Кіріспе
Жанар майының жану процесінде бөлінетін газдар
Табиғи газ, бензин, дизель отыны, мазут, биодизель қоспалары немесе көмір сияқты отындардың жануы нәтижесінде түтін газы немесе қазандық газы пайда болады. Қозғалтқыш түріне байланысты, бұл газдар ауаға түтін құбыры, қазандық түтін арнасы немесе итергіш сопло арқылы шығарылады. Көбінесе ол жел бағытымен "түтін қанаты" деп аталатын үлгіде таралады. Бұл автокөліктердің (және стационарлық ішкі жану қозғалтқыштарының) шығарындыларының маңызды бөлігі болып табылады, сонымен қатар коленвалдың газ шығаруы және қолданылмаған бензиннің булануы да оған кіреді. Автокөліктердің шығарындылары ауаның ластануының кең таралған көзі болып табылады және кейбір ірі қалаларда тұманның (смогтың) пайда болуына себеп болады. 2013 жылы Массачусетс технология институтының (MIT) жүргізген зерттеуге сәйкес, тек АҚШ-та ғана көліктердің шығарындыларынан жыл сайын 53 000 адам ерте қайтыс болады. Осы университеттің тағы бір зерттеуіне қарағанда, көлік түтіндері Ұлыбританияда әр жыл сайын 5000 адамның өліміне себепкер болады.
Құрамы
Жану газдарының көп бөлігі азот (N2), су буы (H2O) (таза көміртегі отыны болмаған жағдайда) және көмірқышқыл газы (CO2) (көміртегі жоқ отындардан басқа) құрайды; бұл газдар уытты немесе зиянды емес (дегенмен су буы мен көмірқышқыл газы климат өзгеруіне әсер ететін жылуханалық газдар болып табылады). Жану газының салыстырмалы түрде шағын бөлігі – толық жану нәтижесінде түзілген көміртек моноксиді (CO), жанылмаған отыннан пайда болатын көмірсутектер (CxHy түрінде дұрыс көрсетілгенімен, шығарындылар тестілеу қағаздарында көбінесе "HC" деп белгіленеді), тым жоғары жану температурасынан түзілген азот оксидтері (NOx) және бөлшектік заттар (көбінесе күйе) сияқты қажетсіз, зиянды немесе уытты заттар болып табылады.
Қоқыс шығаратын газдың температурасы
Қоқыс газының температурасы (EGT) ішкі жану қозғалтқышының катализаторының жұмыс істеуі үшін маңызды. Ол қоқыс газы температурасын өлшегішпен өлшенуі мүмкін. EGT газ турбиналық қозғалтқыштарда қозғалтқыштың жағдайының көрсеткіші болып табылады (төменде қараңыз).
Салқын қозғалтқыштар
Бірнеше сағаттан бері пайдаланылмаған автомобильдің қозғалтқышы іске қосылғаннан кейінгі алғашқы екі минутта шығарындылардың мөлшері өте жоғары болуы мүмкін. Мұның екі негізгі себебі бар:
Салқын қозғалтқыштарда отын мен ауаның қатынасы байытылуы керек: Салқын қозғалтқыш іске қосылғанда отын толығымен буланып үлкермейді, нәтижесінде көмірсутектер мен көміртек моноксидінің шығарылымы артады, бұл көрсеткіш қозғалтқыш жұмыс температурасына жеткенде ғана төмендейді. Бұл іске қосылу кезеңінің ұзақтығы материалдар мен технологияның жетістіктерінің арқасында, соның ішінде компьютерлік басқарумен отын шашырату, сору жолының қысқаруы және отын мен/немесе ауаның алдын ала қыздырылуы арқылы қысқартылды. Суық жағдайда катализатордың тиімділігі төмендеуі: Катализаторлар жұмыс температурасына жеткенше тиімді жұмыс істемейді. Конвертерді шығарылатын газдар коллекторына жақындату және тіпті шығарылатын газдар коллекторына тікелей орналастырылған кішкентай, бірақ тез қызып кететін конвертер орнату арқылы бұл уақыт едәуір қысқартылды. Кішкентай конвертер іске қосылу кезіндегі шығарындыларды өңдейді, бұл үлкен негізгі конвертердің қызуына жеткілікті уақыт береді. Тағы да жақсартулар электрлік қыздыру, жылу аккумуляторы, химиялық реакция арқылы алдын ала қыздыру, жалынмен қыздыру және жоғары жылу оқшаулау сияқты әдістермен жүзеге асырылуы мүмкін.
