Стехиометрическое соотношение воздуха и топлива (14.7:1). Воздух топливо соотношение

Соотношение воздух—топливо - Справочник химика 21

    Теплота сгорания этилового спирта значительно меньше, чем у бензина, и поэтому спирто-бензиновые смеси обладают более низкой теплотворной способностью, чем чистые бензины. Указанное обстоятельство находит отражение в снижении снимаемой мощности, а значит, — ив увеличенном расходе топлива. Для полного сгорания спирта необходимо иметь соотношение воздух топливо около 9,0 1, а для полного сгорания бензинов достаточно соотношения 15,0 1. Следовательно, если карбюратор в каком-либо двигателе был запроектирован так, чтобы создать смесь, необходимую для съема максимальной мощности при эксплуатации на обыкновенном бензине, то в том случае, когда в качестве топлива используются бензино-спиртовые смеси, он создаст смесь несколько беднее, чем та, которая необходима. И хотя в этом случае расстояние, которое может нри одном и том я е запасе топлива преодолеть двигательный аппарат, и увеличится, но мощность и к. п. д. двигателя заметно уменьшатся. При применении смеси бензина с 10% спирта в двигателе, карбюратор которого рассчитан на то, чтобы возместить потерю в мощности и к. и. д., расход топлива увеличивается на 3—4% [302—303]. [c.434]     Найденное расчетами соотношение воздух топливо из условий полного сгорания равно 15,1 1 для бензина со средним молекулярным весом, равным молекулярному весу октана — 114. Однако в реальных условиях эксплуатации двигатели развивают большую мощность и характеризуются большей гибкостью в тех случаях, когда используются несколько более богатые смеси применение воздушно-топливной смеси с соотношением 14,5 1 более экономично (вследствие того, что максимальное количество топлива догорает до двуокиси углерода), чем смеси 12,5 1. [c.389]

    На рис. У1И-2 приведены основные зависимости между соотношением воздух топливо и мощностью, тепловым к. п. д., составом выхлопного газа (количеством кислорода, окиси углерода и двуокиси углерода, а также несгоревшего водорода п метана последний условно заменяет все несгоревшие углеводороды). С точки зрения наибольшего экономического эффекта, максимальная концентрация СО2 должна быть в среднем 13,8%, хотя теоретически должно образовываться 14,7% [8]. Такой результат наблюдается потому, что па практике в воду и двуокись углерода превращается только 94—94,5% топлива. Несгоревшие углеводороды появляются в выхлопных газах [9, 10]. [c.389]

    Отклик потенциометрических сенсоров на основе твердых электролитов составляет доли секунды, у них простая конструкция, и сигнал легко перевести в цифровую форму для передачи на компьютер. Такие сенсоры широко используются в системах контроля автомобильных двигателей для того, чтобы поддерживать соотношение воздух/топливо на оптимальном уровне, позволяющем свести к минимуму содержание оксидов азота в выхлопных газах и снизить потребление горючего. [c.558]

    Температуры выражаются в градусах Кельвина. Для использования этого уравнения применительно к воздушно-топливным смесям с другим соотношением воздух топливо необходимо произвести пересчет, используя уже известные зависимости. [c.396]

    Изучение чистых углеводородов, смесей нормального гептана и изооктана, кислородсодержащих соединений показало, что с увеличением октанового числа и устойчивости против самовоспламенения повышается температура, при которой начинают наблюдаться перекиси и холодное пламя [147, 148], а количество теряемого за счет холодного пламени тепла снижается [149]. Независимо от соотношения воздух топливо температуры, при которых появляется горячее пламя, почти одинаковы и равны приблизительно 600° С для всех изученных алифатических углеводородов. [c.409]

    Соотношение воздух/топливо 14 13 16.5 Эквив. отнош. 14.1 Не нормируется [c.74]

    Соотношение воздух/топливо, % 0.8-1.5% СО Не нормируется 2-3 Не нормируется 1-3 0.54.1 [c.78]

    Соотношение воздух/топливо Не требуется Не требуется [c.81]

    Метод, описанный в работе [52], предназначен для оценки склонности бензинов к образованию отложений в карбюраторе и впускных клапанах. Он основан на измерении количества отложений, образующихся в специальном обогреваемом патрубке. Размеры, устройство и расположение патрубка подобраны так, чтобы в нем собирались все отложения. Условия испытания строго регламентированы (скорость подачи топлива, соотношение воздух топливо, температура в карбюраторе). Отложения смывают с патрубка последовательной промывкой его н-пентаном и тройным растворителем (равнообъемная смесь бензола, ацетона и метанола) и после отгонки растворителя определяют их количество. Стабильность бензина оценивают количеством отложений, нерастворимых в н-пентане (в некоторых бензинах оно достигает 800 мг) продолжительность испытания 13,5 ч, объем бензина 15 л, температура воздуха 150°С, температура патрубка 255°С. [c.89]

    Воздушная инжекционная горелка, показанная на рис. 22, несколько сложнее. Чтобы обеспечить постоянное соотношение воздух—топливо, необходимо точное регулирование давления газа. Неотъемлемая часть горелки — нуль-регулятор давления. Соотношение воздух—газ регулируется с помощью газового сопла за счет изменения площади его сечения, а расход воздуха — клапаном-бабочкой. Смешение осуществляется в трубе Вентури, куда воздух подается в избыточном, стехиометрическом или до-стехиометрическом для данного газа объеме. Иными словами, с помощью такого устройства можно осуществлять частичное и полное предварительное перемешивание и даже получение бедных газовоздушных смесей. [c.115]

    Соотношение воздух/топливо воздуха ) [c.514]

    Массовое соотношение воздух топливо, при составе 1 1 [c.319]

    Стехиометрическое массовое соотношение воздух/топливо (для бензина составляет 14-15) [c.56]

    Измерения начала образования сажи при использовании в качестве горелки сетчатого диска [45] тоже показали, что углерод начинает образовываться, если соотношение атомов кислород углерод значительно больше 1. Из критического соотношения воздух топливо была определена способность различных веществ выделять свободный углерод, причем влияние структуры молекул углеводородов в общем такое же, как показано в работе [3]. [c.278]

    Содержание серы в осадке зависит от содержания серы в горючем [6]. Однако установлено [76], что сера заметно не влияет на процесс образования углерода, основную роль играет удельный вес топлива и содержание в нем ароматических соединений. Последние два фактора общепризнаны. Очевидно, что удельный вес —основной фактор в определении способности топлива образовывать углеродный осадок. Опубликованы результаты исследования процесса образования углеродного осадка в турбореактивном газовом двигателе в зависимости от соотношения воздух/топливо, типа топлива, температуры воздуха, скорости воздушного потока и давления [77]. Было установлено, что увеличение летучести топлива, температуры воздуха или соотношения воздух/топливо приводит к уменьшению количества образующегося углерода. Тот же результат можно получить при уменьшении соотношения С/Н, удельного веса топлива или давления. [c.288]

    Изучено влияние размера частиц, скорости подачи тоилива и соотношения воздух топливо па полноту сгорания, разлои ение карбонатов и температуру слоя и. дымовых газов. [c.490]

    С увеличением расхода воздуха условия распыливания, а следовательно, и испаряемости топлива улучшаются и полнота сгорания топлива повышается. Сопоставляя полноту сгорания авиационного керосина при низкой и средней скоростях подачи воздуха, можно отметить, что с увеличением соотношения воздух топливо с 60 до 160 полнота сгорания керосина на низкой скорости нодачи воздуха падает с 96 до 47 %, в то время как на средней скорости — с 99 только до 91%. Однако при добавлении к керосину 20% [c.252]

    В последние десятилетия 20 века выбросы в атмосферу оксида углерода антропогенного происхождения достигли 350+600 млн. тн/год, порядка 60% выбросов СО обуславливалось автотранспортом с бензиновыми двигателями, содержание оксида углерода в отработавших газах карбюраторных двигателей достигало 9%. Это вынудило отказаться от карбюраторных двигателей и перейти на двигатели с впрыском бензина с точной регулировкой соотношения воздух-топливо. [c.62]

    Температура самовоспламенения жидких углеводородов и их смесей зависит от давления, соотношения воздух-топливо, условий испарения, скорости подвода тепла и независимой величиной не является. Различные методы определения температуры самовоспламенения дают возможность сравнить это свойство для разных углеводородов, но не переносимы на поведение топлив в дизельном двигателе. [c.106]

