Automobilių tarša yra viena iš pagrindinių problemų, kuri prisideda prie aplinkos degradacijos ir klimato kaitos. Kiekvieną dieną pasaulyje milijonai automobilių išmeta į atmosferą didelius kiekius anglies dioksido (CO2), azoto oksidų (NOx), smulkiųjų kietųjų dalelių ir kitų kenksmingų cheminių junginių.
Pagrindiniai teršalai iš automobilių išmetamųjų dujų yra anglies dioksidas, azoto oksidai, angliavandeniliai ir smulkiosios kietosios dalelės (PM10 ir PM2.5). Iš jų didžiausią dėmesį patraukia CO2, nes šis šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekis tiesiogiai prisideda prie globalinio atšilimo. O būtent automobiliai ir kitos transporto priemonės yra viena pagrindinių CO2 emisijų šaltinių.
Kiti kenksmingi teršalai, tokie kaip azoto oksidai ir smulkiosios dalelės - turi tiesioginę įtaką žmonių sveikatai. Jie gali sukelti kvėpavimo takų ligas, tokias kaip astma ar bronchitas, taip pat padidinti riziką širdies ir kraujagyslių ligoms. Miestuose, kur automobilių srautas didelis - oro tarša tampa rimta visuomenės sveikatos problema.
Su laiku - aplinka tampa vis mažiau draugiška žmogui, nes auganti transporto priemonių tarša stipriai veikia tiek orą, tiek vandenį ir dirvožemį. Automobilių naudojamas iškastinis kuras išskiria didelius kiekius teršalų, kurie ne tik blogina oro kokybę, bet ir sukelia aplinkos rūgštėjimą. Vienas iš pagrindinių šios problemos veiksnių yra išmetami azoto oksidai ir sieros dioksidai, kurie atmosferoje susijungia su vandens garais, taip sudarydami rūgštų lietų.
Vandens telkinių užterštumas daro didelį neigiamą poveikį visoms gyvūnų ir augalų rūšims, kurios priklauso nuo švaraus vandens šaltinių. Pavyzdžiui, žuvys ir kiti vandens organizmai, jautrūs pH pokyčiams, tad gali pradėti nykti būtent dėl rūgštingumo padidėjimo. Tai turi grandininį poveikį visai ekosistemai, nes mažėjant vienų rūšių - gali sutrikti maisto grandinės balansas, o tai ilgainiui paveikia ir kitus gyvūnus bei augalus.
Dirvožemio degradacija taip pat yra rimta problema, kurią sukelia automobilių tarša. Rūgštėjantis dirvožemis praranda savo derlingumą, mažėja jo gebėjimas išlaikyti maistines medžiagas, reikalingas augalams. Natūralu, jog tai lemia žemės ūkio produktyvumo mažėjimą, o tai - gali turėti neigiamą poveikį maisto tiekimui ir ekonomikai.
Galiausiai, ilgalaikis aplinkos rūgštėjimas neigiamai veikia ne tik natūralias ekosistemas, bet ir žmonių gyvenamąją aplinką, pirmiausia - sukeldamas žalą infrastruktūrai. Rūgštus lietus gali ardyti pastatų medžiagas, metalines konstrukcijas, tiltus ir kitus statinius. Būtent dėl to didėja priežiūros ir remonto išlaidos.
Dar vienas ne mažiau svarbus aspektas yra transporto priemonių triukšmo tarša. Automobiliai, ypač didmiesčiuose, sukelia nuolatinį triukšmą, kuris ne tik blogina gyvenimo kokybę, bet ir gali paveikti žmonių sveikatą. Pirmiausia - sukeldamas stresą, nemigą, o tuo pačiu ir net širdies problemas.
Azoto oksidai (NOx): kas tai ir kaip jie susidaro?
Azoto oksidai (kitaip vadinami NOx) - tai teršalai, darantys neigiamą poveikį aplinkai ir sveikatai. NOx paprastai reiškia azoto oksidą (NO), kuris esant aukštai temperatūrai jungiasi su deguonimi ir virsta azoto dioksidu (NO2). Dėl šių rausvai rudų dujų vasaros smogas intensyvaus eismo zonose atrodo rudas ir miglotas.
Šios dujos yra nuodingos ir itin reaktyvios. Jos gali daryti neigiamą poveikį kvėpavimo takams, sukelti kvėpavimo takų infekcijų paūmėjimą ir astmą arba prisidėti prie šių sveikatos problemų atsiradimo (ypač vaikams), taip pat gali turėti žalingą poveikį vietos ekosistemoms ir matomumui keliuose.
