Регулировочная характеристика двигателя с искровым зажиганием по составу смеси

Регулировочной характеристикой по составу смеси называют зависимость основных показателей двигателя от состава смеси, определяемую при постоянстве скоростного режима двигателя, а также при оптимальных по величине N_е значениях угла опережения зажигания (У03) для каждого состава смеси φ_о.з.=φ_о.з.опт

Серия регулировочных характеристик по составу смеси используется:

• для определения предельных мощностных, экономических и токсических показателей двигателя на исследуемых режимах;

• для выбора регулировок топливоподающей аппаратуры или для проверки правильности ее штатных регулировок;

• для оценки качества рабочего процесса по абсолютным значениям предельных показателей двигателя и по составам смеси, соответствующим максимальной мощности, экономичности или предельным значениям показателей токсичности ОГ.

Изменение α при снятии регулировочных характеристик по составу смеси осуществляется, как правило, путем изменения расхода топлива. Анализ регулировочной характеристики по составу смеси, снятой при постоянном положении ДЗ, показывает ,что максимум мощности (N_emax) и минимум удельного расхода топлива (g_emin) достигаются при различных составах смеси, называемых соответственно мощностным (α_м) и экономическим (α_эх)

Максимальные значения энергетических (мощностных) индикаторных показателей (р_i N_i, L_i) достигаются не при α=1, а при некотором обогащении смеси (α_м= 0,85...0,95), когда величина η_i/α достигает максимума, несмотря на неизбежное уменьшение η_i из-за неполноты сгорания. Это обусловлено особенностями рабочих процессов в двигателе, благодаря которым с обогащением смеси до некоторых пределов увеличение выделения теплоты на единицу заряда преобладает над снижением индикаторного КПД (η_i).

Из-за неидеального перемешивания смеси полное использование воздуха в цилиндре и наибольшее выделение теплоты на единицу воздушного заряда возможно только при некотором обогащении смеси. В этом же направлении действует неравномерность состава смеси по отдельным цилиндрам.

Обогащенные смеси (α_м = 0,85...0,95) сгорают быстрее стехиометрических, что способствует выделению теплоты вблизи ВМТ и более полному превращению теплоты в работу.

С обогащением смеси увеличивается теоретический коэффициент молярного изменения горючей смеси μ₀. В результате увеличения количества продуктов сгорания (в киломолях) по сравнению с количеством горючей смеси (в киломолях) увеличивается индикаторная работа цикла.

С обогащением смеси снижаются потери теплоты, вызванные диссоциацией продуктов сгорания: наибольшие потери теплоты из-за диссоциации характерны для стехиометрического состава смеси. По этой причине, а также из-за повышения скорости сгорания обогащенных смесей наибольшие значения максимальной температуры и максимального давления цикла достигаются при α=α_м =0,85...0,95.

В области обогащенных смесей (α<1) возрастание η_i с увеличением α связано в основном с повышением полноты сгорания (уменьшение содержания СО и Н₂ в составе рабочего тела). При этом полное использование поступившего топлива возможно только при некотором избытке воздуха (т. е. при α>1), так как из-за неравномерности распределения топлива по камере сгорания возможно наличие локальных зон с α<1. В этом же направлении действует неравномерность распределения смеси по цилиндрам двигателя.

При дальнейшем обеднении смеси, т. е. при α> 1, η_i продолжает возрастать, хотя полнота сгорания остается постоянной. Это обусловлено уменьшением теплоемкости рабочего тела (теплоемкости продуктов сгорания) из-за снижения содержания в нем трехатомных газов (СО₂ и Н₂О) и возрастания содержания двухатомных газов (О₂) при α> 1, а также из-за уменьшения температуры рабочего тела (температуры ОГ t_г). Максимальное содержание трехатомных газов (СО₂ и Н₂О) в ОГ, а также максимальная температуpa 0Г (t_г) имеют место примерно при стехиометрическом составе смеси.

Индикаторный КПД возрастает при обеднении смеси до определенного предела α_ηimax, который соответствует оптимальному сочетанию полноты сгорания и теплоемкости ОГ, с одной стороны, е скорости сгорания — с другой. Дальнейшее обеднение смеси приводит к ухудшению условий воспламенения и снижению скорости сгорания, что выражается в снижении η_i, и увеличении g_e. На величину последнего также влияет уменьшение механического КПД (η_м). По этой причине величина α_эк соответствующая g_emin, несколько меньше α_nimax. При сильном обеднении смеси работа двигателя становится неустойчивой, вплоть до прекращения сгорания в от­дельных цилиндрах и циклах.

Регулировочная характеристика по углу опережения зажигания Регулировочной характеристикой по углу опережения зажигания (У03) называется зависимость основных показателей двигателя от величины УОЗ (φ_о.з) при постоянной частоте вращения коленчатого вала (n=const) и постоянном положении ДЗ (φ_др=const). Эти условия предопределяют условия η_v= const и α=const.

Такие характеристики используются:

• для нахождения оптимальных значений УОЗ на различных скоростных и нагрузочных режимах работы двигателя при заданной регулировке топливоподающей системы;

• для определения предельных мощностных и экономических показателей двигателя;

• для выбора регулировок автоматов управления УОЗ;

• для оценки требований к октановому числу топлива.
Вследствие постоянства расхода топлива зависимости N_e и g_е от φ_о.з имеют обратный характер (рис. 34), а максимум N_е и минимум g_e достигаются при одном и том же значении φ_о.з. Этот УОЗ называется оптимальным (φ_{о.з опт}) Зажигание называется поздним, если φ_о.з < φ_{о.з опт}, и ранним если φ_о.з > φ_{о.з опт}

Рис.34. Регулировочная характеристика по углу опережения зажигания (ηv=0,50;α=1,01)

При раннем зажигании из-за повышения р_z и Т_z в цикле возрастают потери теплоты в стенки, потери, вызванные диссоциацией продуктов сгорания, а также потери от утечек рабочего тела. Это уменьшает количество активной теплоты, израсходованной на изменение внутренней энергии и на совершение полезной работы. Линия расширения в этом случае располагается ниже линии расширения при оптимальном зажигании, что приводит к снижению температуры ОГ .Вследствие повышения температуры поверхности камеры сгорания и последних порций несгоревшей смеси при раннем зажигании увеличивается склонность двигателя к детонации.

При позднем зажигании увеличивается температура рабочего тела в процессе расширения, что приводит к увеличению потерь теплоты с ОГ и перегреву некоторых деталей двигателя. Поэтому на ряде современных двигателей с искровым зажиганием (ДсИЗ) позднее зажигание используется для ускорения прогрева нейтрализатора ОГ после пуска двигателя.

Рис.35. Индикаторные диаграммы при оптимальном, раннем (---)и позднем(------) зажигании

По абсолютным значениям величин φ_{о.з опт} и g_emin оценивают совершенство рабочего процесса двигателя: чем ниже величина φ_{о.з опт ,} тем лучше организован рабочий процесс, тем меньше длительность первой фазы сгорания.