Будет ли у карбюраторного двигателя разный расход топлива в зависимости от внешней нагрузки при одинаковых оборотах?

Говоря простым языком, энергия, необходимая для преодоления нагрузки, должна поступать из топлива. При одинаковых оборотах нагруженному двигателю требуется больше энергии, чем ненагруженному, для работы на тех же оборотах.

Чтобы понять, как это работает на физическом уровне, представьте, что вы едете на велосипеде по равнине, а затем поднимаетесь в гору. Ваша скорость (количество оборотов колеса в минуту) остаётся прежней, но подъём в гору требует больше энергии (больше усилий при вращении педалей), и вы устанете (истощите свои энергетические запасы) быстрее. Если бы вы ехали медленнее и прилагали столько же усилий при вращении педалей, сколько при езде по равнине, то через X минут вы бы израсходовали столько же энергии, но проехали бы меньше. Чтобы преодолеть то же расстояние, вам пришлось бы сжечь больше топлива

Короче говоря, если два двигателя работают на 3600 оборотах в минуту, один с нагрузкой, другой без, и оба изначально заправлены одинаково, то у двигателя с нагрузкой топливо закончится раньше, потому что он расходует его быстрее

Это вопрос, вынесенный в заголовок. Однако вы задали несколько разных вопросов:

Если я буду работать на двигателе на полную мощность без внешней нагрузки на выходной вал, будет ли он расходовать столько же топлива, сколько при работе на колёсах, стоящих на земле?

Это зависит от того, есть ли какой-то механизм, который определяет частоту вращения в зависимости от положения дроссельной заслонки, или это просто базовая система управления воздушным потоком. Если не нужно поддерживать определённую частоту вращения, то двигатель будет работать на максимальной скорости при данном положении дроссельной заслонки и данной нагрузке. При отсутствии нагрузки он будет работать быстрее, чем при наличии нагрузки, и в обоих случаях будет расходовать топливо с одинаковой скоростью. Часть энергии, содержащейся в топливе, используется для преодоления нагрузки. При нагрузке двигатель работает медленнее, но для достижения нового стабильного режима работы с нагрузкой, потребляющей часть энергии, требуется такое же количество входной энергии.

Однако если есть механизм, который распознаёт снижение оборотов и для компенсации открывает дроссельную заслонку шире, то для поддержания стабильных оборотов расходуется больше топлива, а дополнительное топливо обеспечивает энергию для преодоления нагрузки

Вероятно, в этом объяснении стоит также упомянуть, что у всех двигателей есть кривая мощности: пики, на которых их эффективность (количество энергии, которое они могут извлечь из топлива) максимальна. Большинство двигателей достигают точки, в которой при увеличении скорости работы расходуется больше топлива без пропорционального увеличения крутящего момента/мощности. В одной из этих зон может оказаться возможным достичь набора условий, при которых положение дроссельной заслонки остается неизменным, ненагруженный двигатель работает на более высоких оборотах, но испытывает непропорциональную потерю мощности, и при приложении нагрузки, которая снизила обороты до наиболее эффективного уровня развития мощности двигателя, может наблюдаться тот же расход топлива, та же настройка дроссельной заслонки, более низкие обороты двигателя - по сути, обмен энергии, используемой для преодоления внутренней неэффективности на более высоких оборотах, на способность преодолевать полезную нагрузку на более низких оборотах - вы как бы выполняете работу с нагрузкой "бесплатно" по сравнению с работой на более высоких оборотах двигателя но теряющий эффективность. Это узкоспециализированный вариант применения, но он, возможно, подчёркивает целесообразность работы двигателя на максимальном крутящем моменте или максимальной мощности (эти два показателя не обязательно совпадают) в зависимости от задачи. Таким образом, вы получаете максимальную отдачу от вложенных в топливо средств, если нагрузка на двигатель постоянная и достаточно высокая, чтобы задействовать всю полезную мощность двигателя. (Если вы стрижёте ухоженный газон или выполняете другую лёгкую работу, для которой не нужна мощная газонокосилка, то на низких оборотах двигателя вы получите больше за свои деньги, чем при работе на максимальной мощности, потому что вы не создаёте нагрузку, которая могла бы эффективно использовать всю мощность двигателя)

В обоих случаях двигатель будет работать на одних и тех же оборотах до тех пор, пока не закончится топливо. В каком случае топливо закончится раньше, а в каком — в тот же момент?

