Влияние угла опережения зажигания на процесс сгорания

Рабочей смеси

Процесс сгорания рабочей смеси в цилиндрах двигателя очень быстротечен и сложен по своей природе: сначала высвобождается химическая энергия, заключенная в топливе, а уже затем, в процессе сгорания, тепловая энергия преобразуется в механическую. На сам процесс сгорания негативно влияют многие факторы: неудовлетворительное качество рабочей смеси (имеется в виду несоответствие оптимальному значению состава рабочей смеси, неполная испаряемость топлива в процессе смесеобразования и т.д.), слабое искрообразование на свечах, снижение компрессии в цилиндрах двигателя и др. Последствия этих негативных явлений подробно рассматривались в предыдущих разделах.

Рассмотрим влияние на процесс сгорания рабочей смеси важнейшего параметра системы зажигания — начального угла опережения зажигания. Нулевая отметка этого угла находится за несколько градусов по углу поворота коленчатого вала до ВМТ (в различных моделях двигателей от 15 до 20°, чему соответствует расстояние от поршня до ВМТ, равное S₀). Уже затем, в процессе эксплуатации, устанавливают оптимальный угол опережения зажигания (при изменении температуры окружающего воздуха, сорта топлива и т.д.). Например, при низких температурах угол опережения зажигания увеличивают на 2—4° (в сторону опережения зажигания). Не следует забывать, что центробежный регулятор меняет угол опережения зажигания в пределах 15—20°, а вакуумный регулятор, при изменении режима работы, в пределах 10—15°. На рис. 4.43 дана схема процесса сгорания рабочей смеси при установленном оптимальном угле опережения зажигания, т.е. к моменту прихода поршня в ВМТ заканчивается так называемый период задержки воспламенения после проскакивания искры и начинается «цепная реакция» резкого нарастания давления в процессе горения.

На рис. 4.44 представлена схема сгорания рабочей смеси при слишком раннем зажигании расстояние Sp слишком велико). При этом процесс горения начинается, когда компрессия в цилиндре не достигла еще своего максимального значения. Хотя процесс сгорания рабочей смеси и нарастание давления происходят вяло, тем не менее к моменту подхода поршня в ВМТ он встречает значительное противодействие нарастающего давления от сгоревших газов. Нормальный процесс сгорания рабочей смеси нарушается, появляются сильные стуки детонационного характера, двигатель перегревается, его мощность резко падает, а расход топлива увеличивается.

На рис. 4.45 представлена схема процесса сгорания рабочей смеси при слишком позднем зажигании (т.е. отрезок Sn, характеризующий положение поршня относительно ВМТ, значительно меньше оптимального).

 

 

Активный процесс сгорания начинается, когда поршень уже начал движение вниз, компрессия при этом резко снижается, мощность двигателя падает, процесс горения идет вяло, происходит неполное сгорание топлива, а значит повышение содержания СО и СН в отработанных газах, перерасход топлива, смыв смазки с зеркала цилиндров несгоревшим топливом и повышение износа цилиндро-поршневой группы, разжижение масла в поддоне картера, значительный перегрев двигателя и т.д. Процесс сгорания идет настолько медленно, что при следующем такте работы, когда открываются впускные клапана, пламя от догорающей смеси может попасть в впускной коллектор, со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Основы теории детонации

Детонационное сгорание рабочей смеси, которое носит взрывообразный характер, нарушает динамику работы двигателя, приводит к резкому износу деталей и к аварийным поломкам. Чтобы легче было понять причины возникновения детонации и сущность этого явления, рассмотрим процесс сгорания на примере двигателя старого образца со значительно удаленными от свечи зажигания периферийными участками (рис. 4.46).

 

Когда проскакивает искра, рабочая смесь воспламеняется, образуя основной фронт пламени, который быстро движется к периферийным участкам камеры сгорания, где, естественно, увеличивается температура и давление. В результате, при использовании не предусмотренного для данной модели двигателя бензина с пониженным октановым числом, рабочая смесь самовоспламеняется, образуется новый фронт пламени, который движется навстречу основному. При встрече в процесса сгорания различных фронтов пламени и происходит взрывообразное детонационное сгорание оставшейся рабочей смеси. Из этого следует, что октановое число бензина характеризует фактически его стойкость против самовоспламенения. В борьбе с этим явлением конструкторы двигателей делают все, чтобы сократить время на процесс сгорания и возможность образования дополнительных фронтов пламени — используют оптимальные формы камер сгорания, высокооборотные двигатели, не стремятся увеличивать диаметр цилиндров (Днеж. — рис. 4.47). При возникновение детонации следует попытаться ее устранить уменьшением угла опережения зажигания. Очень схоже с детонацией, по внешним признакам работы двигателя, калильное зажигание рабочей смеси, но в этом случае дополнительные фронта пламени возникают от перегретых элементов камер сгорания, тлеющего нагара и т.п. Явным признаком этого негативного явления является продолжение вращения KB двигателя (обычно «судорожными» рывками) после выключения зажигания — необходимо срочно включить любую передачу и резко отпустить педаль сцепления.