теплоты на фазовом переходе [Текст]. Автореф. канд. техн. наук / Курск. Гос. техн. ун-т. - Воронеж, 1996. - 15 с.

59. Косенков И. А. Совершенствование системы предпусковой тепловой подготовки тракторных дизелей путём использования аккумулированной энергии: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.20.03 — «Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве» / Косенков, Иван Алексеевич - Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. - Санкт-Петербург, 2011

60. Куколев М.И. Оценка эффективности использования массы теплового аккумулятора [Текст] // Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. Вып. 1 / Петрозаводск, гос. ун-т. - Петрозаводск, 1996. - С. 40-42.

61. Куколев М.И. Основы проектирования тепловых накопителей энергии [Текст]: монография / Петрозаводск, гос. ун-т. - Петрозаводск, 2001. -240 с.

62. Котов С.Д., Щёлков Е.Е. Перспективные для теплонасосных схем аккумулирующие материалы с фазовым переходом [Текст] // Известия высших учебных заведений. Энергетика. - 1989. - № 1. - С. 90-93.

63. Корнеев А.А., Тапинская О.В., Тронин В.Н. Концептуальная модель плавления и разрушения кристаллов [Текст] // Моск. инж.-физ. ин-т. - М., 1990. - 24 с.

64. Кольцов С.И., Рачковский Р.Р. Отвердение веществ [Текст] // Лен. техн. ин-т им. Ленсовета. - Л., 1987. - 40 с.

65. Квайт С.М., Менделевич Я.М., Чижков Ю.Л. Пусковые качества и системы пуска автотракторных двигателей [Текст]. - М.: Машиностроение, 1990. - 225 с.

66. Карнаухов В.Н., Резник Л., Ромалис М.; Холяко В. Эксплуатация автомобилей в особых условиях [Текст]: учеб. пособие / Тюменск. индустр. ин-т. - Тюмень, 1991. - 67 с.

67. Дружинин П.В. Система предпусковой подготовки ДВС транспортных средств [Текст] / П.В. Дружинин, А.А. Корчев, И.А. Косенков // Двигателестроение. - 2009. - № 4. - С. 15-19.

68. Косенков И.А., Дружинин П.В. Система предпусковой подготовки ДВС мобильных машин [Текст] // Сб. науч. трудов ВИТУ - СПб., 2010. -С. 30-47.

69. Ложкин В.Н. Состояние и перспективы внедрения современных природоохранных стандартов и технологий на автомобильном транспорте в России [Текст] // Экологизация автомобильного транспорта: сб. тр. Всероссийского науч.-практ. сем. / МАНЭБ. - СПб., 2003. - С. 19-27.

70. Ложкин В.Н. Теория и практика безразборной диагностики и каталитической нейтрализации отработавших газов дизелей [Текст]: дисс. ... докт. техн. наук / СПб гос. техн. ун-т. - СПб., 1994. - 444 с.

71. Ложкин В.Н., Шульгин В.В. Концепция повышения техногенно-экологической эффективности и безопасности эксплуатации автотранспорта за счёт применения тепловых аккумуляторов и каталитических конверторов.

[Текст] // Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах: сб. докл. 4-й Междунар. конф. / СПб гос. архит.- строит. ун-т. - СПб., 2000. -С. 75-78.

72. Ложкин В.Н., Шульгин В.В. Теория и практика применения тепловых аккумуляторов фазового перехода для улучшения экологических и топливно-экономических показателей автотранспортных средств [Текст] // Вопросы охраны атмосферы от загрязнений. Информационный бюллетень № 2 (22) / НПК «Атмосфера». - СПб, 2000. - С. 40-53.

73. Ложкин В.Н., Саватеев А.И., Преснов А.И. Разработка комбинированных систем термокаталитической нейтрализации и шумопоглощения выпуска отработавших газов дизельных автомобилей [Текст] // Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах: сб. докл. 4-й Междунар. конф. / СПб. гос. архит.- строит. ун-т. - СПб, 2000. - С. 79-82.

74. Лосавио Г.С. Пуск автомобильного двигателя без разогрева [Текст]. -М.: Транспорт, 1965. - 103 с.

75. Лыков А.В. Теория теплопроводности [Текст]: учеб. пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1967. - 599 с.

76. Лышко Т.П. Топливо и смазочные материалы [Текст]. - М.: Агропромиздат, 1985. - 336 с.

77. Лихтенштейн Э.Л., Манасыпов Р.Р. Математическое и физическое моделирование процессов теплообмена в аккумуляторе фазового перехода [Текст] // Изв. вузов. Строительство и архитектура. - 1988. - № 8. - С. 88-92.

78. Марков В.Ф. Термодинамика расплавленных солевых смесей [Текст]. - Киев: изд. Наукова думка, 1974. - 60 с.

79. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи [Текст]. - М.: Энергия, 1973. - 320 с.

80. Манасыпов Р.Р. Математическая модель тепловых процессов в ограждении, аккумулирующем скрытую теплоту [Текст] // Гелиотехника. -1991. - №1. - С. 68-70.

81. Макунин Ю.В., Карницкий В.В., Энглин Б.А. Пуск холодных двигателей при низкой температуре [Текст]. - М.: Машиностроение, 1971. - 216 с.

82. Неговора А.В., Байрамов Р.А. Совершенствование системы предпусковой подготовки автотракторных дизелей в условиях низких температур [Текст] // Тракторы и сельхозмашины. - 2008. - № 5. - С. 49-50.

83. Неосиловский О.Г. Улучшение показателей экономичности автомобильного дизеля за счёт регулирования его теплового состояния [Текст]: канд. дисс. - Ярославль, 1995. - 155 с.

84. Николаев Л.А., Сташкевич А.П., Захаров Н.А. Системы подогрева тракторных двигателей при пуске [Текст]. - М.: Машиностроение, 1977. - 191 с.

85. Николаев Л.А., Титов А.В., Маруев Л.Г. Система подогрева для лесозаготовительных машин [Текст] // Лесная промышленность. - 1987. - №2 11.

- С. 19-20.

86. Николаев В.В. Определение количества тепла, необходимого для подогрева двигателя зимой [Текст] // Автомобильный транспорт. - 1970. - № 7.

- С. 29-30.

87. Пасечников Н.С., Болгов И.В. Эксплуатация тракторов в зимнее время [Текст]. - М.: Россельхозиздат, 1972. - 144 с.

88. Проблема зимней эксплуатации городских автобусов решена [Текст] / В.В. Шульгин, С.Д. Гулин, С.А. Яковлев, Е.Ж. Богачёв, О.А. Барков, Л.П. Шумилов // Автомобильная промышленность. - 1988. - № 1. - С. 21-23.

89. Патент РФ №2576603. Устройство предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания / Ф.З. Габдрафиков, М.А. Абраров, И.А. Абраров, УС. Галиакберов.

90. Патент РФ №2075626 С1 МКИ 6 F 02 N 17/04. Система предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания / С.Д. Гулин, В.В. Пульгин, С.А. Яковлев (РФ). - №93041553/06; заявлено 10.08.1993, опублик. 20.03.1997, Бюл. №8.

91. Патент N° 233536 и1 Российская Федерация, МПК Б02К 19/10, Б24Н 7/04. Система предпусковой подготовки дизельного двигателя: №

2024134809: заявл. 19.11.2024: опубл. 24.04.2025 / Ф. З. Габдрафиков, Р. Д. Исламгулов, М. А. Абраров, И. А. Абраров; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Башкирский государственный аграрный университет».

92. Патент РФ №2150603 С1 МКИ 7F 02N 17/00. Тепловой аккумулятор фазового перехода / В.В. Шульгин, С.Д. Гулин, С.А. Яковлев (РФ). -№98121746/06; заявлено 01.12.1998; опублик. 10.06.2000, Бюл. №16.

93. Пехович А.Ш. Жидких В.М. Расчёты теплового режима твёрдых тел [Текст]. - Л.: Энергия, 1996. - 352 с.

94. Петриченко Р.М. Система жидкостного охлаждения быстроходных двигателей внутреннего сгорания [Текст]. - Л.: Машиностроение, 1985. - 224 с.

95. Подогреватель жидкостный 158106 и его модификации: руководство по эксплуатации. - Ржев: Элтра-Термо, 2007. - 40 с.

96. Прикладная специальная гидроаэродинамика [Текст] / П.П. Кульман, В.К. Аверьянов, К.М. Штейнберг. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1998. - 672 с.

97. Розен Б., Хупер С., Барбарик С. Энергетический анализ замкнутых теплоаккумулирующих систем [Текст] // Современное машиностроение. Серия А. - 1998. - №7. - С. 123-131.

98. Резник Л.Г. Научные основы приспособленности автомобилей к условиям эксплуатации [Текст]: Автореф. ... докт. техн. наук // МАДИ. - М., 1989. - 33 с.

99. Суранов Г.И. Предпусковая подготовка двигателя зимой [Текст] // Автомобильный транспорт. - 1987. - №3. - С. 28-31.

100. Суранов Г.И., Кац Ф.Ф., Мильман В.М. Линия предпускового разогрева двигателей лесотранспортных машин [Текст] // Лесная промышленность. - 1976. - № 2. - С. 19-20.

101. Розен Б., Хупер С., Барбарик С. Энергетический анализ замкнутых теплоаккумулирующих систем [Текст] // Современное машиностроение. Серия А. - 1998. - № 7. - С. 123-131.

