Что такое тепловой баланс двигателя внутреннего сгорания - Авто журнал "Гараж"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое тепловой баланс двигателя внутреннего сгорания

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Тепловой баланс — двигатель

Тепловым балансом двигателей внутреннего сгорания называют равенство между количеством теплоты, поступившим в цилиндр двигателя с топливом, с одной стороны, и статьями расхода этого топлива — с другой. [16]

Под тепловым балансом двигателя понимается распределение теплоты, получающейся при сгорании топлива, на полезную работу и потери при работе двигателя. [17]

Отсюда выводится тепловой баланс двигателя по фиг. [18]

Если проанализировать тепловой баланс двигателя внутреннего сгорания , то сразу обнаруживается, что теплота, не превращенная в работу, слагается главным образом из тепла, уносимого продуктами сгорания при выхлопе, и теп лоты, отданной охлаждающей среде через стенки цилиндра. Когда выхлоп производится при небольшом избыточном давлении ( это осуществимо только в стационарных двигателях, где нет необходимости стремиться к предельной компактности двигателя), то теплота, уносимая продуктами сгорания при выхлопе, является термодинамически неизбежной потерей и может быть только косвенно использована для каких-либо целей подогрева. При больших избыточных давлениях выхлопа ( как в авиационных моторах) остаточное теплосодержание выхлопных газов может быть непосредственно использовано для получения дополнительной работы; с этой целью выхлопные газы направляют в газовую турбину, которая вращает нагнетатель, поджимающий воздух, подаваемый в двигатель. [19]

При рассмотрении теплового баланса двигателя внутреннего сгорания можно увидеть, что только около 30 % тепла, получаемого при сгорании топлива, преобразуется в механическую работу, в то время как 30 — 35 % уносится газами и примерно 30 % уходит непосредственно или через охлаждающие приспособления бесполезно в атмосферу. Поэтому вполне возможно использование тепла воды из радиатора или отработавших газов для отопления автомобиля. [20]

Таким образом, тепловой баланс двигателя указывает на большие возможности использования отработанного тепла, заключенного в охлаждающей воде и отработавших газов. [21]

Значения отдельных составляющих теплового баланса двигателя не являются постоянными, а изменяются в зависимости от нагрузки, степени сжатия, состава смеси, теплового состояния и угловой скорости коленчатого вала двигателя. В табл. 1 приведены примерные значения отдельных составляющих внешнего теплового баланса автомобильных двигателей при максимальной их мощности. [22]

Остаточный член QOCT теплового баланса двигателя включает следующие тепловые потери, связанные с: физической неполнотой сгорания, являющейся результатом недостаточно хорошего перемешивания топлива с воздухом; работой вспомогательных механизмов; трением в подшипниках коленчатого вала; прочими неучтенными потерями и неточностями теплового баланса. [23]

Величины отдельных составляющих теплового баланса двигателя не являются постоянными и изменяются в зависимости от нагрузки. [24]

Что понимают под тепловым балансом двигателя . [25]

Теплобалансовые испытания проводятся для составления теплового баланса двигателя . [26]

Двигатели с воздушным охлаждением изображена схема теплового баланса двигателя внутреннего сгорания , из которой видно, распределение тепловых потерь двигателя. [27]

Таким образом, при ориентировочных подсчетах можно считать, что тепловой баланс двигателя Дизеля или газового двигателя состоит из трех равных частей: полезного тепла, обращенного в механическую работу, тепла, отведенного с охлаждающей водой, и тепла, ушедшего с отходящими газами. Не учтены в этом балансе: механические потери и потери а излучение. [28]

Второй способ связан со значительными трудностями, поэтому опытные данные теплового баланса двигателя являются также ориентировочными и служат для получения общего представления о распределении теплоты в двигателе, что дает возможность установить совершенство его конструкции и оценить его экономичность по сравнению с двигателями других типов. [29]

Относительная доля потерь теплоты с ОГ и в систему охлаждения подсчитывается при снятии теплового баланса двигателя . [30]

Тепловой баланс двигателя — неизбежность потери, сведённая к минимуму

Каждому автовладельцу известен такой термин, как тепловой баланс двигателя внутреннего сгорания. Но что конкретно несёт в себе это понятие, как измеряется и на каких принципах основано? Об этом и пойдёт речь сегодня.

