В состав отработанных газов (ОГ) ДВС входит множество вредных веществ, такие как оксиды азота, окись углерода, продукты неполного сгорания топлива, сульфаты, оксиды присадок и примесей, карбонильные соединения, диоксины, фураны и т. д. Несмотря на то, что вредные вещества занимают не более 1% объема ОГ, попадая в окружающую среду, они в разной степени наносят экологический ущерб здоровью человека, флоре и фауне в целом. Следует отметить основные, наиболее опасные компоненты: оксиды азота NOx, углеводороды СН, окись углерода СО и твердые частицы PM.
Основным токсичным компонентом ОГ ДВС принято считать оксиды азота (NOx), 95% которых составляет моноксид азота (NO), который при попадании в атмосферу превращается в диоксид NO2. Основная часть оксидов азота в процессе сгорания в дизеле образуется в процессе окисления атмосферного азота в зоне продуктов сгорания при высокой температуре по «термическому» механизму («термические» NO) [1, 2]. Также выделяют следующие типы NO: «топливные», образующиеся путем окисления азотосодержащих соединений, входящих в состав топлива, «быстрые», образующиеся во фронте пламени в результате связывания молекул азота с радикалами CH, CH2 и С и образующие по механизму N2O. В большинстве расчетных и экспериментальных исследований установлено, что 92–95% NO в камере сгорания (КС) образуется по «термическому» механизму Я.Б. Зельдовича, но при реализации малотоксичного цикла необходимо учитывать NO, образующиеся и по другим механизмам.
Отметим основные закономерности термического образования NO:
1. Концентрация NO на выходе определяется максимальной температурой в зоне горения, концентрацией кислорода и азота.
2. Окисление атмосферного азота происходит за фронтом пламени в зоне продуктов сгорания.
3. Окисление азота происходит по цепному механизму:
4. Концентрация NO не превышает равновесную концентрацию при максимальной температуре взрыва.
5. Существенное влияние оказывает неравномерность распределения температуры в зоне продуктов сгорания в закрытых объемах (Махе-эффекты) при сгорании бедных смесей и мало влияет при сгорании богатых.