第五节 发动机的热平衡

内燃机热平衡内燃机热平衡是指内燃机在工作过程中，各种热量的流动和转化达到平衡状态。

内燃机是一种将化学能转化为机械能的装置，其工作过程中会产生大量的热能。

为了提高内燃机的效率和性能，需要对内燃机的热平衡进行控制和优化。

内燃机的热平衡主要包括热输入、热输出和热损失三个方面。

热输入是指内燃机吸收的燃料的热量，热输出是指内燃机输出的有效功和废热的总和，热损失是指内燃机在工作过程中由于各种原因而损失的热量。

热输入是内燃机的热平衡的基础，也是内燃机输出功的来源。

热输入主要取决于燃料的热值和燃料的消耗量。

燃料的热值是指单位质量燃料所释放出的热量，燃料的消耗量是指单位时间内燃料的消耗量。

燃料的热值越高，单位时间内燃料的消耗量越大，热输入就越高。

热输出是内燃机的热平衡的重要指标之一，也是内燃机性能的重要指标之一。

热输出主要包括有效功和废热两部分。

有效功是指内燃机输出的机械功，废热是指内燃机输出的除有效功以外的其他热量。

有效功的大小取决于内燃机的工作参数和工作状态，废热的大小取决于内燃机的热机制和热损失。

热损失是内燃机热平衡的主要影响因素之一，也是内燃机效率的主要影响因素之一。

热损失主要包括三个方面：机械损失、冷却损失和放热损失。

机械损失是指内燃机在工作过程中由于摩擦、密封等原因而损失的热量，冷却损失是指内燃机在工作过程中由于冷却介质的流动而损失的热量，放热损失是指内燃机在工作过程中由于传热和辐射而损失的热量。

降低热损失是提高内燃机效率的重要途径之一。

为了实现内燃机的热平衡，需要采取一系列的措施。

首先，要优化内燃机的工作参数和工作状态，使其在最佳工作区域内工作，提高有效功的输出。

其次，要改进内燃机的热机制和热传递方式，减小热损失。

例如，可以采用先进的燃烧技术和高效的冷却系统，提高燃料的利用率和冷却效果。

此外，还可以采用余热回收技术，将废热转化为有效热能，提高热输出。

最后，要进行严格的热平衡测试和分析，及时发现和解决热平衡不良的问题，保证内燃机的正常工作和高效运行。

第五节、热量热力学第一定律能量守恒教学目标：1、了解内能改变的两种方式2、知道内能变化可以由功和热量来量度3、知道做功和热传递对改变物体内能是等效的4、理解热力学第一定律，会用ΔU=Q+W分析和计算问题5、掌握能量守恒定律，会用来分析物理现象，计算、解决有关问题6、了解第一类永动机不可能造成的原因重点：改变内能的两种方式，能量转化和守恒定律难点：对做功和热传递等效性的理解，热力学第一定律的理解和正确应用课时：1课时教学方法：解释说明、分析讨论、练习巩固教学过程：复习内能的相关知识一、改变内能的两种方式1.做功：外界对物体做功，物体内能增加；物体对外界做功，物体内能减少。

仅做功使内能改变，内能的改变量用功的数值来量度2. 热传递：热传递的条件：两个物体存在温度差(温高向温低，分子平均动能大向分子平均动能小)热传递的方式：传导、对流、辐射物体吸热，内能增加；放热，内能减少。

（热平衡状态指温度不改变，热平衡方程：Q吸=Q放）仅热传递使物体内能改变，内能的改变量用热量来量度。

热量——热传递过程中内能的转移量，是过程量3. 热传递与做功的区别热传递与做功在改变内能上是等效的热功当量：J=4.2J/kal（其它效果不一定相同）本质上不同：做功——内能与其他能之间的转化热传递——物体间内能的转移例1、《教与学》P98/例2关于物体的内能，下列说法正确的是（BC）A、相同质量的两种物体，升高相同的温度，内能的增量一定相同B、一定量00C的水结成00C的冰，内能一定减少（既放热，又对外做功）C、一定量的绝热气体体积增大，内能一定减少D、一定量的气体吸收热量而保持体积不变，内能一定减少转入：内能多少难以计算，实际有意义的是内能的改变。

二、热力学第一定律意义：反映了做功、热传递与内能改变量之间的定量关系公式：ΔU=Q+W注意：系统吸热，Q>0；系统放热，Q<0外界对系统做功（V减小）,W>0；系统对外界做功（V增大）,W<0内能增加,ΔU>0，内能减少,ΔU<0例2、《课本》P80/方框一定量的气体从外界吸收2.6×105J的热量，内能增加4.2×105J，是系统对外做功还是外界对系统做功？做了多少功？气体的体积如何变化？如果系统放热2.6×105J，系统对外界做功3.0×105J，那么，系统的内能如何变化？变化了多少？三、能量守恒定律1. 能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。

车辆热管理开发基础—发动机热平衡试验发动机热平衡试验对热管理工程师都或多或少了解，尤其是做一维匹配计算冷却系统性能设计时，它是一个必要条件。

发动机热平衡试验对一维仿真分析的基本要素，一维模型的建立，以及散热器选型、冷却模块布置、机舱进气格栅开口大小都离不开发动机散热量这个基本数据，它也是热管理开发的核心参数。

但是在实际过程中，各个整车厂或研究院往往把这部分工作交给动力总成或发动机研发部门负责，因为信息沟通或是发动机试验工程师往往不是特别了解热管理开发，发动机热平衡试验的数据就会出现使用不当的情况，引起严重后果。

