Въпреки технологичното развитие, двигателите с вътрешно горене все още са до голяма степен отговорни за замърсяването в градовете
Изображение: Евгений Чеботарев в Unsplash
Първите двигатели се появяват през 18 век. Те се захранват от външно горене, използвайки дърва за огрев - известните парни машини. През 19 век се появяват първите двигатели с вътрешно горене, при които горивото се изгаря вътре в самия двигател. Двигателите с вътрешно горене имат предимство пред парните, поради тяхната гъвкавост, ефективност и възможност за адаптиране към различни видове машини. И все пак те до голяма степен са отговорни за замърсяването на автомобилите.
Двигателите с вътрешно горене започнаха да се изучават и усъвършенстват, като днес се използват широко в транспортни средства - самолети, автомобили, пътеки и други автомобилни превозни средства, кораби и др. С нарастването на използването му възникна загриженост за проблеми, присъщи на двигателите, като емисиите на газове, които генерират замърсяване на въздуха и причиняват здравословни проблеми на населението.
През годините двигателите с вътрешно горене се подобряват, замърсявайки все по-малко от своите предшественици. Тези подобрения се дължат главно на мерки като: подмяна на карбураторите, които механично подават сместа въздух / гориво в двигателите, на електронната система за впръскване, която използва по-малко гориво и създава по-идеални смеси; създаването на каталитични преобразуватели (или катализатори), които превръщат част от газовете, генерирани при изгаряне, в нетоксични газове, преди да ги отделят през отработените газове на превозното средство, наред с други мерки. Увеличаването на автомобилния парк и концентрацията на населението в градските центрове обаче са фактори, които поддържат проблема с замърсяването на автомобила във въздуха - буквално.
Знаете ли как работи двигателят на вашия автомобил?
За да разберете как замърсяващите газове се образуват в превозните средства е важно да научите как работи двигателят. Повечето автомобили имат така наречените четиритактови двигатели: всмукване, компресия, разширение-експлозия и изпускане. Видеото има много обяснителна анимация за работата на бензиновите и дизеловите двигатели.Накратко, това, което двигателят на автомобила прави, е да комбинира въздуха от атмосферата (с висока концентрация на кислород) с гориво. Тази смес генерира екзотермична химическа реакция (с отделяне на топлина), която причинява разширяване на газовете в горивната камера, натискайки буталото, което се спуска, генерирайки въртеливо движение в двигателя - като по този начин трансформира топлината в работа - и газовете, произтичащи от горенето, са елиминиран чрез отваряне на изпускателния клапан - това е замърсяването на автомобилите.
Изгаряне
За да се получи горене, трябва да има три елемента:- Гориво: главно въглеводороди, съставени от водород (H) и въглерод (C) в двигателите с вътрешно горене;
- Кислород: окисляващ;
- Топлина: в двигателите с вътрешно горене топлината се генерира от искрата (бензинов двигател) или от компресията на допуснатия въздух (дизелов двигател).
- Изгарянето на горивни въглеводороди може да бъде пълно или непълно.
Пълното се случва, когато има достатъчно кислород, който да консумира цялото гориво. За съединенията, направени от въглерод и водород (въглеводороди), продуктите на пълно изгаряне са: въглероден диоксид (CO2), вода (H2O) и енергия. Пълното изгаряне е идеално, тъй като използва по-добре горивото, но генерира в резултат на реакцията въглероден диоксид, който, въпреки че не е токсичен газ - само ако изтича в големи количества в затворена среда, което го прави задушаващ - е добре познат парников газ.
Непълно изгаряне, когато няма достатъчно кислород, за да се консумира цялото гориво, генерира замърсяване на автомобила. Като продукт може да има въглероден окис (CO), елементарен въглерод (C) - сажди (тъмен дим, образуван от малки твърди частици въглища) - алдехиди и частици.
Той също присъства в състава на горивата, но в по-малко количество, азотът и сярата, които, когато преминават през горивния процес, образуват токсични съединения като серен диоксид (SO2), сероводород (H2S) и азотни оксиди (NOx). Образуването на азотни оксиди е труден за контролиране процес, тъй като освен че присъства в горивото, азотът присъства и във въздуха - под формата на газообразен азот (N2) - който при високи температури в горивната камера може да претърпи реакция с кислород.
