Wszystko o spalinach

fot. medigo.pl

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?

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.

Wszystko o spalinach

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

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.

Wszystko o spalinach

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

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.

Wszystko o spalinach

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?

13 odpowiedzi na “Wszystko o spalinach”

  1. Fidofido napisał(a):

    Stwierdzenie, że jakiś zapach spalin jest nieprzyjemny jest mocno subiektywne. Ja na przykład go lubię. 🙂

    • Szymon Witkowski napisał(a):

      Heh, ja za to lubię zapach spalin silników dwusuwowych. Nigdzie jednak nie napisałem w artykule, że zapach spalin jest przyjemny bądź nie 😉 Opisane zostały jedynie poszczególne składniki oraz ich właściwości.

  2. BrzezinPole napisał(a):

    Po przeczytaniu tego artykułu przesiadam się na napęd konny.

  3. Fidofido napisał(a):

    Stwierdzenie, że jakiś zapach spalin jest nieprzyjemny jest mocno subiektywne. Ja na przykład go lubię. 🙂

    • Szymon Witkowski napisał(a):

      Heh, ja za to lubię zapach spalin silników dwusuwowych. Nigdzie jednak nie napisałem w artykule, że zapach spalin jest przyjemny bądź nie 😉 Opisane zostały jedynie poszczególne składniki oraz ich właściwości.

  4. BrzezinPole napisał(a):

    Po przeczytaniu tego artykułu przesiadam się na napęd konny.

  5. Małostkowy napisał(a):

    Do autora, warto by było rozróżnić silniki benzynowe i diesle, benzyniak nie potrzbuje filtra cząstek stałych przecież. Dodatkowo przynajmniej jak ja to czytałem, to dla mnie totalny bełkot, połączenie właśnie w jednym artykule silników benzynowych i diesli bez wyszczególnienia ich to błąd niestety i wprowadzanie ludzi w błąd. Jest tylko jedna wzmianka, że diesle mają większą emisję tych cząstek i że mają większą zawartość siarki, ale nie podano nic dalej. Przydałoby się więcej diagramów z różnicami.

    • Szymon Witkowski napisał(a):

      Proponuję najpierw zapoznać się ze składem spalin silnika wysokoprężnego i wówczas pomyśleć, czy faktycznie warto jest traktować ten temat osobno. Artykuł nie traktuje bowiem o sposobach oczyszczania spalin, a to właśnie w nich są największe różnice pomiędzy silnikami benzynowymi i wysokoprężnymi. Tak, bierze się to z różnic w spalinach, mimo wszystko zarówno w jednym jak i drugim przypadku udział szkodliwych cząstek jest poniżej 1%. Istotniejsza jest moim zdaniem świadomość istnienia konkretnych związków w spalinach oraz ich właściwości.
      Uznałem za wystarczające zaznaczenie faktu o większym stężeniu cząstek stałych i związanego z nim filtra w silnikach wysokoprężnych.
      W artykule absolutnie nie mieszałem jednostek benzynowych i wysokoprężnych. Dlatego nie rozumiem skąd stwierdzasz swoje zdezorientowanie, a następnie przytomnie i słusznie zauważasz, że o dieslach wspomniałem tylko raz. Wygląda na to, że jednak dobrze odczytałeś ten tekst? 😉

      • Previanin napisał(a):

        Szymonie 🙂
        W kraju, w którym większość benzyniaków jeździ na LPG, a diesli jest jak nas…ne 😉 powinieneś zdecydowany nacisk położyć na bez porównania większą szkodliwość spalin diesla od benzynowca, wspomnieć także o spalinach po LPG oraz pomóc ludziom uświadomić sobie jak wiele znaczy ten 1% szkodliwych produktów spalania; katalizator, a tym bardziej filtr cząstek stałych problemu nie rozwiąże. Czas zmieniać świadomość. W przeciwnym razie za kilkanaście lat „leczyć” będziemy zdrowych a nie alergików.

  6. Małostkowy napisał(a):

    Do autora, warto by było rozróżnić silniki benzynowe i diesle, benzyniak nie potrzbuje filtra cząstek stałych przecież. Dodatkowo przynajmniej jak ja to czytałem, to dla mnie totalny bełkot, połączenie właśnie w jednym artykule silników benzynowych i diesli bez wyszczególnienia ich to błąd niestety i wprowadzanie ludzi w błąd. Jest tylko jedna wzmianka, że diesle mają większą emisję tych cząstek i że mają większą zawartość siarki, ale nie podano nic dalej. Przydałoby się więcej diagramów z różnicami.

    • Szymon Witkowski napisał(a):

      Proponuję najpierw zapoznać się ze składem spalin silnika wysokoprężnego i wówczas pomyśleć, czy faktycznie warto jest traktować ten temat osobno. Artykuł nie traktuje bowiem o sposobach oczyszczania spalin, a to właśnie w nich są największe różnice pomiędzy silnikami benzynowymi i wysokoprężnymi. Tak, bierze się to z różnic w spalinach, mimo wszystko zarówno w jednym jak i drugim przypadku udział szkodliwych cząstek jest poniżej 1%. Istotniejsza jest moim zdaniem świadomość istnienia konkretnych związków w spalinach oraz ich właściwości.
      Uznałem za wystarczające zaznaczenie faktu o większym stężeniu cząstek stałych i związanego z nim filtra w silnikach wysokoprężnych.
      W artykule absolutnie nie mieszałem jednostek benzynowych i wysokoprężnych. Dlatego nie rozumiem skąd stwierdzasz swoje zdezorientowanie, a następnie przytomnie i słusznie zauważasz, że o dieslach wspomniałem tylko raz. Wygląda na to, że jednak dobrze odczytałeś ten tekst? 😉

      • Previanin napisał(a):

        Szymonie 🙂
        W kraju, w którym większość benzyniaków jeździ na LPG, a diesli jest jak nas…ne 😉 powinieneś zdecydowany nacisk położyć na bez porównania większą szkodliwość spalin diesla od benzynowca, wspomnieć także o spalinach po LPG oraz pomóc ludziom uświadomić sobie jak wiele znaczy ten 1% szkodliwych produktów spalania; katalizator, a tym bardziej filtr cząstek stałych problemu nie rozwiąże. Czas zmieniać świadomość. W przeciwnym razie za kilkanaście lat „leczyć” będziemy zdrowych a nie alergików.

    • Jano35 napisał(a):

      Od 2018r obowiązek Filtrów cząstek stałych we wszystkich benzynowych z bezpośrednim wtryskiem paliwa. Cząstki są mniejsze i bardziej szkodliwe

Tagi: AXA, cząstki stałe, dwutlenek węgla, gazy wydechowe, mieszanka paliwowo-powietrzna, opis spalin, sadza, skład spalin, skład stechiometryczny, spalanie mieszanki, spaliny, tlen, tlenek azotu, tlenek węgla, węglowodory, wszystko o spalinach