Работа, совершаемая газами во всех цилиндрах в единицу времени, называется индикаторной мощностью двигателя, а соответствующая ей мощность, развиваемая двигателем на конце коленчатого вала и отдаваемая силовой передаче (на электрогенератор, приводной ремень, гребной винт),— эффективной, или действительной, мощностью двигателя. При этом

В двигателях внутреннего сгорания работа совершается за счет тепла, выделяющегося при сгорании топлива. Преобразование его в индикаторную работу неизбежно связано с потерей части тепла. Величина, показывающая, какая доля от всего тепла преобразована в индикаторную работу в цилиндре двигателя, называется индикаторным коэффициентом полезного действия и представляет собою отношение:

Чем совершеннее двигатель и чем лучше преобразуется в нем энергия топлива в полезную механическую работу, тем меньше удельный расход топлива. На величину удельного расхода топлива значительно влияет степень сжатия: чем больше степень сжатия, тем меньше удельный расход топлива. Поэтому у дизелей удельный расход топлива значительно меньше, чем у карбюраторных двигателей, т. е. дизели экономичнее последних.

Тепловой баланс. В полезную эффективную работу обычно превращается лишь 25—41% тепла, получаемого в результате сжигания топлива в двигателе; остальная часть энергии сжигаемого топлива тепяется в п do мессе паботы двигателя.

Удельный расход топлива. Оценка экономичности двигателя внутреннего сгорания может быть произведена непосредственно по количеству топлива, затрачиваемого на получение полезной работы в единицу времени. Удельный расход топлива подсчитывается как отношение секундного расхода топлива GT к полезной мощности Ne двигателя:
— расхода топлива и т. д. Характеристики составляются при испытаниях двигателя на стенде и загрузке его тормозом (гидравлическим, электрическим) либо винтом и используются для оценки двигателя при выборе его для силовой установки.

Различают характеристики: скоростные, нагрузочные и регулировочные.

Скоростные характеристики определяют зависимость мощности или крутящего момента от числа оборотов двигателя. Различают внешние и винтовые скоростные характеристики.

Внешние характеристики двигателя—это кривые зависимости максимальной мощности или крутящего момента от числа оборотов двигателя при наибольшей подаче топлива. Так как внешняя характеристика относится к работе двигателя при максимально допустимой подаче топлива, то она дает значения наибольших мощностей, которые можно, получить от двигателя при разных числах оборотов.

Построив кривую зависимости мощности трения от числа оборотов и взяв разность между индикаторной мощностью и мощностью трения при различных числах оборотов, можно получить кривую изменения Ne с изменением числа оборотов.

Эффективная мощность всегда имеет максимальное значение при числе оборотов меньшем, чем то, при котором получается максимальное значение индикаторной мощности.

Увеличивая число оборотов, можно получить такой режим двигателя, при котором мощность трения окажется равной индикаторной мощности, а эффективная мощность будет равна нулю. Однако работа двигателя при числе оборотов, большем расчетного га, соответствующего максимальному значению эффективной мощности, нецелесообразна.

Таким образом, эффективная мощность двигателя по винтовой характеристике изменяется так же, как и мощность, поглощаемая винтом, т. е. пропорциональна кубу числа оборотов. Так как эффективная мощность двигателя по внешней характеристике меняется по другому закону, то двигатель, нагруженный винтом, при изменении числа оборотов должен регулироваться изменением положения дросселя в карбюраторных двигателях или подачей топлива с помощью топливного насоса в двигателях с самовоспламенением.

Для двигателя при данном винте число оборотов гамакс является максимально возможным. Этому числу оборотов соответствует максимальная мощность двигателя /VMaKC. При числе оборотов га> гамакс двигатель работать не может, так как при этом эффективная мощность двигателя (по внешней характеристике) растет медленнее, чем мощность, поглощаемая винтом (по винтовой характеристике). При числе оборотов га < гамакс мощность, поглощаемая винтом, оказывается меньше, чем эффективная мощность двигателя при максимальной подаче топлива с помощью насоса. Поэтому при таких числах оборотов работа двигателя возможна только при соответствующем дросселировании или уменьшении подачи топлива.

Нагрузочные характеристики двигателя определяют связь между параметрами, оценивающими работу двигателя, и параметрами нагрузки, например между секундным расходом топлива и эффективной мощностью или средним эффективным давлением при постоянном числе оборотов. Обычно нагрузочные характеристики выражают зависимость расхода топлива или температуры отработавших газов от эффективной мощности двигателя.

Изменение мощности двигателя при постоянном числе оборотов достигается дросселированием горючей смеси или изменением подачи топлива насосом.

Практический смысл нагрузочной характеристики заключается в том, что она дает возможность отыскать максимальный режим работы двигателя при данном числе оборотов.

В процессе снятия характеристики при га = const переход от одной опытной точки к другой, т. е. изменение нагрузки двигателя, можно получить либо подбором для каждого режима соответствующего винта, либо торможением двигателя с помощью тормоза, допускающего работу при разных числах оборотов и разных мощностях (балансирное динамо, гидротормоз).

Эффективная мощность, развиваемая двигателем, вначале равна нулю (Nе = 0), при этом двигатель работает вхолостую, и мощность, развиваемая в цилиндре, расходуется на преодоление вредных сопротивлений, т. е. в этот момент Nе — NT.

Регулировочные характеристики показывают влияние на мощность и экономичность двигателя параметров регулировки при постоянном числе оборотов, например зависимость мощности и расхода топлива от угла опережения подачи топлива и силы затяжки пружины, определяющих момент открытия форсунки, и др.

Указанные характеристики позволяют определить оптимальные условия регулировки двигателя, обеспечивающие наибольшую мощность, среднее эффективное давление, наименьший расход топлива при заданном числе оборотов коленчатого вала п и выходного вала реверс-редуктора пх. На рис. 2 и 3 приведены типовые внешние, винтовые и нагрузочные характеристики дизеля ЗД12.

Процесс приготовления горючей смеси из мелкораспыленного (испаренного) топлива и воздуха называется смесеобразованием. Смесеобразование в двигателе внутреннего сгорания зависит от типа двигателя и способа смешения воздуха с топливом — вне двигателя или внутри рабочего цилиндра. В дизеле топливо смешивается с воздухом внутри цилиндра. В бензиновых двигателях горючая смесь из топлива и воздуха получается вне двигателя в специальном приборе — карбюраторе.

Количество воздуха, необходимое для сгорания жидкого топлива, зависит от химического состава топлива. Различные виды топлива нефтяного происхождения по химическому составу мало отличаются друг от друга, поэтому количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива, практически можно считать одинаковым. Теоретически для сгорания 1 кг нефтяного топлива требуется около 15 кг воздуха. Однако не у всех двигателей при таком соотношении между топливом и воздухом может быть обеспечено полное сгорание.