Характер процессов смесеобразования и сгорания в двигателе с принудительным воспламенением

Вихревое движение заряда. Применение винтовых или тангенциальных впускных каналов позволяет создать интенсивное вихревое движение заряда в цилиндре, что способствует увеличению мелкомасштабной турбулентности, а это в свою очередь приводит к сокращению длительности θI.

Степень сжатия. С ростом степени сжатия ε увеличиваются температура и давление рабочей смеси, а это способствует повышению нормальной скорости сгорания и соответствующему сокращению длительности θ1. По этим же причинам уменьшение угла опережения зажигания приводит к некоторому уменьшению θI.

Частота вращения. Опыты показывают, что θI ~ nm, где m = 0,5 .1,0. Чем сильнее возрастают мелкомасштабные пульсации при увеличении частоты вращения п, тем меньше значение показателя т.

Нагрузка двигателя. По мере закрытия дроссельной заслонки увеличивается относительное количество отработавших газов (ОГ) и уменьшается давление рабочей смеси. Все это приводит к увеличению длительности θI , а также к ухудшению стабильности воспламенения.

Характеристики искрового разряда. Чем выше пробивное напряжение, длительность и стабильность разряда, тем меньше θI, поэтому электронные (транзисторные) системы зажигания несколько улучшают по сравнению с классическими контактными системами воспламенение и сгорание, особенно на режимах разгона или при значительном обеднений смеси.

Вторая фаза θII называется основной фазой сгорания, ее длительность отсчитывается от конца первой фазы до момента достижения максимального давления в цикле. Длительность θII определяется закономерностями крупномасштабного турбулентного горения. Максимальная скорость распространения пламени в этой фазе сгорания может достигать 60 .80 м/с, а доля сгоревшего топлива 80 .85%. Как показывают эксперименты, θII слабо зависит от физико-химических свойств рабочей смеси и только при очень сильном дросселировании наблюдается некоторое увеличение θII. Интенсивность турбулентности заряда в цилиндре пропорциональна частоте вращения, поэтому с ростом и длительность второй фазы во времени уменьшается пропорционально изменению длительности всего цикла, т. е. фаза θII в градусах поворота коленчатого вала (ПКВ) практически не изменяется. Уменьшению длительности θII способствует расположение свечи зажигания ближе к центру камеры сгорания, а также усиление турбулизации заряда.

К моменту окончания второй фазы сгорание не заканчивается, поэтому средняя температура газов продолжает возрастать, достигая максимума.

Третья фаза θIII, или фаза догорания, начинается в момент достижения максимального давления цикла. В этой фазе смесь горит в пристеночных слоях, где масштабы турбулентных пульсаций заметно меньше, чем в основном объеме камеры сгорания. Отдельные объемы смеси догорают за фронтом пламени, особенно когда зона турбулентного горения имеет большую глубину. Идет выделение теплоты и от рекомбинации молекул. Скорость тепловыделения в этой фазе уменьшается, а расширение газов из-за движения поршня к нижней мертвой точке (НМТ) увеличивается, что одновременно с увеличением теплоотдачи в стенки определяет падение давления в цилиндре. На длительность θIII влияют те же факторы, которые воздействуют на θI, т. е. от которых зависит скорость мелкомасштабного турбулентного горения. С ростом ε увеличивается доля смеси, догорающей в пристеночных слоях и в зазорах между головкой и днищем поршня (в вытеснителях), что оказывает решающее влияние на затягивание третьей фазы. Определить момент окончания этой фазы, характеризующийся концом тепловыделения, без специальных расчетов и обработки индикаторной диаграммы нельзя.

Опытные показатели показывают, что двигатель с искровым зажиганием работает с максимальным ηс, когда вторая фаза сгорания располагается примерно симметрично относительно верхней мертвой точки (ВМТ). При работе на полном дросселе ηс max достигается, когда основная фаза сгорания заканчивается через 12 .15° после ВМТ, при этом θ2 = 25 .30°.

Основным средством изменения расположения фаз процесса сгорания в цикле является управление углом опережения зажигания φоз.