Що потрібно знати про тепловому балансі двигуна автомобіля

Що потрібно знати про тепловому балансі двигуна автомобіля
При горінні паливо неодмінно виділяє теплоту, але вона не використовується повністю для корисної роботи. Це прописано ще в другому законі термодинаміки: якась частка теплоти неминуче віддається холодного джерела. І на прикладі будь-якого двигуна внутрішнього згоряння видно, що в корисну механічну роботу вдається перетворити лише 20-35% тепла. Велика частина тепла просто витрачається у вигляді тепловтрат.

Тепловий баланс являє собою розподіл тепла, яке з'являється в двигуні за час згоряння палива, на корисне тепло для повноцінного функціонування автомобіля і тепло, що можна кваліфікувати як теплові втрати. Розрізняють такі основні втрати теплоти:

  • викликані подоланням тертя;
  • що виникають через випромінювання тепла нагрітими зовнішніми поверхнями двигуна;
  • втрати на привід деяких допоміжних механізмів.

Нормальний рівень теплового балансу двигуна може бути різним у залежності від режиму роботи. Визначається за результатами випробувань в умовах сталого теплового режиму. Тепловий баланс допомагає визначити ступінь відповідності конструкції двигуна і економічності його роботи, і в подальшому вжити заходів по регулюванню певних процесів з метою домогтися більш досконалої роботи.

Як розраховуються різні складові теплового балансу?

Величина, всіх складових теплового балансу, вимірюється абсолютними одиницями теплоти за годину безперервної роботи мотора або в процентному співвідношенні до всієї кількості виробленого тепла. При необхідності теплової баланс движка автомобіля можна визначити експериментально або розрахувати самостійно за допомогою показників звичайного робочого циклу двигуна і розрахунків обсягу теплопередачі.

Величина кожного складового елементу, що визначає тепловий баланс, не може бути постійною і змінюється в залежності від можливих навантажень, ступеня нагріву і швидкісних режимів роботи двигуна.

Відмінність теплового балансу різних двигунів

Коли підвищується ступінь стиснення, збільшується частина теплоти, яка перетворюється в корисну роботу: тому ККД дизельного двигуна перевищує величину ККД карбюраторного двигуна. У разі зменшення навантажень двигуна при підтримці постійного швидкісного режиму обсяг тепла, спрямованого на корисну роботу, зменшується, а втрати виробленого тепла збільшуються. Коли двигун працює без навантажень вони досягають 100%. Коли на двигун покладається повне навантаження, найвигідніше використання тепла буде на етапі середньої швидкості. Так відбувається тому що загальні теплові втрати, що йдуть на охолодження, з відпрацьованими газовими випарами і у вигляді механічних втрат зводяться до мінімуму.

Важливо також зміна складу паливної суміші, яка істотно впливає на корисне використання тепла в двигуні. Все пояснюється змінами швидкість згоряння суміші. Функціонування двигуна на збагачених сумішах характеризується зниженням ефективного використання теплоти через неповне згоряння палива. При цьому теплові втрати на охолодження і з викидом відпрацьованих газів трохи знижуються. З збіднінням суміші втрати, викликані неповнотою згоряння, зменшуються. Але тоді зростають теплові втрати при охолодженні і з відпрацьованими газовими випарами.

Сумарні втрати при роботі карбюраторного двигуна мінімальні, якщо використовувати економічні суміші. У дизелях втрати теплоти трохи вище через подолання механічних опорів, але втрати, пов'язані з високим ступенем стиснення, менше в порівнянні з карбюраторними двигунами. Це сприяє утворенню більш ефективного ККД дизелів. Наприклад, теплота карбюраторного двигуна, перетворена в корисну роботу, становитиме 21-29%, тоді як у дизельного двигуна - 30-42%.

Додаткові витрати тепла на систему охолодження

Чимала частина теплового потоку відводиться з мотора на систему охолодження і йде з відпрацьованими газовими випарами. Висновок тепла в систему охолодження запобігає пригорання поршневих кілець, задирание і заклинювання поршня, зношування головок циліндрів, обгорання сідел клапанів, виникнення детонації та інші неприємності. Для виведення теплового потоку в атмосферу якась частина ефективної потужності движка йде на забезпечення приводу водяного насоса і вентилятора. У випадку з повітряним охолодженням потужність для привода вентилятора буде вище через більш високого аеродинамічного опору.

Для зниження втрат потрібно обов'язково з'ясувати, яка кількість теплоти буде достатнім для системи охолодження двигуна автомобіля і що можна зробити, щоб знизити цю кількість.

Схожі статті