Гамаюнов П. П., Алексеев С. А., Игитов Ш. М., Балберов Р. В. Математическое моделирование тепловых процессов в системе предпускового подогрева ДВС с использованием композитного материала // Научная жизнь. 2023. Т. 18. Вып. 2 (128)

Гамаюнов Павел Петрович, д-р техн. наук, профессор, ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.»: Россия, 410054, Саратовская обл., г. Саратов, ул. Политехническая, 77.
Алексеев Сергей Александрович, канд. техн. наук, доцент, ФГБОУ ВО «Саратовский государственный университет генетики, биотехнологии и инженерии им. Н. И. Вавилова»: Россия, 410012, Саратовская обл., г. Саратов, пр-кт им. Петра Столыпина, зд. 4, стр. 3.
Игитов Шамиль Магомедович, канд. техн. наук, доцент, Махачкалинский филиал ФГБОУ ВО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет»: Россия, 368015, Республика Дагестан, г. Махачкала, проспект им. И. Шамиля, 1 г.
Балберов Роман Владимирович, аспирант ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.»: Россия, 410054, Саратовская обл., г. Саратов, ул. Политехническая, 77.

Тел.: (845-2) 99-87-53
E-mail: gamaunovv@yandex.ru

Система подогрева моторного масла – это один из важнейших компонентов, который необходим любому ДВС при эксплуатации в условии низких температур. При достижении определенной температуры масло становится более жидким и может эффективнее выполнять свои функции, такие как смазка двигателя и охлаждение его деталей. Однако, бывают случаи, когда работа двигателя начинается при низких температурах, что препятствует надлежащей работе двигателя. В таких случаях требуется эффективное устройство для быстрого нагрева моторного масла. Для достижения этой цели применяется предпусковой подогреватель ДВС с нагревательным элементом в виде пластины на основе композитного материала, размещаемую в поддоне картера ДВС. Этот материал, в отличие от многих других, обладает высокой теплопроводностью и тепловым излучением, что позволяет достичь высокой производительности нагрева масла. Для моделирования процесса теплопередачи в системе подогрева моторного масла использовалась компьютерная симуляция с применением двухмерной модели. Модель состоит из трех основных блоков: поддон картера, нагревательная пластина на основе композитного материала и моторное масло, находящееся внутри поддона картера. При моделировании рассматриваются следующие параметры: тепловой поток, выделяемый нагревательной пластиной; теплообмен между маслом и пластиной; теплопередача между маслом и поддоном картера; теплоотдача от поддона картера в окружающую среду; Для расчета тепловых потоков используются формулы теплообмена, а для моделирования граничных условий – теплопроводность. Получаемые данные позволят определять оптимальный размер и расположение нагревательного элемента (пластины), а также выбрать оптимальный материал для ее производства. Моделирование процесса теплопередачи и ее математическое описание в системе подогрева моторного масла с использованием нагревательной пластины на основе композитного материала позволяет достичь оптимальной производительности системы. Кроме того, это дает результаты, на основе которых есть возможность существенно снизить затраты на энергию и улучшить экологическую оценку ДВС.

Список литературы:

1. Gamaunov P., Gamaunov A., Balberov R., & Fomin S. Development of a method and tools for studying the efficiency of the engine pre-start heater // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. – 2022. – № 17 (13). – Pp. 1370-1374. – Retrieved from: www.scopus.com