Проблем на общественото здраве и околната среда
Газовете, които образуват замърсяването на автомобилите, генерирани в двигателите с вътрешно горене, могат да причинят няколко проблема за човешкото здраве и околната среда. SO2 и NOx оксидите засягат дихателната система и предизвикват киселинни дъждове, CO намалява кислородния капацитет в кръвта, а частиците причиняват дихателни алергии и са вектори (пренос) на други замърсители (тежки метали, органични канцерогенни съединения) ).
Когато има големи емисии на замърсяване в градовете, все още има природни явления, като термична инверсия, което влошава сценария на замърсяване, тъй като затруднява диспергирането на тези газове и поддържа населението изложено на тях за по-дълъг период.
През 2002 г. Агенцията за опазване на околната среда на САЩ (EPA) публикува доклад, в който предупреждава за рисковете от продължително излагане на пари от дизелово масло. Според доклада продължителното вдишване на тези частици, сяра и азотни оксиди, може да причини рак при хората. През 2013 г. Международната агенция за изследване на рака (Iarc) стигна до заключението, че всъщност емисиите от дизелови двигатели причиняват рак на белия дроб, а вероятно и рак на пикочния мехур. В Лондон дори има случаи на смърт, причинена от замърсяване на въздуха от автомобили.
Разлика между двигателите с вътрешно горене
Бензинови и дизелови двигатели
Работата на бензиновите и дизеловите двигатели е подобна, както беше обяснено по-рано. Основната разлика между тези двигатели е, че в бензиновия двигател това, което влиза в горивната камера е смес от въздух и гориво, а запалването (стартиране / стартиране на горенето) на този двигател възниква от искра, осигурена от запалителната свещ. запалване. В дизеловия двигател първоначално в горивната камера се вкарва само въздух, който след това се компресира от буталото и запалването става от впръскването на дизел в този въздух при високо налягане.
Бензинът е силно експлозивно гориво (както е показано на видеото), което гарантира на автомобила висока мощност с бърза реакция при въртене. Дизеловият двигател има по-бавно и продължително изгаряне на горивото, "избутва" буталото надолу по-трайно и предлага по-голям въртящ момент (усилие на въртене), с по-бавни обороти. Това го прави по-здрав и следователно по-подходящ за използване в транспортни средства с големи товари. Това предимство също така дава характеристиката на дизеловия двигател да бъде по-издръжлив, тъй като причинява по-малко въздействие върху коляновия вал на двигателя.
В дизеловия двигател впръскването на гориво става по време на конвенционалния процес на самозапалване, при което дизелът се впръсква във въздух, който е силно компресиран. Това води до рязко повишаване на температурата, достигайки нива, които осигуряват образуването на NOx и допринасят за процеса на пиролиза (анализ или реакция на разлагане, което се получава при действието на високи температури), където се генерират частици. Това гориво е по-малко летливо. Тъй като се инжектира директно в сгъстен въздух (където започва горенето), сместа му в крайна сметка е по-малко хомогенна от тази, която се среща в бензина. Липсата на излишен въздух в сместа, която реагира, причинява непълно изгаряне, отделяйки сажди, въглероден окис (CO) и въглеводороди (HC). За тези фактори дизеловите двигатели, в сравнение с бензиновите двигатели,те обикновено отделят седем пъти повече замърсители в атмосферата по отношение на емисиите на твърди частици. Бензинът отделя по-високи проценти въглероден диоксид (CO2).
Flex двигател
Флекс двигателят е двигателят, който работи с повече от един вид гориво. В Бразилия най-често срещаното превозно средство с гъвкаво гориво е това, което използва бензин и етанол.
Двигателят на тези гъвкави автомобили е един. За да работи както с бензин, така и с етанол, има някои променливи, които пречат на работата му. Сред тези променливи можем да споменем стехиометричното съотношение на двигателя (смес въздух / гориво), което варира в зависимост от характеристиките на горивото, с по-голяма или по-малка калоричност, което също променя разхода на гориво от двигателя. Гъвкавото превозно средство с гориво има сензор, който открива сместа от горивото, вкарано в резервоара, и регулира впръскването според сместа.
