发动机热平衡优化探讨

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：图8-2 随发动机转速变化的冷却损失比例2.能量平衡供给到发动机的燃料和空气的能量通常以净功、冷却损失、排气损失和摩擦损失进行区分和分析。图8-3 发动机的能量平衡冷却损失从热效率的观点上是完全损失，但从保持发动机的内部工作温度并确保发动机可靠性的观点上是不可缺的功能。表8-5 汽车发动机的能量平衡

热平衡（或能量平衡）是供给到气缸内的燃料和空气能量的使用比率。热平衡随发动机运行条件的不同而发生变化，以净功（制动功、轴功）、冷却损失、排气损失和摩擦损失区分进行计算。

1.冷却损失热量

如图8-2所示为随发动机转速变化的冷却液损失比例。图中ⓐ为工作容积为400～600mL的小型柴油机，ⓑ为800～1600mL的中型柴油机，ⓒ为2000～5000mL的大型柴油机，ⓓ为汽油机。可以看出，冷却损失比例随转速的增加而减小，随发动机排气量的减小而增加。

冷却损失较大的是小型柴油机。这是因为小型柴油机为间接喷射式（IDI）发动机，主室与副室之间连接通道的热传递系数较大，并且依赖于2级燃烧的长燃烧时间和因强气流的通过燃烧室壁表面的热损失增大。与此相对应，ⓒ所示的大型柴油机为直喷式发动机（DI），燃烧室形状简单，表面积小，因此冷却损失（或冷却损失率）较小。尤其是，可以看出ⓓ汽油机的冷却损失比例比柴油机小。这是因为柴油机为了促进燃料-空气的混合，气缸内的气体流动速度较大，通过气缸壁的冷却损失热量大，另外柴油机的表面积/容积比大于汽油机。

图8-2 随发动机转速变化的冷却损失比例

2.能量平衡

供给到发动机的燃料和空气的能量通常以净功、冷却损失、排气损失和摩擦损失进行区分和分析。发动机的正常状态能量平衡式为

式中，为燃料和空气的质量流量率；h_f、h_a（kJ/kg）为燃料和空气的焓；H_l（kJ/kg）为燃料的低热值；为发动机的净功率；为冷却损失热量率；为通过润滑油的散热的热量率；为通过排气被排放的热量率；为摩擦损失功。直喷式柴油机多采用润滑油冷却器，润滑油也起到冷却作用，因此在上述能量平衡式中包括了通过润滑油散热的热量率但副室类型柴油机主要是低功率发动机，没有润滑油冷却器。在这里假设燃烧效率为100%，空气的能量相对于燃料的发热量较小，以此可以忽略不计。