Влияние различных факторов на тепловой баланс двигателя

На распределение теплоты в двигателе оказывают влияние такие факторы как частота вращения коленчатого вала, нагрузка, состав смеси, угол опережения зажигания.

Частота вращения коленчатого вала. С ростом частоты вращения коленчатого вала абсолютные величины всех составляющих теплового баланса увеличиваются, так как в двигатель за единицу времени поступает большее количество теплоты. Изменение относительных величин теплового баланса в зависимости от частоты вращения коленчатого вала (рис. 1).

Рис. 1. Влияние частоты вращения коленчатого вала
на составляющие теплового баланса: а — изменение абсолютных значений;
б — изменение относительных величин

С увеличением частоты вращения коленчатого вала величина q_охл уменьшается, так как время на теплоотдачу в систему охлаждения сокращается.

Значения q_e достигают максимума при частоте вращения коленчатого вала, соответствующей минимальному удельному расходу топлива.

Величина q_г увеличивается с ростом частоты вращения коленчатого вала, так как при этом растет температура отработавших газов и недогорание топлива.

Потери на неполноту сгорания q_нс остаются почти постоянными, что объясняется примерно одинаковым составом смеси по всему диапазону частоты вращения коленчатого вала.

Нагрузка. С увеличением нагрузки значение q_e увеличивается до максимума, когда произведение η_i • η_м принимает наибольшее значение. Дальнейшее уменьшение q_e связано с обогащением смеси на полных нагрузках, при этом возрастает доля q_нс (рис. 2).

f

Рис. 2. Влияние нагрузки на составляющие теплового баланса:
а — изменение абсолютных значений; б — изменение относительных величин

Наибольшие потери теплоты в охлаждающую среду наблюдаются на холостом ходу, так как на этом режиме вся выделенная теплота идет на совершение работы по преодолению сил трения в двигателе и нагрев окружающей среды.

С увеличением нагрузки возрастает и q_г в связи с ростом температуры и теплосодержания отработавших газов.

Потеря теплоты вследствие неполноты сгорания топлива имеет место при малых нагрузках, когда включается система холостого хода карбюратора, а также на полных и близких к ним нагрузках, когда происходит обогащение смеси экономайзером.

Угол опережения зажигания. Наибольшие значения q_e соответствуют оптимальному значению угла опережения зажигания (рис. 3). Потери теплоты в систему охлаждения возрастают как при раннем, так и при позднем зажигании, так как сгорание в этих случаях происходит в невыгодных условиях. При позднем зажигании возрастают потери теплоты с отработавшими газами, так как догорание происходит уже в стадии процесса расширения. На потери, связанные с неполнотой сгорания, угол опережения зажигания влияния не оказывает, так как коэффициент избытка воздуха остается при этом неизменным.

Рис. 3. Влияние угла опережения зажигания на составляющие теплового баланса двигателя

Состав горючей смеси. При экономичном составе смеси, когда α равно 1,05—1,1, значения q_e становятся максимальными (рис. 4). Потери q_охл возрастают при отклонениях в обе стороны от значений α, равных 0,8—0,9, что объясняется увеличением времени сгорания в обоих случаях. Потери q_г увеличиваются с изменением коэффициента избытка воздуха аналогично q_охл из-за увеличения температуры газов при замедлении скорости сгорания. Кроме того, при α > 1 возрастают значения q_г из-за роста тепловых потерь с излишним воздухом, участвующим в сгорании.

Рис. 4. Влияние состава смеси на составляющие теплового баланса:
а — изменение абсолютных значений; б — изменение относительных величин