Влияние атмосферных условий учитывалось лишь на режиме номинальной (максимальной) мощности при положении реек топливных насосов на упоре. Очевидно, что как уменьшение барометрического давления, так и повышение окружающей температуры отрицательно влияет на показатели работы двигателя и должно учитываться при диагностировании. Изменение параметров работы дизеля 10Д100 на режиме максимальной мощности в зависимости от температуры окружающей среды и от барометрического давления показано на рис. 21, а и б. Из графиков видно, что уменьшение коэффициента избытка воздуха из-за повышения температуры окружающей среды влияет более резко на ухудшение показателей экономичности работы дизеля, чем понижение коэффициента избытка воздуха в тех же пределах за счет снижения барометрического давления. Это связано с более резким влиянием повышения температур по сравнению с влиянием давления на период задержки воспламенения и на относительные потери теплоты в систему охлаждения. Давление сгорания при понижении температуры воздуха дизеля непрерывно возрастает (для 2Д100 на каждые 10°С давление возрастает примерно на 1,5—2,0 кгс/см2). Это объясняется, во-первых, увеличением давления воздуха в продувочном ресивере вследствие увеличения плотности подаваемого воздуходувкой воздуха при понижении его температуры (следовательно, и увеличением давления сжатия) и, во- вторых, увеличением периода задержки воспламенения топлива, поданного в цилиндр (вследствие понижения температуры поступающего в цилиндр воздуха).
Увеличение давления воздуха и понижение его температуры вызывает увеличение заряда, а следовательно, и коэффициента избытка воздуха в цилиндре дизеля. В результате улучшается процесс сгорания топлива, что приводит к дополнительному снижению температуры газа при такте расширения. Если учитывать, что при сжатии более холодного воздуха в цилиндре температура его во время сжатия существенно ниже, чем при сжатии теплого воздуха, что в свою очередь способствует снижению температуры газа в цилиндре при горении и расширении, то становится ясным протекание кривых давления и температуры в цилиндре дизеля 2Д100, полученных из обработки индикаторных диаграмм на режиме максимальной мощности при разных температурах окружающей среды (рис. 22).
При повышенных давлениях сжатия и горения температура в цилиндре при температуре наружного воздуха — 17°С ниже соответствующих температур в цилиндре при температуре наружного воздуха +27°С. Анализ выражения для среднего удельного теплового потока показывает, что при понижении температуры окружающей среды он уменьшается за счет снижения температур. Естественно, что теплонапряженность дизеля будет ниже для работы при температуре воздуха — 17°С, чем при температуре +27°С. Средняя (с учетом теплопередачи) температура газов в цилиндре снижается соответственно с 1220 до 1090 К.
Таким образом, работа дизеля при понижении температуры наружного воздуха в допустимых пределах, определяемых повышением максимального давления сгорания, приводит к улучшению рабочего процесса в цилиндре дизеля и снижению расхода топлива. Так, удельный индикаторный расход топлива снижается, цилиндровая мощность возрастает, температура отработавших газов уменьшается (примерно на 17°С на каждые 10°С снижения температуры наружного воздуха). Одновременно уменьшается и доля тепла, отдаваемая цилиндром дизеля в охлаждающую воду и в масло. Уменьшение это довольно существенно и достигает 3— 5% всего тепла, внесенного в цилиндр с топливом. Повышение давления горения при снижении t0 до —20°С вызывает некоторое увеличение механической напряженности деталей кривошипно-шатунного механизма, однако оно находится в допустимых пределах.
Более значительное снижение температуры воздуха ниже —20°С вызовет чрезмерно большое увеличение периода задержки воспламенения топлива и приведет не только к большому возрастанию максимального давления сгорания, но и к увеличению скорости нарастания давления, определяющей жесткость работы дизеля, что неблагоприятно сказывается на надежности деталей цилиндро-поршневой группы.
Поэтому целесообразно применение различных методов регулирования системы воздухоснабжения путем перепуска газа или воздуха в атмосферу или дросселирования на входе. Как показало сравнительное исследование этих методов, наименьший ущерб по экономичности обеспечивает регулирование путем перепуска газа в атмосферу.
Следует отметить, что при низких температурах окружающей среды (ниже —20°С) - целесообразен подогрев воздуха во всем диапазоне нагрузок вплоть до номинальной. Поэтому система подогрева наддувочного воздуха за счет смешения охлаждающей дизель 10Д100 или ПД1 «горячей» воды с «холодной» низкотемпературного контура охлаждения дизеля весьма рациональна.
Резкое повышение давления сгорания и скорости нарастания давления при снижении температуры окружающей среды ниже —20°С способствует существенному уменьшению надежности работы двигателя при работе в суровых климатических условиях, например на Байкало-Амурской магистрали.
При понижении барометрического давления, связанного с работой на перевалах или при изменении метеорологических условий, происходит падение давления воздуха в продувочном ресивере, снижение коэффициента избытка воздуха, повышение температуры отходящих газов, снижение максимального давления сгорания.
Сравнение изменения параметров работы двигателя в зависимости от температуры окружающей среды и барометрического давления показывает некоторое уменьшение влияния этих факторов на дизеле 10Д100 по сравнению с 2Д100. Это связано с наличием системы газотурбинного наддува на дизеле 10Д100, автоматически компенсирующей в определенной мере отрицательное влияние повышения температуры окружающей среды или снижения барометрического давления. Из-за повышения температуры газов перед турбиной падение давления наддува при понижении барометрического давления или повышении температуры окружающей среды происходит не столь резко, как с приводным нагнетателем на дизеле 2Д100.
Примечание. При повышении температуры окружающего воздуха на 10°С температура выпускных газов повышается на 15°С.
В технических условиях на сдачу дизеля 10Д100 на номинальной мощности предусмотрена регистрация давления воздуха в продувочном ресивере, которое должно изменяться в соответствии с табл. 9. Однако основная эксплуатация двигателей происходит не на режиме номинальной мощности, а на неноминальных режимах, влияние температур наружного воздуха и барометрического давления оказывается отличным от описываемого влияния на режиме максимальной подачи топлива. Особенно это относится к режимам малой мощности, на которых коэффициент избытка воздуха α>2,0+2,5 (рис. 23). Наиболее прогрессивным является, очевидно, автоматическое изменение характеристики работы двигателя в зависимости от атмосферных условий путем установки специального корректора в систему регулирования дизеля на температуры и давления окружающей среды или устройства, разработанного ХИИТом совместно с Южной дорогой по корректированию уровня мощности в области с 4-й по 10-ю позицию контроллера. При отсутствии корректора целесообразен контроль параметров работы дизеля при изменении условий окружающей среды на нескольких, наиболее характерных для эксплуатации режимах. Если при этом будет обнаружено, что корректировка номинальной мощности привела к существенному ухудшению работы на неноминальных режимах, то требуется введение поправок к регулируемым величинам. Учитывая приведенные зависимости, необходимо вносить коррективы и при проведении реостатных и безреостатных испытаний в различных условиях эксплуатации.
Эта работа предполагает проведение исследований условий эксплуатации в каждом депо с определением наиболее характерных и оптимальных режимов вождения поездов тепловозами на разных участках обращения, разных весов поездов при любых сочетаниях атмосферных условий.
