Вплив конструктивних параметрів та режимів роботи на значення граничних умов другого роду у циліндрах автомобільного двигуна
Автор: Мудрик Віктор Вікторович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Автомобільний транспорт
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Для забезпечення тривалої та надійної експлуатації двигуна внутрішнього згоряння у транспортних засобах критично важливо підтримувати високу надійність його складових ще на етапі проектування і виробництва. Особлива увага при цьому приділяється блоку циліндрів і головці блоку, оскільки їхні характеристики залежать від відповідності виробничих технологій сучасним стандартам, а також параметрам стійкості до втоми і міцності, якості поверхонь для кріплення та вогнестійкості прокладки. В умовах максимальних або непередбачуваних навантажень ці показники допомагають забезпечити необхідний запас міцності та точність затягування кріпильних елементів, що підвищує стійкість і довговічність двигуна. Недостатня увага до цих аспектів може призвести до передчасного зносу деталей і частих несправностей, що знижує ефективність роботи двигуна. Змінюючи геометричні параметри двигуна, зокрема хід поршня та діаметр циліндра, можна впливати на робочий об’єм і експлуатаційні властивості. Зазви-чай виділяють три випадки зміни діаметра циліндрів у двигунах: 1) ремонт із зас¬тосуванням поршнів ремонтного діаметра; 2) тюнінг для підвищення динамічних показників; 3) проектування з подальшим вдосконаленням конструкції серійного автомобіля. Проте такі зміни часто призводять до небажаного коливання темпера¬тури стінок циліндрів, що іноді спричиняє перегрів двигуна або пошкодження прокладки головки блоку. Отже, дослідження впливу змін граничних умов на стінках із різними діаметрами циліндрів є важливим завданням. Об’єкт дослідження ? граничні умови другого роду на дзеркалі циліндра. Предмет дослідження ? вплив зміни діаметрів циліндрів ДВЗ на граничні умови другого роду у характерних вузлах дзеркала. Мета дослідження ? визначення зв’язку між зміною діаметрів циліндрів та граничними умовами другого роду на їх внутрішніх стінках. У першому розділі здійснено обстеження даних, які спонукають до змін за¬лежності потужності та обертового моменту двигуна і, як наслідок, автомобіля. Описано взаємозв’язок між робочим об’ємом і ключовими енергетичними показниками двигуна, обґрунтовано необхідність застосування конструктивних заходів для зміни розмірів циліндрів та оцінено вплив зміни діаметрів на температурний режим двигуна. Другий розділ присвячений математичному опису теплових процесів у двигунах внутрішнього згоряння, які циклічно повторюються, утворюючи термодинамічний цикл і періодично вводячи деталі двигуна в нестаціонарний стан. Для аналізу температурних полів контактних середовищ — внутрішньої стінки циліндрів (робочого тіла) та зовнішньої стінки циліндрів (яка функціонує як система охолодження ДВЗ) — необхідно розв’язати систему рівнянь у часткових похідних, що описують процеси тепло- та масопереносу в об’єктах із розподіленими параметрами з урахуванням відповідних крайових умов. Особлива увага приділяється теоретичному відтворенню розподілу температурних хвиль у стінках циліндра, а також коливанням густини теплового потоку на поверхні стінки. Аналізуються ці процеси за умови періодичних коливань граничних умов першого, другого та третього роду. У третьому розділі проведено розроблення та оброблення програмної моде¬лі, призначеної для визначення температурного розподілу у стінках блоку двигуна. Встановлено відповідні граничні умови другого роду для конкретних точок стінок у двигунах зі схожими характеристиками, але різними діаметрами циліндрів, а також створено комп’ютерні моделі теплообміну в цих точках двигуна. Додатково побудовано графічні залежності для формування граничних умов задачі теплопровідності. Отримані графічні залежності параметрів ГУ-2 від різних факто¬рів, таких як ступінь стиску, потужність, частота обертання та діаметр циліндрів. Це дозволило визначити, що найбільший вплив на значення густини теплового потоку мають два чинники – частота обертання колінчастого валу та потужність. У роботі вдосконалено методи розв’язання задач теплообміну для низки конструктивних параметрів циліндрів у двигунах внутрішнього згоряння. Визначено розподіли теплових потоків на внутрішній поверхні стінок циліндрів і складено перелік рекомендацій для оцінки температурного розподілу в цих стінках у двигунах легкових автомобілів. Ключові слова: стінка циліндра ДВЗ, теплопровідність, граничні умови другого роду, тепловий потік, коефіцієнт тепловіддачі, температурне поле.