如何进行发动机热平衡试验，并且获得有效的试验数据？小编下面介绍下发动机热平衡试验的内容、工况及试验过程中的注意事项。

试验目的通过试验得到某型号发动机的热平衡情况，需要测试动力总成的热源分配比例，为车辆热管理开发及优化设计提供边界条件。

试验内容：先对发动机进行磨合，将管路及换热器接近原车布置好，如图。

然后拉出发动机的外特性曲线（转速、扭矩、功率）。

通过外特性曲线我们可以知道该发动机的状态是否正常，比如出现扭矩上不去等异常情况，这就需要我们及时联系发动机工程师。

另外还需要与标定工程师确定发动机ECU的版本号，叫他刷最新的版本。

否则你辛辛苦苦地做完热平衡试验，标定工程师告诉你ECU版本错了，你会死的很惨。

最后对试验数据进行整理、换算、计算、分析确定各个冷却系统支路流量、发热量及总散热量。

然后就是通过外特性曲线将发动机的扭矩分成几个重要的点。

比如转速1000、1500、1800、2000、3000，对应的扭矩50、90、120、150、180（举例）。

接下来就是测量发动机全工况下的热平衡数据，即不同发动机转速、不同节气门开度、对于的扭矩点工况下，发动机的冷却液发热量.。

发动机水温热平衡是指发动机冷却系统中的水温在运行过程中保持恒定的状态，不过热或过冷。

这种平衡状态对发动机的性能和可靠性都非常重要。

保持发动机水温热平衡的关键是合理的冷却系统设计和运行管理：
1.冷却系统设计：冷却系统应根据发动机的热特性进行设计，包括选择合适的水泵、散热器和冷却液等。

冷却系统的管路、散热面积和散热性能要能适应发动机的热负荷和工作环境。

2.冷却液选择：选用合适的冷却液可以提供良好的热传导性能和抗腐蚀性能，同时也要注意冷却液的冰点和沸点范围，以适应不同的气候环境和工况要求。

3.水泵工作：水泵的工作要保持稳定，确保足够的冷却液循环量。

水泵的运转速度和冷却液的流量要合理匹配。

4.散热器清洁：定期清洁散热器，防止散热器受到油渍、尘埃或杂质的堵塞，影响正常散热。

5.温控系统管理：温控系统（如水温表、温度传感器等）的准确性和故障监测是保持水温热平衡的关键。

及时发现故障并采取相应措施，以防止发动机过热或过冷。

保持发动机水温热平衡不仅可以提高发动机的燃烧效率和动力性能，还有助于延长发动机和冷却系统的使用寿命，减少故障率。

同时，合理控制发动机水温也符合节能环保的理念，避免不必要的能源浪费和环境污染。

单元一发动机工作原理%1.名词解释。

1.热力状态2.热力过程3.定容过程4.循环热效率5.指示指标6.平均机械损失压力7.平均有效压力&有效燃料消耗率9.发动机的热平衡10.燃料的低热值11.升功率12.发动机机械效率13.有效转矩14.自由排气损失15.充气效率16.进气损失17.气门叠开1&过量空气系数19.汽油机燃料调整特性20.着火延迟期21.压力升高率22.爆震燃烧23.表面点火24.喷油提前角25.喷油延续角26.缓燃期27.工作粗暴2&喷油规律29.上止点和下止点30.压缩比31.活塞行程32.气缸工作容积33.发动机排量34.四冲程发动机35.发动机有效转矩36.发动机有效功率37.升功率3&有效燃油消耗率%1.填空题。

1.在工程热力学中，把实现热能与机械能相互转换的工作物质称为_______ 。

2.在工程热力学中，—、______ 、 ___ 是三个可测量的状态参数，称为工质的___________ o3.气体作用在容器壁上的垂直压力称为 ______ ,它是气体的______ 之一。

4.理想气体的状态方程为___________ o5.在气体状态图上，气体的某一状态以—表示，气体的某…热力过程以—表示，而气体的某一循环以_____ 表示。

6.用工质的热力过程方程表示:等容过程为 _______ ，等压过程为_____ ，等温过程为_____ , 绝热过程为__________ 。

7.热力学研究中，将—图常称为示功图,还规定，当dV>0时，工质对外作—功，其值为 _______ - &卡诺循环对提高热机的—从理论上指明了正确的方向。

9.发动机的实际循环可分为—、 ______ 、—、—、________ 五个过程。

10.汽油机因混合气燃烧非常迅速，其实际循环很接近理论的______ 循环，而柴油机很接近理论的 ____ 循环。

11.发动机在每循环中单位气缸工作容积所作的指示功称为_______ ,而发动机曲轴输出的功率称为_________ O12.影响机械损失的主要因素有 _____________ , __________ ，13.发动机性能指标包括指示指标和有效指标。

浅析发动机的热平衡郝磊;赵萍;王恒一【摘要】从广义上说,发动机是一种热交换和能源转换装置.根据内燃机的工作原理,燃料(燃油及氧气)进入气缸内,只有达到一定的温度才能燃烧和对外做功.但是,发动机的温度并不是越高越好.如果发动机过热,机件容易变形,配合间隙会增大,机油压力将降低,最终导致发动机无法正常运转;如果发动机偏冷,则会增加燃油的消耗量.【期刊名称】《农机使用与维修》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】1页(P69)【关键词】发动机;降温;保温;发展方向【作者】郝磊;赵萍;王恒一【作者单位】黑龙江省农业机械工程科学研究院,哈尔滨150081;黑龙江省农业机械工程科学研究院,哈尔滨150081;黑龙江省农业机械工程科学研究院,哈尔滨150081【正文语种】中文发动机在运转中，其温度是有一定范围规定的。

因此，需要控制到一个适当的“度”。

从表面上看，这个“度”是指冷却液的温度维持在70～95 ℃，但是实际情况远不是这么简单。

关键问题是，无论发动机的负载大还是小，无论在严冬还是酷暑，发动机产生的热量除了用于有效做功以外，散失到空气中的热量必须及时和适量，使冷却液温度始终维持在70～95 ℃，这就是所谓的“热平衡”，只有这样才能达到高效、节能和环保的目的。

人们已经熟知，中医对待病人，“虚”则补之，“火”则泻之。

这种“阴阳平衡”的理论也适合于发动机及其冷却系统。

盛夏高温季节是农业机械从事收获、耕耙和灌溉作业最繁忙的时节，为了防止发生发动机过热现象，需要对农机采取降温措施。

(1)进行一次换季保养，清除发动机冷却系统内的水垢。

冷却系统内表面的水垢不仅占据了冷却液的容积，而且影响冷却液的循环流动。

水垢是一种热阻性物质，其导热率只是钢铁的1/8。

当水垢的厚度超过1 mm时，将明显降低冷却系统的散热能力。

清除冷却系统水垢的方法：可以使用农村容易得到的硝酸铵，配制成0.3%～0.4%的水溶液，然后注入冷却系统，使之与水垢中的碳酸钙、碳酸镁等发生化学反应，生成溶解于水的物质。