Наблюдения за эксплуатацией двигателей внутреннего сгорания показывают, что значительную часть их рабочего времени зани­мают такие режимы работы, которые являются следствием смены нагрузки со стороны потребителя энергии (или других внешних условий) или воздействия на двигатель обслуживающего персо­нала. При таких режимах постоянство во времени значений тех или иных параметров, входящих в функциональную зависимость (6), нарушается и все они (или некоторые из них) меняют свои значения с течением времени.

Изменение во времени одного, нескольких или всех параметров, характеризующих работу двигателя, является единственным и исчерпывающим признаком появления в процессе эксплуатации так называемых неустановившихся режимов работы двигателя. Практика показывает, что неустановившиеся режимы часто зани­мают значительно больше рабочего времени двигателя (до 66— 80%), чем установившиеся режимы.

Основным признаком появления неустановившегося режима работы двигателя является нарушение условий статического рав­новесия (1)—(5) или любых других, аналогичных названным. В результате этого двигатель вырабатывает избыточное (или не­достаточное) количество энергии или нарушается его тепловой баланс. Например, избыток (в алгебраическом смысле) энергии в виде крутящего момента М двигателя расходуется на изменение угловой скорости (о коленчатого вала двигателя и связанных с ним агрегатов, определяемое дифференциальным уравнением, написан­ным в соответствии с принципом д'Аламбера:

где J — приведенный момент инерции двигателя и связанных с ним агрегатов.

Нарушение теплового баланса в системе охлаждения двига­теля приводит к изменению температурных показателей работы этой системы в соответствии с дифференциальным уравнением

где С — теплоемкость системы охлаждения двигателя.

Давление Р_к воздуха во впускном коллекторе двигателя изменя­ется по закону, определяемому дифференциальным уравнением

где V_в — объем впускного коллектора; Т_к — температура воздуха в нем; R — газовая постоянная.

Давление р_г отработавших газов в выпускном коллекторе двигателя изменяется по закону, определяемому дифференциаль­ным уравнением

где V_r — объем выпускного коллектора; Т_r — температура отра­ботавших газов в выпускном коллекторе; R_r — газовая постоян­ная отработавших газов.

Избыток крутящего момента М_т турбины турбокомпрессора приводит к раскрутке его ротора в соответствии с дифференциаль­ным уравнением

где J_k — приведенный момент инерции ротора турбокомпрессора; ?_к — его угловая скорость.

В связи с нарушением условий статического равновесия (1)— (4) или (5) и появлением в системе изменений, определяемые дифференциальными уравнениями (8)—(11) или (12) (и другими, подобными им), все (или некоторые) параметры, входящие в за­висимость (6), при неустановившихся режимах получают прира­щения, и их значения становятся зависимыми от времени. В связр с этим зависимость (6) применительно к неустановившимся ре­жимам работы двигателя должна быть дополнена координатор времени I и представлена в виде

Введение времени t в функциональную зависимость (13) сви­детельствует о том, что определенные (числовые) значения пара­метров, входящих в эту зависимость, имеют смысл лишь для конкретно выбранного мгновения времени t. В зависимость (13), таким образом, должны входить мгновенные значения параметров, меняющихся во времени. Для неустановившихся режимов можно строить характеристики, аналогичные показанным на рис. 23 или 24, с той лишь разницей, что для каждой точки такой характе­ристики должно быть указано время, при котором получены зна­чения параметров, определяющих точку этой характеристики. Сле­довательно, один неустановившийся режим соответствует только одному значению времени, и это обстоятельство является одним из основных признаков неустановившихся режимов, отличающих их от установившихся режимов.

Во многих случаях наибольший интерес при оценке неустано­вившихся режимов представляют не все параметры, входящие в функциональную зависимость (13), а только некоторые из них или один. Если таким параметром является, например, угловая скорость ? коленчатого вала, то говорят о неустановившемся ско­ростном режиме; если таким параметром является крутящий мо­мент М, то говорят о неустановившемся нагрузочном режиме. При этом изменения во времени других параметров можно не рассматривать.

Приведенные выше признаки неустановившихся режимов под­тверждаются сопоставлением уравнений статического равновесия (1)—(5), обусловливающих работу двигателя на установившихся режимах, с соответствующими уравнениями (8)—(12) динамиче­ского равновесия, обусловливающими появление неустанови­вшихся режимов.

Действительно, если исследуемые параметры в уравнениях (8)—(10) не зависят от времени, то их производные, входящие в эти уравнения, оказываются равными нулю:

В этом случае уравнения (8)—(12) динамического равновесия, со­ответствующие неустановившимся режимам, превращаются в урав­нения (1)—(5), соответствующие установившимся режимам работы двигателя.

Условия (14) могут встречаться и при неустановившихся ре­жимах, но лишь для конкретных мгновений (значений) времени (например, при смене алгебраического знака производных).