При работе двигателя внутреннего сгорания часть выделенного тепла при сгорании топлива в цилиндре передается через стенки его охлаждающей воде. Указанная передача тепла охлаждающей воде является одной из не­избежных тепловых потерь двигателя. Необходимость отвода тепла от сте­нок цилиндра с охлаждающей водой вызывается требованием поддержания определенной температуры стенок цилиндра. Температура внутренней по­верхности цилиндра должна быть ниже той, при которой смазочное масло начинает коксоваться и терять свои смазывающие свойства.

Одновременно температура внутренней поверхности цилиндра должна быть достаточно высокой для обеспечения минимальной вязкости масляной пленки на стенках цилиндра, для поддержания требуемого зазора между стенками цилиндра и направляющей частью поршня и для предотвращения вредного действия на стенки цилиндра и выпускного тракта газовой кор­розии продуктов сгорания. В связи с этим температура охлаждающей воды в замкнутой системе охлаждения поддерживается на выходе из двигателя 75—85° С, при этом температурный перепад ее (разность между температурой охлаждающей воды при выходе и входе в двигатель) составляет всего 10—12°.

Температура днища цилиндровой крышки и поршня, а также темпера­турный перепад в них должны быть такими, при которых суммарные напря­жения в этих деталях не превосходили бы допускаемых.

Перегрев днища поршня может привести к образованию прогаров в нем и, следовательно, к аварии двигателя.

Большой температурный перепад способствует образованию трещин в днище цилиндровой крышки и поршня. Тепловое состояние стенок ци­линдра характеризуется его тепловой нагрузкой q, т. е. количеством теп­лоты, передаваемым охлаждающей жидкости 1 м² поверхности стенок цилиндра в течение одного часа:

При работе с наддувом ?₀ снижается на 0,03—0,05.

Указанное количество тепла передается через поверхность стенок ци­линдра; поверхность складывается из поверхности нижнего (огневого) днища крышки цилиндра F₁, поверхности днища поршня F₂ (если оно имеет жидкостное охлаждение) и внутренней боковой поверхности стенок цилиндра (цилиндровой втулки) F₃. Если количество тепла, передаваемого охлаждаю­щей жидкости в течение часа, отнести ко всей поверхности стенок цилиндра, то получим значение средней тепловой нагрузки цилиндра

Из полученной формулы следует, что тепловая нагрузка цилиндра во время работы двигателя меняется при изменении: числа оборотов вала, сред­него эффективного давления и удельного эффективного расхода топлива. Все остальные величины, входящие в формулу (161) при работе конкретного двигателя, остаются неизменными или мало изменяются (?₀ и т. д.).

При увеличении п и р_е, т. е. литровой мощности двигателя, а также g_e (независимо от повышения п и р_е) q возрастает, особенно возрастает при одновременном повышении п, р_е и g_e. Форсировка двигателя по числу обо­ротов вала и среднему эффективному давлению обычно вызывает рост g_е, а следовательно, и рост тепловой нагрузки цилиндра.

Из рассмотрения данной формулы следует, что с увеличением коэф­фициента форсировки двигателя kр_ес_т тепловая нагрузка цилиндра двигателя возрастает.

Для двигателей без жидкостного охлаждения поршней тепло от днища поршня отводится через поршневые кольца и боковую поверхность цилиндра к охлаждающей воде (в этом случае F₂ = 0), и формулы для определения тепловой нагрузки цилиндра примут вид:

Тепловая нагрузка цилиндров двухтактных двигателей, как это следует из полученных формул, при равных р_е, п, D и S примерно в два раза больше тепловой нагрузки цилиндров четырехтактных двигателей.

Тепловая нагрузка q цилиндров выполненных двигателей (без над­дува) приблизительно составляет у четырехтактных дизелей — 75 000— 150 000 ккал/м²ч; у двухтактных — 150 000—300 000.

При работе двигателя с наддувом q возрастает в зависимости от степени форсировки двигателя, т. е. от значения кр_е с_т, и одновременно уменьшает­ся от того, насколько снизились g_е и ?₀. В связи с этим при малой степени наддува тепловая нагрузка возрастает незначительно, а при больших степенях наддува, и особенно когда число оборотов вала двигателя не умень­шается, тепловая нагрузка цилиндра существенно возрастает.

При жидкостном охлаждении поршня количество тепла, отводимого через днище поршня (Q'), достигает 6—9% от всего выделяемого тепла в цилиндре: