Итак, основными токсическими составляющими ОГ являются: окись
углерода СО (при а <1) и окислы азота NO
x
(при a >l), а также
углеводороды СН.
Токсичные свойства NO
x
в 3 - 10 раз превосходят СО. При недостатке
кислорода (а <1) решающее значение имеет СО, а при избытке - NO
x
.
Именно это выдвигает наибольшие трудности при борьбе с токсичностью
бензиновых двигателей, работающих на переменных режимах и
изменяющихся составах смесей. В связи с тем, что в разных странах
применяют различные циклы для определения токсичности, наиболее
убедительными являются сравнительные данные, полученные в
одинаковых условиях. Содержание токсических составляющих оценивают
объёмными концентрациями в % или в ЧНМ - 10000 чнм = 1%, или по
содержанию массы в единице объёма отработавшего газа и по
абсолютному количеству массы, приходящейся на единицу работы,
г/кВт.ч.
Сравнительные характеристики токсичности ОГ бензиновых
двигателей при использовании бензина и сжиженного пропана
показывают, что зависимости СО = f (а) и С„ H
m
=f (а) для бензина и
сжиженного газа близки, a NO
x
= ц» существенно различаются. Для
сжиженного газа NO
x
^ примерно вдвое меньше, чем для бензина, а
кривая зависимости сдвигается в сторону бедных примесей.
Как уже было сказано ранее, в продуктах сгорания бензиновых
двигателей наряду с наличием основных компонентов обнаруживаются в
небольших количествах и другие компоненты:
М
2
= Мсо2 + М
н2о
+ Мо2+ М„2 .
Их присутствие является результатом неполноты сгорания
топливовоздушной смеси и протекающих в процессе окисления при
высокой температуре побочных реакций. К числу таких компонентов
относятся: окись углерода (СО), обнаруживаемая в продуктах сгорания
даже при избытке воздуха (а >1); окислы азота (NO, N0
2
и др.) из
которых наиболее токсичен N0
2
и её полимер N
2
0
4
; углеводороды СхН
у
-
большая группа непрореагировавших углеводородных соединений,
альдегиды - акролеин СН
2
= СН - СН и формальдегид Н
2
С = О, частицы
сажи - твёрдый фильтрат, состоящий из твёрдого углерода С.
Указанные компоненты содержатся в продуктах сгорания в
небольшом количестве и на тепловой эффект реакции при а>1 влияют
незначительно. При а<1 тепловой эффект реакции снижается в результате
образования из частиц углерода СО. Присугсгвие этих компонентов
38
крайне нежелательно, так как они обладают токсическими свойствами. К
числу токсичных составляющих продуктов сгорания необходимо отнести
также окислы свинца, образующиеся при сгорании этилированного
бензина. Природа образования указанных компонентов в процессе
сгорания различна. Окись углерода образуется в сравнительно больших
количествах в бензиновых двигателях при работе на обогащенной смеси.
В случае работы на бедных смесях (характерно для дизелей), топливо в
камере сгорания неравномерно распределяется по объему, и появляются
зоны, в которых а<1. В таких условиях может образоваться СО, однако, её
концентрация невысока. Содержание углеводородов С
Х
Н
У
в продуктах
сгорания объясняется наличием пристеночных зон в КС, где вследствие
соприкосновения заряда со стенками, имеющими сравнительно низкие
температуры, происходит гашение пламени.
Альдегиды получаются в тот период, когда процесс окисления
протекает при низких температурах. Такие явления наблюдаются при
пуске и на долевых режимах в зонах, где горящая смесь охлаждается
сравнительно холодными поверхностями. В карбюраторных двигателях
состав смеси гомогенный, и сажа при нормальной работе двигателя
образуется практически в незначительных количествах.
По данным исследований, при наибольших температурах цикла (2500
- 2800 К) для бензиновых двигателей, из различных окислов азота больше
всего образуется NO. Из общего количества окислов азота NO составляет
99%. При понижении температуры NO превращается в N0
2
. Вследствие
того, что этот процесс протекает медленно, он происходит не в выпускной
системе двигателя , а в атмосфере.
В карбюраторном двигателе при сс<1 содержание СО и Н
2
резко
возрастает, и в продуктах сгорания имеется небольшое количество
кислорода, не участвующего в сгорании. Максимальное значение NO
x
достигается при а=1,05. Содержание С
Х
Н
У
увеличивается по мере
обогащения смеси, а также при а>1,15 - 1,2, когда процесс сгорания
ухудшается.
Для сопоставления токсических свойств ОГ жидко топливных и
газовых смесей двигателей наиболее показательными являются
характеристики по составу смеси. Так, сравнивая между собой работу
двигателя 415/18 при степени сжатия 9,3 и п = 1500 об/мин с искровым
зажиганием на пропане и природном газе, замечаем, что содержание СО в
отработавших газах примерно одинаковое и определяется химическим
недогоранием вследствие недостатка кислорода при а<1. Содержание NO
x
= 3300
чнн
при работе на природном газе и 4400
чмм
при работе на пропане,
39