Ідентифікація граничних умов другого роду за різних швидкісних та навантажувальних режимів роботи автомобільного двигуна
Автор: Балагуш Богдан Тарасович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Автомобільний транспорт
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Для того щоб продовжити термін безперебійного використання двигуна внутрішнього згоряння у автомобілі, забезпечення стабільності його функціонування, важливо забезпечити високу надійність всіх складових частин двигуна під час його проектування та виготовлення. Особливу увагу приділяють блоку циліндрів та головці блоку. Характеристики цих компонентів визначаються відповідністю виробничих технологій сучасним вимогам, параметрами стійкості до втоми і міцності, якістю поверхонь для кріплення та вогнестійкістю прокладки. Остання з перерахованих характеристик має ключове значення при максимальних або неочікуваних навантаженнях, де потрібно зберігати запас міцності та точно контролювати силу, з якою затягуються кріпильні елементи. Шляхом відповідних змін геометричних параметрів двигуна — ходу поршня та діаметру циліндра — можна змінити робочий об’єм та експлуатаційні характеристики. Часто зустрічаються три сценарії зміни діаметру циліндрів у двигунах: 1) ремонт з використанням ремонтних діаметрів поршнів; 2) тюнінг для покращення динаміки; 3) проектування з подальшим удосконаленням конструкції серійного автомобіля. Після здійснення вказаних дій часто виникає проблема небажаних змін температури стінок циліндрів. Іноді спостерігається перегрів двигуна та прогоряння прокладки головки. Вивчення впливу зміни граничних умов на стінках із різними діаметрами циліндрів є актуальним. Об’єкт дослідження — граничні умови другого роду на зовнішніх стінках циліндрів. Предмет дослідження — роль зміни діаметрів циліндрів ДВЗ стосовно граничних умов другого роду у характерних точках. Мета дослідження — встановлення зв’язку між зміною діаметру циліндра та граничними умовами другого роду на його внутрішній стінці. У першому розділі досліджено питання експлуатаційної надійності автомобільних двигунів. Віддана увага аналізу причин та джерел шкідливого впливу, які негативно впливають на функціонування автомобільних двигунів. Описані зв’язки між робочим об’ємом та основними енергетичними показниками роботи двигуна, обґрунтовані причини застосування конструктивних заходів для коригування розмірів циліндрів, проведено оцінку наслідків зміни діаметрів на температурний режим роботи двигуна. Другий розділ сконцентрований на математичному описі теплових процесів у двигунах внутрішнього згоряння, які повторюються неперервно, утворюючи термодинамічний цикл і періодично переводячи деталі двигуна у нестаціонарний стан. При аналізі температурних полів контактних середовищ - внутрішньої стінки циліндрів (яка є робочим тілом) та зовнішньої стінки циліндрів (яка виступає як охолоджувальна система ДВЗ) - потрібно вирішувати систему рівнянь у часткових похідних, що описують процеси тепло- та масопереносу у складних об’єктах з розподіленими параметрами за відповідними крайовими умовами. У третьому розділі виконано визначення та обробку програмної моделі, яка використовується для визначення температурного розподілу у стінках блоку двигуна. Були встановлені відповідні граничні умови другого роду для конкретних точок стінок у двигунах з аналогічними характеристиками, але зміненими діаметрами циліндрів, і розроблені комп’ютерні моделі процесу теплообміну у цих самих точках двигуна. Крім того, були побудовані графічні залежності для формування граничних умов задачі теплопровідності. Отримані результати передбачають розробку методики визначення граничних умов на стінках блоку циліндрів двигуна, що сприятиме розширенню розуміння його робочих процесів. У роботі були удосконалені методи розв’язання задач теплообміну для ряду конструктивних параметрів циліндрів у двигунах внутрішнього згоряння. Були отримані розподіли теплових потоків на внутрішній поверхні стінок циліндрів і сформований список рекомендаційних дій для визначення розподілу температур у цих стінках у двигунах легкових автомобілів. Ключові слова: стінка циліндра ДВЗ, теплопровідність, граничні умови другого роду, тепловий потік, коефіцієнт тепловіддачі, температурне поле.