Ни для кого из людей, знакомых со школьной физикой, не секрет, что наивысшая эффективность цикла любой тепловой машины достигается в области максимальных температур сгорания топлива. Из соображений конструктивной прочности, технологичности машины и экологии реальные параметры, при которых работает машина, вынужденно выбирают меньшими. Однако все расчеты проводят для работы в условиях стандартизированной температуры среды (293К), хотя в процессе реальной эксплуатации технике приходится функционировать и при существенно отличающихся, в том числе повышенных температурах.

Вполне понятно, что высокая температура окружающей среды существенно влияет на протекание рабочего процесса, индикаторные и эффективные показатели двигателей. Это влияние проявляется как вследствие роста температуры воздуха и топлива на входе в двигатель, так и вследствие разогрева самого двигателя.

Исследования, целью которых было выявление особенностей работы дизелей в условиях высоких температур окружающей среды, проводились в южных регионах России. Автомобильная техника различных типов проверялась на грунтовых дорогах и дорогах с твердым покрытием. Автомобили оборудовались дизельными двигателями с турбонаддувом и без него, с различными вариантами капотирования, с забором воздуха в двигатель из атмосферы и из подкапотного пространства. В результате исследований выявилось, что уже через 10…20 мин после принятия двигателем нагрузки значения показателей эффективности его работы стабилизируются и далее изменяются в достаточно узком диапазоне, зависящем в основном от дорожных условий.

Выяснилось, что в условиях жаркого климата температура топлива в системе питания дизеля существенно превышает температуру окружающего воздуха: на 8...16 °С в топливном баке, на 15…25 °С на входе в топливоподкачивающий насос (ТПН), а в канале топливного насоса высокого давления (ТНВД) - на 30…50 °С. Температура окружающего воздуха (tов) на входе в воздушный фильтр выше температуры окружающего воздуха: у дизелей с забором воздуха из атмосферы - на 10...14 °С, а у дизелей с забором воздуха из подкапотного пространства - на 34…40 °С.

Для определения влияния высоких температур на показатели рабочего процесса двигателей в 21 НИИИ АТ Минобороны России проводились экспериментальные исследования бензиновых двигателей и дизелей малой мощности в термобарокамере, а дизелей большой мощности - на стенде с моделированием условий жаркого климата.

Наиболее интересные результаты получены при исследовании рабочего процесса дизеля ЯМЗ-846 в связи с использованием на нем охладителя наддувочного воздуха и топливной аппаратуры модели 176 ("Компакт") с давлением впрыска топлива рв =120 МПа.

При температуре окружающего воздуха 298К с повышением температуры топлива в канале ТНВД от 302 до 362К уменьшается массовая подача топлива Gт и как следствие этого мощность двигателя Ne снижается на 23 %, а давление наддувочного воздуха рк - на 12 %. Кроме того, увеличивается удельный расход топлива ge.

При более высокой температуре окружающего воздуха (323К) номинальная мощность снижается только на 21 % (при увеличении температуры топлива в канале ТНВД в указанном выше диапазоне).

Сравнительно менее интенсивное снижение мощности при большей температуре окружающего воздуха объясняется высокой температурой воздуха в камере сгорания в конце сжатия, в связи с чем улучшается протекание предпламенных реакций и уменьшается период задержки воспламенения.

Как показали эксперименты, при температуре воздуха 298К и температуре топлива в канале ТНВД от 323К и выше максимальный крутящий момент смещается с частоты вращения коленчатого вала 1300 мин-1 на 1450 мин-1. Таким образом, рабочий частотный диапазон двигателя сужается на 19 %. Аналогичное явление наблюдается и при работе данного двигателя на легких топливах. Объясняется это ранним срабатыванием наддувно-высотного корректора в связи с уменьшением массовой цикловой подачи топлива при росте температуры в канале ТНВД, уменьшением в результате этого энергии отработавших газов и, как следствие, снижением давления наддувочного воздуха. Возникает своеобразная положительная обратная связь, способствующая дальнейшему ограничению подачи топлива.

Представляет интерес изменение показателей рабочего процесса дизеля при постоянной температуре топлива в канале ТНВД (293К) и изменении температуры окружающего воздуха от 293 до 323К.

С увеличением температуры окружающего воздуха наблюдается незначительный рост эффективного расхода топлива, связанный со снижением коэффициента избытка воздуха (a), и, как следствие, ухудшением индикаторного к.п.д. Уменьшение a объясняется падением плотности воздуха с ростом его температуры. Падение мощности при увеличении температуры воздуха от 296 до 321К достигает 7 % и связано в основном со снижением плотности воздушного заряда.

Эксперименты показали, что при сохранении расхода топлива постоянным с ростом температуры окружающего воздуха наблюдается значительное повышение температуры отработавших газов. Таким образом, выявился еще один критический параметр, ограничивающий работоспособность дизеля. Уменьшения температуры отработавших газов можно добиться путем сокращения часового расхода топлива, однако при этом придется примириться с падением мощности двигателя.

Таким образом, при эксплуатации дизелей с газотурбинным наддувом в условиях высоких температур окружающей среды тягово-динамические показатели автомобильной техники неизбежно снижаются. Для предотвращения этого необходимо производить корректирование цикловой подачи топлива по температуре топлива в канале ТНВД и согласовывать работу наддувно-высотного корректора с изменением плотности топлива в данных условиях. В противном случае снижение номинальной мощности может достигать 23 %, а рабочий частотный диапазон - сужаться на 19 %.

Зависимость показателей рабочего процесса двигателя ЯМЗ-846 от температуры топлива в канале ТНВД при tов=298К	Зависимость показателей рабочего процесса двигателя ЯМЗ-846 от температуры топлива в канале ТНВД при tов=323К	Зависимость показателей рабочего процесса двигателя ЯМЗ-846 от температуры воздуха на входе в двигатель при Tт=293К