UDK 656.13
Környezetterhelés-analízis belső égésű motorokkal (Benzin és dízel üzemanyag)
Ignatov A.V., Martynova E.S., Erejmina V.V., S­estipjorstsova V.L.
Juri Gagarin Szaratovi Állami Műszaki Egyetem

A tanulmány a belső égésű motorok (BEM) kipufogógázain keresztül történő környezetszennyezés vizsgálatával foglalkozik, valamint a szennyező anyagok összetételével. Adatokat közölünk különféle összetevők arányáról a benzin- és dízelmotorok kipufogógáz-összetételében. Bemutatjuk a belső égésű motorok működése során az anyagok bejutásának és kibocsátásának sémáját. Jellemzést adunk a kipufogógázok fő összetevőiről.
Kulcsszavak: belső égésű motor, kipufogógázok, atmoszféra, jármű, üzemanyag

A belső égésű motorok (BEM) kibocsátásai rendszerint két csoportra oszthatók: benzinüzemű és dízelüzemű motorokra. Az elkülönítés annak köszönhető, hogy a benzinmotorok az üzemanyag-levegő keverékkel működnek, míg a dízelmotorok heterogén keverékkel üzemelnek. A benzinüzemű BEM-ek szennyező anyagai közé tartoznak: szénhidrogének, szén-oxidok, nitrogén-oxidok és szabálytalan kibocsátások. A szennyezés a kamrában zajló égési folyamatok és kémiai reakciók következtében alakul ki. A dugattyúgyűrűk melletti gázzúgások és a hengerekből kilépő kipufogógázok – kevésbé intenzív forrásai a szennyezőanyag-kibocsátásnak. A dízelüzemű BEM fő kibocsátási listája megegyezik a benzinmotorokéval, azonban az összetételben további komponensként jelenik meg a szén (koromszennyezés). A járművek szennyezőanyag-kibocsátásának térfogati aránya igen tág határok között mozog és több tényezőtől függ. Például 70 km/h sebességnél egy gépkocsi az atmoszférába kb. 0,2…0,3% CO-t bocsát ki; 100 km/h feletti sebességnél és alapjárati üzemben a CO-koncentráció 12 %-ra is növekedhet. A személygépkocsik átlagosan kb. 3 m³/h CO-t állítanak elő, míg a haszonjárművek akár 6 m³/h-t is. Különböző típusú BEM-ekkel rendelkező járművek kipufogógáz-összetétele az 1. táblázatban található. A benzinmotorokban a szén-monoxid és szénhidrogének kibocsátása jelentősen magasabb, mint a dízelmotorokban. A belső égésű motorokba bevitt és onnan a kipufogógázok részeként az atmoszférába jutó anyagok átfogó képe a mellékelt ábrán található.

1. Táblázat. A különböző típusú BEM-ekkel rendelkező járművek kipufogógázaiban található káros anyagok közelítő arányai

ÖsszetevőkArány, % (térf.)BenzinmotorDízelmotor
N₂74–7776–78
O₂0,3–8,02–18
H₂O (gőz)3,0–5,50,5–4,0
CO₂5,0–12,01,0–10,0
CO5,0–10,00,01–0,50
Nitrogén-oxidok0–0,82·10-3–0,5
Szénhidrogének0,2–3,01·10-3–0,5
Aldehidek0–0,21·10-3–9·10-3
Korom0–0,4 g/m³0,01–1,1 g/m³
Benz-pirén(10–20)·10-6 g/m³≤ 1·10-5 g/m³

A motorok üzemelése közbeni anyagbejutás és kibocsátás sémája.
A kipufogógázok fő összetevőinek jellemzése:

  • N₂ – nitrogén: éghetetlen, színtelen, szagtalan anyag. Az atmoszférikus levegő (kb. 78% nitrogén, 21% oxigén és 1% egyéb gáz) része. Így a levegővel bekerült nitrogén a BEM-be lép és részt vesz az üzemanyag égésében. A BEM-be bekerült nitrogén nagy része kipufogógáz formájában távozik az atmoszférába, de egy kisebb rész reakcióba lép oxigénnel, és így nitrogén-oxidok (NOₓ) képződnek.

  • O₂ – oxigén: színtelen, szagtalan és íztelen gáz; a levegő legfontosabb komponense. A BEM-be szintén a levegővel jut be.

  • H₂O – víz: a BEM-be a levegőben található nedvesség formájában vagy a motor bemelegítése közben keletkezve is bekerülhet. Vízként a járműkibocsátások összetételében biztonságos összetevőnek számít.