Не все до конца понимают, что такое тепловой баланс двигателя

Если бы можно было приостановить действие некоторых законов физики, человечество уже давно достигло пика своего развития. Но к сожалению, это невозможно. Нам остаётся только использовать их, стараясь извлечь при этом максимальную пользу.

С одним из таких «неудобных» законов напрямую связан низкий КПД силовых агрегатов автомобиля. Что же не позволяет нам развивать немыслимую скорость на своих авто? Какие попытки предпринимаются для преодоления этого препятствия? Сейчас мы с вами выясним.

Почему я не сокол, отчего не летаю

Принципы термодинамики — это основа работы всех двигателей внутреннего сгорания. Один из них гласит, что при сгорании топлива часть выделяемого тепла в любом случае поглощается средой происхождения реакции.

Видео о том, как работает ДВС:

В нашем случае средой является сам двигатель и его системы. Лишь от 20 до 40 процентов вырабатываемой здесь тепловой энергии используется для работы мотора. Остальное утрачено безвозвратно. Но куда девается львиная доля энергии? Давайте разбираться по порядку.

Формулировка понятия тепловой баланс

Итак, тепловой баланс двигателя — это разделение расхода полученной энергии на полезную отдачу и растрату впустую. Неизменным здесь является равенство или же баланс между полученной энергией тепла и её расходом.

Что такое полезная отдача, все мы понимаем. Это движение автомобиля. О расходе впустую — читаем дальше.

Причины утраты

Существует несколько причин бесполезной растраты энергии тепла. Вот так мы их сформулируем:

  • преодоление энергией сопротивления при сжатии;
  • отдача тепла двигателем в окружающую среду, по простому его остывание;
  • выход в атмосферу вместе с выхлопными газами;
  • расход некоторой доли энергии на работу охлаждающей системы двигателя и других агрегатов.

Количественный показатель этих статей растраты величина непостоянная. А от чего он зависит, мы рассмотрим в следующем разделе.

Как рассчитывают потери

Количество растраты зависит от многих факторов. Вот основные из них:

  • нагрузка на силовую установку;
  • конструкция двигателя и его систем;
  • скорость, развиваемая автомобилем;
  • состав смеси горючего;
  • температура окружающей среды.

Скорость автомобиля может влиять на растраты энергии

Здесь стоит также отметить, что теплопотеря дизельного агрегата, ниже чем у карбюраторного на 10–12%. Измерения ведутся в абсолютных единицах теплопередачи или в процентном соотношении количества полученного тепла к его бесполезной растрате. Всё это принимается во внимание при расчётах, что позволяет достичь извлечения максимальной пользы от горения топлива.

Извлечение пользы из потери

Конечно, при таком раскладе, потеря энергии всё ещё остаётся огромной. Но в отрасли постоянно ведутся работы по улучшению результата. Внедряются инновационные методы разработки двигателей внутреннего сгорания.

Например, турбонаддувная установка, использующая давление горячих газов из выхлопа. Принцип её работы заключается в том, что выхлопные газы приводят в действие турбину, вращающую лопасти нагнетателя, обогащающего компонента внутрь цилиндров двигателя.

Ещё тепло, поглощённое охлаждающей системой, используется для обогрева салона автомобиля. Горячая вода из радиатора подаётся по нагревательным элементам печки.

