Trots den tekniska utvecklingen är bilförbränningsmotorer fortfarande i hög grad ansvariga för föroreningar i städer
Bild: Evgeny Tchebotarev på Unsplash
De första motorerna dök upp på 1700-talet. De drivs av extern förbränning, med användning av ved - de berömda ångmotorerna. Under 1800-talet uppstod de första förbränningsmotorerna där bränslet bränns inuti själva motorn. Förbränningsmotorer har en fördel jämfört med ångmotorer på grund av deras mångsidighet, effektivitet och möjligheten att anpassa sig till olika typer av maskiner. Ändå är de till stor del ansvariga för att producera bilföroreningar.
Förbränningsmotorer började studeras och förbättras och används idag i stor skala i transportmedel - flygplan, bilar, stigar och andra fordonsfordon, fartyg etc. Med ökningen av dess användning fanns det en oro över problem som är inneboende för motorer, såsom utsläpp av gaser som genererar luftföroreningar och orsakar hälsoproblem i befolkningen.
Under åren har förbränningsmotorer förbättrats och förorenat mindre och mindre än sina föregångare. Dessa förbättringar beror främst på åtgärder som: byte av förgasare, som mekaniskt matade luft / bränsleblandningen in i motorerna, till det elektroniska insprutningssystemet, som använder mindre bränsle och skapar mer idealiska blandningar; skapandet av katalysatorer (eller katalysatorer), som omvandlar en del av de gaser som genereras vid förbränning till giftfria gaser innan de släpps ut genom fordonets avgas, bland andra åtgärder. Ökningen av fordonsflottan och koncentrationen av befolkningen i tätorter är dock faktorer som håller problemet med bilföroreningar i luften - bokstavligen.
Vet du hur din bilmotor fungerar?
För att förstå hur förorenande gaser bildas i fordon är det viktigt att lära sig hur motorn fungerar. De flesta bilar har så kallade fyrtaktsmotorer: intag, kompression, expansionsexplosion och urladdning. Videon har en mycket förklarande animation om driften av bensin- och dieselmotorer.Kort sagt, vad bilens motor gör är att kombinera luft från atmosfären (med hög syrekoncentration) med bränsle. Denna blandning genererar en exoterm kemisk reaktion (med värmeutsläpp) som orsakar expansion av gaser i förbränningskammaren, trycka på kolven, som sjunker ner och generera en roterande rörelse i motorn - vilket omvandlar värme till arbete - och de gaser som orsakas av förbränningen elimineras genom att öppna utloppsventilen - detta är föroreningar av bilar.
Förbränning
För att förbränning ska kunna ske måste det finnas tre element:- Bränsle: huvudsakligen kolväten bestående av väte (H) och kol (C) i förbränningsmotorer;
- Syre: oxiderande;
- Värme: i förbränningsmotorer genereras värme av gnistan (bensinmotorn) eller genom komprimering av tillåten luft (dieselmotor).
- Förbränningen av kolväten kan vara fullständig eller ofullständig.
Helheten inträffar när det finns tillräckligt med syre för att konsumera allt bränsle. För föreningar gjorda av kol och väte (kolväten) är produkterna med fullständig förbränning: koldioxid (CO2), vatten (H2O) och energi. Fullständig förbränning är idealisk eftersom den använder större bränsle, men den genererar som ett resultat av reaktionen koldioxid, som trots att den inte är en giftig gas - bara om den läcks ut i stora mängder i slutna miljöer, vilket gör den kvävande - är en välkänd växthusgas.
Ofullständig förbränning, när det inte finns tillräckligt med syre för att konsumera allt bränsle, genererar bilföroreningar. Det kan ha som kol koloxid (CO), elementärt kol (C) - sot (mörk rök, bildad av små fasta kolpartiklar) - aldehyder och partikelformiga material.
Det finns också i sammansättningen av bränslen, men i en mindre mängd, kväve och svavel, som när de genomgår förbränningsprocessen bildar giftiga föreningar såsom svaveldioxid (SO2), vätesulfid (H2S) och kväveoxider (NOx). Bildningen av kväveoxider är en svår process att kontrollera, eftersom, förutom att det finns i bränslet, även kväve finns i luften - i form av gasformigt kväve (N2) - som vid höga temperaturer i förbränningskammaren kan genomgå reaktion med syre.
Folkhälsoproblem och miljö
De gaser som bildar föroreningar av bilar som genereras i förbränningsmotorer kan orsaka flera problem för människors hälsa och miljön. SO2- och NOx-oxider påverkar andningsorganen och orsakar surt regn, CO minskar syreförmågan i blodet och partikelmaterial orsakar andningsallergier och är vektorer (bär) av andra föroreningar (tungmetaller, organiska cancerframkallande föreningar) ).
När det finns stora utsläpp av föroreningar i städer finns det fortfarande naturfenomen, såsom termisk inversion, vilket förvärrar föroreningsscenariot, eftersom det gör det svårt att sprida dessa gaser och håller befolkningen utsatt för dem under en längre period.
År 2002 släppte USA: s miljöskyddsbyrå (EPA) en rapport där man varnade för riskerna med långvarig exponering för dieseloljångor. Enligt rapporten kan långvarig inandning av dessa partiklar, svavel och kväveoxider, orsaka cancer hos människor. År 2013 drog International Agency for Research on Cancer (Iarc) slutsatsen att i själva verket utsläpp från dieselmotorer orsakar lungcancer och förmodligen också urinblåsecancer. I London har det till och med skett ett dödsfall orsakat av luftföroreningar från bilar.
Skillnad mellan förbränningsmotorer
Bensin- och dieselmotorer
Driften av bensin- och dieselmotorer är liknande, vilket förklarades tidigare. Huvudskillnaden mellan dessa motorer är att det i bensinmotorn som kommer in i förbränningskammaren är en blandning av luft och bränsle, och tändningen (start / start av förbränning) av denna motor sker från en gnista som tillhandahålls av tändstiftet. tändning. I dieselmotorn införs initialt bara luft i förbränningskammaren, som sedan komprimeras av kolven och antändningen sker från injektionen av diesel i denna luft vid högt tryck.
Bensin är ett mycket explosivt bränsle (som visas i videon), vilket garanterar bilen en hög effekt med snabbt svar i rotation. Dieselmotorn har en långsammare och mer kontinuerlig bränsleförbränning, "trycker" ner kolven på ett mer hållbart sätt och erbjuder större vridmoment (rotationsansträngning), med långsammare varvtal. Detta gör den starkare och därför mer lämplig för användning i transportmedel med stora laster. Denna fördel ger också dieselmotorn den karaktäristiken att den är mer hållbar, eftersom den orsakar mindre påverkan på vevarna (vevaxeln) på motorn.
I dieselmotorn sker bränsleinsprutning under den konventionella spontana förbränningsprocessen, där diesel injiceras i luft som är starkt komprimerad. Detta resulterar i en plötslig ökning av temperaturen och når nivåer som ger bildandet av NOx och bidrar till pyrolysprocessen (analys eller sönderdelningsreaktion som uppstår genom inverkan av höga temperaturer), där partikelformigt material genereras. Detta bränsle är mindre flyktigt. Eftersom den injiceras direkt i tryckluften (där förbränningen börjar) blir blandningen mindre homogen än bensin. Bristen på överflödig luft i blandningen som reagerar orsakar ofullständig förbränning, avger sot, kolmonoxid (CO) och kolväten (HC). För dessa faktorer, dieselmotorer, jämfört med bensinmotorer,de släpper vanligtvis ut sju gånger mer föroreningar i atmosfären när det gäller partiklar. Bensin avger högre procentsatser koldioxid (CO2).
Flex-motor
Flexmotorn är motorn som fungerar med mer än en typ av bränsle. I Brasilien är det vanligaste flexibla bränslefordonet det som använder bensin och etanol.
Motorn i dessa flexbilar är en. För att få det att fungera med både bensin och etanol har det några variabler som stör dess funktion. Bland dessa variabler kan vi nämna det stökiometriska förhållandet mellan motorn (luft / bränsleblandning), som varierar med bränslekarakteristiken, med större eller lägre värmevärde, vilket också varierar bränsleförbrukningen för motorn. Det flexibla bränslefordonet har en sensor som detekterar blandningen av det bränsle som sätts in i tanken och justerar injektionen enligt blandningen.
