Jaki jest bilans cieplny silnika?

Za każdym razem, gdy czytasz artykuły o samochodach, twierdząc, że są naukowe i skrupulatne, twoje oko potyka się o terminy i pojęcia, które wydają się nieznane. Zwłaszcza mistrzowie tuningu i niektórzy eksperci lubią to podważać. A jeśli wszystko jest dla ciebie jasne w tych artykułach bez wyjaśnień, to w porządku. Ale jeśli uważasz, że niektóre rzeczy powinny być nazywane prościej, to w porządku, powiemy ci.

Silnik spalinowy

Na przykład często wspomina się o bilansie cieplnym silnika. Z reguły wymawia się ten termin tak, jakby wszyscy na świecie wiedzieli, co on oznacza.

Co to znaczy

Z punktu widzenia fizyki, silnik spalinowy ma za zadanie przekształcać energię cieplną w energię kinetyczną. W komorze spalania silnika ciepło z mikroeksplozji popycha tłok; ale prawdopodobnie znasz już fazy silnika spalinowego. Jeśli jednak spojrzymy na ten proces z punktu widzenia fizyki i pomiarów, okaże się, że ciepło jest wykorzystywane nie tylko do napędzania tłoka.

Na tym właśnie polega problem z silnikami spalinowymi. Prawdopodobnie słyszałeś, że ich wydajność nie jest tak wysoka, jak chcieliby tego inżynierowie, a każdy zyskany procent powoduje, że konkurencja staje się zazdrosna i uczulona na patenty. Chodzi więc o to, że istnieje kilka innych źródeł, które pobierają ciepło spalania. Jeśli zsumować je z ciepłem użytecznym, które ostatecznie poruszyło tłok, ich łączna wartość wynosi 100%. Tak więc stosunek wartości tych wskaźników nazywany jest bilansem cieplnym silnika spalinowego. Jakie są te wartości?

Część energii cieplnej ze spalania trafia do układu wydechowego pojazdu. Kiedy gazy są wydalane, są przez to podgrzewane. Można to zaobserwować: spaliny unoszą się do góry, są lżejsze i cieplejsze od powietrza. Układ chłodzenia silnika również zabiera swój kawałek tortu. Zimne powietrze lub ciecz odbierające nadmiar ciepła z silnika niestety nie odróżniają ciepła bezużytecznego od użytecznego. Tak więc układ chłodzenia również staje się jednym z parametrów obniżonej wydajności. Kolejnym ważnym punktem są straty wynikające z niepełnego spalania. W idealnej sytuacji mieszanka paliwowo-powietrzna nie powinna pozostawiać żadnych śladów, jednak benzyna może zawierać dodatki i obce elementy, które nie mogą zostać spalone. Wówczas dochodzi do strat ciepła, ponieważ otwarcie zaworów ma na celu doprowadzenie określonej ilości paliwa do komory i uzyskanie z niego odpowiedniej ilości energii. Jeśli masa mieszanki paliwowej podczas spalania staje się mniejsza z powodu obecności w niej obcych elementów, odpowiednio, da ona mniej energii. Jest to uważane za straty.

Ostatni element, który jest bardzo trudny do zmierzenia i jest niejasno nazywany «innymi stratami», obejmuje straty wynikające z tarcia części. Jak już powiedzieliśmy, jest to trudne do zmierzenia, ale można je obliczyć z dość dużą dokładnością.

Teraz połączmy wszystkie te składniki razem. Ich suma będzie równa 100%. W związku z tym łatwo jest obliczyć wartość każdego z pozostałych parametrów. Proporcja «30% użytecznej energii cieplnej, 28% spalin, 15% chłodzenia, 20% niepełnego spalania i 7% innych strat» nazywana jest bilansem cieplnym silnika.

Dystrybucja energii cieplnej w silniku

Dlaczego warto go znać

Faktem jest, że bilans cieplny nie jest wielkością statyczną. Przybiera on różne proporcje przy różnych obciążeniach. W miarę upływu czasu, zużycie silnika odbija się na jego sprawności, a bilans cieplny ulega zmianie. Pomiary wykonywane przez rzemieślników mają na celu pokazanie sprawności silnika lub wskazanie potrzeby naprawy. Jest to więc rzeczywiście ważny wskaźnik. Inną rzeczą jest to, że w nowoczesnym samochodzie istnieje wiele innych sposobów na «wyłapanie» usterki, w tym diagnostyka komputerowa z przesłuchiwaniem czujników. A pomiary bilansu cieplnego są znacznie bardziej przydatne dla inżynierów projektujących silnik.

Podsumowując

Bilans cieplny silnika, jak się dowiedzieliśmy, to zestaw wskaźników, które pokazują sprawność silnika. Przeciętny kierowca może być oczywiście zainteresowany tą proporcją. W końcu pokaże, przy jakich prędkościach i ogólnie w jakich warunkach sprawność silnika rośnie lub spada. Być może mistrzowie chip tuningu mogą nawet zmienić ustawienia wtryskiwaczy, aby zwiększyć wydajność silnika, w zależności od konkretnych warunków pracy.