Внешний тепловой баланс двигателя Составляющие внешнего теплового баланса

5.1.Тепловые нагрузки и тепловая напряженность деталей ДВС

Под тепловой нагрузкой понимают значение удельного теплового потока, передаваемого от рабочего тела к поверхности детали. Теплота передается от РТ к поверхности детали радиацией и теплоотдачей.

В дизелях высокие значения температуры пламени и степени его черноты из-за содержания сажи являются причиной того, что в общем объеме теплообмена доля радиации составляет >45%. Локальные нагрузки отдельных участков деталей зависят от их расположения относительно факела пламени и поэтому неодинаковы. Интенсивность теплоотдачи зависит в основном от движения заряда при сгорании и распределения сгорающего топлива по объему камеры сгорания. Это в свою очередь зависит от числа и распределения струй, размеров и конфигурации камеры сгорания.

Нестационарность теплообмена в ПДВС объясняется переменностью во времени всех факторов, влияющих на теплообмен. Наибольшая часть теплоты передается за период интенсивного сгорания. За 1/10 цикла от заряда к стенкам передается до 70% всей теплоты. Передаваемая теплота по отдельным тактам: за такт расширения (рабочий ход) передается до 90%, за такт выпуска <10%.

Максимальная тепловая нагрузка в автотракторных дизелях достигает 600 кВт/м²  и более на номинальном режиме. В дизелях с КС в поршне неравномерность распределения тепловой нагрузки растет при уменьшении относительного диаметра КС. В разделенных КС неравномерность распределения выше.

Уровень тепловых нагрузок в большой мере определяется степенью форсирования (литровой мощностью). В двухтактных двигателях он выше. Тепловая нагрузка возрастает при увеличении нагрузки, частоты вращения,  и . При заданной внешней нагрузке уменьшения тепловой нагрузки можно достичь повышением  наддувом и промежуточным охлаждением воздуха. С ростом  тепловая нагрузка также увеличивается вследствие повышения  и Т цикла. Резкое изменение средних за цикл тепловых нагрузок во времени вызывает тепловой удар. Характер и частота тепловых ударов влияют на надежность работы двигателя.

Тепловая напряженность выражает комплекс явлений, связанных с тепловым состоянием деталей двигателя. В свою очередь оно влияет на прочностные характеристики материалов, на интенсивность отложений на деталях, на условия их смазки, трения, износа и на напряжения в деталях. Температурное состояние деталей влияет на параметры смазочного масла, характер трения, износные характеристики материалов. Все это определяет темп износа. Возможен переход от жидкостного трения к граничному или даже полусухому. Переменный характер термических напряжений при критическом их уровне ограничивает срок службы деталей.

Тепловой напряженностью деталей дизеля ограничивается степень форсирования его наддувом. Наиболее напряженными являются головка цилиндра и поршень. Тепловое состояние гильзы влияет на тепловое состояние поршня. При конструировании систем охлаждения следует увеличивать интенсивность охлаждения наиболее нагретых участков без увеличения общего количества отводимой в систему охлаждения теплоты.