Автоцентр 37
Обслуживание, диагностика, ремонт автокондиционеров и автомобильных подогревателей
+7 (499) 123-64-50
+7 (925) 054-41-03 Обратный звонок
Заявка
на обслуживание
На главную
Отправить письмо
Карта сайта

Потери тепловой энергии газов

Теперь рассмотрим потери второго вида энергии, используемой в двигателе - тепловой энергии газов.

  1. Потери энергии, вызванные окислением и горением топлива в фазе "сжатие"

    Как мы говорили ранее, модель идеального двигателя может быть представлена в виде поршня с пружиной. В фазе "сжатие" (это фаза потерь) поршень принудительно сжимает относительно слабую пружину. Сила противодействия пружины (Рс) определяется механическим сжатием газа, т.е. растет пропорционально текущей степени сжатия ε:

    Рс = ро · ε · m,

    где: ро - исходное давление газа в цилиндре (в положении НМТ);
    m - коэффициент, учитывающий повышение температуры сжимаемого газа.

    При достижении поршнем ВМТ начинается фаза "расширение", а сила пружины становится равной Рp = k · Рс,

    где k - коэффициент, учитывающий повышение температуры сгоревшего газа. В реальности картина несколько иная. Во-первых, "поведение" воздушно-топливной смеси при сжатии отличается от "поведения" инертного газа.

    При сжатии воздушно-топливной смеси по сравнению с чистым воздухом давление и температура заметно повышаются. Это объясняется тем, что при нагреве воздушно-топливной смеси до нескольких сотен градусов начинается "холодная" (без горения) реакция окисления топлива, которая сопровождается выделением тепловой энергии.

    Таким образом, топливо в фазе "сжатие" теряет свою калорийность. Этому способствует наличие в двигателе раскаленных поверхностей (свеча зажигания, выпускной клапан). Счастье, что эти потери не превышают нескольких процентов.

    Во-вторых, горение воздушно-топливной смеси не происходит мгновенно (опять же к счастью), а требует значительного времени. Финиш горения достаточно строго задан - это примерно 15° после ВМТ. потери тепловой энергииПоэтому старт горения (зажигание) определяется частотой вращения коленвала двигателя ω. Понятно, чем выше ω, тем больше угол опережения зажигания α. Это означает, что тепловая энергия газов все больше выделяется в фазе "сжатие" и все сильнее убывает в фазе "расширение". То есть сила пружины Рс, которая противодействует поршню, становится все больше, а сила пружины Рр, которая совершает полезную работу, становится все меньше. Таким образом, потери нарастают с двойной скоростью.

    Наступает момент, когда двигатель "визжит" на высоких оборотах, а крутящего момента нет. Тепловая энергия газов никуда не исчезла, ее вдоволь, но она выделилась слишком рано. Первопричиной этих огромных потерь является неоправданно долгое горение воздушно-топливной смеси, а понятие "потери" носит условный характер.

  2. Потери энергии из-за декомпрессии

    В отличие от предыдущих, потери из-за декомпрессии физически абсолютно прозрачны.

      Декомпрессия может иметь несколько причин:
    • износ поршневой группы, особенно колец;
    • плохое прилегание клапанов к гнездам;
    • дефекты свечи зажигания, резьбового соединения и др.

    В результате из-за неплотностей в камере сгорания и цилиндре происходит стравливание газа высокого давления, т. е. возникают прямые потери тепловой энергии вместе с самим газом. потери тепловой энергииКроме этого, могут быть и другие негативные последствия, например, экологические. Однако в отличие от потерь тепловой энергии потери из-за декомпрессии растут с уменьшением частоты вращения коленвала двигателя. Это объясняется прямой зависимостью потерь от времени воздействия разности давлений (закон Ома в пневмотехнике).

  3. Потери энергии в стенки камеры сгорания и цилиндра

    Природа этих потерь также очевидна. Горение происходит циклично, максимальная температура достигает 2500 °С, а температура стенок двигателя примерно 95 °С. Чем больше разность температур, тем больше потери тепла (закон Ома в теплотехнике). Поэтому самые большие потери там, где самая высокая температура. В соответствии с Махе-эффектом это область начала горения, где располагаются свеча зажигания и начальная часть спиральной траектории горения.

    Следует отметить, что расчет тепловых потерь в стенки двигателя весьма затруднен. Объясняется это сложной формой и динамичностью объемного градиента температур, влиянием эффекта "газовой рубашки", турбулентностью, различной температурой внутренней поверхности стенок камеры сгорания, различной теплопроводностью отдельных фрагментов камеры сгорания и т.д. "Холодные" стенки камеры сгорания заметно замедляют процесс горения. Используя эмпирические данные, можно оценить потери тепловой энергии газов в стенки двигателя значением порядка 20%.

  4. Потери энергии в выхлопную трубу

    В итоге, мы подошли к самым известным и, по мнению специалистов, самым большим потерям тепловой энергии в выхлопную трубу. Считают данные потери весьма просто, используя соотношение: k2.4 = (Тмин / Тмакс) · 100 %,

    где Тмакс и Тмин - соответственно максимальная и минимальная температуры газа в фазе "расширение".

    Как известно, двигатель работает в очень широком диапазоне режимов. Значения Тмакс и Тмин тесно коррелированны с режимом работы двигателя.

    Минимальная величина потерь k2.4 соответствует холостому ходу. Максимальные потери k2.4 характерны для режима максимальной нагрузки и частоты вращения вала. В этом случае Тмакс = 2500 °С, Тмин = 1100 °С, k2.4 макс = 44%. В случае с газовым топливом данные потери еще больше, так как выше температура выхлопных газов.

    Напомним, что паровоз работал при температуре пара 150 °С. Чем объясняется высокая температура выхлопных газов в двигателях, работающих на легком топливе? Дело в том, что в камере сгорания топливо сгорает не полностью, а только на 70:80 %. потери тепловой энергии Далее, когда поршень движется вниз, продолжается его догорание. Это позволяет двигателю поддерживать высокое давление в цилиндре, а, следовательно, и температуру выхлопных газов.

    По мере увеличения частоты вращения вала время на догорание уменьшается, а температура выхлопных газов повышается. Наступает момент, когда топливо догорает уже в выхлопной трубе. С газовым топливом проблем еще больше. Октановое число газа выше, чем у бензина, поэтому загорается оно хуже, горит медленнее, догорает позднее.

При написании статьи использованы материалы журнала "Двигатель"
Центр технического обслуживания и
ремонта автокондиционеров объявляет о
снижении цен на заправку кондиционеров!