2.4. Влияние эксплуатационных факторов на заряд воздуха в цилиндре

Из определения коэффициента наполнения следует, что

Таким образом, заряд воздуха в цилиндре зависит от его плотности , то есть от параметров воздуха в ресивере p_s и T_s, а также от эффективности процесса наполнения . На величинах плотности воздуха и коэффициента наполнения эксплуатационные условия отражаются по-разному.

Техническое состояние двигателя. Как уже отмечалось, для системы воздухоснабжения двигателя характерны два участка (см. рис. 2.10): А - воздухоснабжение ресивера и Б - воздухоснабжение цилиндра. Поэтому по смыслу работы системы ясно, что техническое состояние ее элементов на участке А повлияет на параметр(т. е. p_s и T_s), а на участке Б – на коэффициент наполнения .

На величину оказывают влияние загрязнения воздушного фильтра 1 и ОНВ 3 (см. рис. 2.10), заносы проточной части компрессора 2 маслянистыми веществами, заносы продуктами сгорания проточной части газовой турбины 9 и т. д. От отрицательного действия перечисленных факторов либо падает давление p_s, либо увеличивается температура T_s, отчего плотность воздуха в ресивере уменьшается.

Наиболее важным фактором технического состояния двигателя, влияющим на коэффициент наполнения является закоксовывание органов газообмена (окон) смолистыми веществами, что значительно снижает давление в цилиндре в конце наполнения p_а из-за дросселирования потока воздуха в продувочных окнах. В этом случае уменьшается , а значит и G_в. Из-за недостатка воздуха в цилиндре ухудшается сгорание топлива и очистка цилиндра, растет температура стенок а значит и температура заряда T_а, коэффициент остаточных газов, что еще более снижает величину и заряд воздуха G_в.

Давление и температура атмосферного воздуха. Температура забортной воды.

Влияние этих параметров на массу воздуха G_в весьма существенно. Так атмосферное давление p_о изменяется от 725 до 780 мм. рт. ст., а температуры наружного воздуха t_o и забортной воды t_зв для средних широт изменяются соответственно от 3 до 19 ^оС и от 4 до 17 ^оС, а для тропических условий соответственно от 26 до 31 ^оС и от 27 до 32 ^оС.

Оценим влияние указанных параметров на составляющие и массы воздуха G_в.

Изменение атмосферного давления p_о непосредственно отразится на величине давления воздуха после компрессора p_к и в такой же степени на давлении воздуха в ресивере p_s (p_s ≈ p_к).

Воздух, сжатый в компрессоре до температуры Т_к, понижает в ОНВ свою температуру до T_s. Если ОНВ имеет достаточную поверхность охлаждения и расход забортной воды, то колебания температуры наружного воздуха Т_o не отразятся на величине T_s. Тогда фактором, определяющим температуру воздуха в ресивере T_s, будут колебания температуры забортной воды Т_з.в., прокачиваемой через охладитель воздуха. Если же охладитель воздуха не имеет запаса по поверхности охлаждения и расходу забортной воды, то рост температуры воздуха в ресивере T_s в тропиках будет неизбежен.

Изменения давления p_о и температуры T_о атмосферного воздуха и температуры Т_з.в забортной воды не оказывает существенного влияния на коэффициент наполнения .

Таким образом, при различных условиях плавания изменение давления наружного воздуха и температуры забортной воды практически не отражается на величине коэффициента наполнения и существенно влияет на массовый заряд воздуха в цилиндре. При прочих равных условиях изменение массового заряда воздуха при различных величинах p_о, T_о и Т_з.в. на судне можно непосредственно оценивать по замерам параметров p_s и T_s штатными приборами.

Влажность атмосферного воздуха. В общем случае атмосферный воздух является влажным G_в.вл., то есть представляет собой смесь сухого воздуха G_с.в с некоторым количеством водяного пара G_п, т. е.

G_в.вл= G_с.в+ G_п.

Характеристиками влажного воздуха являются относительная влажность и влагосодержание d.

В зависимости от района плавания параметры и d изменяются в широких пределах. Особенно влажным является климат тропиков, где в среднем =80 %, а в дождливое время =90 % и более. С учетом повышенной температуры воздуха в тропиках (она достигает 40^оС и более) влагосодержание d в нем в сравнении с умеренными широтами возрастает в 5-10 раз.

В таких условиях глубокое охлаждение воздуха может привести к нежелательному результату – падению его температуры ниже температуры точки росы Т_р, с последующей конденсацией паров влаги. Если конденсат не удалять, он будет скапливаться в ресивере и затем поступать в цилиндр вместе с воздухом, вызывая падение мощности двигателя, ухудшение смазки цилиндра и развитие процессов коррозии элементов цилиндро-поршневой группы. По этой причине нижний уровень температуры воздуха в ресивере T_s поддерживают на 3-4 ^оС выше температуры точки росы Т_р.

Если же конденсация пара из влажного воздуха, поступающего в цилиндр отсутствует, то при увеличении влажности воздуха составляющая сухого воздуха G_с.в, участвующего в сгорании топлива будет уменьшаться.

Таким образом, совокупное влияние отрицательных условий только окружающей среды (снижение атмосферного давления, повышение температуры забортной воды, повышение влажности атмосферного воздуха) приводит к потере массового заряда воздуха в цилиндре.

Уже этого достаточно, чтобы при прочих равных условиях показатели работы двигателя (мощность, экономичность, надежность) изменились в худшую сторону.

При одной и той же подаче топлива в цилиндр (нагрузке двигателя) уменьшение заряда воздуха вызывает ухудшение сгорания топлива, сопровождающееся дымным выпуском и перегревом элементов цилиндро-поршневой группы. Чтобы не допустить такой работы двигателя приходится вручную или средствами автоматической защиты снижать подачу топлива, что, естественно, уменьшает мощность двигателя и скорость хода судна.