Тепловой баланс двигателя, способы снижения тепловых потерь

Теплота, образующаяся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, расходуется на полезную работу и отдельные виды потерь. Это распределение называется внешним тепловым балансом. Характер распределения теплоты сгорания по составляющим внешнего теплового баланса определяется видом и особенностями рабочего цикла, а также геометрическими размерами цилиндропоршневой группы, конструкцией деталей и системы охлаждения.

Внешний тепловой баланс в целом и его отдельные составляющие в частности позволяют оценить показатели теплонапряженности деталей двигателя, рассчитать систему охлаждения, определить резервы в использовании теплоты отработавших газов и пути повышения экономичности двигателя.

В общем виде уравнение внешнего теплового баланса в абсолютных единицах при работе за 1 ч (кДж/ч) можно представить так:

Q_О = Q_e + Q_охл + Q_о.г. + Q_н.с. + Q_ост,

где Q_О ‑ количество теплоты, которое выделилось при сгорании топлива в цилиндрах двигателя; Q_e ‑ количество теплоты, эквивалентное эффективной работе, т.е. израсходованное на совершение эффективной работы; Q_охл ‑ количество теплоты, передаваемое охлаждающей среде (жидкости или воздуху); Q_о.г. ‑ количество теплоты, отведенное отработавшими газами, так как их температура и теплоемкость выше, чем у свежего заряда; в двигателях с турбонаддувом часть теплоты отработавших газов используется в газовой турбине; Q_н.с. — количество теплоты, не выделившееся в двигателе вследствие неполноты сгорания; Q_ост — остаточный член теплового баланса, равный сумме всех неучтенных потерь.

Если двигатели работают на смеси с коэффициентом избытка воздуха > 1, то при составлении теплового баланса Q_н.с. включается в остаточный член баланса Q_ост. Для двигателей, работающих на смеси с коэффициентом избытка воздуха < 1, величина Q_н.с. представляет собой количество теплоты, которое не может выделиться из-за недостатка воздуха, т. е. часть топлива не сгорает или происходит неполное сгорание.

Анализ составляющих теплового баланса имеет практическое значение. Например, значения Q_охл и Q_о.г. используют при анализе работы систем охлаждения, наддува и смазочной системы; по значению Q_н.с. можно оценить степень неполноты сгорания для решения задачи повышения использования теплоты в двигателе. Составляющая Q_охл позволяет ориентировочно оценить резервы улучшения теплоиспользования и организовать более рациональное охлаждение двигателей.

По значению главного члена баланса Q_e можно судить о совершенстве конструкции двигателя, его отдельных механизмов и систем.