1.2. Нагрузочная характеристика двигателя с искровым зажиганием

Нагрузочные характеристики двигателя с искровым зажиганием существенно отличаются от аналогичных характеристик дизеля из-за иных принципов смесеобразования и регулирования подачи топлива.

С прикрытием дроссельной заслонки увеличивается относительное количество остаточных газов в цилиндре, свежего заряда поступает меньше. Вследствие этого ухудшаются условия протекания рабочего процесса, снижаются мощность и экономичность двигателя. При нагрузках болee 75% от номинальной (максимальной) может включаться экономайзер, обогащая смесь, которую подготавливает система топливоподачи. Это сопровождается ростом мощности при ухудшении экономичности, т.е. увеличивается удельный эффективный расход топлива. Если же система и топливоподачи на больших нагрузках не обогащает смесь, что имеет место у многих современных автомобильных двигателей, то наименьший удельный расход топлива наблюдается при полностью открытой дроссельной заслонке.

При изменении степени открытия дроссельной заслонки часовые расходы воздуха, топлива и коэффициент наполнения также изменяются, чем. достигается количественное регулирование мощности двигателя. Наибольшей мощности двигателя соответствует полное открытие дроссельной заслонки.

Анализ характеристики

С увеличением внешней нагрузки для сохранения постоянной частоты вращения дроссельную заслонку открывают, вследствие чего расход воздуха возрастает и коэффициент наполнения η_V увеличивается от 0,25 на режиме холостого хода до 0,85 при полной нагрузке.

Коэффициент избытка воздуха α изменяется в небольших пределах: от 0,70 на холостом ходу до 0,94 на средних нагрузках и до 0,90 на полной нагрузке.

Часовой расход топлива G_T возрастает с открытием дроссельной заслонки. Характер его изменения определяется соотношением G_Т =А(η_V/ α),

где А - обобщенное значение не зависящих от нагрузки параметров двигателя. До средних значений нагрузки зависимость G_T=f(p_e) практически линейна. С дальнейшим увеличением нагрузки при обогащении смеси эконостатом и (или) экономайзером темп роста G_T увеличивается.

Поскольку при постоянной частоте вращения эффективная мощность двигателя пропорциональна р_е, то на характеристике график мощности выглядит как прямая линия.

Анализировать характер изменения удельного эффективного расхода топливаg_e от нагрузки (М_К, р_е) позволяют функциональные зависимости, связывающие между собой различные параметры двигателя:

где η_i;, η_е, η_м - соответственно индикаторный, эффективный и механический коэффициенты полезного действия; р_i;, р_м - соответственно среднее индикаторное давление и среднее давление механических потерь, МПа;

Н

Рис. 3.3. Нагрузочная

характеристика дизеля

Рис. 3.4. Изменение КПД двигателя с искровым зажиганием в зависимости от нагрузки

_u - низшая удельная теплота сгорания топлива, МДж/кг. На механический КПД основное влияние оказывает p_i; так как р_м от нагрузки при n=const практически не зависит. Характер зависимости η_i и η_м от нагрузки (p_е) показан на рис. 4. Индикаторный КПД имеет максимум на средних нагрузках, т.е. на режиме наибольшей экономичности. При меньших и больших нагрузках η_i снижается из-за неполноты сгорания топлива. Соответственно изменяются эффективный КПД η_е, а следовательно, и g_e, минимум которого у исследуемого двигателя имеет место при р_е=0,78 МПа и α = 0,93 (см. рис. 28). Характер изменения кривой g_e=f(P_е) свидетельствует о существенном недостатке количественного регулирования: наименьший удельный расход топлива наблюдается только в узком диапазоне нагрузки. На большей части нагрузочных режимов, типичных для эксплуатационных условий, удельный расход топлива g_e сравнительно высокий.