Тепловой баланс двигателя

Распределение теплоты, вводимой в двигатель с топливом, на по­лезно используемую и уходящую на различные потери, называется внешним тепловым балансом. Внешний тепловой баланс определяет­ся опытным путем и выражается в абсолютных или относительных величинах его составляющих.

В абсолютных величинах уравнение теплового баланса имеет следу­ющий вид

где: Q - общее количество теплоты, введенное в двигатель с топли­вом за определенный отрезок времени; Q _е - количество теплоты, перешедшее в эффективную работу; Q _охл - количество теплоты, передаваемое охлаждающей жидкости; Q _м - количество теплоты, передаваемое в смазочный материал; Q _газ - потери теплоты в отра­ботавших газах; Q _нс - потери теплоты вследствие неполноты сгора­ния топлива; Q _ост - остаточные потери теплоты, не учтенные оста­льными составляющими теплового баланса.

Общее количество теплоты Q определяется по низшей тепло­творной способности топлива Н _ии его часовому расходу G _т: .

Количество полезно используемой теплоты, эквивалентное эффективной работе двигателя за 1 ч, определяется по формуле .

Потери теплоты в охлаждающей жидкости определяются формуле

Где: с _охл - теплоемкость охлаждающей жидкости; G _охл - расход охлаждающей жидкости; t_вых и t_вх - температуры охлаждающей кости на выходе и входе системы охлаждения соответственно.

Потери теплоты в смазочном материале определяются при наличии на двигателе масляного радиатора, в противном случае Q _м включают в остаточные потери теплоты. Потери в смазочном материале определяются аналогично Q _охл.

Потери теплоты в отработавших газах определяются по формуле, предположив, что количество газов G _газ равно сумме количеств поступившего воздуха G_в и топлива G _T: ,

где: с_р - средняя теплоемкость отработавших газов при постоянном давлении; t _г - температура отработавших газов; t ₀ - температура окружающей среды.

Потери вследствие неполноты сгорания топлива определяя только для карбюраторного двигателя при коэффициенте избытка воздуха а < 1:

Q _нс = 120(1-α) l ₀ G _т.

Остаточные потери теплоты определяют следующим образом:

.

На величину Q _ост влияют погрешности при определении соcтавляющих теплового баланса. Кроме того, к остаточным потерям теплоты относят: теплоту, передаваемую наружной поверхностью двигателя; теплоту, соответствующую кинетической энергии отработавших газов; теплоту лучеиспускания; теплоту, эквивалентную работе трения.

Теплоту Q _охл и Q _миспользуют при расчете систем оxлаждения смазочного материала и наддува.

По величине Q _нс можно судить о степени неполноты сгорания и определить пути повышения теплоиспользования.

Количество теплоты по составляющим теплового баланса под­считывают в кДж за единицу времени. Однако наиболее распро­странено составление теплового баланса в относительных величи­нах, где каждая составляющая выражена в процентах к введенному количеству теплоты с топливом. В этом случае уравнение теплового баланса имеет вид: ,

где: q_е=(Q_е /Q) • 100; q _ОХЛ = (Q _охл/ Q) ·100; q _м = (Q _м/ Q) ·100 и т. д.

В табл. 6.2 приведены средние значения составляющих теплово­го баланса. Данные таблицы свидетельствуют, что основные тепло­вые потери - это потери в охлаждающей жидкости и в отработав­ших газах.

Таблица 6.2. Процентное соотношение составляющих теплового баланса, %

Двигатель	q е	q охл	q газ	q нс	q ост
Карбюраторный	20-48	13-27	35-50	0-45	3-8
Дизель: Без наддува С наддувом	30-43 35-45	17-35 12-25	25-45 25-40	0-5 0-5	2-5 2-5

Одним из способов использования тепловых потерь является применение турбонаддува, где нагнетатель приводится в действие за счет энергии отработавших газов.