Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 14

 

55 

Б. Органические соединения кислорода.

 

Они  состоят  из  радикала  одной  из  упомянутых  выше 

групп,  обозначаемого  R,  и  характерной  группы  (тоже 

радикала), как, например:

 

 

Спирты: R—ОН  (СН

3

ОН метиловый); 

(С

2

Н

5

ОН этиловый); 

(С

3

Н

7

ОН пропиловый).

 

Последний  спирт  является  присадкой,  препятствую- 

щей замерзанию.

 

          

 

Альдегиды 

Жирные кислоты

 

     

 

 

Кетоны 

Оксикислоты

 

 

Эфиры

 

102.  В  ряде  соединений  кислорода,  особенно  в  кислотах, 

природа  химической  связи  отличается  от  той,  которую 

имеют  сами  углеводороды,  что  объясняется  переходом 

электронов  между  определенными  атомами.  Вследствие 

этого такие соединения способны ионизироваться, т.е.

 

 

3. Бицикланы.   К   ним   относится   декалин — компо- 

нент бензина, синтезированного из угля.

 

 

56 

в  определенной  среде  они  расщепляются  на  электрически 

отрицательно 

заряженную 

частицу  (ион),  содержащую 

избыточный  электрон,  и  положительный  ион.  Даже  при 

нерасщепленной  молекуле  отмеченное  свойство  вещества 

проявляется  в  том,  что  между  положительным  и  отрица- 

тельным  зарядами  или  электрическими  полюсами  молекул 

имеется  определенное  расстояние.  Таким  образом  создается 

электрический  диполь.  Произведение  смещенного  заряда 

на  упомянутое  расстояние  называется  дипольным  момен- 

том.

 

103.  Молекулы,  имеющие  большие  дипольные  моменты, 

могут  взаимодействовать  вследствие  того,  что  отрицатель- 

ный  заряд  одной  из  них  притягивается  к  положительному 

заряду  другой.  Поэтому  такие  вещества  имеют  тенденцию 

образовывать  комплексы  молекул,  обладающие  достаточно 

большими силами связи.

 

Вода  как  простейшая  молекула,  способная  ионизиро- 

ваться  (Н

+

  и  ОН

-

),  имеет  очень  сильный  диполь  и  поэтому 

может  способствовать  концентрации  продуктов  окисления 

в  масле.  В  холодном  двигателе  определенное  количество 

воды  конденсируется  из  продуктов  сгорания  и  может  со- 

держаться  в  масле  в  виде  очень  мелких  капель.  Поверх- 

ность  этих  капель  очень  активна  в  упомянутом  смысле 
(абзац 282).

 

Так  образуется  водосодержащий  шлам:  после  испаре- 

ния  воды  продукты  окисления  остаются  в  двигателе  в  виде 

отложений, например, в фильтрах.

 

104.  Процессы      окисления      углеводородов      различных 

групп  (алканов,  цикланов,  ароматических)  имеют  различ- 

ный  характер  и,  более  того,  протекают  по-разному  при 

изменении  температурного  интервала.    Это    утверждение 

следует  понимать  так:  из  многообразия  возможных  звеньев 

цепных  реакций  в  зависимости  от  различных  температур- 

ных  условий,  концентрации  реагентов  и  т.  п.  может  преоб- 

ладать влияние тех или иных звеньев.

 

Следовательно,  завершение  цепной  реакции,  являю- 

щееся  в  данном  интервале  температур  однозначной  функ- 

цией  последней  при  возрастании  температуры  сверх 

пределов  этого  интервала,  может  происходить  совсем 

по-иному.  В  этом  новом  интервале  температур  могут 

образовываться  другие  промежуточные  и  конечные  про- 

дукты  сгорания  из-за  вмешательства  в  процесс  новых  раз- 

ветвляющих  или обрывающих  цепь реакций  (звеньев).

 

 

57 

В  дополнение  ко  всему  скорость  реакции,  рассматриваемая 

в  целом,  может  даже  уменьшаться  при  увеличении  темпе- 

ратуры (абзац 36).

 

Одно  из  веществ,  будучи  более  склонным  к  реакции 

в  данном  интервале  температур,  чем  какое-то  другое, 

может  в  ином  интервале  температур  вести  себя  противо- 

положным  образом.  Однако  в  первом  приближении  ско- 

рости  реакций  растут  с  температурой,  и  в  диапазоне  темпе- 

ратур  от  комнатной  до  1000°  С  достаточно  хорошее  пред- 

ставление  о  скорости  реакций  дает  таблица,  приведенная 

ниже (табл. 2).