Rich air fuel ratio requirement in cold engines: When a cold engine is started, the fuel does not vaporize completely, creating higher emissions of hydrocarbons and carbon monoxide, which diminishes only as the engine reaches operating temperature. The duration of this start up phase has been reduced by advances in materials and technology, including computer controlled fuel injection, shorter intake lengths, and pre heating of fuel and/or inducted air. Inefficient catalytic converter under cold conditions: Catalytic converters are very inefficient until warmed up to their operating temperature. This time has been much reduced by moving the converter closer to the exhaust manifold and even more so placing a small yet quick to heat up converter directly at the exhaust manifold. The small converter handles the start up emissions, which allows enough time for the larger main converter to heat up. Further improvements can be realised in many ways, including electric heating, thermal battery, chemical reaction preheating, flame heating and superinsulation.
Шұғыл тұтанғыш және дизельді қозғалтқыштар
Жарықпен қоздырылатын қозғалтқыштарда отын мен ауа қоспасының жануынан түзілетін газдар – түтін газдары деп аталады. Олардың құрамы бензин және дизель қозғалтқыштарында әртүрлі болады, бірақ шамамен мынадай деңгейде болады:
Combustion engine exhaust gasesAll figures are approximate % of total Compound Petrol Dieselnitrogen7167carbon dioxide1412water vapor1311oxygen10 Trace elements< 0.6~ 0.3nitrogen oxides< 0.25< 0.15carbon monoxide1 2< 0.045particulate matter< 0.045hydrocarbons< 0.25< 0.03sulfur dioxidepossible traces< 0.03
The 10% oxygen for "diesel" is likely if the engine was idling, e. g. in a test rig. It is much less if the engine is running under load, although diesel engines always operate with an excess of air over fuel. The CO content for petrol engines varies from ≈15 ppm for well tuned engine with fuel injection and a catalytic converter up to 100,000 ppm (10%) for a richly tuned carburetor engine, such as typically found on small generators and garden equipment.
Жанармайдың түтін газдарыБарлық көрсеткіштер жалпы көлемнің шамамен пайызында берілген. Құрамы Бензин Дизельазот7167көмірқышқыл газы1412су бу1311оттегі10 іздік элементтер< 0.6~ 0.3азот оксидтері< 0.25< 0.15көміртек оксиді1 2< 0.045қатты бөлшектер< 0.045көмірсутектер< 0.25< 0.03күкірт диоксиді, мүмкін іздер< 0.03
Combustion engine exhaust gasesAll figures are approximate % of total Compound Petrol Dieselnitrogen7167carbon dioxide1412water vapor1311oxygen10 Trace elements< 0.6~ 0.3nitrogen oxides< 0.25< 0.15carbon monoxide1 2< 0.045particulate matter< 0.045hydrocarbons< 0.25< 0.03sulfur dioxidepossible traces< 0.03
The 10% oxygen for "diesel" is likely if the engine was idling, e. g. in a test rig. It is much less if the engine is running under load, although diesel engines always operate with an excess of air over fuel. The CO content for petrol engines varies from ≈15 ppm for well tuned engine with fuel injection and a catalytic converter up to 100,000 ppm (10%) for a richly tuned carburetor engine, such as typically found on small generators and garden equipment.
