Реклама

Календарь записей
Февраль 2013
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Апр    
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728  

Закономерности молекулярных превращений при выжигании бензина в камере сгорания ДВС

Камера сгорания автомобильного ДВС с точки зрения происходящих в ней молекулярных превращений является своеобразным высокотемпературным химическим реактором. Так, при выжигании стехиометри-ческой ТВ-смеси (а = 1) здесь происходит полное окисление сразу нескольких углеводородных соединений:— С5Н12(СтН2п+2) + 802 = 6Н20 + 5С02(окисление пентана);— С6Н12(С„Н2п) + 902 = 6Н20 + 6С02(окисление олефина);— СтН^СНгп.г) + ЮОг = 6Н20 + 7С02 I {20 ±)(окисление нафтена);— С6Н6(СгН2п_б) + 702 = 2Н20 + 6С02 + Н2(окисление бензола):— СвН^СпНа,^) + 1202 = 8Н20 + 8С02 + Н2(окисление октана)В левой части системы химических уравнений 20.1 — совокупность (смесь) различных углеводородов CnHm, составляющих исходное моторное топливо — бензин, а в правой — продукты химической реакции окисления (полного сгорания) — аода Н20, углекислый газ С02 и незначительное количество аодо-рода Н2. Продукты полного сгорания не токсичны.Именно это обстоятельство заставляет автомобилестроителей создавать системы топливного питания, которые работают с коэффициентом а, близким к единице. Стационарным двигателям такая система топливного питания обеспечивает оптимальные экологические параметры.При выжигании обогащенной ТВ-смеси (0,95 < а < 1) имеет место дефицит кислорода и в камерах сгорания ДВС происходят уже иные, химические реакции. Покажем это на примере выжигания только одного углеводородного соединения — пентана:C5Hi2 + 402 = 5Н20 + ЗСО + 2СН, (20.2)Как видно из формулы, в продуктах сгорания пентана (компонент бензина) при дефиците кислорода появляются угарный газ СО и неустойчивый углеводородный радикал СН, быстро переходящий в устойчивое химическое соединение С2Н2 (ацетилен). Аналогичные продукты образуются при выжигании и других углеводородоа. Общим является то, что при недостатке кислорода сгорание бензина в цилиндрах ДВС сопровождается образованием в отработавших газах токсичных компонентов (СО и СН).Химическая реакция горения в случае выжигания в цилиндрах ДВС бедных смесей имеет ту специфику, что протекает быстро, сопровождаясь заметным повышением температуры и давления. Как следствие, сильно разогретые кислород 02 и азот N2 из атмосферного воздуха вступают в химическое взаимодействие, и теперь реакция сгорания на примере того же пентана приобретает следующий вид: С5Н12 + 1202 + 9N2 = [4НгО + С02] + [18N0 + 4СН] (20.3)В первой квадратной скобке — нетоксичные, во второй — токсичные компоненты выхлопных отработавших газоа.Из формулы 20.3 следует, что при выжигании обедненной ТВ-смеси заметно увеличивается выброс оксида азота N0.Излишки горячего кислорода тут же в камере сгорания доокисляют оксид азота N0 до целого ряда* оксидов N0X. Именно повышение температуры и давления компонентов N2 и 02 является первопричиной образования побочных продуктов горения — оксидов азота N0X.При ещв болев глубоком обеднении ТВ-смеси (а > 1,25) поршневой двигатель обычной (классической) конструкции начинает терять свои качества (линия а = 1,25 на рис. 20.2): мощность и крутящий момент падают, а расход топлива и выброс несгорев-ших углеводородов СН увеличиваются. Все это является следствием того, что полное сгорание частиц бензина в бедной ТВ-смеси становится невозможным из-за их невоспламенения.Формулы 20.1+20.3 указывают на то, что при аы-жигании бензина в цилиндрах ДВС при различных значениях коэффициента а в ТВ-смеси число молекул кислорода 02, участвующих в окислении углеводородного топлива, каждый раз разное. При этом число свободных молекул кислорода на выпуске (в выхлопных отработавших газах) всегда меньше, чем на впуске (в ТВ-смеси), и тем больше, чем выше значение коэффициента а избытка воздуха в ТВ-смеси ( см. рис. 20.2, б). Это обстоятельство позволяет использоаать разность концентрации кислорода на выпуске и апуске для автоматической коррекции состава ТВ-смеси под ее стехис-метрическое состояние, когда а = 1, что реализуется с помощью датчика концентрации кислорода.Под концентрацией пк кислорода понимается число свободных его молекул (02) в единице объема. Тогда пк = рк/кТ, где к — физическая постоянная (константа Больцмана), Т = t° + 273 — абсолютная температура (в градусах Кельаина), рк — парциальное давление кислорода.В общем случае парциальное давление равно давлению одного из компонентов газовой смеси, если а объеме, занятом газовой смесью, этот компонент остался бы один. Общее давление компонентов газовой смеси равно сумме их парциальных давлений.Например, атмосферное давление в окружающей среде в основном складывается из парциальных давлений двух главных компонентов атмосферы — кислорода 02 и азота N2. Так как концентрация кислорода в атмосфере составляет около 21%, то его парциальное давление на впуске в ДВС приблизительно равно 0,2 атм и еще меньше — на выпуске, где оно варьирует под воздействием изменения коэффициента а. Таким образом обнаруживается однозначная связь между концентрацией пк кислорода, его парциальным давлением Рк и коэффициентом а.

Статьи по теме:

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться для отправки комментария.

Поиск по блогу