    Прямой и надежный подход к проблеме снижения выхлопов двигателей с искровым зажиганием — усовершенствование конструкции двигателя. Одновременно следует рассмотреть такие параметры, как соотношение воздух — топливо, момент зажигания, степень сжатия, а также конструкцию камеры сгорания. [c.212]

    Выброс оксида углерода может быть сведен к минимуму при соотношении воздух — топливо, близком к стехиометрическому (15 1), при пониженной степени сжатия и при высокой температуре выхлопа. [c.212]

    Соотношение воздух — топливо в наибольшей степени влияет на количество газообразных выделений. Для ограничения этих выбросов необходима смесь, близкая к соотношению, обеспечивающему полное сгорание (см, рис УП1-4), Эта смесь беднее топливом, чем необходимо для обеспечения максимальной мощности двигателя, поэтому в некоторой степени ухудшаются эксплуатационные качества. В обедненной смеси возрастает образование оксида азота, поэтому его выделение следует регулировать другими способами. Эксплуатация двигателя на обогащенной смеси, обеспечивающей уменьшение образования оксидов азота, экономически нецелесообразна. [c.214]

    Характерной особенностью таких систем является добавление избытка воздуха в горящую смесь продуктов горения, выходящих из цилиндра. Этим достигается полное сгорание, не влияющее на соотношение воздух — топливо в двигателе. Так как-дополни- [c.218]

    При наиболее вероятной для ядра факела температуре 2000 К и стехиометрическом соотношении воздух — топливо равновесное содержание, N0 составляет около 0,005% (об.), т. а. на уровне сре дненаблю,даемого значения. [c.42]

    Наиболее уязвимым местом карбюраторных дви-а-телей с точки зрения накопления загрязнений является сам карбюратор. В результате окисления и других превращений нестабильных компонентов топлива детали карбюратора постепенно покрываются слоем отложений. Это влияет на количество всасываемого воздуха и отклоняет соотношение воздух топливо от оптимального. Следствием нако1шения отложений становится снижение полноты сгорания и увеличение расхода топлива, а также повышение токсичности отработавших газов. [c.946]

    При больших присосах, имеющих место в недостаточно уплотненной системе пылеприготовления, при очень влажных топливах и при эффективной работе пылеконцентратора (большие значения д) режим работы топки рсарактеризуется повышенным соотношением воздух—топливо в сбросной смеси и пониженным Оо.з- Режимы работы топки, в которых сбр значительно превышает ат, когда имеет место повышенное поступление воздуха в сбросные горелки, неблагоприятны для горения, ибо для поддержания ат на заданном уровне приходится уменьшать количество воздуха, подаваемого в основную зону горения, т. е. уменьшать ао.з- [c.416]

    В зависимости от применяемого катализатора схема полной нейтрализации газовьк выбросов может быть различной. В одном из вариантов на нейтрализатор подают газы, не содержащие кислород или содержащие его в очень небольшом количестве. В первом слое катализатора восстанавливаются оксиды азота за счет СО, Н2 и органических веществ. После прохождения первого слоя добавляют необходимое количество кислорода и смесь направляют на второй слой, где происходит полное дожигание органических веществ и СО. Здесь большие требования предъявляют к катализаторам восстановления N0 водородом они должны быть селективными и не вести про цесс в сторону образования аммиака, поскольку хотя сам ам миак и нетоксичен, но при попадании на второй каталитиче ский слой он окисляется кислородом воздуха вновь до МОх В другом варианте все необходимое количество кислорода сразу поступает на катализаторный слой. Здесь очень важно выдержать заданное соотношение воздух топливо. Поскольку труднее всего осуществить реакцию восстановления оксидов азота, при выборе бифункционального катализатора внимание в основном и концентрируется на активности и селективности катализатора в отношении реакции восстановления N0 в стехиометрической смеси или среде со слегка повьнпенным содержанием кислороду. [c.160]

    Марганец, как известно, благоприятно действует на эффективность сгорания топлива, позволяя снизить уровень содержания воздуха в смеси. При снижении соотношения воздух — топливо увеличивается эффективность сгорания топлива. Скорость коррозии стали ис11те1 700 измерялась в нескольких смолообразных осадках при различных температурах электрохимическим методом. Результаты показывают, что марганец не замедляет эффект торможения коррозии композицией магний — кремний. [c.154]

    Метод основан на измерении количества отложений, образующихся в специально сконструированном подогреваемом патрубке, соединенном с одноцилиндровым двигателем. Размеры и расположение патрубка подобраны так, чтобы все отложения собирались в нем. Условия испытания — скорость подачи топлива, соотношение воздух топливо, температура топливо-воздушпой смеси в карбюраторе — строго регламентированы. Количество отложений в патрубке определяют, смывая их растворителем и взвешивая осадок после отгонки этих растворителей. Патрубок промывают последовательно к-пентаном и тройным растворителем (ацетоном, метанолом, бензолом). Основным критерием стабильности бензина является количество отложений, нерастворимых в к-пентане. На одно определение требуется 15 л топлива, продолжительность испытания 13,5 ч температура воздуха 150° С соотношение воздух топливо 13 1, температура патрубка 255° С. Количество нерастворимых в пентане отложений при оценке некоторых бензинов достигает 800 мг. [c.263]

    Наиболее широко в СССР применяется первый стандартизованный метод ЛСАРТ [5, 6], согласно которому топливо окисляют в стеклянных стаканах, помещенных в герметичную стальную бомбу, при 150° С в течение 4 ч кислородом воздуха, находящегося в бомбе. Количество топлива 50 мл, соотношение воздух топливо 2 1. Топливо окисляют в присутствии катализатора — пластинки из электролитической меди, образовавшийся осадок отфильтровывают на бумажном фильтре и термическую стабильность выражают в миллиграммах осадка на 100 мл топлива. [c.265]

    Для некоторых топлив (Т-6, Т-7) стандартным статическим методом служит метод ТСРТ-2 (ГОСТ 11802—66) [25]. Так же как и метод ЛСАРТ, он основан на окислении топлива воздухом в замкнутом сосуде в присутствии медного катализатора (рис. 79). Топливо в количестве 50 мл помещают в стеклянный стакан, который ставят в герметичную стальную бомбу, снабженную манометром для контроля за герметичностью бомбы в процессе окисления. Соотношение воздух топливо около 3,5 1. Бомбу помещают в металлический термостат и выдерживают в течение 5 ч, при этом на нагрев топлива до 150° С требуется 1 ч. Показателем оценки термической стабильности топлива служит количество осадка, образовавшегося при окислении (отфильтровывается на бумажный фильтр), а также растворимых в топливе смол (потенциальных) и нерастворимых отложений [c.265]

    Метод с зажной топлива [27] заключается в окислении сравнительно большого объема топлива (400 мл) в стеклянном сосуде с обратным холодильником. Первоначальное соотношение воздух топливо в сосуде 1 1. [c.266]

    Результаты измерений можно представить в виде силы К критической смеси, которая определяется отношением количества воздуха, необходимого для процесса, когда нет образования сажи, к тому количеству воздуха, которое требуется для того, чтобы превратить весь углерод в двуокись углерода. В этом случае порядок в ряду саженосности несколько иной, чем если его определять из измерения критического соотношения воздух топливо, а именно ацетиленОльдегиды, кетоны, эфиры спиртыобразованию сажи, а спирты, наоборот, ненормально высокой (заметим, что это относится к пламени предварительно перемешанных смесей). Повторные исследования [44] показали, однако, что если соответствующим образом представить результаты, то между строением молекулы горючего и способностью его образовывать сажу существует вполне определенная взаимосвязь а) и для нормальных, и для разветвленных парафинов наблюдается линейная зависимость между числом атомов углерода в молекуле и числом атомов кислорода на молекулу горючего вещества, необходимым для того, чтобы подавить образование сажи б) нормальные парафины требуют на один атом О на молекулу больше, чем соответствующие олефины, а олефины в свою очередь требуют на один атом кислорода на молекулу больше, чем соответствующие ацетилены в) в случае нормальных парафинов и олефинов каждая дополнительная группа СН вызывает некоторое увеличение числа атомов кислорода, необходимых для подавления процесса образования углерода, то же наблюдается и при добавлении групп СН в бензол г) если топливо содержит алкильные группы, присоединенные к бензольному кольцу, для подавления процесса образования сажи [c.277]

    Соотношение в о з д у х т о п л и в о. Был проведен ряд опытов, в которых соотношение воздух топливо изменялось в широких пределах. Результаты этих опытов ириводены в табл. 2. На фиг. 3 иоказапа зависимость температуры топливного слоя и дымовых газов от соотношения воздух топливо. [c.485]

    В другом варианте все необходимое количество кислорода сразу поступает на катализаторный слой. Здесь очень важно выдержать заданное соотношение воздух топливо. Поскольку труднее всего осуществить реакцию восстановления оксидов азота, при выборе бифункционального катализатора внимание в основном и концентрируется на активности и селективности катализатора в отношении реакции восстановления N0 в стехиометрической смеси или среде со слегка повьпиенным содержанием кислорода. [c.160]

chem21.info

Расчет процесса сгорания топлива в судовом двигателе

Расчет процесса сгорания производится на основе анализа молекулярных изменений воздушного заряда и топлива при сгорании с использованием эмпирических данных по опыту работы созданных ранее конструкций дизелей. Расчет носит приближенный характер и ставит своей конечной целью определение параметров рабочего цикла в точке Z. Предварительно для расчета параметров в конце процесса сгорания необходимо знать: количество воздуха, потребное для сжигания подаваемого в цилиндр топлива; количество молей продуктов сгорания и их теплоемкость. Рассмотрим порядок определения этих величин.

Определение количества воздуха, необходимого для сгорания топлива

Жидкое нефтяное топливо, используемое в дизелях, состоит из углерода С, водорода H, кислорода О, серы S, золы и других негорючих соединений. Обычно весовой состав каждого из элементов находится в пределах:

С = 0,84 — 0,88;H = 0,11 — 0,14;S = 0,0001 — 0,05;O = 0,00005 — 0,03

Примем, что 1 кг топлива состоит из С кг углерода, H кг водорода, S кг серы и О кг кислорода:

1 кг = C + H + S + O

Химические реакции полного окисления элементов запишутся в виде:

C + O2 = CO2

2h3 + O2 = 2h3 O

S + O2 = SO2

С учетом молекулярных весов эти реакции можно записать в весовых или мольных долях:

12 кг C + 32 кг O2 = 44 кг CO2

4 кг H + 32 кг O2 = 36 кг h3O

32 кг S + 32 кг O2 = 64 кг SO2

Или:

12 кг C + 1 кмоль O2 = 1 кмоль CO2

4 кг h3 + 1 кмоль O2 = 2 кмоля h3O

32 кг S + 1 кмоль O2 = 1 кмоль SO2

Для 1 кг каждого элемента формулы примут вид:

1 кг C + 1/12 кмоля O2 = 1/12 кмоля CO2

1 кг h3 + 1/4 кмоля O2 = 1/12 кмоля h3 O

1 кг S + 1/32 кмоля O2 = 1/32 кмоля SO2

Если каждого элемента будет содержаться С, H и S кг соответственно, то окончательно можно записать:

C кг C + C/12 кмоля O2 = C/12 кмоля CO2

H кг h3 + H/4 кмоля h3O = H/2 кмоля h3O

S кг S + S/32 кмоля O2 = S/32 кмоля SO2

Как видно из уравнений (1), при сгорании углерода и серы количество молей газов равно количеству молей кислорода, вступившего в реакцию. При сгорании водорода происходит увеличение в 2 раза числа молей водяного пара по сравнению с числом молей потребного на окисление кислорода. Общее количество молей кислорода воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, равно:

Lo2 = C/12 + H/4 + S/32 — O/32 кмолей O2 / кг топлива,где O/32 — количество молей кислорода, содержащееся в топливе.

Учитывая, что мольная (объемная) доля кислорода в воздухе составляет примерно 0,21, потребное количество воздуха составит:

L0 = (1/0.21) (C/12 + H/4 + S/32 — O/32) кмоль возд./ кг топл.,L0 — теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива.

В весовых единицах теоретически необходимое количество воздуха равно:

Lo ‘ = μb ⋅ Lo кг возд/кг топлива

где μв = 28, 97 кг/кмоль — среднемольный вес воздуха.

Приняв для дизельного топлива среднего состава весовое соотношение элементов равным:

С = 0,87;H = 0,126;О = 0,004

Gолучим:

• L0 = 0,495 кмолей воздуха/кг топлива;
• L0′ = 14,3 кг воздуха/кг топлива.

Заметим, что при нормальных условиях это количество воздуха имеет объем, равный: L0» ≈ 11,1 м3 воздуха/кг топлива.

В дизелях количество воздуха L, подаваемого в цилиндр для сгорания 1 кг топлива, больше теоретически необходимого. Необходимость увеличенной подачи воздуха определяется неравномерным распределением топлива в объеме камеры сгорания (в результате чего в одних точках объема — недостаток, в других — избыток кислорода воздуха), желанием улучшить полноту сгорания и уменьшить температуру в точках z и b цикла. Отношение действительного количества воздуха, находящегося в камере сгорания, к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка воздуха при сгорании:

α = L/Lo = L’/L’o

Полное сгорание топлива в цилиндре возможно только при α > 1, В этом случае продукты сгорания представляют собой смесь “чистых” продуктов сгорания и избыточного воздуха. Обычно коэффициент избытка воздуха на сгорание находится в пределах:

• α = 1,8 ÷ 2,1 — малооборотные дизели без наддува;
• α = 1,6 ÷ 2,3 — малооборотные дизели с наддувом;
• α = 1,3 ÷ 1,7 — высокооборотные дизели без наддува;
• α = 1,5 ÷ 1,9 — высокооборотные дизели с наддувом;
• α = 0,85 ÷ 1,2 — карбюраторные двигатели.

Более низкие α у высокооборотных дизелей объясняются большой однородностью смеси (особенно в двигателях с разделенными камерами сгорания), возможностью работы с большей форсировкой по температуре. У дизелей с наддувом α увеличивается для снижения максимальной и средней температуры цикла и уменьшения температуры цилиндропоршневой группы. У длинноходовых МОД удалось снизить избыток воздуха на сгорание до α = 1,6 ÷ 1.8.

Смотрите также:

б) Определение коэффициента молекулярного изменения при сгорании

в) Определение теплоемкости продуктов сгорания

г) Вывод уравнения сгорания

д) Анализ уравнения сгорания

sea-man.org

6. дизельный двигатель 6.1. введение

6. Дизельный двигатель

6.1. Введение

Несмотря на то, что информация о типе и размере двигателя должна считаться ключевой при расследовании любого убийства, детали подобного рода заставляют себя слишком долго ждать, когда мы имеем дело с мифом о холокосте. За неимением более подробной информации нам придётся изучить более обширный и сложный вопрос: можно ли было совершить такое одиозное преступление при помощи какого-нибудь дизельного двигателя, когда-либо сконструированного? Впрочем, чаще всего утверждается, что это были дизели от советских танков[32].

Если бы Герштейн заявил, что угарный газ генерировался бензиновыми двигателями, его рассказ заслуживал бы больше доверия. Бензиновые двигатели действительно могут убивать гораздо легче, при этом они почти не дают о себе знать благодаря тому, что их выхлоп практически не имеет запаха. Дизельные же двигатели, хоть и весьма похожи на бензиновые (по крайней мере, для большинства людей), всё же значительно отличаются от последних. Вне всякого сомнения, любой горный инженер или маркшейдер (такой как Герштейн) c лёгкостью отличил бы один тип двигателя от другого. Уже то, что дизельные двигатели издают весьма отчётливый звук, позволяет практически любому человеку — даже с небольшим опытом — распознать их хоть с закрытыми глазами.

При работе дизельные двигатели отчётливо дают о себе знать, поскольку их выхлоп имеет крайне неприятный запах. Иначе говоря, каждый дизельный двигатель имеет своего рода встроенный «предупреждающий сигнал». Интенсивность запаха, смрад, вне всякого сомнения, породила в корне ошибочное представление, что дизельный выхлоп должен быть крайне опасным. Бесхитростная, но ошибочная логика, которой руководствуются верующие в холокост, такова: если выхлоп бензинового двигателя вполне способен убивать, даже при небольшом запахе, то тогда дизельный выхлоп, имеющий сильный запах, должен быть намного смертоносней. Факт, однако, то, что между запахом и токсичностью не существует ровным счётом никакой связи, поскольку наиболее смертельным компонентом является угарный газ, совершенно не имеющий запаха. Хотя дизельный выхлоп и не полностью безопасен, он является одним из наименее вредных загрязняющих агентов — за исключением, разве что, возможных долгосрочных канцерогенных эффектов, которые совершенно несущественны для газовой камеры, предназначенной для массовых убийств.

