자동차 오염: 위험 이해
기술 발전에도 불구하고 자동차 연소 엔진은 여전히 도시의 오염에 큰 책임이 있습니다.
이미지: Unsplash의 Evgeny Chebotarev
최초의 엔진은 18세기에 등장했습니다. 그들은 유명한 증기 기관인 장작을 사용하여 외부 연소에 의해 구동되었습니다. 19세기에는 연료가 엔진 자체 내부에서 연소되는 최초의 내연 기관이 등장했습니다. 내연 기관은 다목적성, 효율성 및 다양한 유형의 기계에 적용할 수 있는 가능성으로 인해 증기 기관보다 이점이 있습니다. 그럼에도 불구하고 그들은 자동차에서 발생하는 오염 물질에 대한 대부분의 책임이 있습니다.
내연 기관은 오늘날 비행기, 자동차, 도로 및 기타 자동차 차량, 선박 등의 운송 수단에서 대규모로 사용되어 연구 및 개선되기 시작했습니다. 그 사용이 증가함에 따라 대기 오염을 발생시키고 인구의 건강 문제를 일으키는 가스 배출과 같은 엔진 고유의 문제에 대한 우려가있었습니다.
수년에 걸쳐 내연 기관은 개선되어 이전 모델보다 오염 물질을 점점 더 적게 배출합니다. 이러한 개선은 주로 다음과 같은 조치로 인한 것입니다. 엔진에서 공기/연료 혼합물을 기계적으로 공급하는 데 사용되는 기화기를 더 적은 연료를 사용하고 보다 이상적인 혼합물을 생성하는 전자 분사 시스템으로 교체합니다. 연소 중에 생성된 가스의 일부를 차량 배기 가스를 통해 배출하기 전에 무독성 가스로 변환하는 촉매 변환기(또는 촉매)의 생성. 그러나 차량 함대의 증가와 도심의 인구 집중은 말 그대로 대기 중 자동차 오염 문제를 유지하는 요인입니다.
자동차 엔진이 어떻게 작동하는지 아십니까?
자동차에서 오염 가스가 어떻게 형성되는지 이해하려면 엔진이 어떻게 작동하는지 배우는 것이 중요합니다. 대부분의 자동차에는 흡기, 압축, 팽창-폭발, 배기의 4행정 엔진이 있습니다. 비디오에는 가솔린 및 디젤 엔진의 작동에 대한 매우 설명적인 애니메이션이 있습니다.요컨대, 자동차 엔진이 하는 일은 대기 공기(산소 농도가 높음)와 연료를 결합하는 것입니다. 이 혼합물은 발열성 화학 반응(열 방출과 함께)을 발생시켜 연소실에서 가스를 팽창시키고 피스톤을 누르고 엔진에서 회전 운동을 생성하여 하강하는 피스톤을 눌러 열을 일로 변환하고 연소로 인한 가스 배출 밸브를 열어 제거합니다. 바로 자동차 오염입니다.
연소
연소가 발생하려면 세 가지 요소가 있어야 합니다.- 연료: 내연 기관에서 주로 수소(H)와 탄소(C)로 구성된 탄화수소.
- 산소: 산화제;
- 열: 내연 기관에서 열은 스파크(가솔린 엔진) 또는 흡기 압축(디젤 엔진)에 의해 생성됩니다.
- 연료에서 탄화수소의 연소는 완전하거나 불완전할 수 있습니다.
완전성은 모든 연료를 소비하기에 충분한 산소가 있을 때 발생합니다. 탄소와 수소(탄화수소)로 만들어진 화합물의 경우 완전 연소 생성물은 이산화탄소(CO2), 물(H2O) 및 에너지입니다. 완전 연소는 연료를 더 잘 사용하기 때문에 이상적이지만 독성 가스가 아님에도 불구하고 실내에서 대량으로 누출되어 질식하게 만드는 반응의 결과로 이산화탄소를 발생시키는 온실로 알려져 있습니다. 가스.
불완전 연소는 연료를 모두 소비할 만큼 산소가 충분하지 않을 때 자동차에 공해를 발생시킵니다. 그것은 생성물로 일산화탄소(CO), 원소 탄소(C) - 그을음(석탄의 작은 고체 입자로 형성된 검은 연기) - 알데히드 및 입자 물질을 가질 수 있습니다.
질소와 황도 연료 구성에 존재하지만 연소 과정에서 이산화황(SO2), 황화수소(H2S) 및 질소 산화물(NOx)과 같은 독성 화합물을 형성하는 소량입니다. 질소 산화물의 형성은 제어하기 어려운 과정입니다. 그 이유는 질소가 연료에 존재할 뿐만 아니라 공기 중에도 기체 질소(N2) 형태로 존재하기 때문입니다. 이는 연소실의 고온에서 산소와 반응을 한다.
공중 보건 및 환경 문제
내연기관에서 발생하는 자동차의 오염 물질을 구성하는 가스는 인간의 건강과 환경에 여러 가지 문제를 일으킬 수 있습니다. 산화물 SO2와 NOx는 호흡기계에 영향을 주어 산성비를 유발하고, CO는 혈액의 산소운반능력을 감소시키며, 미립자 물질은 호흡기 알레르기를 유발하며, 다른 오염물질(중금속, 발암성 유기화합물)의 매개체(운반)이다.
도시에서 많은 오염 배출이 있을 때 열 역전과 같은 자연 현상이 여전히 존재하는데, 이는 이러한 가스의 분산을 더 어렵게 만들고 인구를 장기간 노출시키기 때문에 오염 시나리오를 악화시킵니다.
2002년에 미국 환경 보호국(EPA)은 디젤 오일 증기에 장기간 노출될 위험에 대해 경고한 보고서를 발표했습니다. 보고서에 따르면 이러한 미립자 물질인 황 및 질소 산화물을 장기간 흡입하면 인간에게 암을 유발할 수 있습니다. 2013년에 국제 암 연구 기관(IARC)은 디젤 엔진의 배기 가스가 실제로 폐암을 유발하고 아마도 방광암도 유발한다고 결론지었습니다. 런던에서는 자동차로 인한 대기오염으로 사망한 사례도 있다.
내연 기관의 차이점
가솔린 및 디젤 엔진
가솔린 및 디젤 엔진의 작동은 위에서 설명한 바와 같이 유사합니다. 이러한 엔진의 주요 차이점은 가솔린 엔진에서 연소실로 들어가는 것이 공기와 연료의 혼합물이며 이 엔진의 점화(연소 시작/연소 시작)는 스파크 플러그에서 제공하는 스파크에서 발생한다는 것입니다. 점화의. 반면, 디젤 엔진은 초기에 연소실에 공기만 주입한 후 피스톤에 의해 압축되어 고압으로 이 공기에 디젤이 분사되어 점화가 일어난다.
휘발유는 폭발성이 높은 연료로(동영상 참조) 자동차에 높은 출력과 빠른 회전 응답을 제공합니다. 디젤 엔진은 더 느리고 더 지속적인 연료 연소를 가지고 있어 피스톤을 더 오래 "밀어내며" 더 느린 회전수에서 더 큰 토크(회전 노력)를 제공합니다. 이것은 더 강하고 따라서 큰 하중을 가진 운송 수단에 사용하기에 더 적합합니다. 이 장점은 또한 디젤 엔진이 엔진 크랭크(크랭크 샤프트)에 미치는 영향이 적기 때문에 내구성이 더 뛰어난 특성을 제공합니다.
디젤 엔진에서 연료 분사는 압축이 심한 공기에 디젤을 분사하는 기존의 자연 연소 과정에서 발생합니다. 그 결과 온도가 급격히 상승하여 NOx 형성에 유리하고 미립자 물질이 생성되는 열분해 과정(고온 작용에 의해 발생하는 분석 반응 또는 분해)에 기여하는 수준에 도달합니다. 이 연료는 덜 휘발성입니다. 압축 공기(연소가 시작되는 곳)에 직접 분사되기 때문에 혼합물은 가솔린에서 발생하는 것보다 덜 균질하게 됩니다. 반응 혼합물에 과도한 공기가 부족하면 불완전 연소가 발생하여 그을음, 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)가 방출됩니다. 이러한 요인으로 인해 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비해 미세먼지 배출량 측면에서 대기 중으로 7배 더 많은 오염 물질을 배출하는 경향이 있습니다. 반면에 가솔린은 더 높은 비율의 이산화탄소(CO2)를 방출합니다.
플렉스 엔진
플렉스 엔진은 두 가지 유형 이상의 연료로 작동하는 엔진입니다. 브라질에서 가장 일반적인 유연 연료 차량은 가솔린과 에탄올을 사용하는 차량입니다.
이 플렉스 자동차의 엔진은 하나입니다. 가솔린과 에탄올 모두에서 작동하도록 하기 위해 기능을 방해하는 몇 가지 변수가 있습니다. 이러한 변수 중에서 우리는 연료 특성에 따라 달라지는 엔진의 화학량론적 비율(공기/연료 혼합기)을 언급할 수 있으며 발열량은 크거나 작으며 엔진의 연료 소비량도 달라집니다. 플렉시블 연료 차량에는 탱크에 유입된 연료의 혼합물을 감지하고 그에 따라 분사를 조정하는 센서가 있습니다.
