Тепловой расчет двигателя позволяет аналитически с достаточной степенью точности определить основные параметры вновь проектируемого или модернизированного двигателя, а также оценить индикаторные и эффективные показатели работы созданного двигателя. Рабочий цикл рассчитывают для определения индикаторных, эффективных показателей работы двигателя и температурных условий работы двигателей, основных размеров, а также выявления усилий, действующих на его детали, построение характеристик и решения ряда вопросов динамики двигателя. Результаты теплового расчета зависят от совершенства оценки ряда коэффициентов, используемых в расчете и учитывающих особенности проектируемого двигателя. Они будут тем ближе к действительным, чем больше используются фактические данные испытаний таких двигателей, которые по ряду основных параметров близки к проектируемому.
В качестве исходных данных для теплового расчета задаемся следующим:
тип двигателя - четырехтактный, четырехцилиндровый, однорядный, однокамерный дизель. Номинальная мощность дизеля N =60 кВт, номинальная частота вращения nн =2000об/мин; степень сжатия ε =16, коэффициент тактности τ=4; коэффициент избытка воздуха α=1,6.Дизельное топливо,,Л,, (ГОСТ305-82); низшая удельная теплота сгорания топлива Qн =42500 кДж/кг; средний элементный состав: С =85,7%, Н =13,3%, Q =1%. Расчет ведем для сгорания 1кг топлива. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива:
или
где μв - масса 1-го кмоля воздуха(μв =28,96 кг/кмоль).
Количество свежего заряда:
Общее количество продуктов сгорания:
При этом химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:
Параметры окружающей среды и остаточные газы. Атмосферные условия принимаем следующие: P0 =0,1 МПа, T0 =288 K. Давление окружающей среды
P0 = Pк =0,1 МПа, температура окружающей среды T0 = Tк =288 K. Давление и температура остаточных газов: 
, принимаем Tr =930 К.
Процесс впуска. Принимаем температуру подогрева свежего заряда 
Плотность заряда на впуске:
где Rв=287Дж/кг∙град- удельная газовая постоянная для воздуха.
Принимаем 
и 
Тогда потери давления на впуске в двигатель:
Давление в конце впуска:
Коэффициент остаточных газов:
Температура в конце впуска:
Коэффициент наполнения:
Процесс сжатия. Показатель политропы сжатия можно определить по эмпирической формуле:
Давление в конце сжатия:
Температура в конце сжатия:
Средняя молярная теплоемкость заряда(воздуха) в конце сжатия (без учета влияния остаточных газов):
Число молей остаточных газов:
Число молей газов в конце сжатия до сгорания:
Процесс сгорания. Средняя молярная теплоемкость при постоянном давлении для продуктов сгорания жидкого топлива в дизеле:
Число молей газов после сгорания:
Расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:
Принимаем коэффициент использования теплоты 
. Тогда количество теплоты передаваемой газом на участке cz.z при сгорании 1кг топлива:
Принимаем степень повышения давления λ=2,2. Температуру в конце сгорания определяют из уравнения сгорания для дизеля:
Решаем уравнение относительно Tz и находим Tz = 2380
Степень предварительного расширения:
Процесс расширения. Степень последующего расширения:
С учетом характерных значений показателя политропы расширения для заданных параметров дизеля принимаем n2 = 1,17. Тогда
Проверим правильность ранее принятой температуры остаточных газов:
Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя:
Принимаем коэффициент полноты индикаторной диаграммы ν=0,95.
Среднее индикаторное давление цикла для скругленной индикаторной диаграммы:
Индикаторный КПД.
Индикаторный удельный расход топлива:
Эффективные показатели двигателя. Принимаем предварительную среднюю скорость поршня Wп.ср =8,3м/с.
Среднее давление механических потерь:
Среднее эффективное давление:
Механический КПД:
Эффективный КПД:
Эффективный удельный расход топлива:
Основные параметры цилиндра и удельные параметры двигателя:
Мощность двигателя:
Площадь поршня:
Средняя скорость поршня:
Эффективный крутящий момент двигателя:
Часовой расход топлива:
Удельная поршневая мощность:
Если принять массу сухого двигателя без вспомогательного оборудования Gсух =430кг, то литровая масса:
и удельная масса:
Кинематический расчет.
Основная задача кинематического расчета состоит в определении закона движения поршня и шатуна. При этом в кинематическом расчете делаются допущения, что вращение коленчатого вала происходит с постоянной угловой скоростью 
Это позволяет рассчитывать все кинематические параметры механизма в зависимости от угла поворота кривошипа коленчатого вала φ, который при 
пропорционален времени, т.е. 
или 
, так как 
и 
.
Исходные данные: двигатель- с центральным кривошипно - шатунным механизмом; номинальная частота вращения коленчатого вала 
;
ход поршня - 
; радиус кривошипа - 
; постоянная 
Угловая скорость кривошипа:
При работе двигателя поршень совершает возвратно-поступательные движения, для характеристики которого определяют перемещение Sx, скорость Wп и ускорение jп. Рассчитываем перемещения поршня Sx, скорости поршня Wп, ускорения поршня jп. Через каждые 10° поворота коленчатого вала и полученные значения заносим в таблицу. Формула для расчета перемещения поршня имеет вид:
Скорость поршня определяется по формуле:
Ускорения поршня определяется по формуле:
Средняя скорость поршня:
Кинематические параметры двигателя.
| φп.к.в. | Sп | Wп | jп. | φ°п.к.в. | |||
| 0-180° | 180-360° | 0-180° | 180-360° | 0-180° | 180-360° | ||
| 3367,3 | 3367,3 | ||||||
| 0,0011 | 0,0011 | 2,780 | -2,780 | 3380,4 | -3380,4 | ||
| 0,0045 | 0,0045 | 5,428 | -5,428 | 3036,0 | -3036,0 | ||
| 0,012 | 0,012 | 7,805 | -7,805 | 2646,5 | 2646,5 | ||
| 0,0174 | 0,0174 | 9,79 | -9,79 | 2144,2 | 2144,2 | ||
| 0,0263 | 0,0263 | 11,358 | -11,358 | 1562,6 | 1562,6 | ||
| 0,0362 | 0,0362 | 12,404 | -12,404 | 947,0 | 947,0 | ||
| 0,0468 | 0,0468 | 12,939 | -12,939 | 336,6 | 336,6 | ||
| 0,0576 | 0,0576 | 12,976 | -12,976 | -234,2 | -234,2 | ||
| 0,0683 | 0,0683 | 12,565 | -12,565 | -736,5 | -736,5 | ||
| 0,0785 | 0,0785 | 11,772 | -11,772 | -1149,6 | -1149,6 | ||
| 0,0878 | 0,0878 | 10,677 | -10,677 | -1465,3 | -1465,3 | ||
| 0,0963 | 0,0963 | 9,358 | -9,358 | -1683,6 | -1683,6 | ||
| 0,097 | 0,1034 | 7,892 | -7,892 | -1817,8 | -1817,8 | ||
| 0,1093 | 0,1093 | 6,344 | -6,344 | -1886,3 | -1886,3 | ||
| 0,1140 | 0,1140 | 4,750 | -4,750 | -1910 | -1910 | ||
| 0,1173 | 0,1173 | 3,167 | -3,167 | -1907,3 | -1907,3 | ||
| 0,1192 | 0,1192 | 1,578 | -1,578 | -1899,4 | -1899,4 | ||
| 0,1200 | 0,1200 | -1894,2 | -1894,2 |