Azoto (I) oksidas, azoto suboksidas, diazoto oksidas, N2O - bespalvės, malonaus kvapo, salsvo skonio dujos. Azoto (II) oksidas, azoto monoksidas, NO - bespalvės, vandenyje beveik netirpstančios dujos. Azoto (IV) oksidas, azoto dioksidas, NO2 - rudos, troškios dujos. Azoto (III) oksidas, azoto trioksidas, N2O3 - tamsiai mėlynas skystis arba tamsiai mėlyni kristalai. Azoto (V) oksidas, diazoto pentoksidas, N2O5 - bespalviai kristalai.
Visi azoto oksidai yra fiziologiškai veiklios medžiagos.
Kaip NOx jutiklis prisideda prie taršos mažinimo?
Labai svarbu kontroliuoti į atmosferą išmetamų NOx kiekį, todėl transporto priemonėje privalo būti NOx jutiklis. Ką daro NOx jutiklis? NOx jutiklis ne tik matuoja į orą išmetamų azoto oksidų kiekį, bet ir atlieka svarbų vaidmenį jį kontroliuojant per selektyvaus katalizinio redukavimo (SKR) sistemą dyzelinėse transporto priemonėse.
NOx jutiklis yra pagrindinė šios sistemos, kurią taip pat sudaro SKR katalizatorius, dyzelino kietųjų dalelių filtras (DKDF) ir turbokompresorius, dalis. Jei NOx jutiklis nustato, kad išmetama per daug NOx dujų, jis siunčia šią informaciją SKR sistemai, kuri sureguliuoja išmetamųjų teršalų kiekį, kad jis neviršytų išmetamųjų teršalų normos.
Jutiklį sudaro Nernsto elementas, kuriuo teka srovė. Tokiu būdu oro ir degalų santykis yra atitinkamai (λ=1) koreguojamas. Antrasis elementas, paprastai pagamintas iš keramikos su rodžio sluoksniu, skaido azoto oksidus į azotą ir deguonį. NOx reguliatorius šalia NOx jutiklio apskaičiuoja išmetamosiose dujose esančių azoto oksidų kiekį ir siunčia šiuos duomenis SKR reguliatoriui. SKR reguliatorius reguliuoja į SKR katalizatorių įpurškiamo dyzelinių išmetamųjų dujų skysčio kiekį, kuris azoto oksidų perteklių paverčia vandeniu ir azotu.
NOx jutiklis dažniausiai montuojamas už SKR katalizatoriaus. Taip SKR reguliatorius gali patikrinti, ar NOx kiekis sumažėjo iki reikiamo lygio. Kai kuriose transporto priemonėse naudojami jutikliai, matuojantys NOx kiekį prieš ir po SKR, tačiau dažniau naudojamas tik vienas jutiklis.
Taip, NOx jutikliai yra būtini, ypač šiuolaikinėse dyzelinėse transporto priemonėse. Kadangi azoto oksidai daro žalingą poveikį žmonių sveikatai ir netiesiogiai kenkia aplinkai, išmetamųjų teršalų kontrolė griežtai reglamentuojama.
NOx jutikliai transporto priemonėse montuojami nuo 2000-ųjų pradžios. Šiuolaikinė dyzelinė transporto priemonė negali išmesti daugiau kaip 80 mg/km NOx dujų, kitaip neatitiks EURO 6 reikalavimų. Be NOx jutiklio, tiksliai stebinčio jų kiekį, tai būtų neįmanoma.
Dauguma šiuolaikinių transporto priemonių - tiek benzininių, tiek dyzelinių - turi NOx jutiklius. Nors benzininiai varikliai išmeta gerokai mažiau NOx, išmetamų teršalų kiekis vis tiek griežtai reglamentuojamas. EURO 6 reikalavimų atitikimui šiuolaikinės transporto priemonės turi turėti bent vieną NOx jutiklį, kontroliuojantį transporto priemonės išmetamų teršalų kiekį.
Tikslieji komponentai, pavyzdžiui, NOx jutikliai, yra riboto tarnavimo laiko, todėl gana dažnai pasitaiko, kad juos tenka keisti tam tikru transporto priemonės eksploatavimo laikotarpiu. Viena iš pagrindinių NOx jutiklio gedimo priežasčių yra suodžių susikaupimas dėl degimo proceso. Suodžiai yra abrazyvūs, todėl ilgainiui gali pažeisti jutiklį, tačiau susikaupęs jų sluoksnis taip pat gali uždengti jutiklį ir dėl to jis nebegalės tiksliai matuoti dujų kiekio.
