Температура горючої суміші, починаючи з якої суміш здатна до самоприскорення хімічної реакції до стійкого горіння, називається температурою запалення. На рисунку 1 показана залежність швидкості реакції від визначаючих факторів.

Експериментально встановлено, що швидкості проходження реакції суттєво перебільшують їх розрахункові значення, які отримані з використанням закону Арреніуса. Насправді реакції у речовинах, які знаходяться у парогазовому стані, проходять частіше не між вихідними молекулами пального та окислювача, а через низку проміжних стадій, в яких разом із молекулами беруть участь активні осколки молекул - радикали та атоми, які мають вільні зв`язки, - H, OH, O, CH та інші.

При цьому перехід від вихідних речовин до кінцевих продуктів відбувається через низку проміжних реакцій, які протікають з більшою швидкістю, тому що вони володіють низькою енергією активацій. Такі реакції, відмітною рисою яких є велика швидкість їх протікання, отримали назву ланцюгових.

При горінні газів протікають розгалужені реакції, в процесі яких один активний центр породжує два чи більше число активних центрів. Теорію ланцюгових розгалужених реакцій зробив академік Н.Н. Семенов.

В якості прикладу розгалуженої ланцюгової реакції може подаватися схема спалення водню. Первинними активними проміжними речовинами в цьому випадку є атомарний водень, кисень чи гідроксильна група, початкове утворення яких можливе в результаті дисоціації молекул при високих температурах. У теперішній час вважається, що окислювання водню починається з реакції

H₂ + O₂ ® OH + OH.

Радикали OH, які утворюються, можуть надалі брати участь у ланцюговій реакції

OH + H₂ ® H₂ O + H

і давати нову активну частку - атом водню.

Шляхом реакції молекули кисню з атомом водню

O₂ + H ® OH + H

Цей атом утворює ще дві активні частки, які можуть реагувати за наведеним вище рівнянням чи за рівняннями:

O + H₂ ® OH +H

O + H₂ O ® OH +OH.

Підсумок одиничного ланцюгового циклу подається рівністю

H + 3H₂ + O₂ ® 3H + 2H₂ O.

Механізм горіння оксиду углерода та вуглеводнів також має характер розгалужених ланцюгових реакцій, при цьому проходження цих реакцій, особливо для вуглеводнів, має більш складний і до кінця ще не з`ясований характер.

2 Утворення екологічно шкідливих речовин при горінні палива

Склад відпрацьованих газів ДВЗ та кількісне співвідношення в них окремих компонентів залежать від властивостей і складу робочої суміші, яка спалюється, а також від ступеня закінченості реакції горіння.

Утворення шкідливих речовин багатостадійне і проходить наступним чином: альдегіди, оксид вуглецю, вуглеводні, сажа, канцерогенні речовини - з`являються внаслідок неповного окислення палива та його піролізу, а також синтезу нових речовин; оксиди азоту утворюються в зоні горіння в результаті реакцій окислення азоту повітря і палива; оксиди сірки утворюються внаслідок окислення сірки палива.

Загальний механізм утворення основних вуглецевовміщуючих токсичних елементів відпрацьованих газів ДВЗ можна представити наступним чином:

При спаленні метану:

CH₄ + O₂ ® HCHO + H₂ C,

HCHO + O = CO + H₂ O,

HCHO + OH = CO + H₂ O + H,

HCHO ® CO + H₂ .

Альдегіди є продуктом неповного спалення вуглеводнів. Найбільш суттєвий внесок в токсичність ВГ (серед альдегідів) вносить формальдегід (HCHO), який представляє собою газ з різким неприємним запахом.

Догоряння CO до CO₂ :

CO + OH = CO₂ + H.