В карбюраторном четырехтактном двигателе во время такта впуска в цилиндр из карбюратора поступает горючая смесь, представляющая собой смесь топлива с определенным количеством воздуха. Рабочая смесь сжимается во время такта сжатия и перед приходом поршня в в. м. т. (верхняя мертвая точка) поджигается электрической искрой, проскакивающей между электродами свечи зажигания, и сгорает в основной своей массе до прихода поршня вв. м. т. Под действием давления расширяющихся газов поршень совершает рабочий ход. Перед приходом поршня в н. м. т. (нижняя мертвая точка) открывается выпускной клапан и происходит такт выпуска отработавших газов. Время, в течение которого должна сгореть смесь в каждом цилиндре, очень мало, и в современных автомобильных двигателях измеряется всего лишь тысячными долями секунды. Чтобы бензин в смеси с воздухом успел сгореть полностью за такое короткое время, он должен быть превращен в пар, а пар тщательно перемешан с воздухом.
Испарение бензина происходит тем быстрее, чем больше поверхность испарения и чем выше температура, при которой оно происходит. Для увеличения поверхности испарения бензин подвергается разбрызгиванию на очень мелкие капельки при входе в поток воздуха. Повышение температуры достигается за счет соприкосновения с горячими стенками впускного трубопровода, впускных клапанов, стенками цилиндров и днища поршня.
Если к моменту воспламенения в конце такта сжатия бензин в смеси с воздухом испарится не полностью, то смесь остается влажной. В такой смеси бензин будет гореть медленнее, а капельки его частично осядут на стенки цилиндров и, смывая смазку, вызовут увеличение износа деталей шатунно-поршневой группы. В этом случае будет неизбежным повышенный расход бензина, так как для получения того же количества паров придется увеличить количество первоначально подаваемого бензина.
Процесс сгорания топлива условно можно разделить на три периода: индукционный, период быстрого сгорания и период догорания топлива.
Индукционный период длится от начала проскакивания электрической искры между электродами свечи зажигания до начала видимого горения. В течение этого периода образуется начальный очаг горения вокруг свечи зажигания, составляющий 6...8% от всего объема горючей смеси. Тепло, выделившееся в этом периоде, расходуется на воспламенение последующих частей рабочей смеси, в результате чего начинается период видимого горения, при котором пламя распространяется по всей глубине камеры сгорания со скоростью 20...30 м/с. Происходит интенсивное выделение тепла и повышение давления в цилиндре, достигающее максимального значения по приходе поршня в в. м. т. В третьем периоде происходит догорание топлива при движении поршня от в. м. т. к н. м. т.
Если температура смеси будет низкая, то скорость горения ее снижается. Это увеличит количество топлива, догорающего в третьем периоде, и вызовет снижение мощности двигателя. В отдельных случаях процесс догорания длится до начала открытия впускного клапана. В результате этого происходит воспламенение горючей смеси во впускном трубопроводе, сопровождаемое "чиханием" и "хлопками" в карбюраторе. Безусловно, в этом случае мощность двигателя снижается, а удельный расход топлива возрастает. При переобогащении горючей смеси большое количество топлива в рабочей смеси не сгорает из-за недостатка кислорода воздуха и выбрасывается вместе с отработавшими газами через выхлопную трубу в атмосферу. При выходе из выхлопной трубы несгоревшее топливо соприкасается с воздухом, быстро воспламеняется, и процесс сгорания сопровождается "выстрелами" из выхлопной трубы.
Чрезмерно высокая температура и давление рабочей смеси в конце такта сжатия приводит к быстрому распаду углеводородов топлива с образованием нестойких химических соединений, называемых перекисями. Если таких перекисей к началу видимого горения образуется много, то горение во втором периоде приобретает взрывной характер (происходит со скоростями 2000. .3000 м/с) и сопровождается резким металлическим стуком в цилиндрах двигателя. Мощность и экономичность работы двигателя резко снижаются, намного увеличивается износ деталей, а в отдельных случаях происходят их поломки. Такое сгорание топлива называется детонационным.
Помимо давления и температуры рабочей смеси на возникновение детонации в двигателе оказывает существенное влияние конструкция камеры сгорания, размещение свечей зажигания, а также качество (углеводородный состав) топлива и ряд других факторов. Топливом для карбюраторных двигателей является бензин - продукт переработки нефти.
* Под теплотой сгорания подразумевается количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании массовой (кг) или объемной (м3) единицы топлива.
** Горючая смесь, поступившая в цилиндр двигателя, смешивается с оставшимися в нем после выпуска отработавшими (остаточными) газами, получается рабочая смесь, которая и поджигается электрической искрой.