До недавнего времени дизельные выбросы вполне соответствовали стандартам атмосферных выбросов Агентства по охране окружающей среды США, не требуя при этом каких-либо изменений или приспособлений[33]. Правда, в последние годы обеспокоенность раковыми заболеваниями весьма усложнила данный вопрос, но эта обеспокоенность вызвана исключительно долгосрочными эффектами. Как бы то ни было, дизели всегда производили намного меньше 1% угарного газа по объёму, что по-прежнему является стандартом для угарного газа для всех двигателей внутреннего сгорания. Бензиновые двигатели удалось привести к тем же стандартам только после долгих лет упорных исследований и после множества изменений двигателя и добавления сложных приспособлений, включая каталитические дожигатели выхлопных газов.

На рис. 3 приводится сравнение выделений угарного газа из дизельных и бензиновых двигателей. Бензиновые двигатели также называют двигателями с искровым зажиганием, из-за того что они используют свечи зажигания. Ясно, что логичным выбором в качестве источника угарного газа между этими двумя типами двигателей всегда был бы бензиновый двигатель. От двигателей с искровым зажиганием (бензиновых двигателей) можно запросто получить 7% угарного газа по объёму (а при неправильной регулировке карбюратора — до 12% по объёму), а вот от дизельных двигателей при использовании жидкого топлива никогда нельзя получить более 0,5% по объёму (разве что только во время перегрузки).

Рис. 3. Сравнение выделений угарного газа из дизельных двигателей

и двигателей с искровым зажиганием[34]

Выделения угарного газа из двигателей внутреннего сгорания изображаются, как правило, в виде функции от соотношения воздух/топливо или топливо/воздух. Соотношение топливо/воздух — это попросту величина, обратная соотношению воздух/ топливо[35]. Автомобильными специалистами было единодушно принято, что уровни угарного газа в дизельном выхлопе относятся преимущественно к этим соотношениям, а не к другим факторам вроде количества оборотов в минуту.

К примеру, соотношение воздух/топливо 100:1 означает, что на каждый грамм сгоревшего топлива внутрь двигателя поступает 100 грамм воздушной смеси. Однако только около 15 граммов воздуха могут каким-либо образом вступить в химическую реакцию с каждым граммом топлива, вне зависимости от соотношения воздух/топливо и даже от типа двигателя. Это означает, что при соотношении воздух/топливо 100:1 всегда имеются около 85 граммов воздуха, не вступающих в реакцию. Эти 85 граммов избытка воздуха извергаются из двигателя, не подвергаясь абсолютно никаким химическим изменениям. В том что касается избытка воздуха, дизельный двигатель — это не что иное, как необычный тип вентилятора или компрессора. Вдобавок, над дизелем невозможно произвести никаких регулировок, которые бы неправильно настроили двигатель для изменения уровня токсичности выхлопа[36].

Бензиновые двигатели всегда работают при нехватке воздуха. В результате этой нехватки процесс сгорания в бензиновом двигателе никогда не может дойти до завершения, при этом всегда образуется значительное соотношение угарного газа к углекислому газу.

Дизельные же двигатели, напротив, всегда работают при избытке воздуха. На холостом ходу дизельные двигатели работают при соотношении воздух/топливо до 200:1. При полной нагрузке соотношение воздух/топливо понижается всего лишь до 18:1. Из-за избытка воздуха всегда существует гораздо бóльшая вероятность того, что топливо сгорит полностью; таким образом, угарный газ едва производится. Вдобавок, то небольшое количество угарного газа, производимое в цилиндрах дизеля, впоследствии разбавляется избытком воздухом.

Каждый цилиндр дизеля либо воспламеняет топливную смесь, либо пропускает зажигание. Если цилиндр пропускает зажигание, то топливо попросту извергается наружу в виде пара, при этом угарный газ не производится. Если же цилиндр воспламеняет топливную смесь, то последняя всегда будет сгорать практически полностью, поскольку всегда имеется избыток воздуха. Неправильная регулировка, либо неисправная регулировка впрыска, либо повреждённые клапаны существенно не влияют на уровень угарного газа по той же самой причине: избыток воздуха вступает в реакцию почти со всем оставшимся количеством угарного газа, образуя углекислый газ.

Поняв подлинные различия между процессом сжигания топлива в дизельном и бензиновом двигателе, становится ясно, что в качестве источника угарного газа всегда будет логично выбрать именно бензиновый двигатель. Ну а выбор дизельного двигателя в качестве источника угарного газа будет просто смехотворным решением.

6.2. Дизели с разделённой камерой сгорания

Существует, в основном, два типа дизельных двигателей: с разделённой камерой сгорания и с неразделённой камерой сгорания. В свою очередь, двигатели с разделённой камерой сгорания обычно делятся на предкамерные и вихрекамерные.

На рис. 4 приводится пара кривых выбросов для дизельных двигателей с разделённой камерой сгорания (двигатели A и B)[37]. Эти кривые являются результатом крайне тщательных испытаний, проведённых в начале 40-х годов ХХ века в Соединённых Штатах Горным бюро США и призванных определить, если дизельные двигатели могут работать в подземных шахтах без угрозы для шахтёров[38]. Вывод Горного бюро США (по крайней мере, до энергетического кризиса 70-х годов) был следующим: дизельные двигатели могут работать под землёй в неугольных шахтах, при условии, что Горное бюро одобрит двигатели. Сегодня дизели также широко используются в американских угольных шахтах. Первоначальное исключение дизелей из американских угольных шахт не имело ничего общего с вопросами здоровья и безопасности. Причина заключалась в гарантии занятости шахтёров, работавших в угольных шахтах, и в политической решимости и красноречии Джона Льюиса, харизматического президента союза шахтёров, настаивавшего на том, чтобы «в шахтах Объединённого союза шахтёров не было дизелей»[39].

Низшая кривая на рис. 4 соответствует предкамерному дизельному двигателю (двигатель A), верхняя кривая — вихрекамерному дизельному двигателю (двигатель B). Низшее соотношение топливо/воздух всегда приблизительно соответствует режиму холостого хода и режиму работы без нагрузки. В режиме холостого хода ни один из этих типов дизельных двигателей не сможет произвести количество угарного газа, достаточное даже для того, чтобы вызвать головную боль после получаса непрерывной экспозиции.

Если мы начнём прикладывать нагрузку на эти двигатели, увеличивая при этом, в сущности, соотношение топливо/воздух, то уровень угарного газа на первых порах будет только понижаться. И только когда мы приблизимся к полной нагрузке, обозначенной на графике сплошной жирной линией, лишь тогда уровень угарного газа начнёт значительно расти — максимум до 0,1% по объёму при соотношении топливо/воздух 0,055. Сплошная вертикальная линия представляет собой предельно допустимое соотношение, установленное изготовителями двигателя.

6.3. Дизели с неразделённой камерой сгорания

Кривая выброса на рис. 5 (двигатель C) показывает, что на холостом ходу дизель с неразделённой камерой сгорания по-прежнему производит всего лишь около 0,03% угарного газа по объёму, чего недостаточно даже для того, чтобы вызвать головную боль после получаса экспозиции[40]. Однако если на такой двигатель будет наложена возрастающая нагрузка, то уровень угарного газа в конечном счёте резко возрастёт. И действительно, при полной нагрузке, обозначенной жирной вертикальной линией, уровень угарного газа равен приблизительно 0,4% по объёму. Иными словами, мы имеем здесь дизель, который, на первый взгляд, мог бы использоваться для осуществления массового убийства за полчаса.

