При работе двигателя на всем диапазоне оборотов коленчатого вала от 1100 до 2100 об/мин с повышением температуры воздуха понижается среднее эффективное давление, следовательно, и эффективная мощность.
Так, на скоростном режиме, соответствующем номинальной-мощности (2100 об/мин), в результате повышения температуры воздуха с 9 до 79°С среднее эффективное давление снижалось с 7 до 6 кГ/см2, или на 14%, что составляет 2% на каждые 10°, эффективная мощность — со 187 до 160 л. с. (рис. 21). Вследствие того, что при постоянном для каждого скоростного режима часовом расходе топлива удельный расход обратно пропорционален эффективной мощности, повышение температуры воздуха привело к соответствующему увеличению удельного расхода топлива.
Так, при повышении температуры воздуха с 9 до 79°С удельный расход топлива увеличился со 185 до 216 г/л. с. ч, т. е. при повышении температуры на каждые 10° (см. рис. 21) ge увеличивался на 2,4%.
Рис. 21. Зависимость показателей двигателя ЯМЗ-236 от температуры воздуха на выпуске (n=2100 об!мин, полная подача топлива)
Установлено также, что на всех скоростных режимах работы двигателя с повышением температуры воздуха увеличивается дымность отработавших газов.
Основной причиной ухудшения мощностных и экономических показателей дизельного двигателя с повышением температуры воздуха явилось снижение коэффициента избытка воздуха, вызванное уменьшением весового заряда цилиндров двигателя,. Несмотря на то, что с повышением температуры воздуха повышается коэффициент наполнения из-за уменьшения степени подогрева воздуха во впускном тракте, весовой заряд цилиндров уменьшается. Это вызвано уменьшением удельного веса воздуха, оказывающим превалирующее влияние на весовой заряд. Вследствие уменьшения весового заряда цилиндров с 678 до 593 кг/ч из-за повышения температуры воздуха с 9 до 79°С коэффициент избытка воздуха уменьшился с 1,35 до 1,18 (см. рис. 21).
На рис. 22 сопоставлены для, сравнения результаты двух опытов: с переменным и постоянным коэффициентами избытка воздуха.
Рис. 22. Зависимость показателей двигателя ЯМЗ-236 от температуры воздуха на впуске (с переменным и постоянным коэффициентами избытка воздуха): 1—α=const; 2—α≠const
Как и следовало ожидать, поддержание коэффициента избытка воздуха постоянным путем уменьшения часового расхода топлива привело к более интенсивному падению среднего эффективного давления и мощности.
Если при уменьшении коэффициента избытка воздуха падение среднего эффективного давления составило 1,96% при повышении температуры воздуха на каждые 10°, то при постоянном коэффициенте избытка воздуха оно составило 2,7%.
Удельный расход топлива благодаря уменьшению часового расхода увеличился при повышении температуры воздуха с 18,5 до 84,5°С относительно мало — всего на 5%, что почти в 3 раза меньше, чем при уменьшении коэффициента избытка воздуха.
Дымность отработавших газов при этом практически не увеличилась. Температура отработавших газов повысилась незначительно — с 620 до 640°С, в то время как при уменьшении коэффициента избытка воздуха она повысилась с 620 до 705°С. Таким образом, установлено, что путем поддержания коэффициента избытка воздуха постоянным (уменьшением часового расхода топлива) можно при повышении температуры воздуха избежать значительного ухудшения экономичности и увеличения дымности отработавших газов, но мощность будет при этом уменьшаться, более интенсивно. Такой способ регулирования можно использовать в тех случаях, когда при повышении температуры воздуха с целью сохранения экономичности двигателя допустимо дополнительное уменьшение номинальной мощности.
При повышении температуры воздуха на впуске увеличиваются потери тепла, отводимого в воду, вследствие повышения средней температуры цикла.
Так, потеря тепла, отводимого в воду на режиме 1500 об/мин, в результате повышения температуры воздуха с 20 до 81°С увеличилась с 64300 до 77600 ккал/ч, или на 21% (рис. 23). На это обстоятельство следует обратить особое внимание при определении эффективности системы охлаждения двигателя.
Рис. 23. Зависимость количества тепла, отводимого в воду, температуры и дымности отработавших газов и содержания в них окиси углерода CO на впуске (n=1500 об/мин, полная подача топлива)
Необходимо также учесть, что с повышением температуры воздуха ухудшаются и условия охлаждения радиатора. С ростом температуры воздуха существенно повышается, температура отработавших газов на всех скоростных режимах работы двигателя (см. рис. 23). Такое повышение температуры отработавших газов повышает теплонапряженность поршневой группы.
Состав отработавших газов двигателя во время работы с .полной подачей топлива при повышении температуры воздуха изменяется. Наиболее существенным изменением состава отработавших газов является рост количества окиси углерода. При повышении температуры воздуха с 20 до 81°С количество угарного газа возросло с 0,5 до 1,27% (см. рис. 23).
На режиме 2100 об/мин и 68% от полной подачи топлива в результате повышения температуры воздуха с 6,5 до 85,5°С среднее эффективное давление уменьшилось с 5,15 до 4,57 кГ/см2, или на 11,2%, что составляет 1,42% на каждые 10°; эффективная мощность понизилась со 134 до 119 л. с.
С уменьшением эффективной мощности соответственно повысился удельный расход топлива, увеличилась также дымность и температура отработавших газов.
Опытом эксплуатации установлено, что ухудшение мощностных и экономических показателей дизельного двигателя, при повышении температуры воздуха происходит не только при работе с полной нагрузкой, но и с частичной нагрузкой. Однако по мере уменьшения нагрузки (уменьшения часового расхода топлива) степень ухудшения показателей уменьшается (рис. 24).
Рис. 24. Зависимость величины уменьшения среднего эффективного давления (при повышении температуры воздуха на впуске на каждые 10°) от подачи топлива
Характерным для всех режимов работы двигателя ЯМЗ-236 (скоростных и по нагрузке) является закономерное изменение исследуемых параметров при изменении температуры воздуха по линейной зависимости. Представляют интерес специально проведенные измерения температуры воздуха под капотом автомобилей МАЗ-500 и МАЗ-504, на которых установлены двигатели ЯМЗ-236.
Датчики дистанционных термометров устанавливались непосредственно у кольцевых щелей, через которые воздух поступает в воздушные фильтры, расположенные под капотом.
Одновременно фиксировалась температура окружающего воздуха. Максимальная разница между температурой воздуха под капотом и окружающей среды оказалась весьма значительной: при температуре окружающей среды 20—30°С температура воздуха под капотом достигла 66—75°С. На автомобилях МАЗ-500 разница составила 47°, на МАЗ-504 — 45°С.
Таким образом, двигатели ЯМЗ-236, установленные на указанные автомобили, при существующей компоновке воздушного тракта теряют при полной подаче топлива до 9% мощности, при температуре окружающего воздуха 20—30°С повышается удельный расход топлива, увеличивается дымность отработавших газов, количество окиси углерода в газе возрастает в 2 раза.
Во избежание ухудшения эффективных показателей двигателя ЯМЗ-236 при установке его на указанные автомобили, необходимо, чтобы воздух поступал в двигатель не из подкапотного пространства, а из окружающей атмосферы. Этим весьма простым мероприятием можно улучшить эксплуатационные показатели указанных автомобилей и уменьшить загрязненность воздуха отработавшими газами.