102. Суранов Г.И. Предпусковая подготовка двигателя зимой [Текст] // Автомобильный транспорт. - 1987. - № 3. - С. 28-31.

103. Суранов Г.И., Кац Ф.Ф., Мильман В.М. Линия предпускового разогрева двигателей лесотранспортных машин [Текст] // Лесная промышленность. - 1976. - № 2. - С. 19-20.

104. Системы подготовки двигателей экскаваторов и кранов к запуску при низких температурах [Текст] / В.А. Карепов, А.И. Хороп // Строительное, дорожное и коммунальное машиностроение. - Вып. 1. - М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1991. - 52 с.

105. Семёнов Н.В. Эксплуатация автомобилей в условиях низких температур [Текст]. - М.: Транспорт, 1993. - 190 с.

106. Срывалин И.Т. К термодинамике металлических и солевых расплавов [Текст]: автореф. ... докт. техн. наук // Урал. политех. ин-т. -Свердловск, 1965. - 22 с.

107. Саватеев А.И. Модификации систем выпуска отработавших газов пожарных автомобилей разогреваемыми каталитическими конверторами [Текст]: автореф. ... канд. техн. наук / Ун-т МВД России. - СПб., 2002. - 25 с.

108. Суранов Г.И. Уменьшение износа автотракторных дизелей при пуске [Текст]. - М.: Колос, 1982. - 144 с.

109. Справочник химика [Текст]. Том 1 / Гл. редактор Б.П. Никольский. -3-е изд., исправленное. - Л.: Химия, 1971. - 1072 с.

110. Справочник химика [Текст]. Том 2 / Гл. редактор Б.П. Никольский. -3-е изд., исправленное. - Л.: Химия, 1971. - 1168 с.

111. Тайц В.Г., Новиков В.И., Беркут И.А. Опыт эксплуатации пусковых подогревателей на БАМу [Текст] // Строительные и дорожные машины. - 1979. - № 6. - С. 25-27.

112. Трактор МТЗ-82. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - Минск: Минский тракторный завод, 1987. - 197 с.

113. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент [Текст]. Справочник / Под общ. ред. чл.-корр. РАН А.В. Клименко

и проф. В.М. Зорина. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство МЭИ, 2001. - 564 с.: ил.

114. Теплофизические основы применения теплоаккумулирующих материалов с фазовым переходом [Текст] / И.Н. Зсядько, Г.Н. Кононенко, Р. Махмудов, В.И. Моисеев // Строительные материалы, изделия и санитарная техника: Республиканский межведомственный научно-технический сборник. Вып. №12. - Киев: Будивэльнык, 1989. - С. 78-81.

115. Тепловой расчёт аккумуляторов теплоты на фазовом переходе [Текст] / Ю.М. Лукашов, Б.З. Токарь, Э.В. Котенко, М.Е. Шеленков. - Тез. докл. науч.-техн. конф. / Курск, политехн. ин-т. - Курск, 1994. - С. 148-152.

116. Тракторные дизели [Текст]: справочник / Б.А. Взоров, А.В. Адамович, А.Г. Арабян и др.; под общ. ред. Б.А. Взорова. - М.: Машиностроение, 1981. - 535 с.

117. Тышкевич Л.Н., Журавский Б.В. Исследование тепловых процессов аккумуляторной батареи при эксплуатации автомобиля в условиях низких отрицательных температур [Электронный ресурс] // Вестник СибАДИ. 2017. №6 (58). URL: https://cyberleninka.rU/article/n/issledovanie-teplovyh-protsessov akkumulyatornoy-batarei-pri-ekspluatatsii-avtomobilya-v-usloviyah-nizkih-otritsate lnyh-temperat (дата обращения: 04.06.2023).

118. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение [Текст]: справочник / И.Г. Анисимов, К.М. Батышева, С.А. Бнатов и др. - Под ред. В.М. Школьникова. Изд. 3-е перераб. и доп. - М.: Техинформ, 1999. - 596 с.

119. Устройство облегчения пуска автомобильного двигателя: паспорт, инструкция по эксплуатации. МТА.381.ТА1.040.000И1. - Николаев, 2007. -18 с.

120. Устройство, техническое обслуживание и ремонт жидкостных подогревателей и воздушных отопителей / Ю.К. Филиппов, Р.Н. Гиниятуллин, В.А. Токарев, Н.А. Шерстнёв, В.А. Булдаков, П.Г. Кудрин, Р.Л. Латфуллин, Г.Н. Набиев. - Набережные Челны: КамАЗтехобслуживание, 2005. - 499 с.

121. Тимохин, Уханов Повышение эффективности работы тракторных дизелей на холостом ходу

122. Численное моделирование оптимального теплового аккумулятора на фазовом переходе [Текст] / О.В. Дихтиевский, Г.В. Конохов, О.Г. Мартыненко, И.Ф. Юревич // Инженерно-физический журнал. - 1991. - Т. 61, № 5. - С. 749755.

123. Шульгин, В. В. Теория и практика применения в автотранспортных средствах тепловых аккумуляторов фазового перехода: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук: 05.22.10 - «Эксплуатация автомобильного транспорта» / Шульгин, Василий Валентинович - Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. - Санкт-Петербург, 2004. - 501 с.

124. Control system for pre-start heating of a diesel engine / F. Gabdrafikov, U. Galiakberov, E. Gaysin [et al.] // Journal of Engineering and Applied Sciences. -2018. - Vol. 13, No. S11. - P. 8836-8842. - DOI 10.3923/jeasci.2018.8836.8842.

125. Министерство сельского хозяйства Республики Башкортостан. Новости // Официальный сайт Министерства сельского хозяйства Республики Башкортостан. — Режим доступа: https://agriculture.bashkortostan.ru/presscenter/news/743827/

126. Оборин М. С. Тенденции развития рынка труда и занятости сектора сельского хозяйства России // Вестник экономики и управления. — 2022. — (электронный ресурс) — доступно на CyberLeninka: Тенденции развития рынка труда и занятости сектора сельского хозяйства России.

127. Пронин В.М., Прокопенко В.А. Технико-экономическая оценка эффективности сельскохозяйственных машин и технологий по критерию часовых эксплуатационных затрат. - М.: ООО «Столичная типография». 2008. -162 с.

128. Гафуров, И.Д. Методика сравнительной технико-экономической оценки машинно-тракторных агрегатов при разработке системы машин / И.Д. Гафуров, И.Т. Бакиев, М.А. Антонов // Фундаментальные основы научно-

технической и технологической модернизации АПК (ФОНТиТМ-АПК-13) : материалы Всерос. науч.-практ. конф. / Башкирский ГАУ - Уфа, 2013. - Ч. 1. - С. 90-96.

129. Лиханов В. А. Теория планирования эксперимента для улучшения эксплуатационных показателей дизеля // Улучшение эксплуатационных показателей двигателей внутреннего сгорания: материалы XVIII Международной научно-практической конференции «Наука - Технология -Ресурсосбережение», посвящённой 95-летию со дня образования Вятского ГАТУ (Киров, 3 февраля 2025 г.). - Киров: Вятский ГАТУ, 2025. - С. 187-195.

130. Лиханов В. А., Кузнецовский Д. В. Улучшение характеристик сгорания и выбросов в дизельном двигателе с использованием биодизельного топлива, смешанного с наночастицами ТЮг, при различных давлениях впрыскивания // Вестник Вятского ГАТУ. - 2024. - Т. 4, №№ 22. - С. 17-42. - ISSN 2686-7729.

131. Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору. Руководство по безопасности "Расчетные соотношения и методики расчёта гидродинамических и тепловых характеристик элементов и оборудования ядерных энергетических установок с жидкометаллическим теплоносителем" (РБ-075-12). — Москва : ФБУ «НТЦ ЯРБ», 2012. — 113 с.

132. ScienceDirect. Engine preheating under real-world subfreezing conditions provides mixed results [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261923011698

133. Shahbakhti M., Gholami M. Internal combustion engine cold-start efficiency: A review of the literature // Energy. - 2014. - Vol. 68. - P. 295-307. -DOI: 10.1016/j.energy.2014.01.067.

134. G<?ca M. J., Radica G. Effect of compression ignition engine preheating on its performance under cold start conditions // Combustion Engines. - 2022. - Vol. 188 (1). - P. 7-12. - DOI: 10.19206/CE-141277.

135. Wu Y., Li Z., Zhang H., Zhang R. Effects of cold start control strategy on cold start performance of the diesel engine based on a comprehensive preheat

diesel engine model // Applied Thermal Engineering. - 2017. - Vol. 125. - P. 1163— 1172. - DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2017.07.041.

136. FleetOwner. Pre-heating benefits [Электронный ресурс]. - Режим доступа:

https://www.fleetowner.eom/operations/maintenance/article/21703892/pre-heating-benefits

137. FlowVision. Система моделирования движения жидкости и газа. Версия 2.5.4: руководство пользователя. - Москва: ООО «ТЕСИС», 1999-2008. - 285 с.