Проблема, однако, заключается в том, что непрерывная работа данного двигателя (как и любого другого дизеля) при полной нагрузке в течение долгих периодов времени — таких как полчаса — вызовет серьёзный риск засорения и поломки от твёрдых веществ, накапливаемых внутри цилиндров. Если же двигатель будет работать при соотношении топливо/воздух, более низком и безопасном, чем 0,055 (соотношение воздух/топливо равно 18:1), то есть при более низкой нагрузке, то уровень выделения угарного газа стремительно упадёт. Например, при 80% от полной нагрузки — что, как правило, считается предельным безопасным значением для непрерывной работы и имеет место при соотношении топливо/воздух, равном примерно 0,045 (соотношение воздух/топливо примерно равно 22:1) — уровень угарного газа равняется всего лишь 0,13%.

Кривые выбросов на рис. 4 и рис. 5 являются типичными для всех дизельных двигателей за последние шестьдесят лет. Подтверждением этому служит тот факт, что на эти наглядные кривые постоянно ссылались бесчисленные журналы и книги по дизельным выбросам. Другими словами, лучших примеров дизельных выбросов, чем эти, не существует. Да, имеется множество других результатов испытаний, которые можно найти в солидных автомобильных журналах, таких как «Society of Automotive Engineers Transactions». Но если мы возьмём на себя труд и пролистаем подшивки этого журнала за последние шестьдесят лет, так же как и других журналов, то мы не найдём в них примеров худших выделений угарного газа, нежели кривая на рис. 5 для двигателя C. Наш анализ двигателя C представляет собой худший из всех возможных случаев для любого дизельного двигателя[41].

6.4. Соотношение топливо/воздух, нагрузка и внутренний регулятор скорости

У кого-то может сложиться впечатление, что всё, что нужно сделать для того, чтобы получить высокое соотношение топливо/воздух, — это нажать до упора на педаль газа, не прилагая при этом на двигатель какую-либо внешнюю нагрузку. Что при этом произойдёт — когда педаль газа просто вдавлена «в пол», — так это то, что соотношение топливо/воздух действительно достигнет предела, допускаемого установкой момента впрыска топлива, и из-за этого скорость двигателя также начнёт стремительно расти. В течение нескольких секунд скорость двигателя достигнет предельно допустимой скорости двигателя, установленной изготовителем. Впрочем, ещё задолго до того, как будет достигнута эта скорость, внутренний регулятор скорости, встроенный в топливный инжекционный насос, ограничит подачу топливу — причём, достаточно жёстко — для защиты двигателя посредством гарантии того, что предельно допустимая скорость двигателя никогда не будет превышена. Действительное соотношение топливо/воздух на «высокоскоростном холостом ходу» стабилизируется через несколько секунд (поскольку отсутствует нагрузка) до примерно такого же соотношения топливо/воздух, что и на «низкоскоростном холостом ходу». На высокоскоростном холостом ходу в секунду будет расходоваться больше топлива, но из-за того, что внутрь двигателя будет также поступать больше воздуха, соотношение топливо/воздух останется примерно тем же, что и на низкоскоростном холостом ходу. Иными словами, вдавливая педаль «в пол» и не прилагая при этом внешнюю нагрузку, мы не повысим соотношение топливо/воздух, разве что только в самом начале.

Для того чтобы удержать высокое соотношение топливо/воздух в течение более чем несколько секунд, необходимо применить один из следующих двух методов или их комбинацию. Первый метод заключается в подключении нагрузки к двигателю (такой как насос, вентилятор или генератор) для надёжного удержания скорости двигателя ниже предельно допустимой скорости. Второй метод состоит в «засорении», что означает ограничение поступления воздуха в двигатель.

С практической точки зрения, подключение внешней нагрузки к двигателю в типичном грузовике или танке — это более чем нелегкий труд. Ничто из рассказов и разных «документов» из литературы по холокосту даже близко не намекает на что-либо подобное. Этот метод будет более внимательно изучен в параграфе 8.1.

А вот уменьшить приток воздуха, напротив, весьма легко, однако проведённые эксперименты показали, что данный метод всё равно не удовлетворяет необходимых требованиям (см. параграф 8.2).

Рис. 4. Выделения угарного газа из двух различных типов

дизельных двигателей: предкамерного дизельного двигателя (A) и

вихрекамерного дизельного двигателя (B)[38]

Рис. 5. Выделения угарного газа из дизельного двигателя

с неразделённой камерой сгорания (C)[40]

7. Токсикология дизельного выхлопа

7.1. Эффект недостатка кислорода

Может быть, евреи умирали от недостаточного количества кислорода в дизельном выхлопе? Такая теория, по крайней мере, не противоречила бы заявлению о том, что трупы были «синего» цвета. Синеватый оттенок некоторых частей тела действительно служит симптомом смерти от отсутствия кислорода. Нормальный воздух содержит 21% кислорода по объёму. Из рис. 6 мы видим, что концентрация кислорода, соответствующая режиму холостого хода, в выхлопе любого дизельного двигателя (как с разделённой, так и с неразделённой камерой сгорания), указанная в верхнем левом углу диаграммы при соотношении воздух/топливо 100:1 (соотношение топливо/воздух равно 0,01), равна 18%, что всего лишь на несколько процентов ниже концентрации в нормальном воздухе[42]. При полной нагрузке (соотношение топливо/воздух равно 0,055) концентрация кислорода в выхлопе любого дизеля приблизительно равна 4%.

Рис. 6. Состав выхлопа двигателей внутреннего сгорания[42].

Жирная вертикальная линия, отмечающая соотношение топливо/воздух 0,055

(воздух/топливо = 18:1), добавлена автором

Пожалуй, лучшее исследование эффектов недостаточного количества кислорода, или асфиксии (удушья), предоставлено Хендерсоном и Хаггардом, согласно которым уровень кислорода ниже 10% по объёму вызывает потерю сознания, а уровень ниже 6% по объёму смертелен[43]. Согласно Халдэйну и Пристли, «воздух, содержащий менее 9,5% кислорода обычно вызывает инвалидность за полчаса»[44]. Однако инвалидность — это всё же не смерть!

Ясно то, что не существует магического числа, ниже которого автоматически наступает смерть, а выше которого жизнь обязательно продолжается. Однако, в любой газовой камере, использующей недостаток кислорода в качестве способа убийства, следует понизить уровень кислорода до отметки ниже 9,5%, а возможно, даже ниже 6% по объёму.

Из рис. 6 видно, что для того чтобы понизить концентрацию кислорода в выхлопе до всего лишь 9%, любой дизельный двигатель должен работать при соотношении топливо/воздух около 0,04, что приблизительно соответствует полной нагрузке. А для того чтобы концентрацию кислорода понизить до 6%, любой дизельный двигатель должен работать вплотную к полной нагрузке. Другими словами, любая дизельная газовая камера, использующая в качестве способа убийства недостаток кислорода, должна работать при свыше 3/4 от полной нагрузки[45].

Из вышеприведённого очевидно, что в большинстве своих рабочих диапазонов дизели выделяют достаточно кислорода, так что, без преувеличения, можно дышать одним дизельным выхлопом и оставаться в живых. Запах будет крайне неприятным, но безвредным. От режима холостого хода до как минимум 3/4 от полной нагрузки дизельный выхлоп содержит достаточно кислорода для поддержания человеческой жизни в течение как минимум получаса.

7.2. Совместные эффекты угарного газа и недостатка кислорода

Таблица 4. Эффективное содержание угарного газа CO в дизельном выхлопе[46]

Режим нагрузки	Соотношение топл./воздух (воздух/топл.)	Содержание кислорода O2 (% по объёму)	Содержание COmax (% по объёму)	FO2	COeff (% по объёму) на 21% O2 по объёму
Полная нагрузка	0,055 (18:1) 0,05 (20:1)	4,0 6,0	0,400 0,220	5,25 3,50	2,100 0,770
Тяжёлая нагрузка	0,04 (25:1) 0,033 (30:1)	8,8 10,8	0,090 0,080	2,40 1,94	0,220 0,160
Частичная нагрузка	0,029 (35:1) 0,025 (40:1)	12,0 13,5	0,075 0,070	1,75 1,55	0,130 0,110
Лёгкая нагрузка	0,017 (60:1)	16,0	0,050	1,31	0,067
Холостой ход	0,01 (100:1)	18,0	0,060	1,17	0,070

В таблице 4 приводятся уровни угарного газа для различных режимов нагрузки дизельного двигателя с наихудшими значениями выделений, т.е. двигателя C из рис. 5. Деля действительное содержание кислорода (O2) в выхлопе на нормальное содержание кислорода в воздухе (21%), мы получаем коэффициент FO2. Затем, для определения токсикологически эффективного содержания угарного газа (CO), этот коэффициент следует умножить на действительное содержание угарного газа (см. параграф 7.5). Из таблицы 4 видно, что желаемое, высокое эффективное содержание угарного газа, гарантирующее, что все жертвы умрут в течение получаса, (от 0,4 до 0,8%) может быть достигнуто только при нагрузке, близкой к полной[47].

