В результате взаимодействия перечисленных факторов наблюдается некоторое увеличение эффективной мощности двигателя и улучшение удельного эффективного расхода топлива при повышении температурного режима. Наиболее сильное влияние при этом оказывает улучшение механического к. п. д. Повышение эффективной мощности и уменьшение удельных эффективных расходов топлива для каждого конкретного двигателя зависит от его конструктивных особешю-стей, качеств масла и топлива, а также ряда трудно поддающихся учету факторов (теплоотдача внешними повер хиостями, коэффициент избытка продувочного воздуха для двухтактных двигателей и т. д.). Опыты показывают, что при изменении температуры охлаждающей воды от 50 до 90° С эффективная мощность двигателя может повыситься на 2,5-8%, а удельный эффективный расход топлива уменьшается на 2-5 г/5, л. с. ч.
Для двигателя с водяным охлаждением оптимальная температура воды, выходящей из системы охлаждения, составляет 75-85°С. При более высокой температуре выходящей воды в замкнутых системах охлаждения могут образовываться паровые пробки, нарушающие циркуляцию воды и вызывающие местные перегревы. В двигателях с проточной системой охлаждения во избежание образования накипи в зарубашечном пространстве температура выходящей воды не превосходит 50-55° С, что не является оптимальным температурным режимом, но вызвано условиями эксплуатации.
При форсировке двигателя с воспламенением от сжатия увеличением •среднего эффективного давления или повышением числа оборотов количество теплоты, вводимой в двигатель за единицу времени, увеличивается. При этом уменьшается относительная теплоотдача охладителю до 10-15% и возрастает до 40-50% доля теплоты, уносимая отходящими газами При наличии газовой турбины, работающей на отходящих газах, такое перераспределение потерь теплоты является желательным, так как позволяет получить большую мощность от турбины вследствие более высокого теплосодер-
отработавшими газами; Q-теплота, соотиетствующая неполноте сгорания; Q - остаточный член баланса; Q, - теплота, затрачиваемая на подогрев свежего заряда; - теплота, отдаваемая газами стенкам цилиндра; Qs - теплота, расходуемая иа подогрев свежего заряда охладителем; - теплота, расходуемая иа подогрев •свежего заряда отработавшими газами; Q, - теплота, затрачиваемая ла иагревапие охладителя в выпускном патрубке; С - теплота, эквивалентная полной энергии газов, прохоляишх через выпускной патрубок; Q,-теплота трения поршней о сгеики цилиндра," передаваемая охладителю; Q«-теплота, эквивалентная механическим потерям; C<i - теплота, эквивалентная кинетической энергии отра-ботавших газов; -теплота, теряемая лучеиспусканием •
жания отработавших газов. Повышение степени сжатия и увеличение размеров цилиндра также вызывает перераспределение теплоты. Доля теплоты, теряемая с охлаждающей средой, уменьшается, а доля теплоты, теряемая с отработавшими газами, возрастает.
Теплонапряженность двигателя, характеризуемая величинами тепловых потоков, проходящих через отдельные его детали, зависит от количества вводимой теплоты, ее распределения и количества теплоты, отводимой от деталей двигателя в охлаждающую среду.
Определить количество теплоты, протекающей через отдельные детали двигателя (поршень, клапан и т. п.), чтобы выявить их температурные напряжения, чрезвычайно трудно. Сложность и разнообразие конструктивных форм деталей, равно как и характера теплооб.мена между рабочим телом и стенками, не позволяет учесть тепловые потоки расчетным путем и тем самым наметить способы увеличения срока службы деталей, а следовательно, и двигателя в целом. Срок службы деталей в значительной, степени зависит от их рабочей температуры и температурных градиентов, определяющих величину тепловых напряжений.
Средняя температура поверхности детали, подсчитанная по теплопере-даточным зависимостям, не вызывает действительных тепловых напряжений деталей. Деформации и разрушения происходят не в результате превышения некоторого значения максимальной температуры средней по всей поверхности, а в результате того, что действительная местная температура детали вызывает разрушающие напряжения. Для каждого конкретного двигателя наиболее термически напряженные детали и узлы обычно выявляются экспериментально в условиях эксплуатации.
Величина теплового потока в охлаждающую среду, как показывают опытные данные, при всех прочих равных условиях обратно пропорциональна температуре охладителя в системе охлаждения. Изменение теплоотдачи при изменении температуры охладителя вызывает изменение температуры деталей цилиндра и поршневой группы в том же направлении, что и изменение температуры охладителя. Тепловые напряжения деталей меньше при меньшей разности температур рабочего тела и охладителя, а также при меньшей разности температур охладителя в системе охлаждения .
Тепловой поток на различных участках рабочего цилиндра не равномерен. Наибольшее количество теплоты, примерно до 60%, отводится через крышку (головку) цилиндра, так как внутренняя поверхность крышки воспринимает теплоту в течение всего рабочего цикла. Поэтому наибольшие тепловые напряжения возникают в крышке цилиндра. Днище крышки, обращенное к камере сгорания, должно иметь возможно более равномерное распределение температур и омываться снаружи охлаждающей жидкостью достаточно высокой температуры для предотвращения появления значительных температурных напряжений
В бензиновых двигателях с более высокими средними температурами цикла наибольшие температуры имеют выпускные клапаны (до 700-800* С) и днища поршней (до 275-325°С). Наиболее тенлонапряженной деталью в двигателях с воспламенением от сжатия является поршень. Температура поршня может достигать 600° С. При прочих равных условиях, тепловой поток в днище поршня двигателя с воспламенениелт от сжатия примерно в два раза интенсивнее, чем в днище поршня бензинового двигателя. Объясняется это повышенной плотностью рабочего тела и, в связи с этим, более высоким коэффициентом теплоотдачи от рабочего тела в стенки, а также характером пламени в двигателе с воспламенением от сжатия. Сгорание в двигателях с воспламенением от сжатия сопровождается значительным излучением непрозрачного пламени, воспринимаемом в основном днищем поршня и крышкой.
В бензиновых двигателях пламя почти прозрачно и излучение пламени незначительно.
Теплонапряженность двигателя при работе на заданном режиме считается нормальной, если при установившемся тепловом состоянии обеспечивается нормальное протекание рабочего процесса и надежность работы деталей.
Теплонапряженность является одним из факторов, определяющих предел форсирования двигателя, в особенности за счет наддува. При умеренном наддуве < 1,6 кг1см теплонапряженность двигателя может быть сохранена почти такой же, как и у двигателя без наддува. При более высоком наддуве теплонапряженность двигателя возрастает и может превзойти допустимые пределы. Основным средством для снижения теплонапряженности цилиндра и порпнгевой группы при высоких значениях р являются снижение начальной температуры цикла Та, увеличение коэффициента избытка воздуха а, уменьшение тепловых потерь. Снижение начальной температуры рабочего цикла достигается введением промежуточного охлаждения воздуха и продувки пространства камеры сгорания при достаточных коэффициентах избытка продувочного воздуха. Охлаждающий эффект продувки различен для различных точек камеры сгорания. Наиболее сильно понижается температура стенок цилиндра, поршня и особенно клапанов. Поэтому потеря воздуха при продувке не является совершенно бесполезной, так как допол-нителыюе воздушное охлаждение понижает температуры деталей двигателя.
Значительную роль в снижении теплонапряженности деталей играют различного рода конструктивные мероприятия, улучшающие теплоотвод или обеспечивающие более равномерное распределение температур.
