Процесс сгорания в карбюраторном двигателе.

Эффективность процесса сгорания зависит от многих факторов и прежде всего от способов смесеобразования и воспламенения топлива.

В отличие от процессов газообмена и сжатия процесс сгорания следует рассматривать раздельно для карбюраторных двигателей и дизелей.

Процесс сгорания топлива включает ряд сложных последовательных реакций, скорость протекания которых зависит от температуры рабочей смеси, её состава, т.е. от коэффициента избытка воздуха и т.п. Воспламенение однородной горючей смеси возможно только в определённых пределах изменения коэффициента избытка воздуха (от до ).

При наличии в смеси остаточных газов пределы воспламеняемости сужаются. По этой причине при изменении нагрузочного режима для карбюраторного двигателя необходимо такое одновременное изменение количества поступающего в цилиндр топлива и воздуха, при котором горючая смесь находилась бы в пределах воспламеняемости. Количество смеси в карбюраторном двигателе изменяется с помощью дроссельной заслонки при одновременном изменении состава смеси (α=0,8-1,15) в зависимости от нагрузки.

При анализе процесса сгорания в карбюраторном двигателе на индикаторной диаграмме рис.12 можно выделить три фазы.

Первая фаза θ_I – начальная фаза сгорания, или фаза формирования фронта пламени. Начальным моментом фазы считается момент возникновения электрической искры (точка m), а конечным – резкое повышение давления в цилиндре в результате выделения теплоты. На продолжительность фазы θ_I по углу поворота коленчатого вала влияет состав смеси, степень сжатия, частота вращения, нагрузка двигателя, характеристики искрового разряда.

Наименьшая продолжительность фазы θ_I отмечается при использовании смеси с α=0,8-0,9. Обеднение смеси увеличивает продолжительность фазы θ_I и ухудшает стабильность воспламенения. С возрастанием степени сжатия Е повышаются температура и давление рабочей смеси, что способствует увеличению скорости сгорания и сокращению продолжительности фазы θ_I. Аналогичный результат наблюдается и при уменьшении угла опережения зажигания Ф_о.з.. Обычно , где показатель m=0,5-1,0. Чем выше мелкомасштабные пульсации при повышении частоты вращения n, тем больше показатель m.

По мере открытия дроссельной заслонки с возрастанием нагрузки на двигатель повышается относительное количество остаточных газов и уменьшается давление рабочей смеси, что приводит к увеличению продолжительности фазы θ_I и к ухудшению стабильности воспламенения.

Чем выше пробивное напряжение, длительность и стабильность искрового разряда, тем короче фаза θ_I. Использование электронных (транзисторных) систем зажигания по сравнению с классическими батарейными системами позволяет улучшить параметры процессов воспламенения и сгорания, особенно на режимах разгона.

Вторая фаза θ_II – основная фаза сгорания. Её продолжительность отсчитывается от конца первой фазы до момента достижения максимального давления сгорания и зависит от закономерностей крупномасштабного турбулентного горения.

С ростом n продолжительность второй фазы по времени уменьшается в соответствии с изменением продолжительности всего цикла, т.е. продолжительность фазы θ_II в градусах поворота коленчатого вала практически не меняется, так как интенсивность турбулизации заряда в цилиндре пропорциональна частоте вращения. Снижение продолжительности θ_II достигается расположением свечи зажигания ближе к центру камеры сгорания, а также усилением турбулизации заряда.

Третья фаза θ_III – фаза догорания – начинается в момент достижения максимального давления цикла. В этой фазе смесь горит в пристеночных слоях, где турбулентных пульсаций значительно меньше, чем в основном объёме камеры сгорания. Отдельные элементарные объёмы смеси догорают за фронтом пламени, особенно когда зона горения имеет большую глубину.

На продолжительность фазы θ_III идентичным образом влияют те же факторы, которые воздействуют на продолжительность фазы θ_I, т.е. те, от которых зависит скорость турбулентного горения. С ростом степени сжатия Е возрастает доля смеси, догорающей в пристеночных объёмах, что оказывает влияние на увеличение продолжительности третьей фазы. Определить момент окончания фазы догорания без специальных расчётов и обработки индикаторных диаграмм невозможно.

Условия эксплуатации автомобильных двигателей характеризуется частой сменой скоростных и нагрузочных режимов. Уменьшение нагрузки и повышение частоты вращения коленчатого вала влияют на продолжительность основной фазы сгорания θ_II несущественно, но вызывают возрастание продолжительности первой θ_I и третьей θ_III фаз. Для компенсации возрастающей продолжительности фаз θ_I и θ_III возникает необходимость увеличения угла опережения зажигания. Для этого в системе зажигания карбюраторных двигателей предусмотрены специальные регуляторы (вакуумные и центробежные). Вакуумный регулятор позволяет увеличить угол опережения зажигания по мере снижения нагрузочного режима, а центробежный – при возрастании скоростного режима.