В последние годы в связи с выделением в атмосферу зна­чительных количеств окислов азота с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания было проведено много иссле­дований для выяснения механизма образования окислов азота в цилиндрах двигателей различных типов и влияния на количе­ство окислов азота в отработавших газах параметров рабочего процесса. Исследование процесса образования окислов азота в цилиндре двигателя внутреннего сгорания усложняется изме­нением объема камеры сгорания (из-за движения поршня), ге­терогенностью топливовоздушной смеси, движением смеси в ка­мере сгорания, диссоциацией продуктов сгорания, неравномерно­стью распределения топлива по отдельным цилиндрам и цикло­вой неравномерностью.

Установлено, что при максимальных температурах цикла в дизелях и двигателях с искровым зажиганием (Т_тах= 1800 -2800 К) из окислов азота практически образуется только N0 [35]. В отработавших газах двигателей с искровым зажиганием содержание N0 составляет 99% количества всех окислов азота (N0), а в отработавших газах дизелей — более 90%. В выпу­скной системе двигателя (при наличии кислорода в продуктах сгорания) после выхода отработавших газов в атмосферу про­исходит окисление N0 до N0₂ по реакции

2N0 +0₂<->2N0₂.    (17)

В ряде работ [18, 21, 78, 86] установлено, что в цилиндре двигателей внутреннего сгорания (дизелей и двигателей с ис­кровым зажиганием) происходит «закалка» («замораживание») окиси азота на уровне максимальной концентрации. Исключе­нием является случай сжигания обогащенных смесей (при ^ а<1). Таким образом, в процессе расширения и выпуска кон­центрация N0 не изменяется.

На рис. А, а приведены результаты исследовании по образо­ванию N0 в цилиндре двигателя с искровым зажиганием, вы­полненных с помощью быстродействующего газоотборного кла­пана с гидравлическим приводом [18, 86]. Подобная картина наблюдалась и в цилиндре дизеля 14 12/14 с камерой сгорания в поршне'[21]. Отбор проб проводился газоотборным клапаном, установленным в крышке цилиндра.

Увеличение максимальной температуры в процессе сгорания, получаемое изменением различных параметров рабочего про­цесса, всегда приводило к увеличению выхода N0 (для топлив, не содержащих азот). В цилиндре двигателя в процессе сгора­ния топлива температура газа в различных частях объема каме­ры сгорания различна. В тех зонах, где сгорание топлива про­изошло раньше, температура газа выше вследствие „поджатия" газа из-за сгорания в последующих зонах. Кроме того, из-за не­однородности топливовоздушной смеси в цилиндре содержание кислорода в продуктах сгорания может быть неодинаковым в раз­личных частях камеры сгорания. Это приводит к различию кон­центраций окиси азота по объему камеры сгорания, особенно в случаях, когда в камере сгорания нет организованного движе­ния воздуха.

Сказанное выше подтверждается экспериментальными дан­ными, полученными при отборе проб газа газоотборным клапа­ном, установленным в разных местах камеры сгорания четырех­тактного двигателя с искровым зажиганием (рис. А, а). Кон­центрация NOв пробах газа, отобранных при расположении 16клапана в боковом отверстии 2, оказалась значительно выше (примерно на 1500 млн-¹), чем в пробах при верхнем располо­жении клапана.