Подведение итога

Мы выяснили, что такое тепловой баланс двигателя и какие есть потери энергии тепла. Вывод отсюда следующий — существующие на сегодняшний день двигатели внутреннего сгорания далеки от совершенства. Но разработчики не сидят сложа руки, ведутся постоянные поиски способа обернуть потерю в пользу. И нам остаётся только пожелать им удачи.

Читать еще:  Двигатель 4216 плохо заводится на бензине

Внизу можно высказываться по теме. Ждём ваших комментариев. До скорых встреч!

1.3 Тепловой баланс двс

Тепловой баланс ДВС имеет вид:

— теплота, выделившаяся при сгорании топлива, кВт;

— расход топлива, кг/час;

— низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

— эффективная мощность двигателя – это мощность, измеряемая на выходном фланце коленчатого вала, для дизельредукторных агрегатов (ДРА) эффективная мощность измеряется на выходном фланце редуктора, кВт;

— сумма потерь теплоты, раздельно для каждого вида потерь, кВт.

Двигатели внутреннего сгорания относятся к числу наиболее экономичных двигателей. КПД лучших образцов ДВС достигает 50—51 %, однако и в них теряется значительное количество теп­лоты: около 30—40 % с выпускными газами, 10—20 % с охлаждающими средами (вода, масло).

На рисунке 1 представлена типовая диаграмма теплового ба­ланса судовых ДВС. Все потоки энергии выражены в процентах, причем за 100 % принята химическая энергия сжигаемого топлива qт.

Рисунок 1 — Типовая диаграмма теплового баланса судовых ДВС

Полезная работа — qпол характеризуется эффективным КПД двигателя – ηе.

К потерям энергии относятся: qн — теплота, рас­сеиваемая двигателем в окружающую среду и неучтенные потери; qM — теплота, отводимая с охлаждающим маслом; qвод — теплота, отводимая от двигателя с охлаждающей водой; qв — теп­лота, отбираемая от воздуха в воздухоохладителе турбонагнетателя, данный вид потерь имеет существенное значение и учитывается при высоких степенях наддува; qвг теплота, отводимая с выпускными газами двигателя.

Большие значения КПД – для ДВС большей мощности, меньшие для ДВС небольшой мощности. При мощности ДВС менее 200 кВт, нижнее значение КПД может уменьшиться на 5%.

Анализируя диаграмму можно сделать несколько выводов:

1 Наибольшие потери – это потери с выхлопными газами, далее, по степени убывания, идут потери с охлаждающей водой, потери теплоты, отбираемые от воздуха в воздухоохладителе турбонагнетателя, потери теплоты, отводимые с охлаждающим маслом, потери теплоты, рас­сеиваемые двигателем в окружающую среду и прочие неучтенные потери.

2 Наибольшие потери – это потери с выхлопными газами, далее, по степени убывания, идут потери с охлаждающей водой, потери теплоты, отбираемые от воздуха в воздухоохладителе турбонагнетателя, потери теплоты, отводимые с охлаждающим маслом, потери теплоты, рас­сеиваемые двигателем в окружающую среду и прочие неучтенные потери.

3 Тепловой баланс дизеля зависит от его типа. При этом принята следующая классификация дизелей по частоте вращения n об/мин:

Малооборотные дизеля (МОД) n = 90…300 об/мин;

среднеоборотные дизеля (СОД) n = 300…1000 об/мин;

высокооборотные дизеля (ВОД) n≥ 1000 об/мин.

4 Наибольший КПД и соответственно наименьший удельный расход топлива, у МОД, наибольший – у ВОД.

1.4 Тепловой баланс судовых котлов

Котлы (парогенераторы) относятся к наиболее совершенным преобразователям энергии. Их КПД составляет в среднем 80… 95%.