Diagnostikos įrankis, pavyzdžiui, „Delphi BlueTech VCI“, gali nuskaityti transporto priemonės variklio valdymo modulį ir rasti klaidų kodus, jei transporto priemonė rodo NOx jutiklio gedimo požymius: įsižiebusi variklio įspėjamoji lemputė; padidėjusios degalų sąnaudos; sumažėjusi galia; įsijungęs avarinis režimas; sumažėjęs pagreitis; sumažėjęs našumas. Visgi šie kodai nebūtinai padeda aiškiai suprasti problemą, nes jie gali atsirasti dėl įvairiausių priežasčių. Jei įtariama NOx jutiklio klaida, multimetru galima atlikti papildomą pačių jutiklių bandymą ir patikrinti, ar jie veikia tinkamai.
NOx jutiklio valyti nerekomenduojama, nes šie jutikliai valosi savaime. Jei jutiklis rodo netinkamo veikimo požymius, norint išspręsti problemą, jį reikia pakeisti nauju, o ne valyti rankiniu būdu.
NOx jutiklio keitimas gali būti brangus, todėl galimybė jį suremontuoti gali skambėti patraukliai. Vis dėlto tokio tikslaus komponento remontas gali būti tik trumpalaikis sprendimas ir jutiklis vėl sugestų, o tai reiškia, kad tą patį darbą tektų atlikti du kartus.
Žinoma, „Delphi“ vadove žingsnis po žingsnio aprašyta, kaip pakeisti NOx jutiklį.
Europos Sąjungos emisijų standartai ir jų įtaka automobilių taršai
Seni dyzeliniai automobiliai nurūkdami tolyn palieka juodų dūmų užsklandą, bet laikai keičiasi ir šiuolaikiniai dyzeliu varomi modeliai smarkiai skiriasi nuo tų, kurie iš gamyklų išriedėjo prieš keliolika metų.
Europos Sąjunga rūpindamasi mūsų planetos ateitimi ir plaučių švara nuo 1992-ųjų įvedė „Euro 1“ standartą, kurį turėjo atitikti visi naujai parduodami automobiliai, sunkvežimiai, traktoriai, lokomotyvai ir kitas transportas. 2014 metais įvestas „Euro 6“ standartas buvo keičiamas ir šiandien galioja „Euro 6d-Temp“. Jis nuo „Euro 6c“ iš esmės niekuo nesiskiria - pasikeitė tik emisijų matavimo principas. Anksčiau automobiliai buvo bandomi uždarose laboratorijose, o dabar testavimas vyksta realiuose keliuose.
Pagrindinės dyzelinių variklių išmetamosios dujos yra šios: anglies monoksidas, azoto oksidai, kietosios dalelės.
Gamintojai turi investuoti milijardus siekiančias sumas į tyrimus bei technologijų vystymą. Dėl išleistų pinigų ir sukurtų technologijų automobilių emisijos per laiką žymiai sumažėjo. Nuo 1993 metų, kai įsigaliojo „Euro 1“ standartas, anglies monoksido išmetimas sumažėjo daugiau nei 80 proc. Azoto oksidų išmetimas atsiradus „Euro 6d-Temp“ standartui lyginant su „Euro 6b sumažėjo 76 proc., o lyginant su „Euro 5“ - net 85 proc.
Kietųjų dalelių išmetimas skaičiuojant nuo pirmojo „Euro“ standarto įvedimo sumažėjo daugiau nei 90 proc.
Transporto priemonių išmetamųjų teršalų paaiškinimas
Modernių dyzelinių variklių technologijos
Per pastaruosius du dešimtmečius pasikeitė dyzelinių vidaus degimo variklių maitinimo sistemos. Jų valdymui pasitelkti mikroprocesoriais valdomi siurbliai, elektronikos valdomi purkštuvai, kurie per vieną ciklą, priklausomai nuo variklio darbo režimo, gali įpurkšti į cilindrą kelias dozuotas porcijas degalų.
Patobulėjo ir išmetamųjų dujų neutralizavimo sistemos: montuojami kietųjų dalelių filtrai, katalizatoriai bei naudojamos kitos technologinės priemonės.
Pasikeitė ir pačių degalų sudėtis. Jie tapo daug švaresni: sumažėjo įvairių kietųjų priemaišų ir cheminių elementų, pavyzdžiui, sieros junginių, kiekis. Šiuolaikinių dyzelinių vidaus degimo variklių maitinimo sistemų siurblių, purkštuvų gamybai taikomos labai sudėtingos technologijos, detalės dirba griežtų tolerancijų ribose, todėl maitinimo sistemos mazgų ir detalių sėkmingam darbui reikalingi ne tik švaresni dyzeliniai degalai, bet ir pasižymintys labai geromis tepimo savybėmis.
Automobiliuose veikiantys mazgai atsakingi už taršos mažinimą:
- Labai aukšto slėgio (2200-2500 barų) įpurškimo sistema leidžia išgarinti daugiau degalų ir užkirsti kelią arba iki minimumo sumažinti dalelių atsiradimą.