  • CO₂ – szén-dioxid: színtelen, éghetetlen gáz, amely a szén-tartalmú üzemanyag égése közben keletkezik. Ennek során a szén az oxigénnel egyesül, mely a BEM-be a levegővel érkezik. A szén-dioxid csökkenti az UV-sugárzás ellen védelmet nyújtó légkör rétegét, így tudósok állítása szerint a Föld felszíne fokozatosan melegszik.

  • CO – szén-monoxid: színtelen, szagtalan, robbanásveszélyes és rendkívül méreg­kosz. A szén-tartalmú üzemanyag részleges égésekor keletkezik. A szervezetben elzárja az oxigén szállítását a vér vörösvérsejtjei által, kisebb koncentrációban is emberéletet veszélyeztethet. Ugyanakkor normál légköri koncentrációban viszonylag gyorsan oxidálódik a biztonságosabb szén-dioxiddá (CO₂).

  • NOₓ – nitrogén-oxidok: nitrogén (N₂) és oxigén (O₂) vegyületei (pl. NO, NO₂, N₂O stb.). A motorban magas hőmérséklet és nyomás mellett, illetve oxigén-túlsúly esetén keletkeznek. Egy részük toxikus. A tüzelőanyag-fogyasztás csökkentését célzó intézkedések részben a NOₓ-kibocsátás növekedését is okozhatják, mivel a magasabb égési hatásfok elérését magasabb hőmérséklet segíti elő — ez pedig a nitrogén-oxidok kibocsátását növeli.

  • SO₂ – kéndioxid: színtelen, éghetetlen gáz, éles szaggal. Belégzése légúti megbetegedéseket okozhat, azonban a kipufogógázokban általában nagyon kis részt képvisel. A kéndioxid-kibocsátás csökkentése az üzemanyagban lévő kénmennyiség csökkentésével érhető el.

  • HC – szénhidrogének: a szén-tartalmú üzemanyag részleges égése során jelennek meg a kipufogógázokban. Különféle formákat ölthetnek (C₆H₆, C₈H₁₈ stb.). Káros hatásuk az emberi szervezetre eltérő: egyes vegyületek irritálhatják az érzékszerveket, mások rosszindulatú daganatok kialakulásához vezethetnek (például benzol).

  • Koromrészecskék: főként dízelüzemű BEM-ek bocsátják az atmoszférába. Hatásuk az emberi szervezetre még nem eléggé feltárt.

Jelenleg nem elegendő csak az egyes kipufogógáz-alkotók és az üzemanyag-fogyasztás csökkentésén dolgozni. A gépjárművet egészként kell kezelni, és ennek megfelelően biztosítani kell komponenseinek kölcsönös összhangját. Így három fő irány rajzolódik ki a kipufogógázok káros anyagainak csökkentésére:

  • az üzemanyag-fogyasztás csökkentése;

  • a kipufogógázok megtisztítása;

  • a rendszerek diagnosztikája, amelyek befolyásolják az anyagok koncentrációját és térfogatát a kipufogógázokban.

Irodalom
Kulticskij A.R. Torkicitás pistonos BEM-eknél. Környezeti szint kísérleti értékelése a motoroknak : oktatási kézikönyv / A.R. Kulticskij; Vlagyimir Állami Egyetem. – Vlagyimir: Vlagyimir Állami Egyetem Kiadója, 2011. – 116 o.
Vetoshkin A.G. Gáz-tisztító berendezések folyamatai és készülékei: oktatási kézikönyv. – Penza: PGU Kiadó, 2006. – 201 o.
Oktatási anyag az önképzési programhoz VW-Audi No. 230. – 28 o.

Miként befolyásolják az aldehidek, ketonok és savak átalakulásait a szuperkritikus vízben végbemenő reakciók?
Miért fontos a vízhasználati együttműködés és az igazságos vízelosztás a határokon átnyúló vízforrások esetében?
Melyik integrációs stratégia a legéletképesebb a CSP–GTCC rendszerekben?
A virtuális valóság hatása a fizikai és mentális egészségre: A cybersickness és annak megelőzési stratégiái
Az oktatási folyamat anyagi-technikai biztosítása, beleértve a fogyatékkal élők és sajátos nevelési igényű személyek számára kialakított környezetet.
Egészségügyi Minisztérium Krasznojarszki Terület RENDELET 2025. október 3. 912-es szám
A külföldi állampolgárok vizsgájának eredményével kapcsolatos vitás kérdések rendezésére szolgáló bizottság jóváhagyásáról
A Makaryev 2. Számú Középiskola tanulóinak étkezési rendje
A módosított információval rendelkező dokumentum közzététele, amely az emissziós jelentésben szereplő adatokat tartalmazza a 2021-es év december 12-i időszakra vonatkozóan.