 

Т а б л и ц а  2

 

 

Темпе- 

ратура  , 

в °С

 

Скорости реакций окисления

 

Примечание

 

До 50

 

Медленное  окисление.  За- 

метное  окисление  происхо- 

дит  в  течение  нескольких 

лет.  Полное  окисление  про- 

исходит за столетия

 

Смазочное  масло  в  крейц- 

копфных  поршневых  дви- 

гателях. 

Тепловыделение 

не обнаруживается

 

100—150

 

Окисление. 

Заметное 

окисление  происходит  в  те- 

чение 

часов 

(определение 

времени старения)

 

Смазочное  масло  в  тронко- 

вых  поршневых  двигателях. 

Тепловыделение  не  обнару- 

живается

 

250—350

 

Реакции  происходят  в  те- 

чение  секунд  и  долей  се- 

кунд  с  образованием  аль- 

дегидов и пероксидов

 

Предварительные  реакции 

при  самопроизвольном  вос- 

пламенении;  реакции  в  сма- 

зочном  масле,  попавшем  на 

верхнюю  часть  поршня.  Вы- 

деление  тепла  может  привести 

к повышению температуры

 

500

 

и выше

 

Реакции  происходят  в  те- 

чение миллисекунд

 

Реакции  полного  распада 

в  присутствии  кислорода  (го- 

рение).  Выделение  тепла  при- 

водит  к  заметному  повыше- 

нию  температуры  и  почти 

всегда к видимому сгоранию

 

106.  Из  табл.  2  ясно,  что  в  низкотемпературных  интер- 

валах  эффект  окислительных  процессов  проявляется 

только спустя длительное время в результате накопления

 

 

58 

продуктов  окисления;  пример  —  старение  смазочного 

масла.

 

При  температуре  несколько  выше  250°  С  реакции  про- 

ходят  настолько  интенсивно,  что  способны  коренным  обра- 

зом  воздействовать  на  топливо-воздушную  смесь  за  период 

одного  оборота  двигателя.  Они  все  еще  недостаточно  ин- 

тенсивны  с  точки  зрения  собственно  процесса  сгорания 

в  двигателе,  но  могут  серьезно  влиять  на  состояние  масла, 

смазывающего  поршень.  Что  же  касается  топлива,  то  реак- 

ции  при  рассматриваемых  температурах  достаточно  интен- 

сивны,  чтобы  влиять  на  следующую  стадию  его  самопроиз- 

вольного воспламенения.

 

Во  всех  этих  случаях,  однако,  в  продуктах  реакции 

существенным  образом  распознается  базовое  -вещество, 

и  поэтому  для  характеристики  процесса  используется  бо- 

лее  мягкий  термин  —  окисление.  В  некоторых  случаях 

в  результате  взаимодействия  реагентов  происходит  соеди- 

нение  продуктов  окисления  в  большие  молекулы  (полиме- 

ризация).

 

107.  Пропорционально  росту  температуры  и,  следова- 

тельно,  кинетической  энергии  молекул  возрастает  вероят- 

ность  их  разрушения  при  энергичном  столкновении,  а  так- 

же  вследствие  колебания  молекул,  в  результате  чего  мо- 

жет  происходить  отщепление  частиц  от  молекул  (креки- 

рование)  даже  при  отсутствии  кислорода.  Чем  выше  темпе- 

ратура,  тем  меньше  частица,  которая  может  еще  суще- 

ствовать.  При  температуре  около  350°  С,  например,  ал- 

каны  и  прочие  соединения,  имеющие  длинные  цепи  (20  ато- 

мов  С  и  более),  начинают  разрушаться;  при  температуре 
1000°  С  только  метан,  не  имеющий  связи

,  может  со- 

противляться  крекингу.  При  промежуточных  температу- 

рах  сопротивляются  разрушению  молекулы  со  все  более  ко- 

роткими  цепями,  а  также  циклические  молекулы  бензоль- 

ного  ряда,  которые  затем  полимеризуются.  При  темпера- 

туре  выше  1500°  С  только  СО,  СО

2

,  Н

2

,  Н

2

О,  О

2

,  N

2

  будут 

устойчивы  наряду  с  некоторыми  очень  простыми  ради- 

калами.    В    присутствии  О

2

  горение  в  действительности 

начинается  лишь  при температурах  выше  500—600° С. 

108.  Рассмотрение  столь  широких  пределов  темпера- 

тур  является  следствием  того,  что  в  двигателях  внутрен- 

него      сгорания      не      достигается      состояние      равновесия: 

циклы  реакций  проходят  столь  быстро  и,  кроме  того,  усло- 

вия протекания реакций в различных зонах камер сгора-