HgO", О2И N2 обозначить объемные доли соответствующих газов во влажных продуктах сгорания, то для жидкого и газообразного топлива
со:=
Н.О" =
Лсо,
Мо + (а - J)I«
Лн.о
Mo + (a-l)Zo-
.(44>
Эти выражения представляют собой зависимость объемного состава продуктов сгорания от состава горючей смеси до сгорания (т. е. от ос).
2.0 .Q а)
Vol Щ
Фиг. 18. Состав продуктов сгорания дизельного топлива: а - влажные продукты сгорания; б - сухие продукты сгорания.
Пример изменения состава (в %) продуктов сгорания жидкого топлива в зависимости от коэффициента а для топлива приведенного выше элементарного состава показан на фиг. 18, а.
Из диаграммы (фиг 18, а) видно, что процентное содержание углекислого газа и водяного пара падает с увеличением избытка воздуха. Это падение происходит почти исключительно вследствие увеличивающегося процентного содержания кислорода, объемное же содержание азота мало зависит от коэффициента избытка воздуха а
Сухие продукты сгорания при полном сгорании (а>1)
Состав продуктов сгорания работающего двигателя определяется при помоши химического анализа проб отработавших газов, отбираемых из выпускного трубопровода в аспираторы или непосредственно в газоанализатор. По тякому анализу можно судить о полноте сгорания, а также определить коэффициент избытка воздуха и ряд других параметров, характеризующих протекание рабочего процесса в цилиндре двигателя.
При объемном анализе газа обычными газоанализаторами продукты сгорания, находящиеся в бюретке прибора, насыщены водяными парами. Для объемного определения состава газа объемы следует измерять при постоянной температуре и постоянном давлении. При этом условии отношение объелюв влажных составляющих к начальному объему влажного газа равно отношению объемов сухих газов. Поэтому объемный состав отработавших газов, определяемый обычными газоанализаторами, выражается в долях от общего количества сухих лродуктов-сгорания, т. е. продуктов сгорания, не содержащих водяного пара.
1,У, Мсух а (0,79+)-0,21
(46)
"о. 0.21 («- 1) и 0.21 («- 1) (0.79 + Щ . 2 Мсух Мсух а (0,79 + р) 0,21 р
N, 0.79aLo 0,79« (0,79 + Р) ,4-
Мсух М,у, а (0,79-i-P)-0,21 Г
Объемный состав (в %) сухих продуктов сгорания дизельного гоплива приведен на фиг. 18, б, из которой видно, что в сухих продуктах сгорания при увеличении коэффициента а уменьшается содержание углекислого газа и азота вследствие увеличения относительного содержания кислорода. Предельные значения COg и Og получаются при а = 1 и а = оо:
О 21
прн а = I = 0: COS = . ;
max 1 + Р
при а = со О2 = 0,21- СО2 = О (чистый воздух).
Формула (46) позволяет выразить величину а в функции содержания vглeкиcлoгo газ& в сухих продуктах сгорания
0,21 / 0,79 , Л
(0.79 +
(49)
Таким образом, при условии полного сгорания по анализу продуктов сгорания на COg можно подсчитать соответствующую величину коэффициента избытка воздуха (в том случае, если известен элементарный состав топлива). Выражение (49) показывает, что зависимость величины а от COg имеет гиперболический характер.
Формулу для определения коэффициента а можно получить также из выражения (48):
0,2 IPN
(50)
(0.79 -f р) (N-0,79) "
По выра.жению (50) можно подсчитать значение а по величине
Ы2=1-(СЦ + 0). (51)
Совместное решение уравнений (49) и (50) при использований выражения (51) позволяет установить связь между содержанием COg и суммарным содержанием COg -f О в сухих про дуктах сгорания, которая существует при полном сгорании жидкого топлива принятого состава:
С0 + q = 0,21 - ВСО. (52)
Это уравнение называется контрольным, так как по нему судят о качестве сгорания по результатам анализа отработавших газов двигателя; равенство (52) справедливо только при полном сгорании При несовершенном сгорании углерода топлива правая часть выражений
При полном сгорании жидкого топлива с воздухом при между составом топлива,
составом сухих продуктов сгорания и коэффициентом избытка воздуха устанавливаются зависимости, характерные для этогослучая сгорания.
Для жидкого топлива, как видно из формул (28) и (30). количество сухих продуктов-сгорания
= - «„.о = 0,201. = °<°UV9"" •
Следовательно, объемные доли отдельных компонентов сухих продуктов сгорания, согласно формулам (28) и (45), могут быть выражены через характеристику топлива Р и коэффициент избытка воздуха а следующим образом:
со, 12 0,21-0,79
становится больше левой . Несовершенным сгоранием при этом называется такое сгорание, нри котором горючая часть топлива неполностью превращается в конечные продукты окисления, а в продуктах сгорания имеется неиспользованный кислород.
Е. К- Мазингом была предложена диаграмма этих соотношений, которая пригодна как для полного сгорания, так и для несовершенного сгорания (в виде сажи), о чем будет сказано ниже.
Пример такой диаграммы (для дизельного топлива) приведен на фиг. 19. Нанесенная «а ней величина ш является обратной коэффициенту избытка воздуха а, т. е.
)
т (1
Ю 12 h СО°л
Величина ш называется коэффициентом использования воздуха, так как показывает, какая часть подведенного к топливу воздуха может быть использована для полного сгорания.
Неполное сгорание жидкого топлива
Сгорание топлива, при котором часть горючих составляющих топлива превращается в продукты неполного окисления, называется неполным сгоранием. Причиной неполного сгорания может быть или общий недостаток кислорода в горючей смеси при а<\, илн местный недостаток кислорода в зоне горения вследствие несовершенства смесеобразования, или недостаточность времени для сгорания переобедненных смесей.
Неполное сгорание углеводородных топлив в результате общего недостатка кислорода возможно при работе карбюраторных двигателей на богатых смесях (а<1), обеспечивающих получение максимальной мощности двигателя. Опыты показывают, что в этом случае продукты сгорания состоят из углекислого газа СО, окиси углерода СО, водяного пара НО, водорода Hj, азота N, небольшого количества метана сн4 (0,2-0,3%) и следов других углеводородов и кислорода О2. Небольшая неполнота сгорания углерода в СО наблюдается и при сгорании стехиометрической смеси (а = 1), а свободный кислород и при а<1. Анализ продуктов неполного сгорания показывает также, что отношение содержания водорода к содержанию окиси углерода не зависит от коэффициента избытка воздуха, т. е. MhJMqo = = const = причем значение k связано с отношением содержания водорода и углерода в топливе Н/С- Для бензинов (Н/С = 0,17 0,19) можно принять k = 0,45 0,50, для бензола (Н/С = 0,13) k == 0,30, для природного газа .fe =0,6-0,7.
При расчете состава продуктов неполного сгорания жидкого топлива обычно пренебрегают содержанием кислорода, метана и других углеводоро-
•Фиг. 19. Зависимость количества [СО +О2) держания СО при полном сгорании для дизельного топлива и связь с коэффициентами избытка воздуха а и использования воздуха о.) (по Е. К. Мазингу).
Обратное неравенство возможно только прн неправильном анализе илн при дефектах газоанализатора.
