Согласно анализу действительного рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания получается, что на совершение полезной работы расходуется порядка 20-40% теплоты, а остальной частью являются тепловые потери различного характера.
Тепловой баланс отражает распределение теплоты в двигателе. Он позволяет оценить степень совершенства работы двигателя, а также наметить пути по улучшению его экономичности.
Уравнение теплового баланса (общий вид):
Qо=Qе+Qохл+Qг+Qн.с+Qост,
где Qо – общее количество теплоты вследствие сгорания топлива; Qе – теплота, равнозначная эффективной мощности; Qохл – теплота, которая отдана охлаждающей среде; Qг – теплота, которая унесена с отработавшими газами; Qн.с – часть теплоты, которая теряется от неполноты сгорания; Qост – остаточный член, куда включены потери, не учтённые составляющими теплового баланса.
Табл. 1. Примерные значения составляющих теплового баланса на режиме максимальной мощности.
| Двигатели | Составляющие теплового баланса (%) | ||||
| qе | qохл | qг | qн.с | qост | |
| Карбюраторные | 20-30 | 15-25 | 30-55 | 0-30 | 3-10 |
| Дизельные | 30-40 | 15-25 | 25-45 | 0-5 | 2-5 |
Составляющие теплового баланса зачастую определяются экспериментально либо рассчитываются.
Общее количество израсходованной в течение 1 с теплоты:
Qо=HuGт/3600.
Количество теплоты, равнозначной эквивалентной мощности:
Qе=Nе.
Теплота, которая отдана охлаждающей среде:
Qохл=GохлCохлtвыхtвх/3600,
где Qохл – количество прошедшей через двигатель охлаждающей жидкости (кг/ч); Cохл – теплоёмкость охлаждающей среды (кДж/кг•К); tвых, tвх – температура охлаждающего вещества на входе и выходе из двигателя (град. Цельсия) при расчёте переводится в К (град. Кельвина).
Теплота, унесённая отработавшими газами:
Qг=Gт(M2mC»рТг-M1mCрТ0)/3600.
Потери теплоты от неполноты сгорания, как правило, включаются в остаточный член (Qост). Для карбюраторных двигателей при работе с α<1 невыделившееся количество теплоты от неполноты сгорания подсчитывается по формуле:
Qн.с=ΔHuGт/3600,
где ΔHu – теплота, которая потеряна вследствие неполного сгорания (кДж/кг).
Остаточный член теплового баланса включает в себя все неучтённые потери:
Qост=Qо-(Qе+Qохл+Qг+Qн.с).
В процентном отношении уравнение теплового баланса может иметь вид:
qе+qохл+qг+qн.с+qост=100%,
где qе=(Qе/Qо)100% и т.д.