Это перефразированный вопрос из заголовка. Двигатель, работающий с большей нагрузкой, чтобы поддерживать ту же скорость, будет потреблять больше топлива из-за принципа сохранения энергии в системе: энергия на входе равна энергии на выходе. При увеличении нагрузки требуется больше энергии на выходе, поэтому нужно подавать больше энергии на входе. На практике это означает подачу большего количества топлива (смеси воздуха и бензина) при более широком открытии дроссельной заслонки

РЕДАКТИРОВАТЬ: у этого двигателя регулятор настроен на 3600 об/мин, что, как я полагаю, ограничивает максимальное число оборотов и предотвращает превышение красной зоны.

Теперь поговорим о механизме, о котором шла речь ранее. Вместо того чтобы регулировать открытие дроссельной заслонки и заставлять двигатель ускоряться или замедляться при изменении нагрузки, механизм управления такими устройствами, как двигатели газонокосилок, работает по принципу использования рычага дроссельной заслонки для выбора желаемой частоты вращения. Если на двигатель воздействует нагрузка и он замедляется, механизм открывает дроссельную заслонку сильнее, чтобы компенсировать нагрузку и вернуться к заданной частоте вращения, расходуя при этом больше топлива. Можно с уверенностью сказать, что ваш двигатель будет работать намного быстрее, чем на 3600 оборотах в минуту, но, возможно, он настроен на максимальное количество оборотов, которое вы можете запросить, потому что это пиковая мощность двигателя, и нет особого смысла усложнять карбюратор, чтобы он справлялся с меняющимися требованиями при более высоких оборотах, особенно если конструкция двигателя не оптимизирована для этого

Я не согласен с предпосылкой, лежащей в основе вопроса.

Если двигатель соединён с колёсами, находящимися на земле, это создаёт определённую нагрузку на двигатель. Это замедляет скорость вращения двигателя. То есть он вращается не на тех же оборотах.

С другой стороны, если у вас карбюраторный двигатель с полностью открытой дроссельной заслонкой и без внешней нагрузки, двигатель, скорее всего, будет работать на повышенных оборотах и выйдет из строя. Только двигатели с системой впрыска топлива могут перекрывать подачу топлива для защиты двигателя.

Теоретически расход топлива зависит от частоты вращения коленчатого вала и положения дроссельной заслонки. Подача топлива пропорциональна частоте вращения коленчатого вала и положению дроссельной заслонки. Нельзя просто предположить, что частота вращения коленчатого вала и положение дроссельной заслонки будут одинаковыми независимо от нагрузки.

Это действительно отличный вопрос.

Ответ зависит от нагрузки на двигатель. Для работы двигателя на 3000 оборотах в минуту (об/мин) под нагрузкой потребуется больше топлива, чем для работы на 3000 об/мин без нагрузки. Помните об этом. Как указано в вашем вопросе, двигатель без нагрузки будет работать на 3000 об/мин дольше, чем полностью загруженный двигатель на 3000 об/мин.

Если вы запустите двигатель (без нагрузки), установите дроссельную заслонку на 3000 об/мин (зафиксируйте акселератор в этом положении), а затем создадите нагрузку, угадайте, что произойдёт? Да, обороты значительно снизятся... Высокая нагрузка = низкие обороты.

Можно попробовать сделать это в обратном порядке. Приложите нагрузку к двигателю. Регулируйте дроссельную заслонку, пока не увидите 3000 оборотов в минуту. Зафиксируйте дроссельную заслонку. Затем уберите нагрузку. Обороты возрастут до чрезвычайно высокого (опасного!) уровня, 5000? 6000 оборотов в минуту? Фу. Плохо.

Примечание: очень вредно для двигателя работать на высоких оборотах без нагрузки. Не пытайтесь повторить этот эксперимент дома. Я думаю, что у Briggs and Stratton максимальная частота вращения составляет 3600 об/мин или около того. Максимальная частота вращения = показатель тахометра для определения максимальных оборотов, безопасных для двигателя и продлевающих срок его службы.