2. Денисов А. С., Шишкин С. А. Анализ вариантов предпусковой прокачки системы смазки ДВС // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин: сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т (Саратов) ; ред. А. С. Денисов. – Саратов: СГТУ, 2005. – С. 94-96.
3. Балберов Р. В. Теоретическое обоснование математической модели процесса подогрева моторного масла в поддоне картера двигателя внутреннего сгорания // Научная жизнь. – 2022. – Т. 17, Вып. 4. – С. 585-591
4. Гамаюнов П. П., Балберов Р. В. Предпусковой подогрев двигателя с помощью современных технических средств / Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы организации автомобильных перевозок, безопасности движения и эксплуатации транспортных средств. 2019 г. – 7 с.
5. Николаев Л. А., Сташкевич А. П. Системы подогрева тракторных дизелей при пуске. – М.: «Машиностроение», 2000. – 263 с.
6. Охотников Б. Л. О-93 Эксплуатация двигателей внутреннего сгорания: учебное пособие. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. – 140 с.
7. Буторин В. Ф., Черменина Е. А., Анисимов И. А. Работа двигателей в условиях низких температур. Анализ методов прогрева // Вестник СибАДИ. – 2009. – Вып. 3 (13),
8. Chalet D. et al. Nodal modelling for advanced thermal-management of internal combustion engine // Applied energy. – 2017. – Т. 190. – С. 99-113.
9. Lu Y. et al. Analysis of thermal temperature fields and thermal stress under steady temperature field of diesel engine piston // Applied thermal engineering. – 2017. – Т. 113. – С. 796-812.
10. Козлов А. А., Ахтулов А. Л., Прокопенко Н. И. Математическая модель процессов предпусковой подготовки и пуска дизельного двигателя с учетом индукционного подогрева впускного воздуха // Вестник транспорта Поволжья. – 2019. – № 3. – С. 81-85.
11. Bocharova O. A., Murygin A. V., Tynchenko V. S., Kurashkin S. O., Bocharov A. N. and Petrenko V. E. Simulation of electromagnetic and thermal processes during induction heating of pipelines in Elcut 5.1 / IOP Conference Series: Materials and Engineering 1047 012046 DOI: 10.1088/1757-899X/1047/1/012046
12. Yuanwang D., Huawei L., Xiaohuan Zh., Jiaqiang E., Jianmei Ch. Effects of cold start control strategy on cold start performance of the diesel engine based on a comprehensive preheat diesel engine model // Applied Energy Volume 210, 15 January 2018, Pages 279-287
13. Mohammad Hemmat Esfe, Saeed Esfandeh, Ali Akba rAbbasian Arani / Proposing a modified engine oil to reduce cold engine start damages and increase safety in high temperature operating conditions // Powder Technology Volume 355, October 2019, Pages 251-263.

MATHEMATICAL MODELING OF THERMAL PROCESSES IN THE ENGINE PREHEATING SYSTEM USING COMPOSITE MATERIAL

Gamayunov Pavel Petrovich, Dr. of Tech. Sci., Prof., Saratov State Technical University named after Gagarina Yu.A., Saratov, Russia.
Alekseev Sergey Alexandrovich, Cand. of Tech. Sci., Ass. Prof., Saratov State University of Genetics, Biotechnology and Engineering named after N.I. Vavilova, Saratov, Russia.
Igitov Shamil Magomedovich, Cand. of Tech. Sci., Ass. Prof., Makhachkala branch of the Moscow Automobile and Road State Technical University, Makhachkala, Russia.
Balberov Roman Vladimirovich, postgraduate of the Saratov State Technical University named after Gagarina Yu.A., Saratov, Russia.

Keywords: heating system, heating capacity, heat balance, mathematical modeling.

Abstract. The engine oil heating system is one of the most important components that any internal combustion engine needs when operating at low temperatures. When a certain temperature is reached, the oil becomes more liquid and can perform its functions more efficiently, such as lubricating the engine and cooling its parts. However, there are cases when the engine starts at low temperatures, which prevents the proper operation of the engine. In such cases, an efficient device for rapid heating of the engine oil is required. To achieve this goal, an internal combustion engine preheater with a heating element in the form of a plate based on a composite material placed in the sump of the internal combustion engine is used. This material, unlike many others, has high thermal conductivity and thermal radiation, which makes it possible to achieve high oil heating performance. To simulate the heat transfer process in the engine oil heating system, a computer simulation using a two-dimensional model was used. The model consists of three main blocks: a sump pan, a heating plate based on a composite material and engine oil located inside the sump pan. When modeling, the following parameters are considered: heat flow generated by the heating plate; heat exchange between oil and plate; heat transfer between oil and sump pan; heat transfer from the sump pan to the environment; heat transfer formulas are used to calculate heat flows, and thermal conductivity is used to model boundary conditions. The data obtained will allow determining the optimal size and location of the heating element (plate), as well as choosing the optimal material for its production. Modeling of the heat transfer process and its mathematical description in the engine oil heating system using a heating plate based on a composite material makes it possible to achieve optimal system performance. In addition, it gives results on the basis of which it is possible to significantly reduce energy costs and improve the environmental assessment of the internal combustion engine.