7.3. Углекислый газ

Если евреи умирали не от угарного газа и не из-за отсутствия кислорода, то, может быть, они умирали от воздействия углекислого газа? На самом деле углекислый газ не более ядовит, чем обычная вода. Большинство справочников по токсикологии даже не упоминают его, а если и упоминают, то, как правило, классифицируют его как «не токсичный, обычный асфиксиант». Впрочем, время от времени имеют место несчастные случаи со смертельным исходом, в которых непосредственно вовлечён углекислый газ. Почти во всех таких случаях причиной смерти является отсутствие кислорода. Отсутствие кислорода вызвано тем, что углекислый газ намного тяжелее кислорода и вытесняет его (в особенности, в закрытом пространстве) точно так же, как вода вытесняет воду в лёгких тонущего человека. Подлинной причиной смерти и в той, и другой ситуации является не углекислый газ или вода, а отсутствие кислорода в крови (удушение). Один из симптомов смерти подобного рода — это синеватый оттенок кожи.

Углекислый газ может быть целительным и терапевтическим средством[48]. Он обычно используется в клинической медицине как безопасный стимулятор для дыхания. Для этих целей он поставляется в сжатом виде в специальных цилиндрах (Карбоген), содержащих кислород и 7% углекислого газа по объёму[49]. В нормальных условиях воздух, выходящий из лёгких при выдыхании, содержит примерно 5,5% углекислого газа по объёму.

Уровень углекислого газа в 3% по объёму вполне переносим для экспозиций, длящихся несколько дней. К примеру, в 50-х годах прошлого столетия военно-морские силы США экспериментировали с газовыми смесями, содержащими 3% углекислого газа по объёму и 15% кислорода по объёму (на 1/4 меньше кислорода, чем в нормальном воздухе), для применения на американских подводных лодках при экспозициях, длящихся вплоть до нескольких недель[50].

Для дизельных двигателей уровень углекислого газа в режиме холостого хода (или близком к последнему) составляет всего лишь около 2% по объёму и постепенно растёт до примерно 12% по объёму при полной нагрузке, как указано на рис. 6 («Dissecting the Holocaust», стр. 448). Уровень углекислого газа, равный 12% по объёму, может вызвать нарушение работы сердца и, следовательно, может быть опасным для людей со слабым сердцем[51]. Бензиновые же двигатели, в отличие от дизельных, производят 12% по объёму уже на холостом ходу. Вообще, если имеется достаточно кислорода, то весьма маловероятно, что уровень углекислого газа до 12% по объёму может вызвать смерть. Общепринято, что опасной является лишь концентрация углекислого газа, превышающая 20-30% по объёму[52]. Впрочем, когда уровень углекислого газа в дизельном выхлопе равен 12% по объёму, соответствующий уровень кислорода угрожающе низок.

Главная опасность для жизни от дизельного выхлопа исходит не от каких-либо второстепенных компонентов, а исключительно от совместных эффектов угарного газа и недостатка кислорода.

refdb.ru

Коэффициент избытка топлива Википедия

Стехиометри́ческая горю́чая смесь (от др.-греч. στοιχεῖον «основа; элемент» + μετρέω «измеряю») — смесь окислителя и горючего, в которой окислителя ровно столько, сколько необходимо для полного окисления горючего.

Стехиометрическая смесь обеспечивает полное сгорание топлива без остатка избыточного окислителя в продуктах горения.

Определения

Отношение количества окислителя к количеству топлива в процессе сжигания или в горючей смеси топливо — окислитель измеряют либо в виде отношения масс, либо в отношении объёмов, либо в отношении количества молей. Соответственно, различают массовое L0,{\displaystyle L_{0},}, объёмное LV{\displaystyle L_{V}} и молярное LM{\displaystyle L_{M}} отношения:

L0=momf,{\displaystyle L_{0}={\frac {m_{o}}{m_{f}}},} LV=VoVf,{\displaystyle L_{V}={\frac {V_{o}}{V_{f}}},} LM=MoMf,{\displaystyle L_{M}={\frac {M_{o}}{M_{f}}},}где mo, mf{\displaystyle m_{o},\ m_{f}} — массы окислителя и топлива; Vo, Vf{\displaystyle V_{o},\ V_{f}} — объёмы окислителя и топлива; Mo, Mf{\displaystyle M_{o},\ M_{f}} — молярное количество окислителя и топлива (число молей).

Для газообразных смесей топлива и окислителя в соответствии с законом Авогадро LM=LV.{\displaystyle L_{M}=L_{V}.}

Если в процессе химической реакции горения в продуктах горения не будет ни свободного окислителя, ни несгоревшего топлива, то такое соотношение топлива и окислителя называют стехиометрическим.

Например, реакция горения водорода в кислороде со стехиометрическими коэффициентами:

2h3+O2⟶2h3O{\displaystyle {\ce {2h3 + O2 -> 2h3O}}}.

В этой реакции в продуктах горения (в правой части уравнения) нет ни горючего, ни окислителя, причём на 2 моля водорода требуется 1 моль кислорода, или, по закону Авогадро, на 2 объёма водорода 1 объём кислорода, или на 4 г водорода 32 г кислорода, то есть, при полном сгорании водорода без избытка кислорода: LVst=LMst=1/2=0,5,{\displaystyle L_{Vst}=L_{Mst}=1/2=0,5,} L0st=32/4=8.{\displaystyle L_{0st}=32/4=8.} Эти численные значения называют стехиометрическими отношениями.

Стехиометрические отношения зависят от вида топлива и окислителя, например, в реакции горения метана в кислороде:

Ch5+2O2⟶CO2+2h3O{\displaystyle {\ce {Ch5 + 2O2 -> CO2 + 2h3O}}}LVst=LMst=2,{\displaystyle L_{Vst}=L_{Mst}=2,} L0st=64/16=4.{\displaystyle L_{0st}=64/16=4.}

Коэффициентом избытка окислителя называют отношение фактического отношения окислитель/топливо к стехиометрическому:

α=L0/L0st=LV/LVst=LM/LMst,{\displaystyle \alpha =L_{0}/L_{0st}=L_{V}/L_{Vst}=L_{M}/L_{Mst},}

причём α{\displaystyle \alpha } не зависит в каком виде определено отношение окислитель/топливо масоовом, молярном или объёмном. Очевидно, что при стехиометрическом отношении окислитель/топливо α=1.{\displaystyle \alpha =1.}

Смеси топливо/окислитель у которых α<1{\displaystyle \alpha <1} называют богатыми смесями, а α>1{\displaystyle \alpha >1} — бедными.

В зарубежной научно-технической литературе коэффициент избытка окислителя обычно обозначают буквой λ.{\displaystyle \lambda .}

Также используется параметр, называемый коэффициентом избытка топлива ϕ=1/α,{\displaystyle \phi =1/\alpha ,} величина, обратная к коэффициенту избытка окислителя.

Отношение воздух/топливо и коэффициент избытка воздуха

Наиболее часто используемый окислитель — кислород атмосферного воздуха, поэтому часто используется понятие коэффициент отношения воздух/топливо — отношение массы L0a{\displaystyle L_{0a}} или объёма LVa{\displaystyle L_{Va}} воздуха к массе или объёму топлива:

L0a=mamf,{\displaystyle L_{0a}={\frac {m_{a}}{m_{f}}},} LVa=VaVf,{\displaystyle L_{Va}={\frac {V_{a}}{V_{f}}},}где ma, mf{\displaystyle m_{a},\ m_{f}} — массы воздуха и топлива; Va, Vf{\displaystyle V_{a},\ V_{f}} — объёмы воздуха и топлива.

Иногда, при расчётах по стехиометрическим уравнениям горения, применяют молярное отношение воздуха к топливу, при этом считают, что молекулярная масса воздуха примерно равна 29 г/моль.