по назначению — главные, вырабатывающие пар для главных двигателей и других потребителей; вспомогательные, обеспечивающие всех судовых потребителей (кроме главных двигателей) паром или горячей водой. В отдельных случаях, как например, на супертанкерах типа «Крым», вспомогательные котлы могут обеспечивать паром и главные турбины при внештатных режимах работы судна;

по роду производимого теплоносителя — производящие пар (перегретый, охлажденный, насыщенный); производящие горячую воду (водогрейные котлы);

по роду используемого топлива — использующие жидкое топливо (мазут или дизельное); газообразное топливо (метан); твердое топливо (каменный уголь);

К отдельной группе относят вспомогательные утилизационные котлы, не имеющие топки и использующие теплоту уходящих газов ДВС или газовых турбин средней и большой мощности.

Тепловой баланс котлов имеет вид:

для парогенераторов :

для водогрейных котлов:

— химическая теплота, выделившаяся при сгорании топлива, кВт;

— полезная работа, определяемая количеством и качеством вырабатываемого теплоносителя (пара или воды), кВт;

— расход топлива, кг/час;

— низшая теплота сгорания топлива, кДж/час;

паропроизводительность котла по перегретому, охлажденному и насыщенному пару, кг/час;

энтальпия перегретого, охлажденного, насыщенного пара, питательной, горячей, продувочной воды соответственно, кДж/кг;

— потери с продувочной водой, кг/час. Для водогрейных котлов и котлов, производящих только насыщенный пар в данных расчетах не учитываются;

— сумма потерь теплоты, раздельно для каждого вида потерь, кВт.

На рис. 2 показана диаграмма теплового ба­ланса для котлов различного назначения.

Все потоки энергии выражены в процентах, причем за 100 % принята химическая энергия сжигаемого топлива qт.

Полезная работа — qпол, характеризуется КПД котла – ηк.

К потерям энергии относятся: q5 — потери тепла в окружающую среду и неучтенные потери; q4 — потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, для котлов на жидком топливе принимаются равным нулю; q3 — потери тепла от химической неполноты сгорания топлива; q2 потери тепла с уходящими газами.

Анализируя диаграмму можно сделать несколько выводов:

1 Наибольшие потери – это потери с уходящими газами.

2 Тепловой баланс котла зависит от его типа. Главные котлы имеют большой КПД, т.к. на них установлено предельно развитое хвостовое хозяйство – многосекционные экономайзеры и воздухоподогреватели, а также применены другие конструктивные усовершенствования.

Тепловой баланс пароперегревателей, имеющих собственную топку, имеет вид аналогичный рисуноку 2 и рассчитывается аналогично.

Тепловой баланс утилизационных котлов (УК) рассчитывается аналогично расчету теплообменных аппаратов, что изложено далее.

Рисунок 2 — Диаграмма теплового баланса для котлов различного назначения

Лекция 5. 1. Тепловой баланс двигателя 2. Пути повышения мощности и улучшения экономичности автомобильных двигателей ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ. — презентация

Презентация была опубликована 6 лет назад пользователемСофия Варнавина

Похожие презентации

Презентация на тему: » Лекция 5. 1. Тепловой баланс двигателя 2. Пути повышения мощности и улучшения экономичности автомобильных двигателей ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ.» — Транскрипт:

1 Лекция Тепловой баланс двигателя 2. Пути повышения мощности и улучшения экономичности автомобильных двигателей ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ По мнению ведущих специалистов автомобилестроения, например председателя совета директоров компании Adam Opel AG К.-П. Фостера, поршневые двигатели внутреннего сгорания сохранят свое господство в автомобилестроении по крайней мере еще на протяжении 2530 лет. Отмечают также, что после 1985 г. двигатели совершили качественный рывок вперед. Эволюция моторов с искровым зажиганием направлена на непосредственный впрыск бензина, развитие автоматического управления фазами клапанного газораспределительного механизма, применение новых видов топлива, например водорода.

