4. Понятия о характеристиках и эксплуатационных режимах работы двигателя внутреннего сгорания

   Понятие о характеристиках и эксплуатационных режимов Транспортные двигатели эксплуатируются в условиях, требующих изменения в широких пределах скоростного и нагрузочного режимов работы. Для оценки эффективности функционирования ДВС при его работе на различных режимах и при различных значениях регулировочных параметров служат характеристики двигателя. Характеристикой ДВС называется зависимость (как правило, графическая) показателей двигателя от режима работы или от параметров, связанных с регулировкой его основных систем. Режимы работы двигателя определяются нагрузкой ре, Nе и частотой вращения коленчатого вала п. Характеристики, представляющие собой зависимость показателей работы двигателей от частоты вращения при неизменном положении органа управления (дроссельной заслонкой — для карбюраторного двигателя с искровым зажиганием, регулятором — для дизеля), называют скоростными. Если положение органа управления соответствует максимальной подаче топлива или горючей смеси, то такая скоростная характеристика носит название внешней. Характеристику, полученную при работе двигателя с любым постоянным промежуточным положением органа регулирования, называют частичной скоростной характеристикой. Внешняя скоростная характеристика двигателя позволяет определить его предельные мощностные показатели и оценить экономичность на полных нагрузках. Эта характеристика является паспортной для большинства транспортных двигателей. Нагрузочной характеристикой называется зависимость показателей двигателя от ре (или Nе) при фиксированной частоте вращения коленчатого вала. По ней определяется предельная для данной частоты вращения мощность, а также оценивается экономичность работы двигателя при различных нагрузках. Помимо этих характеристик для поршневого ДВС на практике широко используются так называемые регулировочные характеристики, представляющие собой зависимости показателей ра­боты двигателя от регулируемого параметра (например, коэффициента избытка воздуха, угла опережения зажигания, угла опережения впрыскивания топлива и т. д.). Данные характеристики используются для определения оптимальных параметров работы систем топливоподачи и зажигания.

5. Смесеобразование в двигателях с искровым зажиганием

Образование топливовоздушной смеси в карбюраторных двигателях с внешним смесеобразованием, в частности с воспламенением от искры, происходит в системе впуска и предшествует воспламенению заряда. Условием образования однородной топливо-воздушной смеси является равномерное распределение паров топлива в воздухе, т. е. одинаковое соотношение между числом молекул топлива и числом окружающих их молекул кислорода воздуха во всем объеме камеры сгорания. Такое условие может быть соблюдено, если топливо и воздух образуют гомогенную топливовоздушную смесь, при этом необходимо, чтобы топливо полностью испарилось.

В карбюраторных двигателях процесс смесеобразования начинается в карбюраторе, продолжается во впускном трубопроводе и завершается в цилиндре.

Сложность получения однородной топливовоздушной смеси при внешнем смесеобразовании определяется тем, что топливо и воздух начинают смешиваться при двухфазном состоянии топлива, т. е. когда часть топлива находится в паровой фазе, а часть в жидкой.

В современных быстроходных двигателях на процесс смесеобразования отводится малый отрезок времени.

Для ускорения испарения топлива, впрыскиваемого в воздушный поток, его струя должна быть раздроблена на очень мелкие капли, с поверхности которых происходит диффузия испаряющегося топлива в воздух.

При этом осуществляются как молекулярная, так и турбулентная диффузия, т. е. происходит взаимное проникновение молекул и малых объемов топлива и воздуха. Этот процесс в некоторой степени определяется свойствами компонентов, образующих топливо-воздушную смесь, но в большей мере интенсивностью турбулентности потоков воздуха и паров топлива.

Трудность образования однородной бензовоздушной смеси заключается также и в том, что соотношение объемов компонентов (полностью испаренного бензина и воздуха) составляет примерно 1 : 50. При равных объемах смешиваемых компонентов, например при смешивании воздуха и природного газа (метана), для сжигания которого необходимо лишь в 9 раз больше количество воздуха по объему, получить однородную смесь значительно легче.

В зависимости от типа двигателей различают внешнее смесеобразование следующих видов: 1) карбюрация; 2) впрыск легкого топлива во ьпускной трубопровод, осуществленный либо непрерывной подачей топлива во впускной трубопровод, либо порциями в период, когда открыт впускной клапан; 3) форкамерно-факельное; 4) газовое.

Наибольшее распространение в двигателях с искровым зажиганием получило смесеобразование, осуществляемое методом карбюрации легкого топлива.