138. Natural Resources Canada. Heaters Save Fuel and Help the Environment [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://oee.nrean.ge.ea/transportation/idling/artieles/heaters.efm

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Регрессионная зависимость температуры двигателя от времени прогрева

Х0(..) Х0 ( 1)

2 1 2 3 Р С

0 . 8 -8 . 8 -7 . 8 -8 . 6 -8. 270 -8 . 400

2.2 6. 3 6.2 6.6 6. 554 6 . 367

3 . 1 15 .7 15 . 1 14 . 9 14 .90 15 . 23

4.3 26 . 8 23 . 9 25 24 .74 25 . 23

6 . 4 38 . 8 38 . 5 37 . 6 38 .79 38 .30

7 . 9 46 .5 46. 8 46 46 .71 46 . 43

8 . 6 51 . 4 48 . 6 49 . 3 49 .88 49 . 77

10.2 56 . 9 56. 5 57 . 2 56 .06 56 .87

11.2 58 . 8 58 . 7 59 . 6 59 .24 59 . 03

12 .1 62 .2 61. 4 59 . 9 61 .72 61 . 17

13 .8 65 64 . 9 65 . 8 65 .54 65 . 23

15.5 68 . 1 70. 5 68 . 2 68 .44 68 . 93

16.1 69 . 8 71. 8 68 . 9 69 .29 70 . 17

17 .6 69 . 6 72 70. 1 71 .05 70 . 57

18 70 .3 72 . 1 71. 5 71 .45 71 .30

20.3 73 . 6 73 . 1 73 73 .29 73 . 23

21.2 73 . 9 73 . 9 73 . 5 73 .83 73 . 77

22.4 74 .3 74. 1 74. 5 74 .42 74 .30

23.8 74 . 9 75 . 2 75 74 .96 75 . 03

24.2 75 .2 75 . 2 75 . 1 75 .09 75 . 17

Х0(1)- Время, мин Х0(2)- Температура, С

Количество первообразных переменных..................................................2

Количество повторностей..........................................................................3

Количество опытов......................................................................................20

Количество наблюдений..............................................................................60

Количество коэффициентов регрессии,включая свободный член... 5

Вид уравнения регрессии: Х0(1)=В1+В2*Х0(2)+В3*Х0(2)Л2+В4*Х0(2)Л3+В5*Х0 (2)л4

КОЭФФИЦИЕНТЫ СТАНДАРТНАЯ КРИТЕРИЙ ЧАСТНЫЕ УРОВЕНЬ

РЕГРЕССИИ ОШИБКА СТЬЮДЕНТА КОЭФФИЦИЕНТЫ ЗНАЧИМОСТИ

КОРРЕЛЯЦИИ (не менее)

В1=-17.83050308 - С в о б о д н ы й ч л е н

В2= 12.47607956 0.347284 35.92475 0.9793 0.000

В3=-0.669773905 0.055466 12.07542 -0.8521 0.000

В4= 0.017157161 0.003284 5.224998 0.5759 0.000

В5=-0.000174689 0.000064 2.711716 -0.3434 0.009

Дисперсионный анализ

Источник изменчивости Число степеней свободы Сумма квадратов Средний квадрат Критерий Фишера Уровень значимости (ниже)

2...5 4 36409.211 9102.3027 13376.56 0 00Е+00

Остаток 55 37. 425651 0 6804664

Неадекватность 15 9 .4189847 0 6279323 0.896833 0 573144

Ошибка 40 28.006667 0 7001667

Сумма 59 36446.637

Проверка однородности дисперсий

Критерий Значение Число степеней свободы Уровень значимости

Кохрена Бартлетта 0.157343 35 .85641 2, 20 19 0.773377 0.010992

Множественный коэффициент корреляции R=0.99948 6 Коэффициент детерминации R2=0.998973

Производственные исследования

—рждаю» Генеральный директор

ООО М'ГК "Башсельхозтехни -V ><&>,-, «■■ . ■ Шайхетдинов Ф

«22

У

2025 г.

верждаю» ектор по научной и вационной деятельности .В. Чудов 2025 г.

АКТ

внедрения результатов научных исследований

Мы, нижеподписавшиеся, представители ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ, сотрудники кафедры теплоэнергетики и физики - д-р. техн. наук, доцент Габдрафиков Ф.З., аспирант Исламгулов Р.Д. и ООО МТК "Башсельхозтехника", в лице генерального директора Шайхегдинова Ф.Р. составили настоящий акт о том, что в ходе проведения научно-исследовательских работ были выполнены следующие виды работ:

1. Разработана конструктивная схема и обоснованы параметры системы предпусковой тепловой подготовки дизельного двигателя на базе теплового аккумулятора фазового перехода.

2. Выполнены сравнительные полевые эксперименты на базе трактора МТЗ-82 при выполнении работ по очистке снега в феврале 2025 г.

Испытания выполнены на площади 0,25 га.