Дизель қозғалтқышындағы 10% оттегі мөлшері, қозғалтқыш бос жүріс режимінде болса, мысалы, сынақ стендінде, болуы мүмкін. Қозғалтқыш жүктеме астында жұмыс істегенде бұл көрсеткіш әлдеқайда төмендейді, бірақ дизельдік қозғалтқыштар әрқашан отыннан артық ауамен жұмыс істейді. Бензин қозғалтқыштарындағы СО мөлшері, отын инжекциясы және катализаторлы жақсы реттелген қозғалтқыштар үшін ≈15 ppm-ден бастап, шағын генераторлар мен бағбандарға арналған жабдықта кездесетін бай қоспалы карбюраторлы қозғалтқыштар үшін 100,000 ppm-ге (10%) дейін жетеді.
Combustion engine exhaust gasesAll figures are approximate % of total Compound Petrol Dieselnitrogen7167carbon dioxide1412water vapor1311oxygen10 Trace elements< 0.6~ 0.3nitrogen oxides< 0.25< 0.15carbon monoxide1 2< 0.045particulate matter< 0.045hydrocarbons< 0.25< 0.03sulfur dioxidepossible traces< 0.03
The 10% oxygen for "diesel" is likely if the engine was idling, e. g. in a test rig. It is much less if the engine is running under load, although diesel engines always operate with an excess of air over fuel. The CO content for petrol engines varies from ≈15 ppm for well tuned engine with fuel injection and a catalytic converter up to 100,000 ppm (10%) for a richly tuned carburetor engine, such as typically found on small generators and garden equipment.
Нитрометан қоспасы
Ішкі жану қозғалтқышының жанармайында нитрометан болған кезде шығатын түтін газында азот қышқылының буы болады, ол коррозиялық және жұтқанда бұлшық еттердің қысылуына себеп болып, тыныс алуды қиындатады. Осыған ұшырау қаупі бар адамдар газ маскасын тағу керек.
Газ турбиналы қозғалтқыштар
Әуе кемелерінің газ турбиналық қозғалтқыштарында "көгалды газ температурасы" (EGT) – қозғалтқыштың жағдайының басты көрсеткіші. Әдетте EGT, "қозғалтқыш қысым коэффициенті" (EPR) деп аталатын қозғалтқыш қуатының негізгі көрсеткішімен салыстырылады. Мысалы, толық қуаттағы EPR кезінде EGT-нің рұқсат етілген максималды шегі болады. Қозғалтқыш өмірлік циклі барысында осы EGT шегіне жеткен жағдайда, мәселені түзету үшін арнайы техникалық қызмет көрсету қажет болады. EGT шегінен EGT-нің төмендеуі EGT қоры (EGT margin) деп аталады. Қозғалтқыштың EGT қоры жаңа болғанда немесе күрделі жөндеуден өткеннен кейін ең жоғары болады. Көптеген әуе компаниялары осы ақпаратты ACARS жүйесі арқылы әуе компаниясының техникалық қызмет көрсету бөлімі қашықтан бақылайды.
Ұшақ және зымыран қозғалтқыштары
Реактивтік және зымырандық қозғалтқыштарда, кейбір жағдайларда шок алмастарын көрсететін итеркіш соплолардан шығатын газдар.
Бу қозғалтқыштары
Бу машинасы терминологиясында, шығарылған бу – бұл қысымы соншалықты төмендеген, пайдалы жұмыс атқару мүмкін болмайтын бу.
NOx
Моноазот оксидтері NO және NO2 (NOx) (осылай немесе табиғи түрде найзағай арқылы пайда болатын) аммиак, ылғал және басқа да қосылыстармен әрекеттесіп, азот қышқылы буын және оған ұқсас бөлшектерді құрайды. Кішкентай бөлшектер сезімтал өкпе тініне терең еніп, зақымдап, ең ауыр жағдайларда ерте өлімге себеп болуы мүмкін. NO түрлерін жұту өкпе және тоқіше қатерлі ісігінің қаупін арттырады. Сондай-ақ, мұндай бөлшектерді жұту емфизема, бронхит және жүрек аурулары сияқты тыныс алу жолдарының ауруларын тудыруы немесе оларды нашарлатуы мүмкін. 2005 жылғы АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігінің (EPA) зерттеуі бойынша, ең көп шығарындылар көлік құралдарынан болды, ал екінші ең үлкен үлесі көлік емес жабдықтардан – негізінен бензин және дизель станцияларынан шықты. Азот оксидтері (NOx) мен ұшпа органикалық қосылыстар (VOC) күн сәулесінің әсерінен реакцияға түскенде, жер бетіндегі озон пайда болады, ол тұманның негізгі құрамдас бөлігі. 2005 жылғы АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігінің (EPA) есебінде АҚШ-тағы VOC-тың екінші ірі көзі көлік құралдары (26%) және көлік емес жабдықтар (19%) – негізінен бензин және дизель станциялары болып көрсетілген.
Озон
Озон атмосфераның жоғарғы қабатында пайдалы, бірақ жер бетінде тыныс алу жүйесін қыжырландырады, жөтелге, тұншығуға және өкпе сыйымдылығының азаюына себеп болады. Одан әрі, ол экожүйеге көптеген зиянды әсер етеді.
Көміртек оксиді (CO)
Көміртек тотығымен улану – көптеген елдерде өлімге әкелетін ауа улануының ең көп кездесетін түрі. Көміртек тотығы түссіз, иіссіз және дәмсіз, бірақ өте улы. Ол гемоглобинмен бірігіп, карбоксигемоглобин құрайды, ол оттегі тасымалын бұғаттайды. 1000 ppm-нен жоғары концентрацияда дереу қауіпті деп есептеледі және нашар желдетілетін жағдайда жұмыс істеп тұрған қозғалтқыштардан туындайтын ең шұғыл денсаулық қатері болып табылады. 2011 жылы АҚШ-та көміртек тотығының шығарылымының 52% жылжымалы көліктерге тиесілі болды.
Қауіпті ауа ластаушы заттар (токсикалық заттар)
Бензолға (C6H6) ұзақ мерзімді әсер ету сүйек миын зақымдайды. Ол шектен тыс қан кетуге, иммундық жүйенің нашарлауына және инфекцияға шалдығу қаупінің артуына да себеп болуы мүмкін. Бензол лейкемияны тудырады және басқа да қан қатерлі ісіктерімен, сондай-ақ қанның қатерлі ісігіне дейін алып келетін жағдайлармен байланысты.
Қалдықтар (PM10 және PM2.5)
Ауадағы бөлшектерді жұтудың адам және жануарлар денсаулығына тигізетін әсері кеңінен зерттелді және астма, өкпе қатерлі ісігі, жүрек-қан тамырлары аурулары, мерзімінен бұрынғы өлімге алып келуі мүмкін. Бөлшектердің мөлшеріне байланысты, олар өкпенің ең терең бөліктеріне еніп барады. 2011 жылғы Ұлыбританиядағы зерттеуге сәйкес, жолаушылар көлігінен шығатын PM салдарынан жылына 90 адамның өмірі үзіді. 2006 жылғы АҚШ Федералдық автомобиль жолдары басқармасының (FHWA) баяндамасында 2002 жылы барлық PM10 эмиссиясының шамамен 1 пайызы және PM2.5 эмиссиясының 2 пайызы жол көліктерінің (көбінесе дизельдік қозғалтқыштардан) түтінінен шыққандығы айтылды. Қытай, Еуропа және Үндістан нарықтарында дизельдік және бензиндік көліктердің екеуіне де түтін сүзгісі орнату міндетті, ал АҚШ тек дизельдік көліктерге талап қояды. 2022 жылы британдық Emissions Analytics сынақ мамандары АҚШ-тағы 300 миллионға жуық бензиндік көліктің келесі он жылда шамамен 1,6 септиллион зиянды бөлшек шығаратынын бағалады.
