Каждая модель двигателя имеет свой характерный для нее тепловой баланс.

При уменьшении мощности ДВС в двигатель поступает все меньшее количество смеси (топлива) и, соответственно, сокращается количество выделяемой теплоты, уменьшаются температура и давление газов в цилиндрах. Все это существенно влияет на изменение теплового баланса двигателя. Доля теплоты, идущая на полезную работу q_е, и равная эффективному к.п.д. двигателя, по мере снижения нагрузки уменьшается.

Уменьшение q_е происходит главным образом из-за увеличения относительных потерь на трение, в охлаждающую среду, ухудшение замедления процесса сгорания и обогащения смеси на малых нагрузках (потери на химическую неполноту сгорания).

Анализ показывает, что на режиме полной нагрузки, теплота расходуется наиболее полезно: например для тракторного дизеля с турбонаддувом q_е =38 %. При увеличении частоты вращения, время теплообмена уменьшается, в тоже время увеличиваются потери теплоты с отработавшими газами, так как процесс сгорания в большей степени переносится на линию расширения (догорание на такте расширения).

Анализ составляющих теплового баланса имеет практическое значение. Например, полученные значения Q_охл, Q _м, Q_ог применяют при расчете систем охлаждения, наддува и смазочной системы.

По значению Q_нс можно судить о степени неполноты сгорания, для решения задачи повышения использование теплоты в двигателе.

Тепловая напряженность двигателя характеризует уровень температуры его основных деталей и определяет допускаемую из условий прочности применяемых материалов, термическую нагрузку для них. Тепловая напряженность характеризует также условия работы трущихся пар.

Теплонапряженность деталей двигателя характеризуется общим температурным уровнем, температурой и перепадом температур в характерных зонах, температурными градиентами, тепловыми потоками и их распределением между элементами деталей.

Показатели тепловой напряженности могут быть получены на основе расчета или экспериментального определения температуры в характерных зонах. Наиболее полная оценка тепловой напряженности двигателя может быть сделана после исследования и анализа их температурных полей, полученных методом конечных элементов.

Современная тенденция развития быстроходных двигателей, характерна стремлением их форсирования по скоростному режиму и среднему эффективному давлению. Такое направление приводит к росту механических и тепловых нагрузок. Последние в основном и определяют предел форсирования двигателя.

В наиболее сложных условиях, по тепловой напряженности находятся огневые днища головки блока цилиндров и поршня, температурные поля которых, характеризуются значительной неравномерностью в различных зонах. Температура поверхности этих деталей и особенно поршня, существенно влияет на условия эксплуатации двигателя и его надежность. Также напряженными деталями в тепловом отношении в двигателе являются выпускные клапаны.

Перегрев поршня вызывает закоксовывание колец, задиры рабочей поверхности поршня и гильзы и другие дефекты.

Вследствие неравномерного поля температур в днище поршня и головке они деформируются, так как степень тепловой напряженности этих деталей не одинакова, то возникают трещины и прогар в отдельных местах.

На температуру деталей цилиндропоршневой группы двигателя влияют частота вращения коленчатого вала, среднее эффективное давление, отклонение регулировок, параметры поступающего в двигатель воздуха, противодавление на выпуске отработавших газов, а также параметры охлаждающей жидкости и смазки.

 

Достижение оптимальных условий по тепловому состоянию форсированного двигателя определяется рациональной конструкцией тепловоспринимающих полостей охлаждения и параметров системы охлаждения.

Большое значение имеет также правильное соотношение между количеством теплоты, отдаваемой в охлаждающую двигатель среду и удаляемой из цилиндра с отработавшими газами. Так, например, продувка цилиндра воздухом в период перекрытия клапанов является эффективным способом их охлаждения. Широкое применение находит натриевое охлаждение клапанов и интенсивное направленное охлаждение наиболее нагреваемых участков (зона расположения гнезд клапанов, форсунок и т.д.).