Результаты испытаний показали, что использование системы предпусковой тепловой подготовки машинно-тракторного агрегата способствуют уменьшению расхода топлива при прогреве двигателя, что способствует увеличению эксплуатационной эффективности агрегата. Расход топлива на прогрев штатного двигателя без тепловой подготовки составил 1580 гр., а при использовании тепловой подготовки расход снизился на 575,9 гр., при выражении в процентах составило 36,5%.

Внедрение в производство системы предпусковой теШ10В01 подготовки двигателя на основе теплового аккумулятора с вещество\ фазового перехода экономически обосновано - экономический эффекг составил 10536 рублей за 30 дней использования.

Испытания показали, что разработанная система предпусково? тепловой подготовки с тепловым аккумулятором фазового перехода вполне работоспособна.

Представители ООО МТК "Башсельхозтехника":

1[редставители ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ:

Доцент, д-р. техн. наук Аспирант

Габдрафиков Ф.З. Исламгулов Р.Д.

«Утверждаю» ИП ГКФХ Хамадиев Ф.Г.

ерждаю»

Хамадиев Ф.Г.

тж '-К^Л

«/с ».

по научной и ной деятельности И.В. Чудов 2025 г.

АКТ

внедрения результатов научных исследований

Мы, нижеподписавшиеся, представители ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ, сотрудники кафедры теплоэнергетики и физики - д-р. техн. наук, доцент Габдрафиков Ф.З., аспирант Исламгулов Р.Д. и ИП ГКФХ Хамадиев Ф. Г., в лице Хамадиева Ф. Г. составили настоящий акт о том, что в ходе проведения научно-исследовательских работ были выполнены следующие виды работ:

1. Разработана конструктивная схема и обоснованы технико-конструктивные параметры системы предпусковой тепловой подготовки дизельного двигателя на базе теплового аккумулятора фазового перехода.

2. Выполнены сравнительные эксперименты на базе трактора Белорус-1221 при выполнении работ по перевозке грузов с 1 ноября 2023 г. по 1 марта 2024 г.

Результаты испытаний показали, что использование системы предпусковой тепловой подготовки машинно-тракторного агрегата способствуют уменьшению времени прогрева двигателя, уменьшению расхода топлива на прогрев, увеличению рабочих часов в смене, что способствует повышению эффективности эксплуатации агрегата. Время прогрева двигателя с использованием системы предпусковой тепловой подготовки уменьшилось на 30 процентов ежесменно.

Экономический эффект составил 23000 рублей за 100 рабочих смен.

«Утверждаю» Технический директор 0< ир-Агроинвест'

Чарочкин Д.А.

«¿-5» и/СНА 2025 г.

АКТ

внедрения результатов научных исследований

Мы, нижеподписавшиеся, представители ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ, сотрудники кафедры теплоэнергетики и физики - д-р. техн. наук, доцент Габдрафиков Ф.З., аспирант Исламгулов Р.Д. и ООО "Башкир-Агроинвест", в лице технического директора Чарочкина Д.А. составили настоящий акт о том, что в ходе проведения научно-исследовательских работ были выполнены следующие виды работ:

1. Разработана конструктивная схема и обоснованы параметры системы предпусковой тепловой подготовки дизельного двигателя на базе теплового аккумулятора фазового перехода.

2. Выполнены сравнительные эксперименты на базе трактора МТЗ-80 при выполнении работ по перевозке грузов в декабре 2024 г.

Испытания проводились в течение 12 часов.

Результаты испытаний показали, что использование системы предпусковой тепловой подготовки машинно-тракторного агрегата способствуют уменьшению времени прогрева двигателя, что способствует увеличению эксплуатационной эффективности агрегата. Время прогрева двигателя без использования системы предпусковой тепловой подготовки составило 24,5 минут, а при использовании системы тепловой подготовки составило 15,1 минуту.

Испытания показали, что разработанная система предпусковой тепловой подготовки с тепловым аккумулятором фазового перехода вполне работоспособна.

Представители

ООО "Башкио-Агооинвест"

Представители ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ:

Доцент, д-р. техн. наук Аспирант

Габдрафиков Ф.З. Исламгулов Р.Д.

российская федерация

(19)

ни

(II)

233 536(13) и1

(51) МПК ЯШ 19/10 (2010.01) Р24Н 7/04 (2006.01)

федеральная служба по интеллектуальной собственности

<0

СО

ю

со со «м

С2) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ

(52) спк

Р(Ш19/10 (2025.01); Р24Н 7/04 (2025.01)

(21)(22) Заявка: 2024134809, 19.11.2024

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

19.11.2024

Дата регистрации:

24.04.2025

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 19.11.2024

(45) Опубликовано: 24.04.2025 Бюл. № 12

Адрес для переписки:

450001, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34, ФГБОУ ВО "Башкирский государственный аграрный университет", НИЧ

(72) Автор(ы):

Габдрафиков Фаниль Закариевич (ЫЩ Исламгулов Радмир Дамирович (Яи), Абраров Марсель Альмирович (1Ш), Абраров Ильнур Альмирович (1Ш)

(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный аграрный университет" 0Ш)

(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Ни 2755235 С2,14.09.2021.1Ш 2506503 С1,10.022014. ЕР 2500540 А1, 19.09.2012. СИ 203730199 и, 23.07.2014. Ш 4286141 А, 25.08.1981.

