При нормальном рабочем процессе в двигателях с искровым зажиганием сгорание смеси может быть условно разделено на три фазы: первая — начальная, в течение которой небольшой очаг горения, возникший между электродами свечи, постепенно превращается в развитый фронт турбулентного пламени; вторая — основная фаза распространения пламени; третья — фаза догорания смеси. Провести резкую границу между отдельными фазами сгорания не представляется возможным, так как изменение характера процесса происходит постепенно.
Первая фаза начинается с момента проскакивания искры между электродами свечи. Вначале очаг горения очень мал, скорость пламени невелика, она близка к скорости ламинарного горения. Излишняя турбулизация смеси в зоне свечи ведет к усилению теплоотдачи из зоны горения и делает развитие очага пламени неустойчивым. Поэтому свечу зажигания обычно помещают в небольшом углублении в стенке камеры сгорания. В начальный период скорость сгорания определяется физико-химическими свойствами горючей смеси и сравнительно мало зависит от интенсивности турбулентности.
Длительность начальной фазы принято измерять отрезком времени от момента появления искры (точка а на рис. 5.5) до «точки отрыва» линии сгорания от линии сжатия на индикаторной диаграмме (точка б на рис. 5.5), т.е. до момента начала ощутимого повышения давления в результате сгорания. По аналогии с дизельными двигателями этот отрезок иногда* называют периодом задержки воспламенения или периодом индукции, что в принципе неверно. При искровом зажигании задержка воспламенения практически отсутствует, около электродов свечи сразу же возникает очаг горения, но есть период, в течение которого фронт пламени от этого очага распространяется относительно медленно и доля сгоревшей смеси еще настолько мала, что повышение давления на индикаторный диаграмме не удается обнаружить.
Вторая фаза процесса сгорания, за начало которой принята «точка отрыва» линии сгорания от линии сжатия (см. рис. 5.5), характеризуется резким увеличением скорости сгорания за счет интенсивной турбулизации смеси. В этой фазе скорость сгорания определяется интенсивностью турбулизации смеси и мало зависит от ее физико-химических свойств. Турбулентность смеси, как указывалось выше, растет пропорционально числу оборотов коленчатого вала, поэтому длительность основной фазы сгорания, выраженная в градусах поворота коленчатого вала, почти не зависит от скоростного режима двигателя. Замеры показали, что на некоторых участках в средней части камеры сгорания при больших числах оборотов скорость распространения пламени достигает 50—60 м/с.
За границу раздела между основной и завершающей фазами сгорания условно принят момент достижения максимума давления на индикаторной диаграмме (точка в на рис. 5.5), Сгорание в это время еще не заканчивается и средняя температура газов в цилиндре продолжает некоторое время возрастать [9]. Фронт пламени уже приближается к стенкам камеры сгорания, и скорость его распространения уменьшается за счет меньшей интенсивности турбулентности и снижения температуры в пограничных со стенкой слоях. Уменьшение скорости сгорания ведет к снижению скорости тепловыделения, поэтому повышение давления в результате сгорания в фазе догорания уже не может компенсировать его падение вследствие начавшегося рабочего хода поршня. Процессы догорания смеси в пограничных со стенкой слоях продолжаются в течение довольно длительного времени. При этом скорость процесса догорания, так же как и скорость сгорания в начальной фазе, в большей мере зависит от физико-химических свойств рабочей смеси, чем от интенсивности ее турбулентного движения.
Следует отметить, что эффективность рабочего процесса в цилиндре двигателя, а соответственно и максимальные мощность и экономичность двигателя при прочих равных условиях определяются продолжительностью и «своевременностью» процесса сгорания рабочей смеси.
Чем выше скорость сгорания, тем большую мощность будет развивать двигатель при одинаковом расходе топлива. Это происходит потому, что при увеличении скорости сгорания рабочий цикл двигателя приближается к теоретическому, в котором предполагается мгновенное сгорание всего заряда в в.м.т. Чем ближе к в.м.т. сгорает топливо, тем более полно происходит последующее расширение продуктов сгорания и, следовательно, меньше тепла отводится с отработавшими газами. Однако при очень быстром протекании процесса сгорания возникают большие ударные нагрузки на детали шатунно-кривошипного механизма, характеризуемые «жесткой» работой двигателя.
В современных быстроходных карбюраторных двигателях со степенью сжатия 7—8 длительность основной фазы сгорания составляет 25—30° угла поворота коленчатого вала, что соответствует 0,0025 с при 2000 об/мин. При такой длительности основной фазы сгорания «жесткость» работы двигателя, оцениваемая скоростью нарастания давления в камере сгорания по углу поворота коленчатого вала, составляет 1,5—2,0 (кг/см2' град) для двигателей со степенью сжатия 8—10.
«Своевременность» процессов сгорания в значительной мере регулируется моментом поджигания смеси искрой, т.е. углом опережения зажигания. Если смесь поджечь слишком поздно, как это показано на рис. 5.6, а, то сгорание может начаться на ходе расширения, при этом падает мощность двигателя и ухудшается его экономичность. Если смесь поджечь слишком рано (рис. 5.6, в), то ее сгорание в основном произойдет еще во время хода сжатия, при этом значительно возрастут потери мощности на преодоление давления газов на поршень при его движении к в.м.т. (заштрихованная область диаграммы).
Наивыгоднейшим является такое опережение зажигания, при котором основная фаза сгорания располагается на индикаторной диаграмме симметрично в.м.т. При этом повышение давления в результате сгорания начинается за 12—15° до в.м.т. и максимальное давление достигается через 12—15° поворота коленчатого вала после в.м.т.
Однако угол опережения зажигания не может оставаться постоянным при изменении числа оборотов коленчатого вала и нагрузки на двигатель.
Мы уже отмечали, что увеличение числа оборотов коленчатого вала и связанное с ним усиление турбулентности смеси практически не влияют на длительность первой фазы. Поэтому при неизменном угле опережения зажигания с повышением числа оборотов будет наблюдаться все более позднее развитие процесса сгорания по циклу (рис. 5.7,  а).
При соответствующем увеличении угла опережения зажигания с повышением числа оборотов можно достичь примерно постоянного расположения основной фазы сгорания. В связи с этим в современных двигателях устанавливается центробежный регулятор опережения зажигания, который изменяет угол в зависимости от скорости вращения коленчатого вала. Для регулирования угла опережения зажигания при изменении нагрузки на двигатель (степени открытия дроссельной заслонки) на современных двигателях устанавливается вакуумный регулятор.
Следует отметить, что правильный подбор характеристик регуляторов угла опережения зажигания существенно влияет на требования двигателя к качеству применяемого топлива, но эти требования связаны с явлением детонации в двигателе.