Количество заполняющей цилиндр смеси (воздуха) зависит от ее температуры. При работе двигателя на полной нагрузке температура теплопередающих поверхностей достигает 150 °С, и поступающий в цилиндр атмосферный воздух или горючая смесь подогревается на величину ДТ. Опытным путем установлено, что AT для карбюраторных двигателей равно 0—20 °С, для дизелей 20—40 °С. Чем выше температура поступающего заряда, тем ниже его плотность. Для увеличения наполнения цилиндра свежим зарядом в дизелях необходимо уменьшать его подогрев в период впуска. В тоже время в карбюраторных двигателях впускной трубопровод специально подогревают для повышения интенсивности испарения топлива в горючей смеси и эффективного протекания процесса сгорания.

Коэффициент наполнения для различных двигателей имеет следующие значения: дизели без наддува — 0,76—0,88; дизели с над, дувом — 0,85—1,05; карбюраторные двигатели — 0,65—0,75. Таким образом, количество свежего заряда, поступающего в цилиндр, зависит от его температуры и давления у входа во впускную систему двигателя, коэффициента остаточных газов уост, степени подогрева заряда и температуры остаточных газов. При конструировании двигателей стремятся уменьшить отрицательное влияние этих факторов — тщательно обрабатывают внутреннюю поверхность впускного трубопровода, по возможности упрощают его конфигурацию, создают регулируемый обогрев впускного трубопровода.

Процесс сжатия поступившего в цилиндр заряда необходим для создания условий, обеспечивающих его воспламенение и сгорание, т. е. для эффективного преобразования теплоты в полезную работу.

В карбюраторных двигателях при сжатии кроме повышения температуры и давления заряда происходит дополнительное перемешивание заряда, что повышает однородность его состава по всему объему цилиндра. Это улучшает условия воспламенения и сгорания заряда, использование кислорода воздуха. Особенно важно сохранить вихревое движение заряда до конца такта сжатия. С этой целью применяют камеры сгорания различных форм, в которых рабочая смесь вытесняется из промежутка между поршнем и головкой цилиндра в направлении к источнику зажигания. В дизелях также стремятся сохранить вихревое движение сжатого воздуха, что облегчает распределение впрыскиваемого топлива в воздушном заряде и улучшает использование кислорода воздуха при сгорании смеси.

Степень сжатия заряда выбирается исходя из конструктивных особенностей двигателя, условий его эксплуатации. Двигатели, работающие при низких температурах окружающей среды, двигатели с разделенными камерами сгорания и двигатели с малыми размерами цилиндров должны иметь более высокие степени сжатия. Ориентировочные пределы сжатия в двигателях различных типов следующие: карбюраторные и газовые — 6—11; дизели без наддува — 16—22.

Предельная степень сжатия карбюраторных двигателей ограничивается октановым числом бензина. Ограничение степени сжатия в дизелях связано с резким возрастанием нагрузок на кривошипно-шатунный механизм в конце такта сжатия, а также с увеличением затрачиваемой мощности на преодоление трения в двигателе.

Сгорание рабочей смеси представляет собой сложный процесс, состоящий из ряда последовательных этапов, во время которых химическая энергия топлива превращается в тепловую.

В двигателях с искровым зажиганием процесс сгорания смеси условно делится на три периода. 1-й период — от момента пробивания высоковольтным разрядом искрового промежутка и воспламенения смеси до видимого повышения давления газа медленного горения). Продолжительность этой фазы зависит т состава рабочей смеси, степени сжатия, энергии искрового раз-°яда нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя и составляет 4—6° поворота коленчатого вала. В период фазы медленного горения сгорает 6—8% объема смеси. Далее наступает 2-й период видимого горения (фаза быстрого горения) с резким нарастанием давления в цилиндре. За этот период сгорает до 90% объема смеси. Продолжительность фазы составляет — 20—30° поворота коленчатого вала и зависит от состава смеси, степени сжатия момента зажигания, формы камеры сгорания, скорости вихревого движения смеси и нагрузки двигателя. Этот период характеризуется скоростью нарастания давления на градус поворота коленчатого вала, среднее значение которой составляет 0,12—0,26 МПа на градус поворота. И наконец, 3-й период — догорание смеси, продолжительность которого невелика.