LMa=MaMf,{\displaystyle L_{Ma}={\frac {M_{a}}{M_{f}}},}где Ma, Mf{\displaystyle M_{a},\ M_{f}} — молярное количество воздуха и топлива (число молей).Горючее L0ast{\displaystyle L_{0ast}} LVast{\displaystyle L_{Vast}} LMast{\displaystyle L_{Mast}}

Водород	34,2	2,43	2,4
Метан	17,2	9,66	9,5
Пропан	15,6	24,2	23,5
Бутан	15,4	30,8	31,0
Бензин Б-70	14,7	9430	54,2

Воздух содержит другие газы, не участвующие в процессе горения, в основном это азот с объёмной (и молярной) концентрацией около 78 %. Для расчёта стехиометрического соотношения воздух/топливо этот азот и другие инертные газы нужно учитывать в уравнении химической реакции, для простоты коэффициентов уравнения примем, что в воздухе на 1 молекулу (объём) кислорода приходится 4 молекулы (объёма) азота, тогда уравнение горения метана в воздухе будет:

Ch5+2O2+8N2⟶CO2+2h3O+8N2{\displaystyle {\ce {Ch5 + 2O2 + 8N2 -> CO2 + 2h3O + 8N2}}},

откуда следует, что на 1 объём метана для стехиометрического горения в воздухе требуется приблизительно 10 объёмов воздуха, точнее — 9,66 объёмов, расхождение обусловлено тем, что в уравнении не учтён аргон воздуха с концентрацией около 1 об. % и точное объемное значение концентрации кислорода в воздухе равное 20,95 %.

Стехиометрические отношения воздух/топливо для некоторых топлив приведены в таблице для воздуха при температуре 25°С и давлении 100 кПа.

Отношение фактического объёма или массы воздуха к стехиометрическому объёму или массе воздуха называют коэффициентом избытка воздуха α{\displaystyle \alpha }[1]:

α=L0a/L0ast=LVa/LVast=LM/LMst.{\displaystyle \alpha =L_{0a}/L_{0ast}=L_{Va}/L_{Vast}=L_{M}/L_{Mst}.}

Коэффициент избытка воздуха в различных топливосжигающих устройствах и двигателях

Зависимости мощности и удельного расхода топлива для ДВС с искровым зажиганием от коэффициента избытка воздуха

Двигатели внутреннего сгорания

Коэффициент избытка воздуха α{\displaystyle \alpha } всегда для стехиометрической смеси равен единице. Но практически в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) этот коэффициент отличается от 1. Так например, оптимальный с точки зрения экономичности α{\displaystyle \alpha } для двигателей с искровым зажиганием 1,03—1,05, это превышение обусловлено тем, что из-за несовершенства смешения топлива с воздухом в карбюраторе или цилиндре двигателя с впрыском топлива для полного сгорания топлива необходимо небольшое увеличение α{\displaystyle \alpha }. С другой стороны, наибольшая мощность двигателя при прочих равных достигается при работе на более богатых смесях (α=0,83...0,88{\displaystyle \alpha =0,83...0,88} На рисунке показаны зависимости мощности и экономичности двигателя с искровым зажиганием от α{\displaystyle \alpha } и соотношения воздух/топливо для бензина при некоторых значениях α{\displaystyle \alpha }. Так, для бензина стехиометрическое соотношение воздух/топливо по массе составляет 14,7, для смеси пропан-бутан это соотношение равно 15,6.

В современных двигателях поддержание α{\displaystyle \alpha } близкого к оптимальному осуществляется с помощью автоматической системы управления соотношением топливо/воздух. Основным датчиком в таких системах служит датчик концентрации свободного кислорода в выхлопных газах двигателя — так называемый лямбда-зонд.

В дизельных двигателях для исключения сильного сажеобразования α{\displaystyle \alpha } поддерживают на уровне 1,1…1,3[2].

Газовые турбины

В камере сгорания газовой турбины, например двигателя самолёта α{\displaystyle \alpha } поддерживается близким к 1. Но перед лопатками турбины для снижения температуры газа из соображений жаропрочности лопаток газ из камеры сгорания разбавляется воздухом, отбираемым от компрессора турбины, что снижает его температуру от приблизительно 1600 °C до 1300…1400 °C, поэтому α{\displaystyle \alpha } в выхлопных газах турбины α{\displaystyle \alpha } значительно больше 1 и достигает 5.

Промышленные, отопительные и бытовые котлы

α{\displaystyle \alpha } в таких котлах существенно зависит от вида топлива. В газовых котлах небольшой мощности или производительности α{\displaystyle \alpha } составляет 1,2…1,4, в крупных энергетических котлахсжигающих природный газ — 1,03…1,1. В котлах, работающие на жидком и твёрдом топливе для полноты сгорания α{\displaystyle \alpha } поддерживается в пределах от 1,5 до 2…3.

Примечания

Литература

• Baehr H. B. Thermodynamik, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 1988, ISBN 3-540-18073-7.
• Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. Пер. с англ. под ред. К. И. Щелкина, А. А. Борисова. М.: Мир 1968

Ссылки

wikiredia.ru

Регулирование соотношения "топливо-воздух"

Печи снабжаются воздухом для горения турбовоздуходувными машинами. Обычно от одной магистрали снабжается несколько печей. Регулирование рас­хода воздуха производится с помощью регулирующего клапана. В случае если одна печь снабжается от отдельной воздуходувной машины, более экономичным способом регулирования количества подаваемого в печь воздуха является изме­нение частоты вращения турбины с помощью регулируемого электропривода.

Предположим, что средний напор (давление) в воздушной магистрали постоянен и поддерживается отдельной системой регулирования общего турбокомпрессора. Тогда подача воздуха в печьбудет пропорциональна перемещению регули­рующего клапанаи давлению в сети. Задание на величину подачи воздуха в печь подается на вход соответствующего регулятора от системы регулирова­ния расхода газа и корректируется от системы контроля состава дыма. Существуют и другие системы регулирования температуры (например, на стане 2000 ОАО «Северсталь»), в которых регулятор температуры воздействует на количество подаваемого в печь воздуха, а регулятор соотношения газ-воздух изменяет расход топлива согласно заданному соотношению. Конкретному расходу газа соответствует вполне оп­ределенная подача воздуха, обеспечивающая полноту сгорания топлива и не позволяющая выбрасывать несгоревшее топливо или охлаждать печь за счет избыточной подачи воздуха в печь. Характеристика, описывающая изменение температуры от расхода воздуха при посто­янном расходе газа, имеет экстремальный характер (рис. 14). Обычно соотношение "топливо-воздух" устан

Рис. 14

авлива­ется экстремальным р

tº

егулятором, определяющим опти­мальное значение коэффициента соотношения расходовв зависимости от состава смешанного газа и его теплотворной способности. В к

QВ

ачестве топлива используется смесь коксового, доменного и природного газа, подаваемая с газосмесительной станции. В данной модели соотношение расходов газ-воздух принято постоянным. Ведущим считается расход газа, а ведомым – расход воздуха.

В ряде систем регулирования в дымовом тракте установлены газоанализаторы, с помощью которых измеряется количество окиси углерода и кислорода в продуктах сгорания и кор­ректируется ранее установленное соотношение "газ-воздух". Модель будет следующей (рис. 15).

P

Q

Q

Q

X

X

X

Q

WР.В

КC.Р

P

β

Рис. 15

Структура модели аналогична той, что используется для анализа системы регулирования расхода газа (рис. 9). Задание на расход воздуха поступает от контура регулирования расхода газа и обеспечивает оптимальные условия горения в любых режимах работы печи. Коэффициент соотношения расходов принимается постоянным. В модели можно учесть коррекцию этого коэффициента (например, по показаниям газоанализатора в обводящем тракте), вводя на вход системы дополнительное воздействие.

Для определения коэффициента , а также определения типа и параметров регулятора можно воспользоваться методикой, достаточно подробно изложенной в разделе, посвященном регулированию расхода газа. В зависимости от выбранной структуры моделей задание может выдаваться в единицах измерения расхода (рис. 15) или в виде уровней тока или напряжения. От этого, естественно, будут зависеть параметры объекта, а соответственно и регулятора.

studfiles.net

Стехиометрическое соотношение воздуха и топлива (14.7:1) — КиберПедия

Установлено, что пропорциональное соотношение воздуха и топлива 14,7:1 является наиболее эффективным для снижения выброса вредных веществ почти при всех условиях. Техническим термином такой идеальной пропорции является стехиометрическое соотношение. Содержание HC и CO в выхлопных газах в значительной степени определяется соотношением воздуха и топлива. При смесях беднее, чем 14.7:1, уровни HC и CO низкие, но при соотношении выше, чем 14.7:1, т.е. более богатой смеси, их уровень резко возрастает. Может показаться, что контроль за содержанием только HC и CO - не такая сложная задача – достаточно только поддерживать соотношение воздуха и топлива ниже 14.7:1. Однако нельзя не учитывать необходимость контроля содержания NOx.

