Aklaypart.ru

Авто Журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое внешний тепловой баланс двигателя

Что такое внешний тепловой баланс двигателя

Тепловой баланс двигателя. Распределение теплоты, выделяемой при сгорании вводимого в цилиндры двигателя топлива, на полезно используемую и отдельные виды потерь характеризуется внешним тепловым балансом. Характер рас­пределения теплоты сгорания по составляющим внешнего теп­лового баланса определяется особенностями рабочего процесса, а также геометрическими размерами цилиндропоршневой груп­пы, конструкцией деталей и системы охлаждения.

Внешний тепловой баланс в целом и отдельные его 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 можно представить так:

Qo — Qe + Qохл + Qm + Qгаз + Qh.c + Qoct

Qo — количество теплоты, выделяемой при сгорании вводимого в двигателе топлива за определенное время

Qe —теплота, эквивалентная эффективной работе

Qн.c — теплота, не выделившаяся в двигателе вследствие неполноты сгорания

Qм — количество теплоты, передаваемой смазочному материалу

Qгаз — количество теплоты, теряемой с отработавшими газами, так как их температура и теплоемкость выше, чем у свеже­го заряда.

Qохл — количество теплоты, передаваемой охлаждающей жидкости

13. Определение и классификация характеристик двс.

Зависимости мощностных, экономических, температурных, износных и других показателей, определяемых при испытании двигателя, от тек или иных параметров обычно представляют графически.

Подобного рода связи одних параметров с другими — ха­рактеристики двигателя. Или характеристиками двигателя на­зывают зависимости основных показателей его работы от того или иного фактора. К основным показателям работы двигателя относятся мощность, частота вращения, крутящий момент или среднее эффективное давление, а также часовой и удельный расходы топлива.

Назначение характеристики заключается в выявлении зави­симости какого-либо основного показателя (показателей) рабо­ты двигателя от другого показателя или фактора.

В зависимости от параметра который принят в качестве не­зависимого переменного, различают, например, следующие ха­рактеристики:

— по составу смеси (независимые переменные: коэффициент избытка воздуха или часовой расход топлива Gт);

— по установочному углу опережения зажигания в карбюра­торном двигателе или впрыскивания топлива в дизеле

— нагрузочные (независимые переменные: среднее эффективное давление Ре или эффективная мощность Ne);

— скоростные (независимая переменная—частота враще­ния );

— регуляторные (независимые переменные: частота враще­ния или эффективная мощность Ne);

— холостого хода (независимая переменная — частота враще­ния).

Характеристики определяют при испытаниях двигателей, программа которых зависит от поставленной задачи, и исполь­зуют для подбора оптимальных значений отдельных регулиро­вочных параметров; контроля качества вновь выпускаемых и отремонтированных двигателей; определения конструктивных, динамических свойств и экономических показателей как новых, так и модернизированных двигателей.

Эффективность двигателя внутреннего сгорания

Большая часть теплоты при сгорании топлива уходит на нагрев поршня, стенок цилиндра и ГБЦ, но наибольшие потери происходят при выходе выхлопных газов. Именно поэтому использование выхлопа для раскручивания турбины повышает КПД двигателя внутреннего сгорания. Большая часть полезной работы затрачивается на преодоления трения, сжатия пружин и насосные потери, связанные с перекачиванием технических жидкостей (моторного масла, жидкости ГУР). Под потерями на трение подразумевается не только сопротивление движению поршней, вращению коленчатого и распределительного валов, но и, к примеру, затрачиваемое усилие на вращение шкива генератора.

КПД двигателя рассчитывается как соотношение полезной энергии к общему количеству энергии, высвободившейся в процессе горения ТПВС.

КПД конкретной модели двигателя зависит от многих параметров, но в целом можно сказать, что бензиновые агрегаты имеют эффективность в районе 20-25%, тогда как показатель атмосферных ДВС цикла Дизеля достигает 40%. Установка турбонагнетателя на дизельный двигатель позволяет получить внушительные 50-53% эффективности.

Борьба с потерями

Можно выделить 3 основные способа потери полезной энергии:

  • топливная эффективность (порядка 25% всех потерь). Как бы ни старались конструкторы, но сжечь полностью порцию топлива и получить близкую к максимально возможной отдачу на современной стадии двигателестроения невозможно;
  • тепловые потери в процентном эквиваленте достигают 35% от общей эффективности;
  • механические потери, связанные с трением, насосными потерями (около 20%).

