Фактори, що впливають на процес згоряння у двигунах
з іскровим запалюванням
На процес згоряння в двигунах впливають експлуатаційні та конструктивні фактори.
Експлуатаційні фактори
1. Склад робочої суміші.Найбільша швидкість розповсюдження полум’я досягається при α = 0,85...0,95. При таких значеннях α забезпечуються найбільше значення максимального тиску згоряння та найбільша робота циклу. Тому з повною потужністю двигуни працюють саме при α = 0,85...0,95, незважаючи на погіршення економічності.
Найкраща економічність досягається, якщо α = 1,05...1,15. За рахунок надлишку повітря паливо згоряє практично повністю, але процес згоряння протікає повільніше і робота циклу зменшується, що призводить до деякого зниження потужності двигуна.
У разі подальшого збіднення (α > 1,2) робота двигуна стає нестійкою. За дуже значного збіднення (α > 1,25) з’являються спалахи у впускному колекторі, через те, що згоряння настільки уповільнюється, що частина палива догоряє не тільки при розширенні, але й під час випуску.
2. Кут випередження запалювання. Кожному режиму роботи двигуна відповідає свій найвигідніший кут випередження запалювання, при якому основна фаза процесу згоряння розміщується максимально близько до в.м.т. і двигун працює з найкращою ефективністю, тобто розвиває найбільшу для даного режиму потужність і, відповідно, має найменшу питому витрату палива. Оптимальний кут випередження запалювання зазвичай становить 25...40 0 п.к.в. до в.м.т. При надто ранньому куті випередження запалювання тепловиділення поліпшується, але при цьому різко збільшується тиск і навіть може досягти максимального значення до завершення ходу стиску. Внаслідок цього зростає негативна робота в кінці стиску, знижується потужність і погіршується економічність.
При надто пізньому куті випередження запалювання значна частина тепловиділення відбувається під час розширення. Максимальний тиск і робота розширення знижуються, потужність падає, а температура газу в кінці розширення підвищується і двигун перегрівається.
Система запалювання забезпечує автоматичну зміну кута випередження залежно від режиму роботи та його температурного стану.
3. Частота обертання колінчастого вала. З підвищенням частоти обертання колінчастого вала час, що відводиться на процес згоряння, скорочується пропорційно збільшенню частоти обертання, тому кут випередження запалювання потрібно збільшувати із збільшенням частоти обертання. Цю функцію виконує відцентровий регулятор у розподільнику запалювання.
4. Навантаження на двигун. При постійній частоті обертання кут випередження запалювання повинен змінюватися залежно від навантаження. Під час роботи двигуна з частковим навантаженням внаслідок того, що дросельна заслінка прикрита, в циліндри надходить менша кількість свіжої суміші та вміст залишкових газів в ній більший. В той же час чим більше свіжа суміш розбавлена відпрацьованими газами, тим менша швидкість її згоряння і тим раніше необхідно її запалювати. Цю функцію виконує вакуумний регулятор.
Конструктивні фактори
Ступінь стиску. Збільшення ступеня стиску сприяє поліпшенню показників роботи двигуна. З іншого боку, підвищення ступеня стиску в двигунах з іскровим запалюванням обмежується небезпекою виникнення детонації, тому в сучасних двигунах ступінь стиску не роблять більшим 10.
Форма камери згоряння. Цей показник залежить від розташування клапанів у двигуні: нижнього чи верхнього. Нижнє розташування клапанів використовувалось в двигунах 50-х – 60-х років (ГАЗ-51, ЗІЛ-164, ГАЗ-20). В камері згоряння з таким розміщенням клапанів забезпечується інтенсивний вихровий рух робочої суміші в бік свічки запалювання, завдяки її витискуванню поршнем. Але в таких камерах велика поверхня тепловідводу.
Найбільш оптимальною формою камери згоряння у двигунах з верхнім розміщенням клапанів є напівсферична (рис.3, а). В цій камері найкоротший шлях фронту полум’я до будь-якої віддаленої частини камери. Але для такої камери потрібний більш ускладнений привод клапанів, які розташовуються в два ряди.
а) б) в)
Рис. 3. Схеми основних типів камер згоряння двигунів з іскровим запалюванням:
а – напівсферична; б – плоскоовальна; в - клинова
Шатрова камера згоряння є близькою за властивостями до напівсферичної.
Завдяки простоті виготовлення набули широкого застосування камери згоряння з несиметричним розміщенням свічки: плоскоовальна, клинова (рис.3, б, в), напівклинова. В усіх цих камерах клапани розташовані в один ряд.
У разі несиметричного розміщення свічки найкращі умови згоряння забезпечує клинова камера згоряння, оскільки в момент запалювання біля свічки міститься найбільша кількість суміші та фронт полум’я поширюється в сторону все меншого об’єму. Тому клинова камера забезпечує ”м’яку” роботу двигуна.
Зараз поширюється застосування двигунів з трьома клапанами в кожному циліндрі (два впускних) для покращення наповнення циліндрів та чотирма клапанами. В двигунах з великим діаметром циліндрів іноді встановлюють по дві свічки запалювання на циліндр, завдяки чому шлях фронту полум’я скорочується вдвічі.