Механизмы образования вредных веществ при горении топлив в ДВС

В камерах сгорания тепловых двигателей на механизм образования продуктов неполного сгорания и характер побочных реакций, протекающих при горении, влияет структура фронта пламени. На рис. 2.6, а приведена структура фронта диффузионного пламени (камера сгорания дизеля), а на рис. 2.6, 6 - структура фронта пламени, распространяющегося по гомогенной смеси (двигатели с внешним смесеобразованием)[6].

Рис. 7 - Структура фронта диффузионного пламени (а) и фронта
пламени, распространяющегося по гомогенной смеси (б):

Wx -скорость химической реакции смеси

В диффузионном пламени топливо и окислитель диффундируют во фронт пламени, где в узкой области смешения протекает химическая реакция и достигается максимальная температура. К этой области примыкает со стороны топлива область его термического распада, в которой в отсутствие окислителя образуются наряду с промежуточными продуктами распада водород и сажа. Водород, диффундируя во фронт пламени, сгорает, а частицы сажи увеличиваются за счет распада на их поверхности углеводородов и коагуляции отдельных сажевых частиц при их диффузии и выгорают во фронте пламени со значительно меньшей скоростью. Часть сажевых частиц диффундирует в сторону топлива. Со стороны окислителя к фронту пламени примыкает область образования NO, который диффундирует в обе стороны. При диффузии в сторону фронта пламени NО разлагается с высокой скоростью при температуре пламени в области, ограниченной содержанием в смеси кислорода. При диффузии от фронта пламени 140 также разлагается, но по мере снижения Т происходит закалка, т. е. концентрация перестает изменяться при уменьшении равновесного значения концентрации NО.

В пламени, распространяющемся по гомогенной смеси в двигателях с внешним смесеобразованием (см. рис. 7, 6), полнота сгорания зависит в первую очередь от состава смеси. Если избыточным компонентом (по сравнению со стехиометрическим составом) является топливо (α<1), то имеет место неполнота его окисления (например, до СО), а если избыточным компонентом является окислитель (α>1), то более интенсивными будут реакции образования NО. Однако благоприятные для образования NО условия ограничены (α=1,05), и при росте избытка окислителя из-за снижения температуры концентрация оксидов азота в продуктах сгорания уменьшается.

Если температура в области горения гетерогенной смеси невысока, теплоты, подводимой в зону распада углеводородов, может не хватить для обеспечения их распада до конечных продуктов. Температура при этом будет падать, эндотермический процесс — самотормозиться. В результате в продуктах

сгорания будут присутствовать несгоревшие углеводороды испарившегося топлива. Причинами падения температуры являются также охлаждение смеси в пристеночной зоне.

На рис. 8 приведена принципиальная схема расположения мест образования токсичных веществ в камере сгорания ДВС с искровым зажиганием.

Рис. 8 - Схема образования токсичных веществ в автомобильном двигателе: 1 – образование NО при высокотемпературном окислении азота воздуха; 2 – «соскабливание» со стенок масляной пленки (образование углеводородов и твердых частиц); 3 – гашение пламени в окрестностях стенок цилиндра (образование углеводородов); 4 – образование локальных «переобогащенных» зон в камере сгорания (образование СО); 5 – «замораживание» реакций образования NО и СО при расширении

Таблица 5

Дата добавления: 2014-01-13