Качество и продолжительность сгорания рабочей смеси зависят от угла опережения зажигания, состава рабочей смеси, скорости ее вихревого движения, частоты вращения коленчатого вала, нагрузки двигателя, степени сжатия, формы камеры сгорания, места установки свечи.

Для получения наибольшей мощности двигателя необходимо, чтобы рабочая смесь сгорала в минимальном объеме, поэтому электрическая искра должна подаваться до прихода поршня в в.м.т., с тем чтобы основная часть смеси воспламенилась к приходу поршня в в.м.т. Величина наивыгоднейшего угла опережения зажигания определяется опытным путем и зависит от качества смеси, степени сжатия и частоты вращения коленчатого вала.

Наилучшее сгорание рабочей смеси происходит при коэффициенте избытка воздуха а = 0,8-^0,9. При а, большем этих значений, продолжительность горения возрастает за счет увеличения фазы медленного горения; при уменьшении а процесс горения затруднен из-за недостатка кислорода.

При вихревом движении рабочей смеси в цилиндре процесс горения в 8—12 раз выше, чем при отсутствии такого движения.

Увеличение частоты вращения коленчатого вала приводит к сокращению продолжительности процесса сгорания при одновременном увеличении доли времени, приходящегося на фазы медленного сгорания и догорания. Для обеспечения наилучших условий сгорания смеси при увеличении частоты вращения используется центробежный регулятор, с помощью которого автоматически изменяется (увеличивается) время опережения подачи электрической искры.

С увеличением степени сжатия е готовность рабочей смеси к воспламенению ускоряется за счет повышения давления и температуры заряда. При этом продолжительность процесса горения сокращается и показатели работы двигателя улучшаются.

Наиболее эффективна такая форма камеры сгорания, при кото-рои расстояние от свечи зажигания до наиболее удаленной точки камеры будет минимальным.

Процесс сгорания в дизелях. В отличие от карбюраторных двигателей в дизелях распределение впрыснутого топлива по объему камеры сгорания весьма неравномерно, что требует для более полного сгорания обедненного состава смеси. Весь процесс сгорания смеси можно условно разделить на четыре периода: 1-й период — задержка самовоспламенения с момента впрыска топлива до момента его воспламенения. В течение периода топливо испаряется и нагревается до температуры самовоспламенения. Продолжительность этого периода (0,00l-f-0,003 с) зависит от физико-механических свойств топлива, температуры и давления сжатого воздуха, качества распыления и характера движения смеси в цилиндре. 2-й период — быстрое сгорание смеси с интенсивным тепловыделением и резким нарастанием давления. Продолжительность периода зависит от изменения характера подачи топлива в этот период по сравнению с первым, от качества распыления топлива и вихревого движения рабочей смеси. При этом средняя величина нарастания давления, обеспечивающая нормальную работу дизеля, не должна превышать 0,3—0,5 МПа на 1° поворота коленчатого вала. 3-й период — медленное сгорание смеси — характеризуется незначительным повышением давления при интенсивном выделении теплоты. Продолжительность периода зависит от интенсивности перемешивания горящих частиц топлива с воздухом. 4-й период — догорание смеси, продолжительность которого несколько выше, чем в карбюраторных двигателях, ввиду того, что впрыск топлива производится при постоянных значениях объема и давления.

Наибольшая эффективность процесса достигается сокращением его длительности и плавным повышением давления. На продолжительность и качество процесса сгорания в дизеле влияют физико-химические свойства топлива, температура и давление воздуха в момент впрыска топлива, характер и интенсивность вихревого движения воздуха, конструкция камеры сгорания, время опережения впрыска топлива до прихода поршня в в.м.т., нагрузка и частота вращения коленчатого вала дизеля.