2. Воспламенение и сгорание топлива.

Для получения высокого индикаторного КПД двигателя необходимо полностью и своевре­менно сжечь топливо и выделить топливо при нахождении порш­ня вблизи ВМТ. Скорость сгорания смеси зависит от ее однород­ности и турбулизации в камере сгорания. О качестве сгорания можно судить по индикаторной диаграмме (рис. 4.1), на которой условно выделяют три фазы.

Рис. 4.1. Индикаторная диаграмм двигателя с искровым зажиганием.

Первая фаза θ_I, называется начальной фазой сгорания или фазой формирования фронта пламени. Она начинается в момент подачи электрической искры и заканчивается, когда давление в резуль­тате выделения теплоты в цилиндре будет выше, чем при сжатии смеси без сгорания. В этой фазе очаг горения формируется в зоне между электродами свечи при высоких температурах, а затем пре­вращается во фронт пламени. В этот период сгорает 2... 3 % топли­ва. На длительность θ_I влияют следующие факторы.

Состав смеси: максимальная скорость сгорания и, следователь­но, наименьшее значение и_I соответствует составу смеси при α = 0,8... 0,9; значительное обеднение смеси резко ухудшает стабиль­ность воспламенения вплоть до появления пропусков в отдельных цилиндрах.

Вихревое движение заряда: сокращению длительности θ_I, спо­собствует интенсивное вихревое движение заряда в цилиндре при применении винтовых или тангенциальных впускных каналов.

Степень сжатия: высокие значения ε увеличивают температуру и давление рабочей смеси; при этом растет скорость сгорания и уменьшается длительность θ_I.

Частота вращения: длитель­ность θ_I в градусах ПКВ возрас­тает с увеличением частоты вра­щения.

Нагрузка двигателя: при при­крытии дроссельной заслонки растет доля отработавших газов в рабочей смеси, снижается ее давление и ухудшается стабиль­ность воспламенения, что уве­личивает длительности θ_I.

Характеристики искрового раз­ряда: с ростом пробивного напря­жения, длительности и стабиль­ности разряда θ_I уменьшается.

Вторая фаза θ_II называется основной фазой сгорания. Она длится до момента достижения максимального давления цикла р_Z. Дли­тельность θ_II определяется турбулентным горением, при котором максимальная скорость распространения пламени может соста­вить 60 ...80 м/с. В ней сгорает 80...85 % топлива. Обычно эффек­тивный КПД η_e достигает максимального значения, если вторая фаза сгорания располагается симметрично относительно ВМТ; при полной нагрузке θ_II = 25...30°.

При повышении частоты вращения длительность второй фазы по времени уменьшается пропорционально изменению длитель­ности всего цикла, а в градусах ПКВ она практически не изменя­ется из-за турбулизации заряда и повышения скорости фронта пламени.

При расположении свечи зажигания в центре камеры сгорания значение θ_II уменьшается.

Сгорание в конце фазы θ_II не заканчивается, поэтому средняя температура цикла возрастает и достигает максимального значе­ния после максимума давления (p_{z max}).

Третья фаза θ_III называется фазой догорания. Она начинается в момент достижения максимального давления цикла. В этой фазе остатки смеси догорают в пристеночных слоях, а отдельные объе­мы рабочей смеси догорают за фронтом пламени. Момент оконча­ния этой фазы определяется концом тепловыделения и на диаг­рамме не виден.