 |
Поскольку процесс сгорания топлива в поршневых двигателях внутреннего сгорания начинается до прихода поршня в в. м. т. и заканчивается после нее, протекая в непосредственной близости возле в. м. т., его удобнее и нагляднее изучать по развернутой индикаторной диаграмме, представляющей график изменения давления в цилиндре в зависимости от угла поворота коленчатого вала, т. е. его изменение во времени в предположении, что угловая скорость вращения коленчатого вала
.
Рис.23.Развернутая диаграмма процесса сгорания в карбюраторном двигателе.
При выключенном зажигании процессы сжатия и расширения характеризуются графиком 1-2-6-7. Некоторая несимметричность этого графика относительно в. м. т. объясняется наличием теплообмена между газами и стенками и частичной утечкой газов через неплотности.
Процесс сгорания начинается в момент зажигания смеси искрой в точке 2 на графике процесса сжатия, составляющей с моментом прохождения поршня в. м. т. некоторый угол поворота коленчатого вала 
, называемый углом опережения зажигания (обычно 
). После зажигания смеси искрой давление в цилиндре в течение некоторого промежутка времени, называемого периодом задержки воспламенения или периодом индукции, продолжает изменяться по такому же закону, как и при выключенном зажигании (участок 2-3). В течение этого периода происходит предпламенное окисление топлива с незначительным повышением температуры и сгорает лишь б-8 % смеси. Продолжительность периода задержки воспламенения (угол 
) зависит от:
- коэффициентов избытка воздуха и остаточных газов,
- от структуры молекул топлива,
- мощности источника зажигания,
- степени сжатия,
- нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя, т. е. в основном от физико-химических свойств топлива, состава рабочей смеси и режима эксплуатации двигателя.
К концу периода задержки воспламенения окислительные процессы быстро активизируются, появляется пламя, начинается прогрессирующее повышение температуры и давления газов, т. е. наступает вторая фаза сгорания, называемая периодом видимого сгорания (участок 3-4) в течение которого сгорает 80-90 % смеси. Длительность этого периода, продолжающегося до момента достижения максимального давления в цилиндре, соответствует углу поворота коленчатого вала 
и зависит от скорости распространения фронта пламени.
Период видимого сгорания характеризуется скоростью нарастания давления на каждый градус поворота коленчатого вала, которая определяет жесткость протекания процесса и жесткость работы двигателя. Среднее значение этой скорости определяется отношением 
, где 
- разность максимального давления цикла и давления в начале видимого сгорания.
Скорость нарастания давления в карбюраторных двигателях зависит от степени сжатия и завихрения смеси, угла опережения зажигания и других факторов и при нормальном протекании процесса 
МПа/град. Если 
МПа/град, сгорание топлива в значительной мере продолжается в процессе расширения, что приводит к ухудшению мощностных и экономических показателей двигателя. Если же 
МПа/град, то работа двигателя будет очень жесткой, что может привести к повышенным нагрузкам в деталях кривошипно-шатунного механизма.
Установлено, что двигатель совершает наибольшую работу при таком протекании процесса сгорания, когда максимальное давление цикла 
достигается при 10—15° п. к. в. после в. м.т.
Распространение пламени в камере сгорания не заканчивается при достижении максимального давления, и догорание смеси с выделением теплоты и расширением продолжается еще некоторое время, которое называется периодом догорания.
Общая продолжительность процесса сгорания смеси в цилиндре двигателя зависит главным образом от скорости распространения фронта пламени, на которую, в свою очередь, влияют:
- состав смеси,
- степень ее завихрения,
- степень сжатия,
- угол опережения зажигания,
- нагрузка двигателя.
Скорость распространения фронта, пламени в разные периоды процесса сгорания изменяется в широких пределах. В среднем она составляет 20-60 м/с.
Температура в конце процесса сгорания.
Температура газов в конце сгорания в карбюраторных двигателях при работе с полной нагрузкой 
К, в дизелях – 1800 - 2200 К.
Давление в конце процесса сгорания.
Для определения давления в конце сгорания запишем уравнения состояния газов для начала (точка с) и конца сгорания (точка z):
,
.
Давление в конце процесса сгорания (максимальное давление цикла) в дизелях существенно зависит от способа смесеобразования. В дизелях с неразделенными камерами сгорания максимальное давление больше, чем в дизелях с разделенными камерами, а значит, выше скорость нарастания давления и жесткость работы. Максимальное давление существенно зависит также от угла опережения впрыска и при больших углах опережения может достигать 10-11 МПа.
Обычно для дизелей, работающих с полной нагрузкой, 
МПа (меньшие значения относятся к двигателям с разделенными камерами сгорания). Максимальное давление в карбюраторных двигателях составляет 3-5 МПа и зависит от степени сжатия, нагрузки, частоты вращения коленчатого вала и состава смеси. Так, при повышении 
уменьшаются объем и площадь поверхности теплообмена камеры сгорания, что приводит к увеличению 
. При полной нагрузке двигателя наибольшее давление имеет место на средних частотах вращения коленчатого вала, так как при этом лучше наполнение цилиндров. Наибольшее значение наблюдается при работе двигателя на обогащенной смеси 
.
