Фазы процесса сгорания в двигателях с самовоспламенения и факторы его определяющие
4. Фазы процесса сгорания в двигателях с самовоспламенения и факторы его определяющие.
В дизелях жидкое топливо впрыскивается в камеру сгорания, наполненную воздухом, сжатым и нагретым до высоких температуры и давления. В этих условиях частицы топлива быстро окружаются оболочкой своих паров, которые после некоторого подготовительного периода воспламеняются и поджигают остальную часть топлива.
Поскольку время смесеобразования в дизелях крайне ограничено, топливо не успевает хорошо перемешаться с воздухом и равномерно распределиться по камере сгорания. Это существенно влияет на протекание процесса сгорания.
Весь процесс сгорания в дизеле можно условно разделить на четыре фазы (периода).
Первая фаза (I) называется периодом задержки воспламенения. Она продолжается с момента начала впрыска топлива в цилиндр (точка 2) до начала резкого повышения давления (точка 3). В этот период осуществляются физико-химические процессы подготовки топлива к сгоранию. Продолжительность этого периода сильно влияет на все последующие фазы сгорания и должна быть по возможности меньшей (обычно длительность первой фазы составляет 2-4 с или 15-25° п. к. в.). При большой продолжительности первой фазы в камере сгорания скапливается много топлива, которое при дальнейшем сгорании резко повышает давление, т. е. увеличивает жесткость работы дизеля. Продолжительность периода задержки воспламенения зависит от физико-химических свойств топлива, температуры и давления сжатого воздуха, качества распыливания топлива, степени завихрения заряда в цилиндре и других факторов.
Вторая фаза (II), называемая периодом быстрого сгорания (участок 3-4), характеризуется интенсивным тепловыделением и резким повышением давления вследствие сгорания ранее впрыснутого и подготовленного топлива, а также частичного сгорания вновь поступающих порций топлива. Скорость нарастания давления в период быстрого сгорания (а значит, и жесткость работы дизеля) характеризуется отношением 
и не должна превышать 0,4-0,6 МПа/град. Жесткая работа дизелей сопровождается стуком и недопустима в эксплуатации, так как вызывает быстрое изнашивание и поломки деталей кривошипно-шатунного механизма, хотя экономичность при этом несколько улучшается. Длительность второй фазы зависит от продолжительности первой фазы сгорания, равномерности распределения топлива по объему камеры и от закона подачи топлива в течение первой и второй фаз. Подача топлива может заканчиваться во втором, но чаще она продолжается и в третьем периоде.
Третья фаза (III), называемая периодом медленного сгорания, характеризуется незначительным изменением давления (участок 4-5). Замедленная скорость сгорания топлива, а, следовательно, и уменьшенная интенсивность тепловыделения в этой фазе обусловлены меньшей концентрацией кислорода и большим количеством продуктов сгорания в цилиндре. Температура газов в третьей фазе непрерывно повышается, а давление может и возрастать и понижаться. Максимальная температура цикла при оптимальных условиях подачи топлива и протекании сгорания достигается при 20-30° п. к. в. после в. м.т. К этому моменту выделяется около 70-80 % теплоты сгорания топлива. Продолжительность третьей фазы зависит от закона подачи топлива, степени завихрения заряда и коэффициента избытка воздуха. Подача топлива обычно прекращается в конце третьей фазы, но догорание его продолжается и дальше в процессе расширения.
Бесплатная лекция: "9 Кинематические схемы" также доступна.
Четвертая фаза (IV), называемая периодом догорания топлива, начинается с момента достижения максимальной температуры цикла (точка 5). В быстроходных дизелях этот период соответствует 50-60° п. к. в. Момент окончания периода догорания можно определить, только анализируя тепловыделение при расширении. Необходимо стремиться к уменьшению периода догорания, так как при этом снижаются температура отработавших газов в конце процесса расширения и потери тепла на выпуске, что улучшает экономичность дизеля. Чтобы уменьшить период догорания, активизируют процесс сгорания созданием завихрения смеси в цилиндре, а также правильным подбором характеристики подачи топлива. Можно считать, что нормальный процесс сгорания, при котором выделяется 95-97 % теплоты впрыснутого топлива, заканчивается при 70-80° п. к. в. после в. м. т.
Рис.24.Развернутая диаграмма процесса сгорания в дизеле.
Процесс сгорания в дизелях выгодно отличается от процесса сгорания в карбюраторных двигателях прежде всего тем, что в связи с подачей топлива в цилиндр лишь в самом конце такта сжатия исключается возможность возникновения детонации. Поэтому в дизеле можно применить высокую степень сжатия, что позволяет получить больший термический к. п. д. дизельного цикла и повысить экономичность его работы. Другое важное преимущество дизеля - возможность регулирования развиваемой мощности только за счет изменения количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр за цикл, при том же количестве воздуха, т. е. без изменения сопротивления при наполнении и начального давления цикла.
Основным недостатком дизелей является меньшее (по сравнению с карбюраторными двигателями) время на образование однородной смеси (в самом цилиндре), поэтому для полного и бездымного сгорания топлива требуется определенный избыток воздуха 
. По этой причине невозможно использовать для сгорания весь объем воздушного заряда в цилиндре, вследствие чего литровая мощность дизелей, при прочих равных условиях, меньше, чем карбюраторных двигателей. По этой же причине, а также из-за больших механических потерь номинальная частота вращения коленчатого вала дизелей меньше, чем карбюраторных двигателей (ограничены возможности форсирования дизелей по частоте циклов). Вторым существенным недостатком дизелей является высокая жесткость процесса сгорания, гораздо большая, чем в карбюраторных двигателях. Для ее снижения в некоторых дизелях применяется разделенная камера сгорания (предкамерное смесеобразование), однако при этом ухудшаются пусковые качества и экономичность работы. Снижение жесткости работы дизелей достигается также применением объемно-пленочного и пленочного смесеобразования с камерой сгорания в поршне.
Для лучшего смесеобразования в некоторых моделях дизелей организуется направленное (вихревое) движение свежего заряда путем придания соответствующей формы впускным органам или камере сгорания (вихревая камера).
