Фактори, що впливають на процес згоряння у двигунах з іскровим запалюванням

На процес згоряння у двигунах впливають експлуатаційні і конструк­ційні фактори.

Експлуатаційні фактори

Склад робочої суміші значно впливає на процес згоряння. Він ха­рактеризується коефіцієнтом надмиру повітря а. Як було показано, найбільшу швидкість розповсюдження фронту полум'я маємо при а = 0,85...0,95. При таких значеннях а забезпечується найбільше зна­чення максимального тиску згоряння та найбільша робота циклу. Тому при повній потужності двигуни з іскровим запалюванням працюють при а = 0,85...0,95, незважаючи на погіршення економічності. Найкраща економічність виходить при роботі на збідненій робочій суміші з коефіці­єнтом надміру повітря а = 1,05...1,15. У цьому випадку за рахунок надмі­ру повітря паливо згоряє практично повністю, але процес згоряння про­тікає повільніше і робота циклу зменшується, що призводить до знижен­ня потужності двигуна.

Значення а, при якому досягається найкраще тепловикористання, називають межею ефективного збіднення робочої суміші.

При значному збідненні робочої суміші до а > 1,2...1,25 робота дви­гуна стає нестійкою внаслідок різкого зростання неідентичності циклів.

Значення а, при якому досягається найкраще тепловикористання, називають межею ефективного збіднення робочої суміші.

При значному збідненні робочої суміші до а > 1,2...1,25 робота дви­гуна стає нестійкою внаслідок різкого зростання неідентичності циклів.

При дуже сильному збід­ненні (а > 1,25) з'являються спалахи у впускному трубо­проводі та в карбюраторі че­рез те, що згоряння настільки уповільнюється, що частка палива догоряє не тільки при розширенні, але й під час ви­пуску. Внаслідок цього свіжий заряд, що поступає у циліндр, запалюється від газів, які го­рять.

Кут випередження запа­лювання. Для того, щоб ос­новна маса робочої суміші згоріла при перебуванні пор­шня поблизу в.м.т. і тепло­виділення в основному закін­чилось, коли колінчастий вал повернеться не більше, ніж на 15...20° після в.м.т., необхідно подавати електричну іскру з випередженням, яке на сучасних двигунах становить 25...40° до в.м.т.

Оптимальний кут випередження запалювання визначається для кожного типу двигуна на гальмовному випробному стенді. Відхилення кута випередження запалювання від оптимального приводить до зміщення індикаторної діаграми відносно в.м.т. і збільшення витрат теп­лоти (рис. 4.18).

При надто ранньому куті випередження запалювання своєчасність тепловиділення поліпшується, але тиск різко збільшується і навіть може досягнути максимального значення до завершення ходу стиску. Внаслі­док цього зростає негативна робота в кінці стиску, знижується потуж­ність і погіршується економічність двигуна. Крім того, значно зростають тиск і температура у циліндрі, що сприяє виникненню детонаційного згоряння, про яке буде сказано нижче.

При надто пізньому куті випередження запалювання значна части­на тепловиділення відбувається під час розширення, коли поршень переміщується далеко від в.м.т. Максимальний тиск і робота розширення знижуються, потужність падає, а температура газу в кінці розширення підвищується, і двигун перегрівається. Погіршується паливна еко­номічність двигуна. Оптимальний кут випередження запалювання зале­жить від довготривалості першої і другої фаз згоряння, тому з підви­щенням частоти обертання і зниженням навантаження його необхідно збільшувати.

Частота обертання. Із підвищенням частоти обертання вихровий рух свіжого заряду в циліндрі підсилюється, що сприяє турбулізації про­цесу згоряння і інтенсифікації переносу теплоти й активних часток. Про­цес згоряння в цілому прискорюється. Однак час, що відводиться на процес згоряння, скорочується пропорційно частоті обертання і випе­реджує прискорення процесу згоряння. Тому тривалість процесу зго­ряння, виражена в градусах повороту колінчастого вала, з ростом час­тоти обертання збільшується.

Збільшення відбувається, в основному, за рахунок першої і третьої фаз згоряння, у той час, як друга фаза завдяки зро­станню швидкості розпов­сюдження фронту полум'я практично не змінюється. У цілому ж з підвищенням ча­стоти обертання при стало­му куті випередження запа­лювання процес згоряння розгортається пізніше (рис. 4.19).

Якщо з підвищенням частоти обертання збільшу­вати кут випередження за­палювання, то лінії підви­щення тиску в другій фазі при різних частотах обер­тання будуть практично співпадати. Тому з підви­щенням частоти обертання кут випередження запалю­вання потрібно збільшувати (рис. 4.20).

Навантаження. Потужність двигуна з іскровим запалюванням регу­люється, в основному, змінюванням кількості свіжого заряду, що посту­пає в його циліндри, за допомогою дросельної (у карбюраторних двигу­нах) або повітряної (у двигунах з впорскуванням легкого палива) заслінки. Внаслідок дроселювання зменшується коефіцієнт наповнення η_v. Кількість залишкових газів при цьому залишається незмінною, тому в міру зменшення кількості свіжого заряду відносний вміст залишкових газів у робочій суміші стає більшим, коефіцієнт залишкових газів у ви­ростає. Крім того, зменшується тиск і температура в кінці стиску. Через зменшення швидкості руху повітря в дифузорі карбюратора при при­критій дросельній заслінці погіршується процес сумішоутворення. Все це приводить до зменшення швидкості виникнення полум'я у першій фазі згоряння і уповільнення розповсюдження фронту полум'я у другій і третій фазах.

Негативний вплив дроселювання особливо помітно при малих навантаженнях і при мінімальній частоті обертання в режимі хо­лостого ходу. Щоб поліпшити процес згоряння при дроселюванні, робо­чу суміш збагачують, причому тим більше, чим сильніше дроселювання. Збагачення суміші призводить до неповного згоряння з утворенням го­рючих газів СО та H₂, які ослабляють інертність відпрацьованих газів і роблять їх частково горючими.

Але через хімічну неповноту згоряння палива частка теплоти не виділяється, і витрата палива різко зростає. Незадовільна економічність роботи карбюраторних двигунів на часткових режимах роботи - їх го­ловний недолік. Одночасно з цим зростає зміст оксиду вуглецю та вуг­леводню у відпрацьованих газах. Для кожного режиму навантаження є свій оптимальний склад робочої суміші. Погіршення процесу згоряння при дроселюванні можна частково компенсувати також збільшенням кута випередження запалювання (рис. 4.21). При більш ранньому запа­люванні процес згоряння пересувається до в.м.т. і протікає у більш сприятливих умовах. Збільшення кута випередження запалювання ро­биться автоматично за допомогою вакуум-коректора.