Влияние различных факторов на индикаторные показатели дви­гателя с искровым зажиганием.

Степень сжатия двигателей с ис­кровым зажиганием составляет от 7 до 11. Увеличение степени сжатия существенно повышает индикаторные показатели η_i и p_i улучшает условия воспламенения, что позволяет на частичных на­грузках обеднять смесь. С ростом ε уменьшается поверхность каме­ры сгорания, но возрастает температура в цилиндре, поэтому теплообмен между рабочим телом и стенками камеры сгорания мо­жет проходить более интенсивно. При увеличении е растут меха­нические и тепловые нагрузки налетали двигателя, выбросы N0_х и СН, повышаются требования к октановому числу топлива.

Размеры цилиндра влияют на процессы теплообмена. С увели­чением диаметра цилиндра для обеспечения работы без детона­ции следует использовать топливо с более высоким октановым числом. Увеличение D при неизменной е из-за снижения теплоотвода в стенки повышает η_i.

Состав смеси существенно влияет на процесс сгорания и на индикаторные показатели (рис. 6.1, а). Максимальные значения η_i и p_i зависят от протекания процесса сгорания, конструкции двигателя, а также от частоты вращения и положения дроссельной заслонки.

Pис. 6.1. Зависимости индикаторного кпд от коэффициента избытка воздуха для двигателя с искровым зажиганием (a) и дизеля (б)

Максимум η_i достигается при обедненных смесях (α = 1,05...1,1), что обусловлено улучшением полноты сгорания и ростом доли в продуктах сгорания двухатомных газов. При этом получается оп­тимальное сочетание полноты и скорости сгорания с теплоотводом в стенки. Дальнейшее обеднение смеси приводит к существен­ному снижению скорости ее сгорания и к возникновению про­пусков воспламенения. По этой причине сгорание будет заканчи­ваться позже, а отвод теплоты в стенки увеличится.

Максимальное значение p_i достигается при несколько обога­щенных смесях, при которых сгорание происходит с максималь­ной скоростью.

При полностью открытой дроссельной заслонке η_i достигает максимума при α= 1,1 ... 1.3, а p_i — при α = 0,85... 0,95.

Угол опережения зажигания определяет положение процесса сгорания топлива относительно ВМТ. Каждому режиму работы двигателя (сочетанию степени открытия дроссельной заслонки, коэффициента избытка воздуха α и частоты вращения n) соответ­ствует свое оптимальное значение угла φ_{о.з. опт}, при котором одно­временно достигают максимума η_i и p_i.

При φ_о.з.>φ_{о.з. опт} (раннее зажигание) интенсивно увеличива­ются максимальная температура Т_z и давление цикла р_z. Это вызы­вает повышенные тепловые потери в систему охлаждения, а так­же утечки газов через поршневые кольца.

При φ_о.з.<φ_{о.з. опт} (позднее зажигание) сгорание переносится на линию расширения и выделившаяся теплота превращается в работу в течение меньшей части хода поршня, а тепловые по­тери с отработавшими газами и в систему охлаждения возрас­тают.

Частота вращения (при ее увеличении) интенсифицирует в цилиндре движение рабочего заряда и сгорание. При этом время, отводимое на цикл, уменьшается, а продолжительность сгорания в градусах ПКВ несколько увеличивается. Для оптимизации про­цесса приходится увеличивать φ_о.з., что выполняет центробежный регулятор опережения зажигания или микропроцессорная систе­ма управления. При увеличении n кроме того сокращаются утечки газов через кольца и теплоотвод в систему охлаждения. Поэтому η_i и p_i несколько возрастают (рис. 6.2, а).

Рис. 6.2. Зависимости индикаторных показателей от частоты вращения коленчатого вала (а) и нагрузки (б): 1 — двигатель с искровым зажиганием; 2 — дизель

Нагрузка двигателя при прикрытии дроссельной заслонки и постоянной частоте вращения снижается.. Условия воспламенения и сгорания в двигателе ухудшаются из-за повышения доли оста­точных газов в рабочей смеси и снижения давления в цилиндре.

Кроме того возрастают относительные тепловые потери в систему охлаждения и с отработавшими газами. Для компенсации умень­шения скорости сгорания увеличивают угол опережения зажигания. Эту операцию выполняет вакуум-регулятор или микропро­цессорная система управления.

В зависимости от нагрузки система питания двигателя форми­рует состав смеси. На средних нагрузках η_i достигает наибольшего значения при α_эк = 1,1... 1,3. Максимум p_i получают при полностью открытой дроссельной заслонке при α_м = 0,8...0,95. По мере при­крытия заслонки количество свежей смеси уменьшается (количе­ственное регулирование нагрузки) и p_i, снижается.

Скорость движения заряда должна иметь на каждом режиме работы двигателя определенное оптимальное значение. Для этого используются профилированные (тангенциальные или вихревые) впускные каналы, а также специальные заслонки, изменяющие направление потока. Если скорость заряда превышает оптималь­ную, то из-за увеличения теплоотдачи в стенки η_i уменьшается.