2 Развитие дизелей идет в направлении разработки процесса с использованием «однородной смеси с воспламенением от сжатия» (homogeneous charge compression ignition). Эти направления помогут снизить выбросы вредных веществ в отработанных газах двигателя. Совершенство процессов, происходящих в цилиндре реального автомобильного двигателя, оценивают по индикаторным показателям его действительного цикла, совершенство двигателя в целом по его эффективным показателям. Формулы, связывающие эти показатели с условиями работы двигателя и его конструктивными размерами, позволяют определить тенденции улучшения показателей двигателя. Увеличение экономичности реального двигателя возможно только за счет сокращения тепловых потерь, а для этого необходимо установить, куда расходуется теплота, не превращаемая в полезную работу.

Читать еще:  Шевроле авео т250 какой двигатель лучше

3 1. Тепловой баланс двигателя Теплота, выделяемая при горении топлива, не может быть полностью трансформирована в полезную работу, так как в соответствии со вторым законом термодинамики часть теплоты неизбежно должна быть отдана холодному источнику. Расходование теплоты сгорания топлива, внесенного в двигатель за определенный период, на полезную работу и различные потери характеризуется тепловым балансом. Тепловой баланс двигателя определяется для различных режимов работы на основании результатов испытаний при установившемся тепловом режиме. С помощью теплового баланса можно определить степень совершенства конструкции и регулировок двигателя и наметить пути улучшения экономичности его работы. Уравнение теплового баланса можно записать в виде (1) где Q теплота сгорания топлива, поступившего в двигатель; Q е теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя; Q в теплота, переданная в охлаждающую среду через стенки цилиндра;

4 Q г теплота, уносимая с отработанными газами; Q н.с потери теплоты вследствие неполноты сгорания топлива; Q ост остальные, не учтенные ранее, тепловые потери. В относительных величинах (в %) уравнение теплового баланса можно записать в виде (2) Теплоту сгорания топлива, расходуемого двигателем за 1 ч работы (3) (к Дж/ч), определяют по низшей теплотворной способности топлива Н и Количество теплоты (к Дж/ч), эквивалентное эффективной мощности двигателя (к Вт), равно (к Дж/кг) и часовому расходу топлива G T (кг/ч): (4) Потери теплоты в окружающую среду (к Дж/ч) составляют (5) где G B расход охладителя через систему, кг/ч;

5 с в теплоемкость охладителя, к Дж/(кг · К); Т 1, Т 2 температура охладителя на входе и выходе из системы охлаждения, К. Теплоту, уносимую с отработанными газами (к Дж/ч), можно определить по формуле, составленной исходя из предположения, что количество газов Q r равно сумме количеств поступившего воздуха G возд и топлива G Т : (6) где с р средняя теплоемкость отработанных газов при постоянном давлении (с р = 1,04 к Дж/(кг · К)); Т г,Т о температура отработанных газов и окружающей среды, К. Потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива (к Дж/ч) определяются только для карбюраторных двигателей при значении а

6 Слагаемые теплового баланса изменяются в зависимости от нагрузки, теплового состояния и скоростного режима работы двигателя. Их значения, соответствующие работе автомобильных двигателей на номинальном режиме, приведены в табл. 1. Таблица 1. Значения слагаемых теплового баланса, % При повышении степени сжатия увеличивается доля теплоты, преобразованной в полезную работу. Поэтому эффективный КПД дизелей больше, чем КПД карбюраторных двигателей. По мере уменьшения нагрузки двигателя при постоянном скоростном режиме доля теплоты, преобразуемой в полезную работу, уменьшается, а потери увеличиваются. При работе двигателя без нагрузки они составляют 100 %.

7 При работе двигателя с полной нагрузкой наилучшее теплоиспользование имеет место на средних скоростных режимах, когда суммарные тепловые потери в охлаждающую среду, с отработавшими газами и механические потери минимальны (рис. 1, а). Рис. 1. Изменение теплового баланса карбюраторного двигателя: а в зависимости от частоты вращения коленчатого вала; б в зависимости от состава смеси

8 Изменение состава смеси существенно влияет на теплоиспользование в двигателе вследствие изменения теплоты сгорания и скорости сгорания смеси (рис. 1, б). Работа на обогащенных смесях характеризуется уменьшением эффективности использования теплоты из-за неполноты сгорания топлива, хотя тепловые потери в охлаждающую среду и с отработанными газами при этом несколько снижаются. По мере обеднения смеси потери от неполноты сгорания уменьшаются, но возрастают потери в охлаждающую среду и с отработавшими газами. Суммарные потери в карбюраторном двигателе минимальны при его работе на экономичных смесях (α 1,1). В дизелях по сравнению с карбюраторными двигателями потери теплоты на преодоление механических сопротивлений больше вследствие больших сил давления газа и связанных с ними потерь на трение. Однако принципиально неустранимые потери теплоты в дизелях из-за более высокой степени сжатия меньше, чем в карбюраторных двигателях, поэтому эффективный КПД дизелей выше.

9 2. Пути повышения мощности и улучшения экономичности автомобильных двигателей В ходе совершенствования автомобильных двигателей увеличивается их мощность, улучшается экономичность, уменьшаются габаритные размеры, снижается масса, и повышаются надежность и срок службы. Эффективная мощность двигателей может быть повышена путем воздействия на ряд параметров двигателя. Повышение мощности за счет увеличения литража (V hit ) связано с увеличением габаритов и массы двигателя. Поэтому этот метод целесообразно применять после того, как исчерпаны другие возможности. Совершенство рабочего процесса и конструкции двигателя оценивается по литровой мощности: Среднее эффективное давление р е = р i η М Из выражения для индикаторного КПД

10 имеем Следовательно Подставляя это выражение в формулу литровой мощности, имеем (8) Удельный эффективный расход топлива, кг/(к Вт ч), равен (9) Выражения (8) и (9) позволяют проанализировать влияние различных факторов на литровую мощность и экономичность и наметить возможные пути их повышения.

11 Значение H 0 /L 0 для автомобильного жидкого топлива изменяется незначительно и поэтому на литровую мощность практически не влияет. Следовательно, повышение литровой мощности двигателя может осуществляться за счет увеличения η i /a, η м, η v, п, 1/τ и изменения условий наполнения (p 0 и T 0 ). Индикаторный КПД в основном зависит от степени сжатия s и состава рабочей смеси а (рис. 2). Рис. 2. Влияние степени сжатия и коэффициента избытка воздуха на индикаторный КПД

12 Однако увеличение степени сжатия приводит к росту теплоотдачи через стенки камеры сгорания, что затягивает догорание заряда, повышает технические потери тепла и ухудшает динамику сгорания. Поэтому на практике рост η i достигает максимума при ε = Наибольший η i а значит, и экономичность двигателя достигаются при a = 1, ,08 (для карбюраторных ДВС). В карбюраторных двигателях повышение ε без появления признаков детонационного сгорания возможно при уменьшении диаметра цилиндра, применении алюминиевых поршней, использовании впрыска топлива вместо карбюрации. Отношение η i /a характеризует качество протекания рабочего процесса. Наибольшее значение η i /a для карбюраторных двигателей имеет место при a 0,9 Для дизелей, у которых процесс смесеобразования менее совершенный, наибольшее значение η i /a имеет место при a>1. Изменение тактности двигателя, в частности применение двухтактного цикла вместо четырехтактного, теоретически повышает литровую мощность в два раза. Это следует из формулы (8). В двухтактном цикле полный рабочий цикл в одном цилиндре осуществляется не за четыре, а за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала. 1. Изменение тактности двигателя, в частности применение двухтактного цикла вместо четырехтактного, теоретически повышает литровую мощность в два раза. Это следует из формулы (8). В двухтактном цикле полный рабочий цикл в одном цилиндре осуществляется не за четыре, а за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала.»>

