Как это следует из рассмотрения рабочего цикла двигателя, тепло, выделяющееся при сгорании топлива, не все переходит в полезную механическую работу — часть тепла уносится с охлаждающей водой, с отработавшими газами, а также незначительная часть тепла теряется от неполноты сгорания топлива в окружающую среду и переходит в тепло, эквивалентное кинетической энергии выпускных газов (если она не используется).
Тепловой баланс двигателя (рис. 150) распределяет тепло, выделившееся при сгорании топлива, по статьям его расхода. Составляется тепловой баланс двигателя при различных режимах его работы по данным испытаний. Обычно составляют удельный тепловой баланс, т. е. отнесенный к 1 э. л. с. ч в ккал или в процентах.

Уравнение удельного теплового баланса состоит из следующих слагаемых:

где qт — располагаемое тепло топлива, вводимого в цилиндр двигателя,
на 1 э. л. с. ч;
qe — тепло, превращенное в эффективную работу 1 л. с. в течение 1 ч;
qохл — тепло, уносимое охлаждающей водой;
qг — тепло, уносимое отработавшими газами;
qн.б — невязка баланса, равная сумме остальных неучтенных потерь. Слагаемые уравнения теплового баланса равны:
Располагаемое тепло

где Gохл — расход охлаждающей воды в кг/ч;
t1 и t2 — температуры охлаждающей воды при входе и выходе из двигателя;
с? — теплоемкость воды.
Количество тепла, эквивалентное работе трения движущихся деталей двигателя, передается охлаждающей воде, циркулирующей в полостях охлаждения и в маслохолодильнике, а потому отдельно не учитывается. Количество тепла от трения, не перешедшее в охлаждающую воду, включается в невязку баланса.
Тепло, уносимое отработавшими газами,

где Тг и Т0 — температуры отработавших газов в выпускном коллекторе и свежего заряда, поступающего в цилиндр в °К.
Значение qг можно определить, пользуясь приближенной формулой для подсчета тепла, уносимого отработавшими газами 1 кг сгоревшего топлива:

Остаточный член теплового баланса — невязка баланса определяется как разность

Рассмотренное распределение тепла определяет так называемый внешний тепловой баланс, который обычно составляется при испытании двигателя. Распределение тепла, выделяемого в цилиндре, на слагаемые, учитывающие тепло, превращенное в индикаторную работу, тепло, переданное охлаждающей воде в различные периоды цикла, тепло, уносимое с отработавшими газами, тепло, потерянное вследствие неполноты сгорания, тепло, отданное в окружающую среду, и тепло, эквивалентное кинетической энергии отработавших газов, называется внутренним тепловым балансом двигателя. На рис. 150 показана схема внешнего теплового баланса двигателя с разбивкой слагаемых его на отдельные внутренние составляющие, к числу которых относятся: qi —тепло, эквивалентное индикаторной работе; qcт — тепло, передаваемое стенкам двигателя; qмех — тепло, эквивалентное механическим потерям; qвг — тепло, эквивалентное полной энергии выпускных газов, qтр — тепло, эквивалентное работе трения поршня и поршневых колец; qкин — тепло, эквивалентное кинетической энергии выпускных газов; qл — тепло, теряемое в окружающую среду; qн.сг — тепло, эквивалентное неполноте сгорания топлива; qкол — тепло, переданное в охлаждающую воду в выпускном коллекторе.
Современные судовые дизели имеют следующие значения слагаемых теплового баланса при номинальном режиме их работы: qе = 35?45%; qохл = 15?28%; qг = 25?50%; qн.б = 1?8%.
При форсировке двигателя, как по числу оборотов, так и по среднему эффективному давлению удельный унос тепла охлаждающей водой уменьшается, а удельный унос тепла выпускными газами возрастает. Объясняется это тем, что с увеличением нагрузки и числа оборотов вала двигателя продолжительность процесса сгорания возрастает за счет догорания его на линии расширения.
|