Что нужно знать о тепловом балансе двигателя автомобиля?

Подробнее о тепловом балансе

Тепловой баланс представляет собой распределение тепла, которое появляется в двигателе за время сгорания топлива, на полезное тепло для полноценного функционирования автомобиля и тепло, что можно квалифицировать как тепловые потери. Различают такие основные потери теплоты:

• вызванные преодолением трения;
• возникающие из-за излучения тепла нагретыми внешними поверхностями двигателя;
• потери на привод некоторых вспомогательных механизмов.

Нормальный уровень теплового баланса двигателя может быть разным в зависимости от режима работы. Определяется по результатам испытаний в условиях установившегося теплового режима. Тепловой баланс помогает определить степень соответствия конструкции двигателя и экономичности его работы, и в дальнейшем принять меры по регулировке определенных процессов с целью добиться более совершенной работы.

Как рассчитываются разные составляющие теплового баланса?

Величина, всех составляющих теплового баланса, измеряется абсолютными единицами теплоты за час непрерывной работы мотора или в процентном соотношении ко всему количеству выработанного тепла. При необходимости тепловой баланс движка автомобиля можно определить экспериментально или рассчитать самостоятельно с помощью показателей обычного рабочего цикла двигателя и расчетов объема теплопередачи.

Величина каждого составляющего элемента, определяющего тепловой баланс, не может быть постоянной и изменяется в зависимости от возможных нагрузок, степени нагрева и скоростных режимов работы двигателя.

Отличие теплового баланса разных двигателей

Когда повышается степень сжатия, увеличивается часть теплоты, которая превращается в полезную работу: поэтому КПД дизельного двигателя превышает величину КПД карбюраторного двигателя. В случае уменьшения нагрузок двигателя при поддержании постоянного скоростного режима объем тепла, направленного на полезную работу, уменьшается, а потери выработанного тепла увеличиваются. Когда двигатель работает без нагрузок они достигают 100%. Когда на двигатель возлагается полная нагрузка, самое выгодное использование тепла будет на этапе средней скорости. Так происходит потому что общие тепловые потери, уходящие на охлаждение, с отработанными газовыми испарениями и в виде механических потерь сводятся к минимуму.

Важно также изменение состава топливной смеси, которая существенно влияет на полезное использование тепла в двигателе. Все объясняется изменениями скорости сгорания смеси. Функционирование двигателя на обогащенных смесях характеризуется снижением эффективного использования теплоты через неполное сгорание топлива. При этом тепловые потери на охлаждение и с выбросом отработанных газов немного снижаются. С обеднением смеси потери, вызванные неполнотой сгорания, уменьшаются. Но тогда возрастают тепловые утраты при охлаждении и с отработавшими газовыми испарениями.

Суммарные утраты при работе карбюраторного двигателя минимальны, если использовать экономичные смеси. В дизелях потери теплоты немного выше из-за преодоления механических сопротивлений, но утраты, связанные с высокой степенью сжатия, меньше по сравнению с карбюраторными двигателями. Это способствует образованию более эффективного КПД дизелей. К примеру, теплота карбюраторного двигателя, превращённая в полезную работу, будет составлять 21-29%, тогда как у дизельного двигателя - 30-42%.

Дополнительные траты тепла на систему охлаждения

Немалая часть теплового потока отводится с двигателя на систему охлаждения и уходит с отработавшими газовыми испарениями. Вывод тепла в систему охлаждения предотвращает пригорание поршневых колец, задирание и заклинивание поршня, снашивание головок цилиндров, обгорание сёдел клапанов, возникновение детонации и другие неприятности. Для вывода теплового потока в атмосферу некая часть эффективной мощности движка идет на обеспечение привода водяного насоса и вентилятора. В случае с воздушным охлаждением мощность для привода вентилятора будет выше из-за более высокого аэродинамического сопротивления.

Для снижения потерь нужно обязательно выяснить, какое количество теплоты будет достаточным для системы охлаждения двигателя автомобиля и что можно предпринять, чтобы снизить это количество.