При некоторых значениях коэффициента а в смеси создается такой избыток воздуха или топлива, что основная часть энергии от источника воспламенения рассеивается, расходуется на подогрев избыточных количеств воздуха или топлива и скорость распространения фронта пламени в этих случаях падает до нуля. Такие значения а приняты за пределы распространения пламени. Как правило, пределы распространения пламени одновременно являются и пределами воспламеняемости смеси, так как вне этих пределов местный источник зажигания не способен обеспечить распространение процесса горения на весь объем смеси.
В табл. 5.3 представлены концентрационные пределы распространения ламинарного пламени для некоторых индивидуальных углеводородов и спиртов. Для большинства углеводородных моторных топлив концентрационные пределы распространения ламинарного пламени при атмосферном давлении и 20°С равны: верхний 0,25—0,37; нижний 1,65—1,80. Несколько большим пределом возможного обеднения обладают спирты. Указанные в таблице пределы относятся к распространению ламинарного пламени в трубах большого диаметра (>50 мм), когда относительные потери тепла в стенки за счет теплопроводности малы.
Следует отметить, что пределы воспламеняемости топливно-воздушных смесей в двигателе зависят не только и не столько от химического состава топлива, сколько от условий воспламенения и сгорания. Сюда относятся в первую очередь интенсивность воспламенения, температура смеси в момент воспламенения, турбулентность смеси и т.д.
Для условий зажигания и турбулентности, имеющих место в двигателе (но при стандартных условиях: температуре 20°С и давлении 760 мм рт.ст.), пределы воспламеняемости некоторых топлив и углеводородов представлены в табл. 5.4.
Приведенные значения пределов воспламеняемости значительно уже тех, которые представлены ранее для распространения ламинарного пламени в трубах.
Ранее уже отмечалось, что при повышении температуры и давления пределы воспламеняемости смесей расширяются. В связи с этим принято считать, что в условиях двигателя значения а равны: для верхнего предела воспламенения бензо-воздушной смеси примерно 0,4—0,5 и нижнего предела 1,3— 1,4. Эти пределы справедливы для условий зажигания обычной одноискровой свечой. Акад. Е. А. Чудакову удавалось произвести надежное воспламенение смеси бензина с воздухом при коэффициенте избытка воздуха, равном 1,5—2,0. Воспламенение смеси такого состава достигалось при использовании многоискровой свечи или предварительного нагрева смеси в зоне воспламенения.

Вопрос о расширении пределов устойчивого горения рабочей смеси, в частности о повышении скорости сгорания, особенно бедных смесей, и обеспечении их надежного воспламенения, имеет важное практическое значение, так как решение его может позволить повысить экономичность бензинового двигателя. При работе двигателя на бедных смесях достигаются более высокие значения индикаторного к.п.д, вследствие снижения температуры продуктов сгорания и степени их диссоциации, уменьшения теплоотдачи в стенки и т.д. В совокупности это приводит к существенной экономии топлива на частичных нагрузках [3].
Относительно простое решение задачи значительного расширения пределов эффективного использования бедных смесей в бензиновых двигателях на частичных нагрузках при одновременном сохранении высоких мощностных и экономических показателей на полных нагрузках дает форкамерно-факельное зажигание, разработанное А. С. Соколиком, А. Н. Воиновым и Л. А. Гуссак [3].
Принцип форкамерно-факельного зажигания заключается в том, что воспламенение рабочей смеси в цилиндре осуществляется не искрой свечи, а факелом пламени, образующимся при сгорании небольшого количества обогащенной смеси в особой форкамере, соединенной с основной камерой сгорания несколькими каналами. Объем форкамеры составляет всего лишь 2—3% от объема основной камеры сгорания. В форкамере расположены свечи зажигания и небольшой дополнительный впускной клапан, открывающийся одновременно с основным впускным клапаном общим приводом.
Через дополнительную впускную систему в форкамеру подается обогащенная смесь, обеспечивающая наиболее благоприятные условия воспламенения и развития начального очага горения. После воспламенения смеси в форкамере быстро возрастает давление, и продолжающие догорать газы выбрасываются через отверстия в основную камеру, где после очень небольшого периода задержки обедненная смесь воспламеняется практически одновременно в целом ряде точек на периферии факела. Такое энергичное воспламенение смеси, дополнительно турбулизированной факелом, приводит к тому, что в цилиндре оказываются способными гореть с достаточно высокими скоростями сильно обедненные смеси с коэффициентом избытка воздуха а = 1,7 - 1,8.
Форкамерно-факельное зажигание в настоящее время нашло практическое применение на некоторых разновидностях отечественных и зарубежных двигателей [6, 7].
Использование обеднения смеси для регулирования мощности предусмотрено в двигателе оригинальной конструкции, разработанном В. М. Кушулем [8]. Его двигатель имеет расположенные рядом спаренные цилиндры, сообщающиеся между собой в полости головки (рис. 5.4). Движение поршней происходит со сдвигом по фазе: поршень цилиндра II несколько отстает от поршня цилиндра I (22—30° полного оборота коленчатого вала). Цилиндр I заполняется обогащенной бензовоздушной смесью, а цилиндр II — чистым воздухом.
Цилиндр I имеет камеру сгорания, объем которой отвечает степени сжатия около 6,5. Цилиндр II камеры сгорания не имеет и при подходе в нем поршня к в.м.т. весь воздушный заряд вытесняется в камеру сгорания цилиндра I. Общая степень сжатия, отнесенная к обоим цилиндрам, а соответственно и степень расширения составляют около 11.
Запатентован процесс с послойным распределением заряда в камере сгорания. Согласно описанию патента, вихревой поток воздуха вдоль стенок цилиндра, создаваемый при впуске и продолжающийся при сжатии, и впрыск топлива через форсунку, расположенную в камере сгорания, навстречу этому вихрю, создает зону обогащенной смеси в центре камеры — в районе запальной свечи. Начавшееся здесь интенсивное сгорание распространяется к периферии, в результате чего сгорают смеси с а до 3,5. Предложенный процесс в настоящее время значительно усовершенствован и используется в ряде серийных двигателей автомобилей.
Французским Институтом нефти был предложен своеобразный способ смесеобразования и сжигания топливно-воздушной смеси. Топливно-воздушная смесь вводится по двум трубопроводам. По одному трубопроводу подается богатая смесь, которая направляется к свече зажигания; по второму — бедная смесь или чистый воздух. Трубопровод для богатой смеси представляет собой тонкую трубку, размещаемую внутри трубопровода для бедной смеси. Возможно богатую смесь подавать по полому стержню выпускного клапана. Топливная смесь, подаваемая в цилиндр, негомогенна, что способствует более рациональному началу процесса горения. Авторами доказано, что такое сгорание уменьшает содержание окиси углерода и несгоревших углеводородов в отработавших газах.