Студопедия — Фізико-хімічні основи утворення токсичних компонентів
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Фізико-хімічні основи утворення токсичних компонентів






Оксид вуглецю (CO) утворюється під час згоряння при нестачі окислювача (α <1), в ході холодно-полум'яних реакцій в дизелях, а також при дисоціації CO2.

У двигунах з іскровим запалюванням основний вплив на утворення CO надає склад суміші: чим вона багатша, тим вища концентрація CO.

Недоліки сумішоутворення призводять до того, що навіть при згорянні суміші зі значним надлишком окислювача, вміст CO в ВГ ДВЗ не дорівнює нулю.

Вуглеводні (CnHm) складаються з вихідних або розпавшихся молекул палива і масла, які не брали участі в згорянні. Основна причина утворення CnHm - гасіння полум'я в пристінкових шарах і «затиснених» обсягах, що знаходяться в витискувачі і в зазорі між поршнем і циліндром над верхнім компресійним кільцем. Поблизу відносно холодних стінок камери згоряння через високу тепловіддачі полум'я гасне.

Товщина пристінкових шарів гасіння полум'я залежить від складу суміші, інтенсивності руху заряду та інших факторів. У середньому вона лежить в межах 1 мм. Незгоріле паливо осідає на стінки камери згоряння, утворюючи тонку плівку, яка на такті «випуск» знімається поршневими кільцями і разом з ВГ видаляється у випускну систему (рис.1.1).

Рис. 1.1. Утворення CnHm.

Друга причина утворення CnHm - хімічна неповнота згоряння палива при нестачі окислювача.

Вуглеводні утворюються також при пропусках займання, через негерметичність випускного клапана і системи вентиляції картера. Частина вуглеводнів потрапляє в атмосферу внаслідок випаровування бензину в паливному баку і карбюраторі.

У ВГ ДВЗ міститься понад двісті різних індивідуальних вуглеводнів. Особливе значення мають викиди бензолу, толуолу, полі-циклічних ароматичних вуглеводнів (ПАВ) і, в першу чергу, бензо-пірену C20H12. Ця група високотоксичних речовин утворюється в результаті піролізу (розкладання) легких і середніх фракцій палива при температурі 600... 700 К. Такі умови виникають під час робочого ходу поблизу холодних поверхонь циліндра при нестачі кисню. ПАУ відносяться до групи канцерогенних речовин.

На утримання CnHm в ВГ істотно впливає форма камери згоряння, відношення площі її стінок до обсягу, величина коефіцієнта залишкових газів, турбулентність заряду, склад суміші, робота системи запалювання, ефективність догорання ВГ у випускній системі.

Сажа (C) - це частинки твердого вуглецю розміром 0,4... 5 мкм з невеликим (1... 3 % по масі) вмістом водню. Перебуваючи в ВГ ДВЗ, сажа адсорбує на своїй поверхні вуглеводні, в тому числі канцерогенні, і стає токсичною.

Сажа утворюється в результаті піролізу (термічного розпаду) молекул палива при високих температурах (понад 1500 К) в умовах сильної нестачі окислювача. Формально реакція піролізу виражається рівнянням:

CnHm nC + 1/2 mH2.

Вміст сажі в ВГ ДВЗ з іскровим запалюванням незначний. Проблема сажі - це проблема дизелів. У циліндрі дизеля відбувається дифузійне горіння гетерогенної суміші, при якому швидкість горіння в основному лімітується не швидкістю хімічних реакцій, а швидкістю змішування (дифузії) пари палива і повітря. У результаті цього в циліндр дизеля мають місце зони з багатою, нормальною і бідною сумішшю (рис. 2.1).

Рис. 1.2. Утворення сажі

Горіння починається в областях, де склад суміші близький до нормального, і температури, відповідно, високі. До цих високотемпературних ділянок примикають зони зі значним збагаченням суміші (аж до α = 0), тут створюються сприятливі умови для піролізу з дуже малим доступом кисню. Таким чином, характер сумішоутворення і згоряння в дизелях зумовлює значно більшу в порівнянні з ДВЗ з іскровим запалюванням, утворення сажі. У процесі розширення, коли до частинок надходить кисень, значна частина сажі вигоряє.

Сажа - не єдина тверда речовина, що міститься в ВГ. Інші тверді речовини утворюються з містящихся в паливі сірки, аерозолів масла і не згорілого палива. Крім того, в ВГ можуть перебувати продукти зносу циліндра. Всі ці речовини отримали загальну назву «тверді частинки».

Оксиди азоту (NOx). У ВГ ДВЗ може міститися ціле сімейство оксидів азоту - NO, NO2, N2O3, N2O5, яке отримало загальне позначення NOx. Понад 90% в цьому сімействі становить оксид азоту NO.

Оксид азоту утворюється з азоту і кисню повітря, які починають реагувати між собою при високих температурах (понад 2000 К). Утворення оксиду азоту описується термічною теорією, основні положення якої зводяться до наступного.

1. Окислення азоту відбувається за фронтом полум'я в зоні продуктів згоряння, де температура максимальна.

2. Вихід оксиду азоту визначається концентрацією азоту і кисню в продуктах згоряння і не залежить від хімічної природи палива, беручий участь в реакції.

3. Окислення азоту відбувається по ланцюговому механізмі:

N2 + ONO + N – 316 кДж/кмоль,

N + O2 NO + O + 136 кДж/кмоль.

