Причини утворення оксиду вуглецю, вплив на людину та довкілля

Оксид вуглецю. Він утворюється переважно в бензинових дви­гунах при роботі на багатих паливоповітряиих сумішах. Причиною виникнення оксиду вуглецю в цьому випадку є нестача кисню для повного окислення вуглецю, який входить до складу палива. Незнач­на кількість оксиду вуглецю, що утворюється під час роботи на бідних сумішах, у тому числі і в дизелях, є продуктом проміжного окислення вуглецю, який через нестачу часу на процес згоряння не встигає доо-кислитись до діоксиду вуглецю. Оксид вуглецю - високотоксичнії сполука. Оксид вуглецю інертний і зберігається в повітрі 0,1-5 років. Підвищення його концентрації виникає в тунелях, гаражах, інтенсив­них транспортних потоках [Ц.

Перебіг реакцій згоряння вуглеводневих палив у камерах зго­ряння двигунів відбувається дуже швидко - майже миттєво і носить вибухоподібний характер.

Реакції згоряння вуглеводневих палив досить складні і до сьо­годні ще недостатньо вивчені. Згідно з теорією згоряння вуглевод­невих палив, розробленої академіком Н.Н.Семеновим, горіння - це розгалужена ланцюгова реакція, коли кожна активна молекула по­роджує низку нових активних центрів, які прискорюють загальний перебіг реакцій згоряння.

Спрощено процес згоряння вуглеводневого палива можна пред­ставити так:

1. Утворення активних радикалів, які вступають у реакції з кис­нем;

2. Поява активних пероксидів, які вступають у реакції з молеку­лами вуглецю, утворюючи молекули пероксиду водню;

3. Активні радикали пероксидів окислюються, утворюючи аль­дегіди і нові радикали.

В будь-якому випадку в результаті реакцій окислення на про­міжному етапі згоряння утворюється оксид вуглецю СО і гідро­ксильна група ОН.

Академік Я. Б. Зельдович запропонував таку схему реакцій зго­ряння оксиду вуглецю.

Завершальною стадією процесу зго­ряння вуглеводневих палив є процес окислення оксиду вуглецю СО, перебіг якої відбувається значно повільніше, ніж сам процес згоряння. Кінцеві продукти процесу згоряння вуглеводневих палив - СО, СО2, Н2О.

Оксид вуглецю СО - це продукт неповного згоряння палива. Концентрація його у відпрацьованих газах перш за все залежить від складу паливоповітряної суміші.

На рис. 4.6 показано залежності зміни концентрації оксиду вуг­лецю в сухих продуктах згоряння палива бензинового двигуна та дизеля від коефіцієнту надміру повітря в паливоповітряній суміші (а), а, зважаючи на те, що в дизеля зміна складу паливоповітряносуміші спричиняє зміну потужності, то наведено і залежність кон­центрації шкідливих речовин від зміни потужності (А/).

У разі надходження в циліндри бензинового двигуна багатих сумішей (а<1) концентрація СО у відпрацьованих газах має досить великі значення. Тобто основною причиною утворення оксидів вуг­лецю під час згоряння палива є нестача кисню. У разі, коли а>1, концентрація СО у відпрацьованих газах стабілізується на рівні 0,2-0,3 % і далі вже практично не залежить від зміни складу суміші.

Збільшення концентрації оксидів вуглецю відбувається через зменшення температури згоряння бідної суміші, через припинення реакції окислення в прошарку суміші, що знаходиться поблизу стінок камери згоряння, де відбувається гасіння полум'я, а також через нестачу часу для допалювання СО.

Для дизелів, у яких в основному достатня кількість повітря -<х>1, вміст оксидів вуглецю СО невеликий і, як правило, не переви­щує 1 %. Максимальний вміст СО має місце за максимального на­вантаження двигуна. Пояснити це можна неякісним сумішоутворен­ням і локальним перезбагаченням паливоповітряної суміші, яке спричиняє неповне окислення вуглецю та підвищення вмісту сажі (кіптяви) у ВГ. Сажа, яка утворилась в початковий період згоряння, частково вигорає, в результаті чого збільшується утворення оксидів вуглецю.

В режимах малих навантаженнях та холостого ходу вміст СО збільшується через збільшення альдегідів, які вигорають з утворен­ням оксидів вуглецю СО.