Существует 2 основных способа получения большей отдачи от сгорания ТПВС: увеличить топливную эффективность и уменьшить потери. Чтобы получить большую отдачу от сгорания бензина, ТПВС нужно как можно сильнее сжать. Но в случае с бензиновыми двигателями мы натыкаемся на большую проблему – детонацию. Дизельным моторам детонация не страшна, но увеличение энергии приводит к чрезмерным нагрузкам на коленчатый вал, вкладыши коленвала и т.д. Поддерживать чрезвычайно высокую температуру в камере сгорания двигателя также нет возможности, так как детали ЦПГ, головки блока цилиндров имеют определенный коэффициент расширения. Изготовление деталей из сверхпрочных материалов удорожит себестоимость производства, сделав тем самым изготовление экономически невыгодным. Уменьшение потерь – действенный способ увеличения КПД двигателя. Именно желание уменьшить потери привело современное двигателестроение к облегчению деталей ЦПГ, уменьшению размера поршневых колец, ранней блокировке ГДТ в коробках автомат и тому подобным мерам.

Читать еще:  Чем отличаются двигатели briggs stratton

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.

Эффективность двигателя внутреннего сгорания

Большая часть теплоты при сгорании топлива уходит на нагрев поршня, стенок цилиндра и ГБЦ, но наибольшие потери происходят при выходе выхлопных газов. Именно поэтому использование выхлопа для раскручивания турбины повышает КПД двигателя внутреннего сгорания. Большая часть полезной работы затрачивается на преодоления трения, сжатия пружин и насосные потери, связанные с перекачиванием технических жидкостей (моторного масла, жидкости ГУР). Под потерями на трение подразумевается не только сопротивление движению поршней, вращению коленчатого и распределительного валов, но и, к примеру, затрачиваемое усилие на вращение шкива генератора.

КПД двигателя рассчитывается как соотношение полезной энергии к общему количеству энергии, высвободившейся в процессе горения ТПВС.

КПД конкретной модели двигателя зависит от многих параметров, но в целом можно сказать, что бензиновые агрегаты имеют эффективность в районе 20-25%, тогда как показатель атмосферных ДВС цикла Дизеля достигает 40%. Установка турбонагнетателя на дизельный двигатель позволяет получить внушительные 50-53% эффективности.

Борьба с потерями

Можно выделить 3 основные способа потери полезной энергии:

  • топливная эффективность (порядка 25% всех потерь). Как бы ни старались конструкторы, но сжечь полностью порцию топлива и получить близкую к максимально возможной отдачу на современной стадии двигателестроения невозможно;
  • тепловые потери в процентном эквиваленте достигают 35% от общей эффективности;
  • механические потери, связанные с трением, насосными потерями (около 20%).

Существует 2 основных способа получения большей отдачи от сгорания ТПВС: увеличить топливную эффективность и уменьшить потери. Чтобы получить большую отдачу от сгорания бензина, ТПВС нужно как можно сильнее сжать. Но в случае с бензиновыми двигателями мы натыкаемся на большую проблему – детонацию. Дизельным моторам детонация не страшна, но увеличение энергии приводит к чрезмерным нагрузкам на коленчатый вал, вкладыши коленвала и т.д. Поддерживать чрезвычайно высокую температуру в камере сгорания двигателя также нет возможности, так как детали ЦПГ, головки блока цилиндров имеют определенный коэффициент расширения. Изготовление деталей из сверхпрочных материалов удорожит себестоимость производства, сделав тем самым изготовление экономически невыгодным. Уменьшение потерь – действенный способ увеличения КПД двигателя. Именно желание уменьшить потери привело современное двигателестроение к облегчению деталей ЦПГ, уменьшению размера поршневых колец, ранней блокировке ГДТ в коробках автомат и тому подобным мерам.

Почему я не сокол, почему не летаю

Принципы термодинамики — это основа работы всех двигателей внутреннего сгорания. Один из них гласит, что при сгорании топлива часть тепла, выделяющегося 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 производимой здесь тепловой энергии используется для работы мотора. Остальные утеряна безвозвратно. Но куда девается львиная доля энергии? Давайте разбираться по порядку.

Формулировка понятия тепловой баланс

Следовательно, тепловой баланс двигателя — это разделение затрат полученной энергии на полезную отдачу и растрату впустую. Неизменным здесь является равенство или баланс между полученной энергией тепла и его расходом.

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

Читать еще:  Двигатель caterpillar 3406 технические характеристики

Причины потери

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 охлаждения;
  • 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 теплоотдача 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 растраты. Все это учитывается при расчетах, что позволяет добиться получения максимальной пользы от горения топлива.

Извлечения пользы из потери

Конечно, при таком раскладе, потеря энергии, все еще остается 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 ее работы заключается в том, что выхлопные газы приводят в действие турбину, вращающую лопасти нагнетателя, обогащает компонента внутрь цилиндров двигателя.

