Ondanks technologische ontwikkelingen zijn verbrandingsmotoren van auto's nog steeds grotendeels verantwoordelijk voor vervuiling in steden
Afbeelding: Evgeny Tchebotarev op Unsplash
De eerste motoren verschenen in de 18e eeuw. Ze werden aangedreven door externe verbranding, met behulp van brandhout - de beroemde stoommachines. In de 19e eeuw verschenen de eerste verbrandingsmotoren, waarbij de brandstof in de motor zelf wordt verbrand. Verbrandingsmotoren hebben een voordeel ten opzichte van stoommachines vanwege hun veelzijdigheid, efficiëntie en de mogelijkheid om zich aan te passen aan verschillende soorten machines. Toch zijn ze grotendeels verantwoordelijk voor het veroorzaken van autovervuiling.
Verbrandingsmotoren begonnen te worden bestudeerd en verbeterd, en worden tegenwoordig op grote schaal gebruikt in transportmiddelen - vliegtuigen, auto's, paden en andere automobielen, schepen, enz. Met de groei van het gebruik ervan, was er bezorgdheid over problemen die inherent zijn aan motoren, zoals de uitstoot van gassen die luchtverontreiniging veroorzaken en gezondheidsproblemen veroorzaken bij de bevolking.
In de loop der jaren zijn verbrandingsmotoren verbeterd en steeds minder vervuild dan hun voorgangers. Deze verbeteringen zijn voornamelijk te danken aan maatregelen als: het vervangen van carburateurs, die het lucht / brandstofmengsel mechanisch in de motoren voedden, aan het elektronische injectiesysteem, dat minder brandstof verbruikt en meer ideale mengsels creëert; het creëren van katalysatoren (of katalysatoren), die onder meer een deel van de gassen die bij de verbranding vrijkomen, omzetten in niet-giftige gassen voordat ze via de uitlaat van het voertuig worden uitgestoten. De toename van het wagenpark en de concentratie van de bevolking in stedelijke centra zijn echter factoren die het probleem van autoverontreiniging letterlijk in de lucht houden.
Weet u hoe de motor van uw auto werkt?
Om te begrijpen hoe vervuilende gassen in voertuigen worden gevormd, is het belangrijk om te weten hoe de motor werkt. De meeste auto's hebben zogenaamde viertaktmotoren: inlaat, compressie, expansie-explosie en ontlading. De video heeft een zeer verklarende animatie over de werking van benzine- en dieselmotoren.Kortom, wat de motor van de auto doet, is lucht uit de atmosfeer (met een hoge concentratie zuurstof) combineren met brandstof. Dit mengsel genereert een exotherme chemische reactie (met warmteafgifte) die ervoor zorgt dat gassen in de verbrandingskamer uitzetten, op de zuiger drukken, die naar beneden gaat en een draaiende beweging in de motor genereert - waardoor warmte wordt omgezet in werk - en de gassen die het gevolg zijn van verbranding worden geëlimineerd door het openen van de afvoerklep - dit is de vervuiling van auto's.
Verbranding
Om verbranding te laten plaatsvinden, moeten er drie elementen zijn:- Brandstof: voornamelijk koolwaterstoffen bestaande uit waterstof (H) en koolstof (C) in verbrandingsmotoren;
- Zuurstof: oxiderend;
- Warmte: bij verbrandingsmotoren wordt warmte gegenereerd door de vonk (benzinemotor) of door de compressie van de binnenkomende lucht (dieselmotor).
- De verbranding van brandstofkoolwaterstoffen kan volledig of onvolledig zijn.
Het volledige proces vindt plaats als er voldoende zuurstof is om alle brandstof te verbruiken. Voor verbindingen gemaakt van koolstof en waterstof (koolwaterstoffen) zijn de producten van volledige verbranding: kooldioxide (CO2), water (H2O) en energie. Volledige verbranding is ideaal, omdat er meer brandstof wordt verbruikt, maar als gevolg van de reactie ontstaat koolstofdioxide, dat, ondanks dat het geen giftig gas is - alleen als het in grote hoeveelheden in een gesloten omgeving wordt gelekt, het verstikkend maakt - is een bekend broeikasgas.
Onvolledige verbranding, wanneer er niet genoeg zuurstof is om alle brandstof te verbruiken, veroorzaakt autovervuiling. Het kan als product koolmonoxide (CO), elementair koolstof (C) - roet (donkere rook, gevormd door kleine vaste deeltjes kool) - aldehyden en deeltjesvormige materialen hebben.
Het is ook aanwezig in de samenstelling van brandstoffen, maar in een kleinere hoeveelheid, stikstof en zwavel, die bij het verbrandingsproces giftige verbindingen vormen zoals zwaveldioxide (SO2), waterstofsulfide (H2S) en stikstofoxiden (NOx). De vorming van stikstofoxiden is een moeilijk te beheersen proces, omdat naast de brandstof ook stikstof in de lucht aanwezig is - in de vorm van gasvormige stikstof (N2) - die bij hoge temperaturen in de verbrandingskamer reactie kan ondergaan. met zuurstof.
Volksgezondheidsprobleem en milieu
De gassen die de vervuiling van auto's vormen, gegenereerd in verbrandingsmotoren, kunnen verschillende problemen veroorzaken voor de menselijke gezondheid en het milieu. SO2- en NOx-oxiden tasten het ademhalingssysteem aan en veroorzaken zure regen, CO vermindert het zuurstoftransporterend vermogen in het bloed en deeltjesvormige materialen veroorzaken ademhalingsallergieën en zijn vectoren (drager) van andere verontreinigende stoffen (zware metalen, organische kankerverwekkende stoffen) ).
Wanneer er een grote uitstoot van vervuiling in steden is, zijn er nog steeds natuurlijke verschijnselen, zoals thermische inversie, die het vervuilingsscenario verergeren, omdat het moeilijk wordt om deze gassen te verspreiden en de bevolking er voor een langere periode aan wordt blootgesteld.
In 2002 bracht het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) een rapport uit waarin het waarschuwde voor de risico's van langdurige blootstelling aan dieseloliedampen. Volgens het rapport kan langdurige inademing van deze deeltjesvormige materialen, zwavel en stikstofoxiden, kanker veroorzaken bij mensen. In 2013 concludeerde het International Agency for Research on Cancer (Iarc) dat emissies van dieselmotoren inderdaad longkanker veroorzaken, en waarschijnlijk ook blaaskanker. In Londen is er zelfs sprake van overlijden door luchtverontreiniging door auto's.
Verschil tussen verbrandingsmotoren
Benzine- en dieselmotoren
De werking van benzine- en dieselmotoren is vergelijkbaar, zoals eerder uitgelegd. Het belangrijkste verschil tussen deze motoren is dat in de benzinemotor een mengsel van lucht en brandstof de verbrandingskamer binnenkomt en dat de ontsteking (start / start van verbranding) van deze motor plaatsvindt door een vonk die wordt geleverd door de bougie. ontsteking. In de dieselmotor wordt aanvankelijk alleen lucht in de verbrandingskamer gebracht, die vervolgens wordt samengeperst door de zuiger en de ontsteking vindt plaats door de injectie van diesel onder hoge druk in deze lucht.
Benzine is een zeer explosieve brandstof (zoals te zien is in de video), die de auto een hoog vermogen garandeert met een snelle reactie in rotatie. De dieselmotor heeft een langzamere en meer continue brandstofverbranding, waardoor de zuiger op een duurzamere manier naar beneden wordt "gedrukt" en een groter koppel (rotatie-inspanning) wordt geboden, met lagere toerentallen. Hierdoor is hij sterker en daardoor geschikter voor gebruik in transportmiddelen met grote ladingen. Dit voordeel geeft de dieselmotor ook de eigenschap dat hij duurzamer is, omdat hij minder impact heeft op de krukassen (krukas) van de motor.
In de dieselmotor vindt brandstofinjectie plaats tijdens het conventionele zelfontbrandingsproces, waarbij de diesel wordt geïnjecteerd in lucht die sterk wordt samengeperst. Dit resulteert in een abrupte temperatuurstijging, waarbij niveaus worden bereikt die zorgen voor de vorming van NOx en bijdragen aan het pyrolyseproces (analyse of ontledingsreactie die optreedt door de werking van hoge temperaturen), waarbij deeltjesvormig materiaal wordt gegenereerd. Deze brandstof is minder vluchtig. Omdat het rechtstreeks in de perslucht wordt geïnjecteerd (waar de verbranding begint), wordt het mengsel minder homogeen dan benzine. Het gebrek aan overtollige lucht in het reactiemengsel veroorzaakt een onvolledige verbranding, waarbij roet, koolmonoxide (CO) en koolwaterstoffen (HC) vrijkomen. Om deze factoren, dieselmotoren, vergeleken met benzinemotoren,ze stoten gewoonlijk zeven keer meer verontreinigende stoffen uit in de atmosfeer in termen van uitstoot van fijnstof. Benzine stoot hogere percentages kooldioxide (CO2) uit.
Flex-motor
De flexmotor is de motor die op meer dan één type brandstof draait. In Brazilië is het meest voorkomende voertuig met flexibele brandstof het voertuig dat benzine en ethanol gebruikt.
De motor van deze flexauto's is er één. Om het te laten werken met zowel benzine als ethanol, heeft het enkele variabelen die de werking ervan verstoren. Onder deze variabelen kunnen we de stoichiometrische verhouding van de motor (lucht / brandstofmengsel) noemen, die varieert met de brandstofkarakteristiek, met meer of minder calorische waarde, die ook het brandstofverbruik van de motor varieert. Het voertuig met flexibele brandstof heeft een sensor die het brandstofmengsel in de tank detecteert en de injectie aanpast aan het mengsel.