Я С

го со со <л со ст>

(54) УСТРОЙСТВО ДНЯ ПРЕДПУСКОВОЙ ТЕПЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТЕПЛОВЫМ АККУМУЛЯТОРОМ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ НАГРЕВАТЕЛЕМ

(57) Реферат:

Полезная модель относится к области теплотехники, а именно к системам, предназначенным для достижения и поддержания предпусковых температурных условий двигателей внутреннего сгорания при эксплуатации в условиях низких температур окружающей среды, и может быть использована для подогрева двигателя внутреннего сгорания до температуры, комфортной для запуска. Тепловой аккумулятор

содержит корпус с теплоизоляцией и теплоаккумулирующим материалом фазового перехода, внутри которого расположен электрический нагреватель в слое теплоизоляции. Такой технический результат достигается тем, что электронагреватели включают подогрев в нужные моменты времени и определенные температурные режимы окружающей среды.

э £

Стр.: 1

К и 233 536 Ш

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к системам, предназначенным для достижения и поддержания предпусковых температурных условий двигателей внутреннего сгорания при эксплуатации в условиях низких температур окружающей среды.

5 Из существующего уровня техники известно устройство для подогрева двигателя внутреннего сгорания со штатным приводом циркуляции теплоносителя, содержащее подключенный к системе охлаждения тепловой аккумулятор, дополнительный привод циркуляции (№ 21900121. МПК Б02Ы 17/06, опубл. 27.09.2002 г.).

Недостатками данного технического решения являются ограниченность режимов ю управления и низкая эффективность использования накопленного тепла.

Наиболее близким к заявленному техническому решению и выбранным в качестве прототипа является устройство предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания (Ш 2576603 С1, опубл. 10.03.2016 г.).

Недостатками прототипа являются отсутствие дополнительного нагрева теплового 15 аккумулятора, ограниченность режимов работы системы, самоактивация вещества фазового перехода при длительном хранении, малая продолжительность срока хранения тепловой энергии.

Технической задачей полезной модели является обеспечение возможности дополнительного нагрева теплового аккумулятора, исключение самоактивации вещества 20 фазового перехода при длительном хранении, увеличение продолжительности срока хранения тепловой энергии и снижение расхода топлива двигателя внутреннего сгорания.

Техническая задача достигается тем. что в устройстве для предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания с тепловым аккумулятором и электрическим нагревателем, содержащим подключенные к системе охлаждения тепловой аккумулятор, 25 привод циркуляции теплоносителя с блоком управления, датчиками температуры теплоносителя внутри теплового аккумулятора, на входе и на выходе из двигателя, датчиком температуры окружающей среды, отличающемся тем. что внутри вакуумной теплоизоляции теплового аккумулятора смонтирован электрический нагреватель, подключенный к электронному блоку управления, выполненному с возможностью зо изменять производительность дополнительного привода циркуляции теплоносителя на основании показаний датчиков температуры.

Фиг. 1 - схема устройства предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания.

Устройство для предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания 35 с тепловым аккумулятором и электрическим нагревателем содержит подключенные к системе охлаждения тепловой аккумулятор 1, привод циркуляции 2 теплоносителя с блоком управления 3, датчиками температуры 4 теплоносителя внутри теплового аккумулятора 1, датчик температуры теплоносителя на входе 5 и датчик температуры теплоносителя на выходе 6 из двигателя 7, датчик температуры окружающей среды 8, м датчик температуры 9 на термостате 10, соединенным с радиатором системы охлаждения 11. Тепловой аккумулятор 1 включает в себя корпус с вакуумной теплоизоляцией 12 и капсулы с веществом фазового перехода 13. Внутри вакуумной теплоизоляции 12 теплового аккумулятора 1 смонтирован электрический нагреватель 14, подключенный к электронному блоку управления 3, выполненному с возможностью изменять 45 производительность привода циркуляции 2 теплоносителя на основании показаний датчиков температуры 5, 6 с помощью гидрораспределителя 15 с возможностью циркуляции через отопитель салона 16 и штатный привода циркуляции 17.

Устройство работает следующим образом.