Еще тепло, поглощенное охлаждающей системой, используется для обогрева салона автомобиля. Горячая вода из радиатора подается по нагревательным элементам печи.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Большая часть теплоты при сгорании топлива уходит на нагрев поршня, стенок цилиндра и ГБЦ, но наибольшие потери происходят при выходе выхлопных газов. Именно поэтому использование выхлопа для раскручивания турбины повышает КПД двигателя внутреннего сгорания. Большая часть полезной работы затрачивается на преодоления трения, сжатия пружин и насосные потери, связанные с перекачиванием технических жидкостей (моторного масла, жидкости ГУР). Под потерями на трение подразумевается не только сопротивление движению поршней, вращению коленчатого и распределительного валов, но и, к примеру, затрачиваемое усилие на вращение шкива генератора.

КПД двигателя рассчитывается как соотношение полезной энергии к общему количеству энергии, высвободившейся в процессе горения ТПВС.

КПД конкретной модели двигателя зависит от многих параметров, но в целом можно сказать, что бензиновые агрегаты имеют эффективность в районе 20-25%, тогда как показатель атмосферных ДВС цикла Дизеля достигает 40%. Установка турбонагнетателя на дизельный двигатель позволяет получить внушительные 50-53% эффективности.

БОРЬБА С ПОТЕРЯМИ

Можно выделить 3 основные способа потери полезной энергии:

  • топливная эффективность (порядка 25% всех потерь). Как бы ни старались конструкторы, но сжечь полностью порцию топлива и получить близкую к максимально возможной отдачу на современной стадии двигателестроения невозможно;
  • тепловые потери в процентном эквиваленте достигают 35% от общей эффективности;
  • механические потери, связанные с трением, насосными потерями (около 20%).

Существует 2 основных способа получения большей отдачи от сгорания ТПВС: увеличить топливную эффективность и уменьшить потери. Чтобы получить большую отдачу от сгорания бензина, ТПВС нужно как можно сильнее сжать. Но в случае с бензиновыми двигателями мы натыкаемся на большую проблему – детонацию. Дизельным моторам детонация не страшна, но увеличение энергии приводит к чрезмерным нагрузкам на коленчатый вал, вкладыши коленвала и т.д. Поддерживать чрезвычайно высокую температуру в камере сгорания двигателя также нет возможности, так как детали ЦПГ, головки блока цилиндров имеют определенный коэффициент расширения. Изготовление деталей из сверхпрочных материалов удорожит себестоимость производства, сделав тем самым изготовление экономически невыгодным. Уменьшение потерь – действенный способ увеличения КПД двигателя. Именно желание уменьшить потери привело современное двигателестроение к облегчению деталей ЦПГ, уменьшению размера поршневых колец, ранней блокировке ГДТ в коробках автомат и тому подобным мерам.

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.

Читать еще:  Холостой ход однофазного двигателя

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.

Тепловой баланс составляется для анализа процессов, происходящих в топке котла при сгорании топлива, с целью: определить причины снижения производительности к/а; разработать мероприятия, необходимые для повышения КПД.

Тепловой баланс котла может быть записан в виде равенства Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5, где Q — это полное количество теплоты, поступившей в топку. Оно складывается из теплоты сгорания топлива, его физического тепла, а также тепла, поступившего в топку с паром и подаваемым на горение воздухом: Q = Qн + Qф.т + Qф.в + Qпар.

Qн — низшая теплота сгорания топлива, которая выделяется при полном сгорании без учета теплоты конденсации водяных паров.
Qф.т — физическое тепло топлива, учитывается при условии подогрева топлива перед подачей в топку.
Qф.в — тепло воздуха, внесенного в топку, учитывается в том случае, когда на котельной установлены воздухонагреватели.
Qпар — тепло пара, поступившего в топку.

Правая часть уравнения представляет собой сумму тепла, израсходованного на получение пара или воды (Q1) и тепловых потерь (Q2 + Q3 + Q4 + Q5)

Q1 — полезно используемое тепло, потраченное на производство пара или горячей воды.
Q2 — потери тепла с уходящими газами (самые значительные по величине, достигающие для современных котлов 4—10%. Их величина зависит от вида применяемого топлива, нагрузки к/агрегата, температуры и объема уходящих газов, и значительно возрастает при увеличении количества воздуха, подаваемого на горение).
Q3 — потери тепла от химической неполноты сгорания топлива (возрастают при уменьшении подачи воздуха на горение, кроме того, зависят от вида сжигаемого топлива, способа его сжигания, конструкции топки и других факторов).
Q4 — потери тепла от физической неполноты сгорания топлива (учитываются только при работе на твердом топливе).
Q5 — потери тепла в окружающую среду (зависят от качества и толщины обмуровки котла, от коэффициента теплопроводности ее материала, от температуры наружного воздуха, площади и т.д.). Подсчитываются по приблизительным формулам.

Тепловой баланс составляется при устоявшейся работе котла, выражается в кДж/кг (кДж/м3) и обычно относится к 1м3 газа или к 1 кг твердого и жидкого топлива, находящегося при T = 0°С и P = 760 мм рт. ст. (0,1 МПа).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector