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.