Элементный состав рабочего тела и продуктов сгорания

Окисление (сгорание) топлива. Элементный состав топлива представляет массовые доли отдельных его составляющих. В одном килограмме топлива содержится: gc углерода, gH водорода, g0 кислорода. Связь между количеством исходных продуктов (топлива и воздуха) и продуктов сгорания может быть найдена из уравнений химической реакции.

Полное окисление углеводородного топлива предполагает получение конечных продуктов: диоксида углерода С02 и водяного пара Н20. Минимальное количество кислорода, необходимое для полного сгорания топлива, называют стехиометрическим. Коэффициент избытка воздуха такой смеси α = 1.

При неполном окислении топлива часть углерода окисляется лишь до СО (оксида углерода), а часть водорода не сгорает.

Двигатели с искровым зажиганием работают при α = 0,7... 1,3, а дизели — при среднем α > 1,5. Следует отметить, что при смесеобразовании в дизелях есть зоны с α < 1, поэтому в процессе сгорания может образовываться несгоревший углерод.

Состав продуктов сгорания. При α = 1 топливо должно сгорать полностью, отработавшие газы содержать азот Ν2 и продукты полного сгорания С02 и Н20, а при α > 1 — еще и избыточный кислород 02.

При α < 1 отработавшие газы включают азот Ν2, продукты полного (С02 и Н20) и неполного сгорания СО и Н2.

В продуктах сгорания также имеются и другие компоненты: оксиды азота и серы, несгоревшие углеводороды, оксиды свинца и др., количество которых в отработавших газах относительно мало, и они не оказывают воздействия на энергетические показатели двигателя, однако существенно влияют на его экологические характеристики.

Экологические свойства топлив улучшаются при уменьшении в них ароматических углеводородов и серы.

В дизелях при уменьшении α возрастают количество выделяющейся теплоты и температура сгорания, что ведет к увеличению образования ΝΟχ. Рост содержания СО при приближении α к 1, обусловлен ухудшением смесеобразования и неполнотой сгорания. При больших значениях α рост СО связан с существенным уменьшением скорости реакции и температуры сгорания, что приводит к неполному окислению, несмотря на избыток 02.

В двигателях с искровым зажиганием при уменьшении α < 1, увеличивается содержание СО и Н2, а также несгоревших углеводородов СХНУ. Максимум ΝΟχ достигается при некотором избытке кислорода (a = 1,05...1,1) и достаточно высокой температуре сгорания.