13 В действительности мощность двигателя повышается только на % в связи с потерями, которые определяются спецификой рабочего процесса двухтактного цикла. Повышение экономичности и мощности двигателей всех типов может быть осуществлено за счет снижения механических потерь, на преодоление которых затрачивается % теплоты сгорании топлива. Значение механического КПД η м можно увеличить, уменьшая потери на трение деталей КШМ и на приведение вспомогательных механизмов двигателя и увеличивая индикаторную мощность Р i. Необходимо также учитывать, что наибольшая величина η м имеет место при работе двигателя на полной нагрузке при малых скоростных режимах. Для уменьшения механических потерь в приводе, например, вентилятора системы охлаждения там устанавливают автоматически отключаемую муфту, что позволяет уменьшать потери мощности на привод вентилятора путем его отключения на некоторых режимах работы. Увеличение коэффициента наполнения μ v в современных быстроходных двигателях обеспечивается применением верхнего расположения клапанов, двухкамерных карбюраторов, автоматического регулирования фаз газораспределения, уменьшением сопротивления впускной системы.

Читать еще:  Датчик температуры двигателя starline характеристики

14 Одним из наиболее эффективных мероприятий, увеличивающих литровую мощность двигателя, является наддув. Под наддувом понимается принудительная подача свежего заряда в цилиндры двигателя под давлением, превышающим давление окружающей среды. Из формулы (8) видно, что чем больше давление и меньше температура окружающей среды, определяющие давление и температуру при наполнении цилиндра, тем больше масса свежего заряда, а следовательно, мощность двигателя. Плотность, а значит, и массу свежего заряда можно значительно увеличить, повышая давление перед поступлением в цилиндры, что и делается при наддуве. Для наддува двигателей применяются центробежные и объемные нагнетатели. Привод центробежных нагнетателей осуществляется или от коленчатого вала двигателя, или от специальной газовой турбины, использующей энергию отработавших газов (газотурбинный наддув). Для охлаждения наддувочного воздуха применяют специальные охладители. Увеличение индикаторной мощности при газотурбинном наддуве приводит к некоторому росту η м и снижает удельный расход топлива. При величине давления наддува p k = 0, ,2 МПа степень повышения эффективной мощности составляет ψ rk = 1,4. 1,7, при p k >0,2 МПа ψ rk = 2,0. 0,2 МПа ψ rk = 2,0.»>

15 В карбюраторных двигателях наддув почти не применяется из-за опасности возникновения детонации. Влияние частоты вращения коленчатого вала п на литровую мощность двигателя необходимо оценивать по комплексному множителю nηvηM. При повышении частоты вращения для форсирования двигателя необходимо, чтобы этот множитель был максимальным. На развиваемую двигателем мощность и его экономичность оказывают влияние условия технической эксплуатации. Здесь, прежде всего надо отметить необходимость организации оптимального технического обслуживания, соблюдения рекомендованных заводом-изготовителем технических регулировок в механизмах и системах двигателя. Оценка различных путей реализации рассмотренных направлений приводит к выводу, что наиболее эффективными методами повышении экономических показателей двигателя являются: — повышение степени сжатия и использование бедных горючих смесей; — совершенствование качества смесеобразования и повышение механического КПД;

16 — соблюдение условий технической эксплуатации двигателя. Повышения мощности двигателя, кроме того, можно достичь следующими способами: — увеличением объема двигателя; — повышением частоты вращения коленчатого вала; — переходом с четырехтактного цикла на двухтактный; — увеличением массы циклового заряда за счет совершенствования процесса газообмена и за счет наддува и промежуточного охлаждения заряда.

Что такое тепловой баланс двигателя

Каждый раз, когда вы читаете статьи об автомобилях, претендующие на научность и скрупулёзность, ваш взгляд натыкается на термины и понятия, кажущиеся незнакомыми. Особенно этим любят козырнуть мастера тюнинга и какие-нибудь эксперты. И если вам в этих статьях всё понятно без пояснений, то это прекрасно. Но если вы думаете, что некоторые вещи всё-таки стоило бы назвать попроще, то ничего страшного, мы расскажем.

