Тепловой баланс двигателя

Общее количество тепловой энергии, которое вводится в двигатель с топливом и определяется по низшей теплотворной способности последнего, не используется в двигателе полностью. В лучшем случае только 20…43% от всей располагаемой теплоты превращается в полезную эффективную работу, остальная же часть не используется, уходя в окружающую среду с отработавшими газами и пр.

Внешний тепловой баланс оценивает характер и величину потерь теплоты в двигателе на эксплуатационных режимах работы и дает возможность принять необходимые меры для снижения отдельных составляющих потерь теплоты; оценить теплонапряженность наиболее нагретых узлов и деталей; установить целесообразность использования теряемой теплоты в целях повышения КПД двигателя.

Тепловой баланс выражают в абсолютных единицах Q, кДж/ч, удельный q, кДж/ч, либо относительных (в процентах к количеству подводимой теплоты). На практике чаще всего пользуются удельным и относительным балансами теплоты. Запишем уравнение теплового баланса

q_т=q_e+q_охл+q_г+q_ост,

где q_т - располагаемая теплота сгоревшего топлива;

q_e – теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя;

q_охл – теплота, отводимая в охлаждающую среду;

q_г – теплота, отводимая с выпускными газами;

q_ост – остаточный член баланса (невязка баланса), равный сумме неучтенных потерь.

Располагаемую теплоту определяют по эффективному удельному расходу топлива g_e ,кг/кВт.ч и низшей теплоте сгорания топлива Q_н , кДж/кг.

Q_т=g_eQ_н .

Теплота, эквивалентная эффективной работе, равна Q_e=3600N_e кДж/кг.

Отношение Q_e/Q_т равно эффективному КПД двигателя η_е .

Теплота, отводимая в охлаждающую среду, равна

Q_охл=Q_в+Q_м= ,

где Q_в – теплота, отводимая в воду;

Q_м – теплота, отводимая в масло;

G_охл – расход жидкости, кг/ч;

с – теплоемкость жидкости, кДж/(кг∙^оС).

Теплота, отводимая в охлаждающую среду, состоит из теплоты, отданной рабочим телом и теплоты, эквивалентной работе трения двигателя.

Теплота, израсходованная на потери трения, переходит в основном, в охлаждающую жидкость; теплота трения поршня и поршневых колец отводится через втулку цилиндра в воду, а теплота от трения в подшипниках уносится маслом. Теплоту трения не включают в тепловой баланс, кроме доли трения, не перешедшей в охлаждающую среду (учитывается остаточным членом баланса).

Теплота, отводимая выпускными газами, Q_г определяется, как разность энтальпий газов и поступающего в цилиндр свежего заряда.

Q_г=Mg_e

Потери теплоты из-за не полного сгорания топлива незначительны и включаются в остаточный член теплового баланса. Остаточный член теплового баланса q_ост определяется как разность

q_ост=q_т-(q_e+q_охл+q_г)

и включает потери теплоты, эквивалентные неполному сгоранию топлива q_н.сг., потерям на трение, не перешедшим в охлаждающую среду, кинетической энергии газов, q_к.э. (если она не используется), лучеиспусканию двигателя в окружающую среду q_л , сумме ошибок от неточности измерения и неучтенных потерь теплоты.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Что такое среднее индикаторное и эффективное давления и как они определяются?

2. Что такое механические потери, их источники и составляющие?

3. Как определяется эффективная мощность?

4. Что такое тепловой баланс?

5. Перечислите состав системы питания карбюраторного двигателя.

6. Как осуществляется непосредственный впрыск бензина?

7. Перечислите состав топливной системы дизеля.

8. Перечислите методы повышения мощности двигателя.

9. Для каких целей служит наддув двигателей?

10. Назовите основные конструктивные элементы турбокомпрессора.