Чем беднее горючая смесь, тем выше температуры сгорания. Более высокие температуры сгорания повышают содержание NOx в выхлопных газах. Но обогащение горючей смеси для снижения температур сгорания и содержания NОx одновременно увеличивает содержание HC и CO, а также повышает расход топлива. Поэтому решением проблемы контроля за содержанием как NОx, так и HC и CO является поддержание соотношения воздуха и топлива на уровне, по возможности более близком к 14.7:1.

УМЕНЬШЕНИЕ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ВЫБРОСОВ ОТ ПЛМ

8-1/3% ↓ в год на протяжении 9 лет работы модели ПЛМ

ГОРЮЧАЯ СМЕСЬ: СТРАТИФИЦИРОВАННАЯ В СРАВНЕНИИ С ГОМОГЕНИЗИРОВАННОЙ

Для снижения выброса вредных газов в двигателях с прямым впрыском топлива (DFI) используется стратифицированная горючая смесь. Во всех остальных моделях используется гомогенизированная смесь. Разница между этими двумя видами смеси заключается в следующем:

Гомогенизированная смесь

Эта смесь содержит частицы топлива и воздуха, которые равномерно перемешаны по всему объему цилиндра. Эта смесь образуется в трубке Вентури карбюратора, блоках язычковых клапанов и картере. Дополнительное смешивание происходит при нагнетании топлива через систему его подачи в цилиндр. Такую смесь легко воспламенить при соотношении воздуха и топлива приблизительно 14,7:1. 1.

Стратифицированная смесь

Двигатель со стратифицированной смесью всасывает через систему подачи только воздух. Топливо, необходимое для сгорания, впрыскивается в цилиндр через форсунку, находящуюся в верхней части цилиндра (головке). Форсунка впрыскивает воздушно-топливную смесь в цилиндр в виде пузырька. Вокруг этого пузырька находится воздух, нагнетаемый системой подачи. При воспламенении и сгорании пузырька окружающий его воздух обеспечивает почти полное сгорание до того, как откроется выхлопное отверстие.

Такую смесь трудно воспламенить, т.к. пузырек топливно-воздушной смеси не перемешан равномерно с соотношением 14.7:1. Поэтому поджечь его не легко.

cyberpedia.su

Почему бензиновый двигатель нуждается в поддержании соотношения воздух-топливо, а дизельный двигатель - нет?

Похоже, вы уже знаете, почему бензиновый двигатель поддерживает соотношение топливо / воздух как можно ближе к стехиометрическому соотношению, но только для информации для кого-то еще: Стехиометрическое соотношение топливо / воздух - это количество кислорода, необходимого для сжигания весь бензин полностью. «Острый» ожог оставляет оставшийся кислород, а «богатый» ожог означает, что бензин не горит как полностью.

Дизели бегут, потому что, согласно этому сайту:

В дизельном двигателе топливо впрыскивается в камеру сгорания вблизи конца такта сжатия и самопроизвольно воспламеняется. Это отвечает за звук горения, который генерирует дизельный двигатель, это музыка для всех, кто читает этот журнал. При смешивании между топливом и воздухом происходит сжигание. Этот процесс является очень неоднородным (поскольку топливо и воздух смешиваются в камере сгорания, он не настолько однороден, как в газовом двигателе, который имеет смесь, созданную до ввода головки цилиндров). Сажа образуется во время горения, потому что некоторые из топлива сгорают с недостаточным количеством кислорода, а сжигание топлива не завершено. По мере ввода дополнительного топлива производится все больше и больше сажи. Поэтому соотношение воздух / топливо дизельного двигателя всегда должно быть более компактным, чем стехиометрическое, чтобы предотвратить чрезмерное количество дыма. По этой причине модифицированный дизель с высокой производительностью продувает черный дым, потому что он питается только силой, не заботясь о создании сажи. В дымовом дизеле меньше топлива, присутствующего в цилиндре, чем в цилиндре бензинового двигателя, поэтому дизельная мощность уменьшается в сравнении.

Бензин вводится до его воспламенения, поэтому он имеет время смешивания более однородно. Дизель впрыскивается к концу такта сжатия, поэтому он горит под давлением почти сразу перед тем, как он успеет распространиться по всему доступному воздуху. Как указано в приведенной выше цитате, эксплуатация дизельного двигателя является попыткой уменьшить количество производимой сажи, что снижает выбросы.

редактировать

Чтобы ответить на вопрос о том, что происходит с бензиновым двигателем, который горит.

Впрыск бензина в двигатель имеет охлаждающий эффект. Двигатель с обедненным сжиганием, где меньше бензина, чем требуется для достижения стехиометрического соотношения, будет работать более горячее, чем двигатель, работающий по стехиометрическому соотношению или один из которых будет богатым. Слишком скудный ход, и вы рискуете перегреться и получить дополнительный износ компонентов двигателя, таких как уплотнения. При более высоких коэффициентах сжатия бедные двигатели могут быть более экономичными и производить меньше выбросов углекислого газа. Недостатком является то, что существует больше выбросов NOx , требующих более сложного каталитического нейтрализатора, чем у большинства современных автомобилей.

Я также должен прояснить ваше окончательное предложение. Ваш акселератор подключается к дроссельному клапану (прямо или «привод по проводам») и контролирует, сколько воздуха разрешено проходить в двигатель. Он напрямую не контролирует, сколько бензина впрыскивается. Датчик массового расхода определяет, сколько воздуха передается в двигатель, передает эту информацию в ECU, и ECU контролирует, сколько топлива впрыскивается. Независимо от того, работает ли ваш автомобиль бедный или насыщенный, ECU принимает сигналы от датчиков массового расхода, датчика O2 и / или настроек производителя или пользователя. В дни карбюратора было легко настроить двигатель на богатый или скудный, но вам нужно специальное оборудование для настройки настроек в ECU.

Кстати, есть разные причины, по которым производитель или владелец транспортного средства могут захотеть использовать свой двигатель с низким или высоким уровнем производительности, связанный с производительностью, охлаждением или экономией топлива.

vini_i

Два успеха, которые были сделаны в сокращении сажи. Во-первых, системы впрыска дизельных двигателей Common Rail имеют очень высокое давление в рельсах, что обеспечивает большее распыление топлива для лучшего сгорания. Во-вторых, (замеченный в Duramax) пилот-пилот впрыскивает небольшое количество дизельного топлива в начале такта сжатия. Это действие позволяет топливу воспламеняться и уже гореть до того, как произойдет основной импульс впрыска. Это уменьшает время задержки зажигания, улучшая сгорание.

I have no idea what I'm doing

Хорошо, я буду перефразировать. Что произойдет, если мы попробуем запустить бензиновый двигатель, по сути, как дизель, напрямую контролируя количество впрыскиваемого топлива? Бензин будет гореть полностью, если будет достаточно кислорода, так почему же слишком плохое количество кислорода в случае бензиновых двигателей?

Poisson Fish

@vini_i, это правда. Спасибо за добавление.

Poisson Fish

@ IhavenoideawhatI'mdoing, я отредактирую свой ответ, чтобы ответить на этот вопрос.

vini_i

Существует также физический предел того, насколько сухой может быть смесь и все еще воспламеняется искровым зажиганием. (взгляните на стратифицированную систему зажигания Honda). Поскольку дизель использует воздух в качестве источника воспламенения, такой проблемы не возникает.

askentire.net

---

• 
  Пожарные автонасосы и автоцистерны
• 
  Опора вала с шариками и роликами
• 
  Подача звукового сигнала
• 
  Нормы браковки съемных грузозахватных приспособлений
• 
  Пускорегулирующее устройство
• 
  Пусковой механизм
• 
  Заз 965а
• 
  Дорога термин
• 
  Карбюратор к 41 к
• 
  Уаз ремонт стартера
• 
  Слесарное дело гибка металла