Стр.: 3

К и 233 536 Ш

Предлагаемое устройство предпусковой тепловой подготовки двигателя в период эксплуатации функционирует в трех режимах: режим накопления теплоты (зарядка), режим хранения накопленной теплоты и режим разогрева двигателя (разрядка).

Горячий теплоноситель подается в тепловой аккумулятор 1 и, проходя по нему, 5 отдает теплоту тепловому аккумулятору 1. Во избежание контакта теплоты с

окружающей средой дополнительно установлена теплоизоляция 12. Электрический нагреватель 14 включается в зависимости от режима работы двигателя, получая сигнал от блока управления.

Перед включением режима разрядки, электрический нагреватель 14 нагревает ю тепловой аккумулятор 1 до определенной температуры, с целью подготовить вещество фазового перехода к работе.

Режим зарядки. При достижении двигателем рабочего теплового режима (до открытия клапана термостата 10) датчик температуры 9, расположенный на термостате 10, подает сигнал на электронный блок 3, который после обработки сигнала подает сигнал на 15 гидрораспределитель 15, тем самым направляя поток горячего теплоносителя, создаваемый штатным приводом циркуляции теплоносителя 17, через тепловой аккумулятор 1. Процесс зарядки продолжается до тех пор. пока показания с датчика температуры 7 на выходе из блока двигателя внутреннего сгорания 6 не сравняется с показаниями датчика температуры 4 внутри теплового аккумулятора 1. В случае 20 повышения значения температуры двигателя выше рабочего диапазона происходит увеличения расхода теплоносителя через тепловой аккумулятор 1 за счет дополнительного привода циркуляции теплоносителя 2, при дальнейшем росте температуры двигателя регулирование температуры происходит в штатном режиме за счет термостата 10 и радиатора охлаждения 11. 25 Режим хранения. При режиме хранения (не работающем двигателе внутреннего сгорания) электронный блок управления 3 подает сигнал на гидрораспределитель 15, тем самым закрывает канал, идущий к тепловому аккумулятору 1, исключая явление термосифонной конвекции.

Для избежания кристаллизации теплоаккумулирующего материала, при остывании зо теплового аккумулятора 1 до температуры 40°С, электрический нагреватель 14 включается и поддерживает температуру не ниже 39°С.

Режим разрядки. Перед пуском двигателя внутреннего сгорания электронный блок управления 7 подает сигнал на включение дополнительного привода циркуляции теплоносителя 10 и на гидрораспределитель 15, приводящий к циркуляции теплоносителя 35 через тепловой аккумулятор 1. до тех пор. пока температура на выходе из теплового аккумулятора 1 не станет равной температуре на выходе из двигателя. Электронный блок управления 3 способен изменять расход теплоносителя для более эффективного забора тепла из теплового аккумулятора 1 в зависимости от показаний датчиков температур 4 и 8.

м Горячий теплоноситель подается в тепловой аккумулятор 1 и. проходя по нему, отдает теплоту капсулам с веществом фазового перехода 13. Во избежание контакта теплоты с окружающей средой дополнительно установлена теплоизоляция 12. Электрический нагреватель 14 включается в зависимости от режима работы двигателя 7. получая сигнал от блока управления 3. 45 Перед включением режима разрядки, электрический нагреватель 14 нагревает

тепловой аккумулятор 1 до определенной температуры, с целью подготовить вещество фазового перехода к работе.

Возможность дополнительного нагрева теплового аккумулятора, исключение

Стр.: 4

1Ш 233 536 Ш

самоактивации капсул с веществом фазового перехода при длительном хранении, увеличение продолжительности срока хранения тепловой энергии и снижение расхода топлива двигателя внутреннего сгорания обеспечивается за счет работы датчиков температуры и блока управления, которые подают сигнал на электрический нагреватель, 5 тем самым активируя его.

Заявленное устройство предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания будет иметь дополнительный нагрев от электронагревателя, получающего энергию от аккумулятора двигателя внутреннего сгорания и дополнительных команд в блоке управления системой. ю Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение времени сохранения тепловой энергии внутри теплового аккумулятора и снижение расхода топлива двигателя внутреннего сгорания.

(57) Формула полезной модели /5 Устройство для предпусковой тепловой подготовки двигателя внутреннего сгорания с тепловым аккумулятором и электрическим нагревателем, содержащее подключенные к системе охлаждения тепловой аккумулятор, привод циркуляции теплоносителя с блоком управления, датчиками температуры теплоносителя внутри теплового аккумулятора, на входе и на выходе из двигателя, датчиком температуры окружающей среды, отличающееся тем. что внутри вакуумной теплоизоляции теплового аккумулятора смонтирован электрический нагреватель, подключенный к электронному блоку управления, выполненному с возможностью изменять производительность дополнительного привода циркуляции теплоносителя на основании показаний датчиков температуры.

45

Стр.: 5