У природного газа оба предела воспламенения смещены в сторону бедных смесей, что в первую очередь сказывается на возможности большой экономии топлива, так как смещение концентрационного предела сопровождается, как правило, смещением и эффективного предела. Важное значение имеет также смещение богатого предела, что уже отмечалось при оценке энергетического фактора.

На рис. 1 приведена диаграмма областей нормальной работы двигателя на различных видах топлива. Кривые 1—3 в координатах коэффициент избытка воздуха а — степень сжатия е являются пределами бездетонационной работы двигателя соответственно на метане, пропане, бензине (ОЧ/М-58). Штриховкой показана недопустимая область работы. Кривые обозначают предел обеднения по воспламенению смеси соответственно для метана, пропана, бензина, а кривые положение пределов обогащения по условиям воспламенения смеси. Верхняя граница области для каждого вида топлива определяется условиями воспламенения от сжатия. Наивысший уровень имеет метан, температура воспламенения которого самая высокая. Прямые ограничивают области работы для пропана и бензина.

Для каждого вида топлива область нормальной работы двигателя изображена на диаграмме «двухрукавной» зоной. Однако для газового топлива эта зона значительно шире и смещена в сторону «бедных» смесей. Наибольшие возможности для выбора оптимальных параметров двигателя имеются при работе его на метане. Область допустимых условий работы на природном газе близка к «метановой» вследствие малого присутствия в нем других компонентов.

Рис. 1. Диаграмма областей нормальной работы двигателей на различных видах топлива.

При рассмотрении этой диаграммы следует обратить внимание в первую очередь на то, что в смысле конструирования двигателя координаты диаграммы неравнозначны. В конкретном реальном двигателе степень сжатия остается неизменной, в то время как коэффициент избытка воздуха изменяется в зависимости от фактических характеристик топливной аппаратуры. Поэтому степень сжатия двигателя приходится ограничивать минимальными значениями детонационного предела, что снижает экономичность двигателя. Возможно и другое решение, когда при повышенной степени сжатия ограничивается предел обогащения. В этом случае снижается энергетический уровень заряда, поступающего в двигатель. Таким образом, ^ожно констатировать, что природный газ как моторное топливо имеет более широкие перспективы для получения высоких удельных мощностных показателей двигателя как по энергетическим возможностям, так и по условию бездетонационной работы.

К свойствам топлива, определяющим экономические показатели двигателя, относятся его детонационная стоимость и пределы эффективного обеднения. Детонационная стойкость дает возможность использовать высокие степени сжатия, т. е. применять рабочий процесс, имеющий термодинамический КПД. Диаграмма показывает существенные преимущества природного газа перед бензином по этому показателю. Таким же преимуществом обладает природный газ по отношению к бензину и по пределам эффективного обеднения. Как известно, этот предел прямо связан с бедным пределом воспламенения смеси. При низких степенях сжатия газовое топливо имеет существенно смещенные в сторону обеднения предел воспламенения, а значит, и предел эффективного обеднения. Однако и при высоких степенях сжигания газовое топливо имеет сдвинутый в сторону бедных смесей предел эффективного обеднения, что объясняется лучшими условиями, в которых протекает процесс смесеобразования.

Предел эффективного обеднения смеси отличается от предела воспламенения в результате действия в реальном двигателе ряда факторов: степени невоспроизводимости последовательных циклов и неравномерности работы циклов двигателя. Последняя создается вследствие образования пленки топлива на внутренней поверхности впускного коллектора, неравномерного разделения капельного топлива в разветвлениях коллектора, наличия частичной сепарации топлива при поворотах его каналов, особенно при прохождении газовоздушной смесью дроссельной заслонки. Очевидно, что при использовании газового топлива таких проблем не существует. Поэтому предел эффективного обеднения газового топлива оказывается приближенным к пределу воспламенения, чего не наблюдается при использовании жидкого топлива.

На рис. 1 показано ориентировочное положение пределов эффективного обеднения для метана, пропана и бензина. Точное положение этих пределов не может быть установлено, так как они зависят не только от свойств топлива, но и от конструктивных особенностей двигателя. Однако относительное расположение кривых правильно отражает влияние вида топлива на предел эффективного обеднения. Следует указать на особенность газового топлива — возможность качественно регулировать мощность двигателя в широких пределах. При степени сжатия максимальная экономичность двигателя на метане достигается при а =1,5, а максимальная мощность—при а = 1. Следовательно, есть возможность снизить мощность двигателя примерно в 1,5 раза за счет уменьшения подачи топлива, при этом экономичность его будет возрастать. В широком диапазоне мощностей двигатель может работать при высокой экономичности.