למרות ההתפתחויות הטכנולוגיות, מנועי בעירת מכוניות עדיין אחראים במידה רבה לזיהום בערים
תמונה: יבגני צ'צ'בוטרב ב- Unsplash
המנועים הראשונים הופיעו במאה ה -18. הם מונעו בעירה חיצונית, תוך שימוש בעצי הסקה - מנועי הקיטור המפורסמים. במאה ה -19 הופיעו מנועי הבעירה הפנימית הראשונים, בהם נשרף הדלק בתוך המנוע עצמו. למנועי הבעירה הפנימית יתרון על פני מנועי הקיטור בזכות הרבגוניות שלהם, היעילות והאפשרות להסתגל לסוגים שונים של מכונות. ובכל זאת, הם אחראים במידה רבה לייצור זיהום מכוניות.
מנועי בעירה פנימית החלו ללמוד ולשפר אותם, והשתמשו בהם היום בהיקפים גדולים באמצעי תחבורה - מטוסים, מכוניות, שבילים ורכבי רכב אחרים, ספינות וכו '. עם גידול השימוש בו, היה חשש לבעיות הטמונות במנועים, כמו פליטת גזים המייצרים זיהום אוויר וגורמים לבעיות בריאות באוכלוסייה.
עם השנים השתפרו מנועי הבעירה הפנימית וזיהמו פחות ופחות מקודמיהם. שיפורים אלה נובעים בעיקר מאמצעים כמו: החלפת קרבורטורים, שהזינו מכנית את תערובת האוויר / דלק למנועים, למערכת ההזרקה האלקטרונית, שמשתמשת פחות בדלק ויוצרת תערובות אידיאליות יותר; יצירת ממירים זרזים (או זרזים), הממירים חלק מהגזים הנוצרים בעירה לגזים לא רעילים לפני שהם פולטים אותם דרך פליטה של הרכב, בין היתר. עם זאת, הגידול בצי הרכב וריכוז האוכלוסייה במרכזים עירוניים הם גורמים ששומרים על בעיית זיהום הרכב באוויר - תרתי משמע.
האם אתה יודע איך עובד מנוע הרכב שלך?
כדי להבין כיצד נוצרים גזים מזהמים בכלי רכב חשוב ללמוד כיצד פועל המנוע. ברוב המכוניות יש מנועי ארבע פעימות כביכול: הכנסה, דחיסה, התפשטות התפוצצות ופריקה. הסרטון מציג אנימציה מאוד מסבירה על הפעלת מנועי בנזין ודיזל.בקיצור, מה שמנוע הרכב עושה הוא לשלב אוויר מהאטמוספירה (עם ריכוז גבוה של חמצן) עם דלק. תערובת זו מייצרת תגובה כימית אקסותרמית (עם שחרור חום) הגורמת להתרחבות הגזים בתא הבעירה, לחיצה על הבוכנה, היורדת ויוצרת תנועה סיבובית במנוע - וכך הופכת את החום לעבודה - והגזים הנובעים מהבעירה הם מסולק על ידי פתיחת שסתום הפריקה - זהו זיהום המכוניות.
שְׂרֵפָה
כדי שהבערה תתרחש, חייבים להיות שלושה אלמנטים:- דלק: בעיקר פחמימנים המורכבים ממימן (H) ופחמן (C) במנועי בעירה פנימית;
- חמצן: מחמצן;
- חום: במנועי בעירה פנימית נוצר חום על ידי הניצוץ (מנוע בנזין) או על ידי דחיסת האוויר המוכנס (מנוע דיזל).
- הבעירה של פחמימנים בדלק יכולה להיות שלמה או לא שלמה.
השלם מתרחש כאשר יש מספיק חמצן לצרוך את כל הדלק. עבור תרכובות העשויות מפחמן ומימן (פחמימנים), תוצרי הבעירה המלאה הם: פחמן דו חמצני (CO2), מים (H2O) ואנרגיה. בעירה מוחלטת היא אידיאלית, מכיוון שהיא עושה שימוש טוב יותר בדלק, אך היא מייצרת כתוצאה מהתגובה פחמן דו חמצני, שלמרות שאינו גז רעיל - רק אם הוא דולף בכמויות גדולות בסביבות סגורות, מה שגורם לו להיחנק - הוא גז חממה ידוע.
בעירה לא שלמה, כאשר אין מספיק חמצן לצרוך את כל הדלקים, יוצרת זיהום מכוניות. זה יכול להיות כמוצר פחמן חד חמצני (CO), פחמן אלמנטרי (C) - פיח (עשן כהה, שנוצר על ידי חלקיקים מוצקים של פחם) - אלדהידים וחומרים חלקיקים.
הוא קיים גם בהרכב הדלקים, אך בכמות פחותה יותר, חנקן וגופרית, שכאשר הם עוברים את תהליך הבעירה יוצרים תרכובות רעילות כגון דו תחמוצת הגופרית (SO2), מימן גופרתי (H2S) ותחמוצות חנקן (NOx). היווצרות תחמוצות חנקן היא תהליך קשה לשליטה, שכן בנוסף להיותו בדלק, חנקן קיים גם באוויר - בצורת חנקן גזי (N2) - שבטמפרטורות גבוהות בתא הבעירה יכול לעבור תגובה עם חמצן.
בעיית בריאות הציבור והסביבה
הגזים היוצרים זיהום מכוניות, הנוצרים במנועי בעירה פנימית, עלולים לגרום למספר בעיות לבריאות האדם ולסביבה. תחמוצות SO2 ו- NOx משפיעות על מערכת הנשימה וגורמות לגשם חומצי, CO מפחית את יכולת נשיאת החמצן בדם וחומרים חלקיקים גורמים לאלרגיות בדרכי הנשימה והם וקטורים (נושאים) של מזהמים אחרים (מתכות כבדות, תרכובות אורגניות מסרטנות) ).
כשיש פליטה גדולה של זיהום בערים, עדיין ישנן תופעות טבע, כמו היפוך תרמי, המחמיר את תרחיש הזיהום, מכיוון שהוא מקשה על פיזור הגזים הללו ושומר על האוכלוסייה חשופה אליהם לתקופה ארוכה יותר.
בשנת 2002 פרסמה הסוכנות להגנת הסביבה של ארצות הברית (EPA) דו"ח ובו התריעה מפני הסיכונים בחשיפה ממושכת לאדי סולר. על פי הדו"ח, שאיפה ארוכת טווח של חומרים חלקיקים אלה, תחמוצות הגופרית והחנקן, עלולה לגרום לסרטן בבני אדם. בשנת 2013, הסוכנות הבינלאומית לחקר הסרטן (Iarc) הגיעה למסקנה שלמעשה פליטות ממנועי דיזל גורמות לסרטן ריאות, וכנראה גם לסרטן שלפוחית השתן. בלונדון היה אפילו מקרה מוות שנגרם על ידי זיהום אוויר ממכוניות.
ההבדל בין מנועי בעירה פנימית
מנועי בנזין ודיזל
פעולת מנועי הבנזין והדיזל דומה, כפי שהוסבר קודם. ההבדל העיקרי בין מנועים אלה הוא בכך שבמנוע הבנזין, מה שנכנס לתא הבעירה הוא תערובת של אוויר ודלק, וההצתה (התחלה / התחלה של בעירה) של מנוע זה מתרחשת מניצוץ המסופק על ידי המצת. הַצָתָה. במנוע הדיזל, בתחילה, מוחדר רק אוויר לתא הבעירה, שנדחס אחר כך על ידי הבוכנה וההצתה מתרחשת מהזרקת סולר לאוויר זה בלחץ גבוה.
בנזין הוא דלק נפיץ ביותר (כפי שמוצג בסרטון), מה שמבטיח למכונית הספק גבוה עם תגובה מהירה בסיבוב. למנוע הדיזל צריבת דלק איטית ורציפה יותר, "דוחף" את הבוכנה מטה בצורה מתמשכת יותר ומציע מומנט גדול יותר (מאמץ סיבוב), עם סיבובים איטיים יותר. זה הופך אותו לחזק יותר ולכן מתאים יותר לשימוש באמצעי תחבורה עם עומסים גדולים. יתרון זה מקנה למנוע הדיזל גם את המאפיין להיות עמיד יותר, מכיוון שהוא גורם לפגיעה פחות בארכובה (גל הארכובה) של המנוע.
במנוע הדיזל, הזרקת דלק מתרחשת בתהליך הבעירה הספונטנית המקובלת, שם מוזרק הסולר לאוויר דחוס חזק. זה גורם לעלייה פתאומית בטמפרטורה, להגיע לרמות המספקות היווצרות NOx ותורמות לתהליך הפירוליזה (ניתוח או תגובת פירוק המתרחשת על ידי פעולת טמפרטורות גבוהות), שם נוצר חומר חלקיקי. דלק זה פחות נדיף. כשהוא מוזרק ישירות לאוויר הדחוס (שם מתחילה הבעירה), התערובת שלו בסופו של דבר פחות הומוגנית מבנזין. היעדר עודף אוויר בתערובת התגובה גורם לבעירה לא שלמה, פולטת פיח, חד תחמוצת הפחמן (CO) ופחמימנים (HC). לגבי גורמים אלה, מנועי דיזל, בהשוואה למנועי בנזין,הם בדרך כלל פולטים פי שבע יותר מזהמים לאטמוספירה מבחינת פליטת חומר חלקיקי. בנזין פולט אחוזים גבוהים יותר של פחמן דו חמצני (CO2).
מנוע להגמיש
מנוע ה- flex הוא המנוע שעובד ביותר מסוג דלק אחד. בברזיל, רכב הדלק הגמיש הנפוץ ביותר הוא זה שמשתמש בבנזין ואתנול.
המנוע של מכוניות ה- Flex האלה הוא אחד. כדי לגרום לו לעבוד גם עם בנזין וגם עם אתנול, יש לו כמה משתנים שמפריעים לתפקוד שלו. בין המשתנים הללו ניתן להזכיר את היחס הסטויוכיומטרי של המנוע (תערובת אוויר / דלק), המשתנה עם מאפיין הדלק, עם ערך קלורי גדול יותר או פחות, המשתנה גם את צריכת הדלק על ידי המנוע. ברכב הדלק הגמיש יש חיישן שמזהה את תערובת הדלק המוחדר למיכל ומתאים את ההזרקה בהתאם לתערובת.
