fot. medigo.pl

Gazy wydechowe są niestety nieodłącznym produktem działania silników spalinowych. Niestety, ponieważ oprócz związków nieszkodliwych dla środowiska zawierają także substancje trujące. Jaki jest skład spalin silnika spalinowego?


Zniżka -15%

Oblicz składkę ubezpieczenia OC


Na wstępie warto wspomnieć, jak w ogóle powstają spaliny i skąd biorą się poszczególne składniki. Mieszanka o składzie stechiometrycznym (λ = 1), czyli optymalnym, w której proporcja spalanego paliwa do objętości powietrza jest idealna, po spaleniu wyprodukuje tylko dwutlenek węgla (CO2) oraz parę wodną (H2O). Tak wygląda teoria, która z praktyką nie ma nic wspólnego. W rzeczywistych warunkach spalana mieszanka paliwowo-powietrzna nigdy nie jest idealna, a sam proces spalania nigdy nie jest zupełny. Do tego należy dodać jeszcze fakt, że paliwa zawierają szereg dodatków i zanieczyszczeń, które również nie ulegają spaleniu.

W rezultacie gazy wydechowe oprócz wspomnianej pary wodnej i dwutlenku węgla oraz azotu zawierają ok. 1% substancji szkodliwych, głównie tlenki węgla, tlenki azotu, cząstki stałe i węglowodory. Udział objętościowy składników spalin silnika o zapłonie iskrowym został przedstawiony na diagramie. Skład spalin silnika wysokoprężnego różni się od jednostki benzynowej. Występuje w nim większa emisja cząstek stałych, a jedną z przyczyn jest m.in. większa zawartość siarki. Cząstki stałe, czyli sadza, składają się głównie z węgla i węglowodorów oraz tlenków siarki i metali, siarczanów, wody. Ich emisja została w ciągu ostatnich lat znacznie ograniczona dzięki zastosowaniu filtrów cząstek stałych.

Udziały objętościowe składników spalin silnika

Azot występujący w spalinach pochodzi z powietrza i jest gazem obojętnym dla człowieka. Para wodna powstaje w wyniku spalania wodoru, składnika paliwa węglowodorowego. Dwutlenek węgla jest z kolei produktem spalania węgla. Występuje on w powietrzu, którym oddychamy. Jest bezwonny, przeźroczysty, nietrujący i nieszkodliwy. Niektórzy jednak twierdzą, że jego duża zawartość w atmosferze powoduje tzw. efekt cieplarniany, a w konsekwencji zmiany klimatu. Jego emisję zmniejsza się więc poprzez obniżanie spalania w silnikach spalinowych.

Spaliny zawierają także niewielką ilość tlenu, który jest niezbędny w procesie spalania. W warunkach idealnych cała jego objętość zostałaby w tym procesie wykorzystana, ale jak wiemy – w rzeczywistości warunki takie nie istnieją. Więcej tlenu będzie w spalinach silnika, który spala mieszankę ubogą, czyli taką, w której λ > 1 – do komory dostaje się zatem więcej tlenu, niż jest potrzebne do spalenia danej objętości paliwa.

Przejdźmy teraz do składników spalin, które są trujące i niepożądane w gazach wydechowych. Tlenki węgla powstają w wyniku niedokończonego procesu spalania węgla. W komorze spalania nigdy nie ma idealnych warunków, dlatego też nigdy nie jest spalana całość węgla tak, aby powstał jedynie dwutlenek węgla. Tlenek węgla (CO) to silna trucizna i do tego bardzo niebezpieczna, ponieważ jest bezbarwny, bezwonny i pozbawiony smaku.

Paliwa silnikowe składają się głównie z węglowodorów i, tak jak w przypadku węgla, nie ma możliwości, aby wszystkie z nich mogły ulec spaleniu. Są po prostu strefy, w których proces spalania węglowodorów rozpoczyna się, ale na pewnym etapie zostaje przerwany. W różnych miejscach komory spalania mieszanka nieco różni się składem (w jednym miejscu może być np. za bogata, w innym za uboga itd.) i dlatego ilość węglowodorów w spalinach zależy od odpowiedniego przygotowania paliwa do spalania – im lepsze, tym mniej szkodliwych związków w gazach wylotowych. W grupie węglowodorów jest ponad 180 różnych związków o różnych właściwościach. Większość z nich jest szkodliwa i źle oddziałuje na drogi oddechowe oraz układ krwionośny człowieka.

fot. infolinia.com

Powstawanie tlenku azotu można z kolei nazwać nie tyle bezpośrednią przyczyną spalania paliwa, co wynikiem pojawienia się korzystnych warunków do tego procesu. W normalnych bowiem warunkach panujących w otoczeniu azot nie reaguje z tlenem. W komorze spalania panuje jednak znacznie wyższe ciśnienie i po przekroczeniu ok. 1800oC azot wchodzi w reakcję z tlenem. Dlatego też w gazach wylotowych znajdują się m.in. tlenek azotu, dwutlenek azotu, podtlenek azotu. Dwa pierwsze powodują zatrucie krwi, porażenie centralnego układu nerwowego oraz choroby układu oddechowego. Ostatni z nich jest gazem odurzającym lub jedną z metod na wzbogacenie stada koni mechanicznych pod maską, ale to akurat oddzielny temat.

Udając się na stację diagnostyczną w celu analizy spalin, otrzymamy dane dotyczące składu gazów wylotowych w naszym samochodzie. Należy jednak pamiętać, że wartości te nie odnoszą się do tych, które możemy zobaczyć w normach emisji spalin EURO, gdzie używa się jednostki g/km. Na stacji diagnostycznej zawartość tlenku węgla (CO), dwutlenku węgla (CO2) oraz tlenu (O2) w spalinach podawana jest poprzez podanie ich udziału objętościowego w procentach [% obj.]. Z kolei zawartość węglowodorów (HC) i tlenków azotu (NO) podawana jest w jednostce ppm (parts per million), która oznacza milionową część objętości.

Pomiędzy udziałem objętościowym wyrażanym w procentach oraz udziałem wyrażanym w ppm istnieje więc następująca zależność: 100 ppm = 0,01% obj. Czy znacie wyniki badania składu spalin w swoich samochodach? Jakie wartości uzyskaliście przy jakich przebiegach silników?