Napriek technologickému rozvoju sú za znečistenie v mestách stále z veľkej časti zodpovedné spaľovacie motory automobilov
Obrázok: Evgeny Tchebotarev na serveri Unsplash
Prvé motory sa objavili v 18. storočí. Boli poháňané externým spaľovaním s použitím palivového dreva - slávnych parných strojov. V 19. storočí sa objavili prvé spaľovacie motory, v ktorých sa palivo spaľuje vo vnútri samotného motora. Spaľovacie motory majú oproti parným motorom výhodu vďaka svojej všestrannosti, efektívnosti a možnosti adaptácie na rôzne typy strojov. Napriek tomu sú vo veľkej miere zodpovední za produkciu znečistenia automobilov.
Začali sa študovať a zdokonaľovať spaľovacie motory, ktoré sa dnes vo veľkom využívajú v dopravných prostriedkoch - lietadlách, autách, cestných komunikáciách a iných automobilových vozidlách, lodiach atď. S rastom jeho používania sa vyskytli problémy spojené s motormi, ako sú emisie plynov, ktoré spôsobujú znečistenie ovzdušia a spôsobujú zdravotné problémy obyvateľstva.
V priebehu rokov sa spaľovacie motory zlepšovali a znečisťovali čoraz menej ako ich predchodcovia. Tieto vylepšenia sú spôsobené hlavne opatreniami ako: výmena karburátorov, ktoré mechanicky privádzajú zmes vzduch / palivo do motorov, za elektronický vstrekovací systém, ktorý využíva menej paliva a vytvára ideálnejšie zmesi; vytvorenie katalyzátorov (alebo katalyzátorov), ktoré okrem iných opatrení premieňajú časť plynov vznikajúcich pri spaľovaní na netoxické plyny predtým, ako ich emitujú cez výfuk vozidla. Avšak nárast vozového parku a koncentrácia obyvateľstva v mestských centrách sú faktory, ktoré udržujú problém znečistenia automobilov v ovzduší - a to doslova.
Viete, ako funguje motor vášho automobilu?
Aby ste pochopili, ako sa vo vozidlách vytvárajú znečisťujúce plyny, je dôležité naučiť sa, ako motor funguje. Väčšina automobilov má takzvané štvortaktné motory: nasávanie, kompresiu, expanziu-výbuch a výboj. Video obsahuje veľmi vysvetľujúcu animáciu o prevádzke benzínových a naftových motorov.Stručne povedané, motor automobilu robí to, že kombinuje vzduch z atmosféry (s vysokou koncentráciou kyslíka) s palivom. Táto zmes generuje exotermickú chemickú reakciu (s uvoľňovaním tepla), ktorá spôsobuje expanziu plynov v spaľovacej komore a tlačí na piest, ktorý klesá a vytvára rotačný pohyb v motore - a tým premieňa teplo na prácu - a plyny vznikajúce pri spaľovaní sú eliminované otvorením výtlačného ventilu - to je znečistenie automobilov.
Spaľovanie
Aby mohlo dôjsť k horeniu, musia existovať tri prvky:- Palivo: hlavne uhľovodíky zložené z vodíka (H) a uhlíka (C) v spaľovacích motoroch;
- Kyslík: oxidujúci;
- Teplo: V spaľovacích motoroch sa teplo generuje iskrou (benzínový motor) alebo stláčaním nasávaného vzduchu (naftový motor).
- Spaľovanie palivových uhľovodíkov môže byť úplné alebo neúplné.
Dokončenie nastane, keď je dostatok kyslíka na spotrebovanie všetkého paliva. Pri zlúčeninách vyrobených z uhlíka a vodíka (uhľovodíky) sú produktmi úplného spaľovania: oxid uhličitý (CO2), voda (H2O) a energia. Úplné spaľovanie je ideálne, pretože má väčšie využitie paliva, ale vytvára sa v dôsledku reakcie s oxidom uhličitým, ktorý napriek tomu, že nie je toxickým plynom, uniká iba vo veľkých množstvách v uzavretom prostredí, čo ho dusí - je dobre známy skleníkový plyn.
Neúplné spaľovanie, keď nie je dostatok kyslíka na spotrebovanie všetkého paliva, vedie k znečisteniu vozidla. Môže obsahovať ako produkt oxid uhoľnatý (CO), elementárny uhlík (C) - sadze (tmavý dym tvorený malými pevnými časticami uhlia) - aldehydy a časticové materiály.
Je tiež prítomný v zložení palív, ale v menšom množstve obsahuje dusík a síru, ktoré pri procese spaľovania tvoria toxické zlúčeniny, ako je oxid siričitý (SO2), sírovodík (H2S) a oxidy dusíka (NOx). Tvorba oxidov dusíka je ťažko kontrolovateľná, pretože okrem toho, že je prítomný v palive, je prítomný aj vo vzduchu - vo forme plynného dusíka (N2) - ktorý môže pri vysokých teplotách v spaľovacej komore podliehať reakcii s kyslíkom.
Problém verejného zdravia a životné prostredie
Plyny, ktoré tvoria znečisťovanie automobilov, generované v spaľovacích motoroch, môžu spôsobiť niekoľko problémov pre ľudské zdravie a životné prostredie. Oxidy SO2 a NOx pôsobia na dýchaciu sústavu a spôsobujú kyslé dažde, CO znižuje prenosovú kapacitu kyslíka v krvi a časticové materiály spôsobujú dýchacie alergie a sú prenášačmi (prenášačmi) iných znečisťujúcich látok (ťažké kovy, organické karcinogénne zlúčeniny) ).
Ak v mestách dochádza k veľkým emisiám znečisťovania, stále existujú prírodné javy, ako napríklad tepelná inverzia, ktorá zhoršuje scenár znečistenia, pretože sťažuje rozptýlenie týchto plynov a udržuje obyvateľstvo dlhšie vystavené pôsobeniu týchto plynov.
V roku 2002 vydala Americká agentúra pre ochranu životného prostredia (EPA) správu, v ktorej varovala pred rizikami dlhodobého vystavenia výparom nafty. Podľa správy môže dlhodobé vdychovanie týchto častíc, oxidov síry a dusíka, spôsobiť rakovinu u ľudí. V roku 2013 Medzinárodná agentúra pre výskum rakoviny (Iarc) dospela k záveru, že emisie z naftových motorov v skutočnosti spôsobujú rakovinu pľúc a pravdepodobne aj rakovinu močového mechúra. V Londýne dokonca došlo k úmrtiu spôsobenému znečistením ovzdušia z automobilov.
Rozdiel medzi spaľovacími motormi
Benzínové a naftové motory
Fungovanie benzínových a naftových motorov je podobné, ako bolo vysvetlené vyššie. Hlavný rozdiel medzi týmito motormi je v tom, že v benzínovom motore vstupuje do spaľovacej komory zmes vzduchu a paliva a k zapaľovaniu (štart / štart spaľovania) tohto motora dochádza prostredníctvom iskry poskytovanej sviečkou. zapaľovanie. V naftovom motore sa spočiatku do spaľovacej komory privádza iba vzduch, ktorý je potom stlačený piestom a k zapáleniu dochádza pri vstrekovaní nafty do tohto vzduchu pri vysokom tlaku.
Benzín je vysoko výbušné palivo (ako je znázornené na videu), ktoré automobilu zaručuje vysoký výkon s rýchlou odozvou pri otáčaní. Naftový motor má pomalšie a nepretržitejšie spaľovanie paliva, čím „trvalejšie“ tlačí piest nadol a ponúka vyšší krútiaci moment (námaha pri otáčaní) s pomalšími otáčkami. Vďaka tomu je silnejšia a preto vhodnejšia na použitie v dopravných prostriedkoch s veľkým nákladom. Táto výhoda tiež dáva dieselovému motoru charakteristiku jeho odolnosti, pretože spôsobuje menší vplyv na kľuky (kľukový hriadeľ) motora.
V naftovom motore dochádza k vstrekovaniu paliva počas konvenčného procesu spontánneho spaľovania, kedy sa nafta vstrekuje do vzduchu, ktorý je silne stlačený. To má za následok náhle zvýšenie teploty, dosiahnutie úrovní, ktoré zaisťujú tvorbu NOx a prispievajú k procesu pyrolýzy (analýza alebo reakcia rozkladu, ku ktorej dochádza pôsobením vysokých teplôt), pri ktorej sa vytvára časticový materiál. Toto palivo je menej prchavé. Keď sa vstrekuje priamo do stlačeného vzduchu (kde začína spaľovanie), jeho zmes je menej homogénna ako benzín. Nedostatok prebytočného vzduchu v reakčnej zmesi spôsobuje neúplné spaľovanie, ktoré emituje sadze, oxid uhoľnatý (CO) a uhľovodíky (HC). Pre tieto faktory sú dieselové motory v porovnaní s benzínovými motormizvyčajne vypúšťajú do atmosféry sedemkrát viac znečisťujúcich látok z hľadiska emisií tuhých častíc. Benzín emituje vyššie percentá oxidu uhličitého (CO2).
Flex motor
Flexový motor je motor, ktorý poháňa viac ako jeden druh paliva. V Brazílii je najbežnejším vozidlom s flexibilným palivom vozidlo, ktoré používa benzín a etanol.
Motor týchto flex automobilov je jeden. Aby fungoval s benzínom aj s etanolom, obsahuje niektoré premenné, ktoré narúšajú jeho činnosť. Z týchto premenných môžeme spomenúť stechiometrický pomer motora (zmes vzduch / palivo), ktorý sa líši podľa palivovej charakteristiky, s väčšou alebo menšou výhrevnosťou, ktorá mení aj spotrebu paliva motorom. Vozidlo s flexibilným palivom má senzor, ktorý detekuje zmes paliva vloženého do nádrže a podľa tejto zmesi upravuje vstrekovanie.