Көмірқышқыл газы (CO2)
Көмірқышқыл газы – парниктік газ. Автокөліктердің көміртегі диоксидінің шығарындылары атмосферадағы көмірқышқыл газы концентрациясының өсуіне адамның әсерінің бір бөлігі болып табылады, және ғылыми қауымдастықтың басым көпшілігінің пікірінше, бұл климаттың өзгеруіне себеп болып отыр. Автокөліктер Еуропалық Одақтың адамның қызметінен туындаған көмірқышқыл газы шығарындыларының шамамен 20% -ын, ал жолаушылар көліктері шамамен 12% -ын құрайды. Еуропалық эмиссия стандарттары жаңа жолаушылар автомобильдері мен жеңіл көліктердің көмірқышқыл газы шығарындыларын шектейді. Еуропалық Одақта жаңа автомобильдердің орташа көмірқышқыл газы шығарындылары 2010 жылдың бірінші тоқсанына дейін 5,4% -қа төмендеп, 145,6 г/км құрады.
Су буы
Көлік құралдарының түтінінде көп мөлшерде су буы болады.
Суды қайта өңдеу
Шөлдегі әскерлердің көліктерінің түтін газдарынан ішуге жарамды су алу жолдары зерттелген.
Ластануды азайту
Эмиссия стандарттары көлік құралдарының, сондай-ақ өнеркәсіптік түтін газдарының және мұнай өңдеу зауыттары, табиғи газ өңдеу зауыттары, мұнай химиясы зауыттары және химия өндірісі зауыттары сияқты түрлі ірі өнеркәсіптік нысандардағы ауаның ластануының басқа да көздерінен шығатын газдардағы ластаушы заттарды азайтуға бағытталған. Алайда, олар көбінесе түтін газдары деп аталады. Автомобильдегі катализаторлар катализаторды қолдану арқылы шығарынды газдардың ластануын жоюға арналған. Кемедегі тазарту құрылғылары теңіздегі шығарынды газдардағы күкірт диоксидін (SO2) алып тастауға арналған. Теңіздегі күкірт диоксиді шығарындыларына қатысты ережелер қатаңдатылуда, алайда әлемде төмен күкіртті дизель отынын пайдалану үшін тек бірнеше арнайы аймақ белгіленген. Жоғары технологиялы бу қозғалтқыштарының бір артықшылығы - олар бірдей қуатты бензин және дизельді қозғалтқыштармен салыстырғанда аз мөлшерде улы ластаушы заттарды (мысалы, азот оксидтерін) шығарады. Олар көмірқышқыл газының көбірек мөлшерін шығарады, бірақ тиімді жанудың нәтижесінде көміртек моноксиді аз шығады.
Денсаулық зерттеулері
Калифорния университетінің Лос-Анджелес қауымдық денсаулық мектебінің зерттеушілері 1998-2007 жылдар аралығында туған және Калифорния қатерлі ісік тізіліміне енгізілген балалардың статистикалық зерттеуінің алдын ала нәтижелері жол-көлік ластануының кейбір қатерлі ісіктердің пайда болу мүмкіндігін 5%-дан 15%-ға дейін арттыруымен байланысты екенін көрсетті. Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымының зерттеуі дизель түтінінің өкпе қатерлі ісігін тудыратынын анықтады.
Жергілікті әсерлері
Калифорнияның ауа ресурстары жөніндегі кеңесі жүргізген зерттеулерде Оңтүстік Калифорниядағы ауаның ластануының (смогтың) 50 пайызы немесе одан да көп бөлігі автомобильдердің шығарындыларынан туындайтыны анықталды. Ішкі жану қозғалтқыштарынан шығатын ластаушы заттардың концентрациясы, әсіресе шамдар орналасқан қиылыстарда бос жүру және жылдамдану кезінде жоғары болуы мүмкін. Компьютерлік модельдер мұндай ұсақ-түйектерді көбінесе назардан тыс қалдырады.