Silniki tłokowe o spalaniu wewnętrznym/Proces spalania/Proces spalania w silniku ZI

Proces spalania w silniku z zapłonem iskrowym zachodzi w sposób kontrolowany, dyfuzyjny. Rozpoczyna się on od wystąpienia, na elektrodach świecy zapłonowej, iskry elektrycznej.

Model obszaru spalania

Model spalania w silniku ZI obejmuje trzy obszary:

obszar spalin,
obszar świeżego ładunku,
linię strefy spalania, rozgraniczającą obszar spalin i ładunku. Przez nią, od spalin do ładunku, odbywa się dyfuzja ciepła. W odwrotnym kierunku mamy do czynienia z dyfuzją masy.

Czasami wyróżnia się jeszcze czwarty obszar - warstwę przyścienną, charakteryzującą się innymi parametrami wymiany ciepła.

Proces spalania

Proces spalania w silniku ZI można podzielić na trzy etapy:

Zwłokę zapłonu, czyli okres czasu od chwili wystąpienia iskry na elektrodach świecy do zapoczątkowania wyraźnego wywiązywania się ciepła.
Okres zasadniczy - płomień rozprzestrzenia się od świecy aż do ścianek komory spalania. Szybkość rozchodzenia się płomienia wynosi $20-100{\frac {m}{s}}$ i zajmuje ok. 50-70 stopni OWK.
Dopalanie, niespalone resztki paliwa ulegają przemianom chemicznym pod wpływem gorących spalin.

Spalanie stukowe

Na skutek, zachodzącego z prędkością dźwięku podniesioną do kwadratu, zaburzenia, powstają lokalne zagęszczenia mieszanki. Przyczyniają się one do wzrostu ciśnienia, a w efekcie także do wzrostu temperatury. Gdy temperatura przekroczy ok. 1000 K, zachodzi ryzyko wystąpienia tzw. spalania stukowego. Jest to spalanie inicjowane samoczynnie w sposób detonacyjny, należy je postrzegać jako zjawisko szczególnie niekorzystne. Objawia się ono głośnym stukiem podczas obciążania silnika.

Metody zapobiegania spalaniu stukowemu:

konstrukcyjne - odpowiednie: stosunek skoku tłoka do średnicy cylindra, stopień sprężania i kształt komory spalania,
regulacyjne - zachowanie tolerancji, staranny montaż,
eksploatacyjne - stosowanie właściwego paliwa (miarą odporności na spalanie skukowe jest liczba oktanowa), właściwa regulacja układu zapłonowego i paliwowego.

Współczynnik nadmiaru powietrza

Współczynnik nadmiaru powietrza λ w silnikach ZI, z wtryskiem do kolektora dolotowego lub gaźnikiem, ma wartość wynoszącą ok. 1. W silniku takim, czas upływający od chwili wtrysku do zapłonu jest wystarczająco długi, by mieszanka uzyskała charakter homogeniczny. Dlatego w przypadku silników ZI stosuje się ilościową regulację mocy, która polega na sterowaniu ilością doprowadzanej mieszanki.

Niższy współczynnik nadmiaru powietrza skutkuje wyższym, niż w silnikach ZS, ciśnieniem indykowanym, czyli ostatecznie także wyższym momentem obrotowym.