Визначальною є перша реакція, швидкість якої залежить від концентрації атомарного кисню.

4. Вихід оксиду азоту залежить від швидкості охолодження продуктів згоряння. Встановлено, що при α > 1 в процесі розширення, коли температура газів в циліндрі зменшується, концентрація оксиду азоту не знижується до рівноважної, а залишається на рівні максимальної, тобто має місце так зване «гартування». При роботі двигуна з іскровим запалюванням при α < 1 «загартування» не спостерігається.

5. У бідних сумішах вихід NO визначається максимальною температурою реакції. У багатьох сумішах вихід NO перестає залежати від неї і визначається кінетикою розкладання утворюваних оксидів азоту.

6. Концентрація NO не перевищує рівноважної при максимальній температурі полум'я.

7. Махе - ефект помітно впливає на вихід NO при горінні бідних сумішей і слабо при горінні багатьох. (Примітка: продукти згоряння перших порцій суміші, розташованих поблизу свічки запалювання, піддаються адіабатних стисненню в результаті підвищення тиску при згорянні решти маси суміші. Внаслідок цього в початковій зоні горіння мають місце підвищені температури в порівнянні з їх значеннями в решті масі заряду. Ця різниця температур в камері згоряння двигуна з іскровим запалюванням називається Махе - ефектом).

Поза циліндра двигуна (у випускній системі і в атмосфері) NO окислюється до NO2, токсичність якого значно більше.

Розглянемо вплив складу суміші на вихід CO, CnHm і NOx (рис. 1.3).

Робота ДВЗ на збагаченій суміші супроводжується високою концентрацією в ВГ продуктів неповного згоряння CO і CnHm, що пояснюється браком кисню для повного окислення палива. У міру збіднення суміші концентрація CO безперервно зменшується і при α> 1 зазвичай не перевищує 0,5%.

Рис.1.3. Вплив складу суміші на токсичність ВГ ДВЗ з іскровим запалюванням.

Робота ДВЗ на збагаченій суміші супроводжується високою концентрацією в ВГ продуктів неповного згоряння CO і CnHm, що пояснюється браком кисню для повного окислення палива. У міру збіднення суміші концентрація CO безперервно зменшується і при α> 1 зазвичай не перевищує 0,5%.

Збіднення суміші понад так званої межі ефективного збіднення (для бензинових двигунів ВАЗ по зовнішній швидкісній характеристиці він становить приблизно α = 1,1... 1,15) супроводжується значним збільшенням викидів CnHm. Це пояснюється збільшенням товщини пристінкових шарів гасіння полум'я, зростаючою міжциклічною нестабільністю процесу згорання і можливою появою циклів з пропусками займання.

Максимум викидів NOx відзначається при α = 1,05... 1,1. При цьому складі суміші температура згоряння ще досить висока, а в продуктах згоряння вже є вільний кисень. При згорянні бідніших сумішей утворення оксидів азоту стримується невисокими температурами, а при спалюванні багатших - недоліком окислювача.

Разом з тим, область α = 1,05... 1,1 відповідає, як правило, мінімальним значенням питомої ефективної витрати палива, тобто режиму найбільшої економічності.

З рис. 1.3 випливає, що вельми привабливою з точки зору зниження токсичності є область дуже бідних сумішей (при α > 1,2). Викиди CO і NOx тут малі, викиди CnHm можна зменшити, наприклад, за допомогою недорогого термічного нейтралізатора. Проте організація робочого процесу ДВЗ при таких складах суміші вельми складна.

Склад ВГ ДВЗ залежить від типу двигуна (дизель або двигун з іскровим запалюванням), виду палива, присадок і масел, від режиму роботи двигуна, його технічного стану, умов руху автомобіля та інших факторів.

Типовий зміст різних речовин в ВГ бензинових і дизельних ДВЗ представлено в таблиці 1.2.

Таблиця 1.2

Склад відпрацьованих газів ДВЗ







Дата добавления: 2015-06-15; просмотров: 889. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Гносеологический оптимизм, скептицизм, агностицизм.разновидности агностицизма Позицию Агностицизм защищает и критический реализм. Один из главных представителей этого направления...

Функциональные обязанности медсестры отделения реанимации · Медсестра отделения реанимации обязана осуществлять лечебно-профилактический и гигиенический уход за пациентами...

Определение трудоемкости работ и затрат машинного времени На основании ведомости объемов работ по объекту и норм времени ГЭСН составляется ведомость подсчёта трудоёмкости, затрат машинного времени, потребности в конструкциях, изделиях и материалах (табл...

Виды сухожильных швов После выделения культи сухожилия и эвакуации гематомы приступают к восстановлению целостности сухожилия...

КОНСТРУКЦИЯ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ВАГОНА Тип колёсной пары определяется типом оси и диаметром колес. Согласно ГОСТ 4835-2006* устанавливаются типы колесных пар для грузовых вагонов с осями РУ1Ш и РВ2Ш и колесами диаметром по кругу катания 957 мм. Номинальный диаметр колеса – 950 мм...

Философские школы эпохи эллинизма (неоплатонизм, эпикуреизм, стоицизм, скептицизм). Эпоха эллинизма со времени походов Александра Македонского, в результате которых была образована гигантская империя от Индии на востоке до Греции и Македонии на западе...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.009 сек.) русская версия | украинская версия