Например, часто упоминают тепловой баланс двигателя. Причём, как правило, произносят этот термин так, как будто все на свете должны знать, что он означает.

О чём идёт речь

Смысл работы двигателя внутреннего сгорания, с точки зрения физики, заключается в преобразовании тепловой энергии в кинетическую. В камере сгорания двигателя тепло от микровзрыва толкает поршень; но фазы работы ДВС вы наверняка и так знаете. Применительно же к нашей теме, если рассмотреть процесс с точки зрения физики и измерений, то получится, что тепло расходуется не только на приведение поршня в движение.

Это проблема двигателей внутреннего сгорания. Вы наверняка слышали, что их КПД не так высок, как хотелось бы инженерам, и каждый отвоёванный процент вызывает у конкурентов зависть и приступы патентной аллергии. Так вот, смысл в том, что есть ещё несколько источников, которые забирают тепло сгорания. Если суммировать их с полезным теплом, которое в итоге сдвинуло поршень, то вместе их величина составит 100%. Так вот, соотношение величин этих показателей и называется тепловым балансом двигателя внутреннего сгорания. Какие же это величины?

В выхлопную систему автомобиля уходит часть тепловой энергии от сгорания. При отведении газов за счёт этого они нагреваются. Вы можете убедиться в этом: выхлопные газы подымаются вверх, они легче и горячее воздуха. Система охлаждения двигателя также отъедает свой кусок пирога. Холодный воздух или жидкость, забирающие у двигателя излишки тепла, к сожалению, не отличают бесполезное тепло от полезного. Так что система охлаждения также становится одним из параметров снижения КПД. Следующий важный пункт — потери от неполного сгорания. В идеале топливно-воздушная смесь не должна оставлять следов, тем не менее, бензин может содержать присадки и посторонние элементы, которые не поддаются сгоранию. Тогда и происходит потеря тепла, ведь открытие клапанов рассчитано на попадание в камеру определённого количества топлива и получения из него нужного количества энергии. Если же масса топливной смеси при сгорании станет меньше от наличия в ней посторонних элементов, соответственно, она даст меньше энергии. Это и считается потерями.

Последний пункт, который очень сложно измерять, и который расплывчато называется «прочие потери», включает в себя потери от трения деталей. Как мы и сказали, его сложно измерять, но можно с достаточно большой точностью рассчитать.

Теперь соединим все эти компоненты вместе. Их сумма будет равна 100%. Соответственно, несложно высчитать значение каждого из остальных параметров. Пропорция вида «30% полезной тепловой энергии, 28% на выхлоп, 15% на охлаждение, 20% на неполное сгорание и 7% прочих потерь» и называется тепловым балансом двигателя.

Зачем это знать

Дело в том, что тепловой баланс не является статической величиной. Он принимает разные пропорции под разной нагрузкой. С течением времени износ сказывается на двигателе, в том числе снижая его эффективность; опять-таки меняется баланс. Измерения, проводимые мастерами, призваны показать эффективность работы двигателя или указать на необходимость его ремонта. Так что это действительно важный показатель. Другое дело, что в современном автомобиле есть множество других способов «выловить» неисправность, включённых в компьютерную диагностику с опросом датчиков. А замеры теплового баланса приносят гораздо больше пользы инженерам-конструкторам, проектирующим двигатель.

В заключение

Тепловой баланс двигателя, как мы выяснили, это совокупность показателей, отображающих эффективность работы двигателя. Рядовой водитель, конечно, может интересоваться этой пропорцией. Ведь она покажет, на каких оборотах и, вообще, в каких условиях эффективность двигателя растёт или падает. Возможно, мастера чип-тюнинга смогут даже изменить настройки инжектора, чтобы увеличить эффективность работы двигателя в зависимости от конкретных условий эксплуатации.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector