Válka proti ekologii. Část 3: Škodlivost výfukových plynů z benzínových a naftových motorů. — DRIVE2

Informace jsou poskytovány povrchně pouze pro obecnou informaci.

I. Spalování paliva ve spalovacím motoru.
1. Benzínový motor. Ideálního spalování je dosaženo při stechiometrickém poměru (14,7 dílů vzduchu na 1 díl paliva [hmotnostně]). V tomto případě je možné úplné spálení celé části paliva s malým množstvím škodlivých složek a vysokou účinností.
Grafy byly ukradeny z vyhledávacího dotazu Google:

2. Obsah výfukových plynů:
– Oxid uhličitý CO₂.
Ideální produkt spalování. Výsledek úplné oxidace uhlíku.
– Vodní pára H₂O₂.
Ideální produkt spalování. Výsledek oxidace vodíku.
– Dusík N2.
Je součástí vzduchu.
– Kyslík O₂.
Je součástí vzduchu.
– Oxid uhelnatý CO.
Vzniká kvůli nedostatku kyslíku, když je směs příliš bohatá (příliš mnoho paliva).
– Uhlovodíky CmHn.
Nespálené palivové výpary.
– Částice sazí C.
Vzniká při spalování velkých kapiček paliva, zejména při nedostatku kyslíku. Jsou to uhlíkové krystaly – kondenzační centra pro další těkavé látky: vodu, uhlovodíky atd., které mezi sebou tvoří složité toxické a případně karcinogenní sloučeniny.
– Oxidy dusíku NO₂ a další.
Vznikají při vysokých teplotách spalování směsi, kdy je směs příliš chudá (málo paliva, příliš mnoho kyslíku). Vysoká oxidační kapacita náplně směsi vede ke zvýšení rychlosti spalování. Uvolní se stejné množství energie, ale za kratší dobu, takže špičková teplota hořící směsi je vyšší.
– Minerály obsažené v palivu a oleji, jako je síra nebo olovo obsažené ve starých palivových aditivech, vápník, hořčík, bór, molybden a další složky motorových olejů. Koncentrace minerálů, kromě olova, je tak zanedbatelná, že je lze ignorovat. Tetraethylolovo přísady jsou nyní zakázány.

Procentuální obsah různých frakcí výfukových plynů vzhledem k celkovému objemu:

2. ŠKODLIVOST.
– oxid uhličitý (CO₂) — jeden z důvodů skleníkového efektu. Normální složka atmosféry, v malých koncentracích neškodná. Předpokládá se, že způsobuje skleníkový efekt, ale objemy CO₂ emitované silniční dopravou jsou zanedbatelné ve srovnání s emisemi z těžkého průmyslu. Rostliny a řasy se živí oxidem uhličitým.
— Oxid uhelnatý (CO).
V tělech lidí a zvířat s červenou krví jsou kyslík a oxid uhličitý přenášeny erytrocyty.
K transportu CO₂ a O₂ červené krvinky využívají protein hemoglobin. Reakce hemoglobinu s CO₂ a O₂ je reverzibilní – může se buď připojit, nebo je odevzdat, ale je prakticky nevratná, když hemoglobin zachytí CO. Člověk, který se například nadýchal kouře z ohně, tedy může trpět intoxikací CO a udušením způsobeným ucpáním červených krvinek. Vdechování CO z výfuku auta není o nic škodlivější než jeho vdechování při posezení u táboráku nebo grilování šašliku, pokud se ovšem nezamknete s motorem na 20 minut v garáži.
— Nespálené uhlovodíky – uhlovodíkové sloučeniny s kyslíkem nebo jednoduše výpary paliva. V závislosti na typu sloučeniny mají různé účinky, od podráždění sliznic až po narkotický účinek. Ve složení a množství, ve kterém jsou obsaženy ve výfukových plynech automobilů, jsou prakticky neškodné. Kvůli nim zapáchá výfuk, zvláště u poruchových aut s nedokonalým spalováním směsi.
– Částice sazí. – Vlastně prach z koksu. Částice sazí působí jako kondenzační centra pro vodní páru a další produkty spalování. Špatně je filtruje nosohltan a končí v plicích, jako každý jiný jemný prach. Plíce, průdušky a průdušnice jsou vybaveny mechanismem pro odstraňování prachu, bez kterého by člověk nežil ani den: sliznice dýchacích cest nepřetržitě vylučují sputum – proteinovou kompozici, která odplavuje prach. Sliznice jsou pokryty myriádami chloupků, které pulzují a zvedají hlen a jím zachycené částice směrem nahoru. Po dosažení nosohltanu vstupuje sputum do jícnu a je odstraněno. Vdechování sazí z výfuku auta je jen o málo škodlivější než posezení u táboráku nebo grilování šašliku. Ale proč se přibližovat k výfukovému potrubí a dýchat z něj? Silniční prach na okraji vozovky většinou nezpůsobují saze, ale produkty opotřebení pneumatik a destiček.
— Oxidy dusíku. Jsou jedovaté a způsobují plicní edém, ale pro tělo nemají nevratné následky. Jakmile se dostatečně nadechnete, můžete popadnout dech. Na rozdíl od emisí z podniků hutního průmyslu se ve výfukových plynech automobilů vyskytují v zanedbatelném množství. Rozsah oxidů dusíku emitovaných továrnami je vidět na obrázku níže:

3. SMĚS.
Ideální výfuk obsahuje pouze vodu a oxid uhličitý. To je to, co se stane, když se spálí homogenní stechiometrická směs přibližně 14,7 dílů kyslíku (vzduchu) na 1 díl hmotnosti benzínu.
ECU spalovacího motoru může tvořit stechiometrickou směs pouze v určitém rozsahu otáček při rovnoměrném pohybu bez zrychlení, ale to se nehledá kvůli ekologii, ale kvůli efektivitě – stechiometrické spalování je nejúčinnější.

V reálném provozu je směs ve spalovacím prostoru benzinového motoru vždy buď bohatá (hodně paliva vzhledem ke vzduchu), nebo chudá. Mnohem častěji je bohatý.
Bohatá směs hoří pomalu, s nízkou teplotou spalování a vysokým obsahem CO, nespálených uhlovodíků a sazí. Málo kyslíku – špatná oxidace.

Chudá směs má vysokou rychlost a teplotu spalování. Vše, co může hořet, včetně relativně inertního dusíku, který se oxiduje.
Kromě toho, pokud směs není příliš homogenní a je tvořena příliš velkými kapkami nebo je použito „těžké“ palivo, bude spalování doprovázeno zvýšenou tvorbou sazí a emisemi nespálených uhlovodíků do potrubí.

Dieselový motor vždy běží na velmi chudé směsi (se zvýšenou tvorbou oxidů dusíku) a tvorba sazí je způsobena používáním těžkých druhů paliva (molekuly naftového paliva se skládají z desítek atomů uhlíku oproti jednotkám v benzínu) a extrémně omezeným časem pro smíchání paliva a vzduchu, protože dieselový motor má pouze jeden zdvih pracovního zdvihu pístu pro tvorbu směsi, oproti třem zdvihům – sání, komprese a pracovní směs je ICE.

Vzhledem k vyššímu stupni expanze plynu a provozu na ultrachudé směsi ve všech režimech jsou však vznětové spalovací motory ekonomičtější, a tedy i ekologické.