- Kintama vožtuvų valdymo sistema, daugiasluoksnis oro įsiurbimo kolektorius arba kombinuotas oro paėmimo ir išmetimo skirstomasis velenas, kuris permaišo įsiurbtą orą.
- Nauji temperatūros valdymo sprendimai, kurie leidžia pagrindiniams, už švarų degimą atsakingiems komponentams greitai pasiekti darbinę temperatūrą, tačiau nedaro įtakos komfortui.
Katalizatoriai
1992-aisiais metais atsiradus „Euro 1“ standartui visuose automobiliuose privalėjo būti įmontuoti katalizatoriai. Nesąžiningi pardavėjai išima juos iš naudotų automobilių, o tai daro todėl, kad katalizatorių viduje yra tauriųjų metalų - platinos, rodžio ir paladžio. Šios medžiagos leidžia sumažinti taršiųjų medžiagų išmetimą į orą. Tokie kenksmingi elementai, kaip azoto oksidas ir smalkės katalizatoriuje vykstant cheminėms reakcijoms virsta nekenksmingu azotu, vandeniu ir anglies dioksido dujomis.
DPF filtrai
Kietųjų dalelių filtras skirtas suodžių ir kietųjų dalelių, kurios yra laikomos pirmos grupės kancerogenais, pašalinimui. Šis nedidelis, bet svarbus įrengimas tapo privalomas po „Euro 5“ standarto įvedimo 2009 metais.
Įprastai DPF filtrų efektyvumas siekia nuo 85 proc. iki 100 proc. Kietųjų dalelių filtro pavadinimas išduoda ir jo veikimo principą - didesnės išmetamųjų dujų dalelės yra sulaikomos filtro viduje, o filtrui prisipildžius yra vykdoma regeneracija. Važiuojant didesniu greičiu arba, o mieste - stovint, variklio kompiuteris padidina apsukas ir pakoreguoja degalų įpurškimo laiką taip sukeldamas temperatūra išmetimo sistemoje ir filtre susikaupę suodžiai sudega. Degimo metu išsiskiria vanduo ir anglies dioksidas, kurio susidaro mažiau nei 0,05 proc. to kiekio, ką išmestų variklis į orą be filtrų.
Kietųjų dalelių filtro (angl. Diesel particulate filter, DPF), priklausomai nuo neutralizavimo sistemos konfigūracijos, gali būti sumontuotas atskirai arba integruotas į bendrą katalizatorių bloką. Jo pagrindinė paskirtis - sulaikyti iš variklio išmetamus suodžius. „Filtre susikaupus tam tikram dalelių kiekiui ir sumažėjus DPF pralaidumui, suodžiai yra išdeginami į CO2 ir pelenus. DPF regeneracijai į cilindrą arba išmetimo kolektorių papildomai įpurškiamas dyzelinas, kuris degdamas pakelia temperatūrą dalelių filtre iki apie 600 laipsnių Celsijaus. DPF užsikimšimo problemos dažnai atsiranda, kai automobilis ilgą laiką važinėja trumpais atstumais, variklis pilnai neįkaista, smarkiai užsikemša oro filtras. DPF savaiminei regeneracijai aktyvuoti ir sėkmingai atlikti reikia, kad variklis ilgesnį laiką veiktų aukštais sūkiais.“
Kai kurie automobilių gamintojai numatę specialius degalų priedus (šiais priedais automobilis papildomas techninės priežiūros metu) kurie padeda DPF regeneracijai vykti sparčiau, kokybiškiau ir žemesnėje temperatūroje, dėl to prailginamas DPF tarnavimo laikas.
Planinių apžiūrų metų šios sistemos specialios priežiūros nereikalauja. „Šios sistemos kuriamos taip, kad tarnautų kuo ilgiau, tačiau, kaip ir visas detales, priklausomai nuo ridos ir vairavimo stiliaus, jas gali tekti remontuoti arba pakeisti. Keisti rekomenduojame tik naujais elementais, nes jų netinkamas veikimas prognozuoja įvairius kitus gedimus: gali sumažėti automobilio galia, išaugti degalų sąnaudos, DPF regeneracijai skirti degalai gali patekti į alyvą ir bloginti jos kokybę.“
Įvairius sutrikimus gali lemti vairavimo įpročiai. Pavyzdžiui, kai dyzeliniai varikliai eksploatuojami trumpais intervalais, nepakankamai juos įšildant, varikliai veikia mažais sūkiais ir nesudaromos galimybės sistemoms savaime išsivalyti. Taip pat svarbu laiku reaguoti į automobilio prietaisų skydelio perspėjimus ir taisyti tai, kas sugedo. „Pastebėjus nenormaliai veikiantį variklį, prietaisų skydeliui informavus arba diagnostikos metu nustačius variklio sistemų gedimus reikia nedelsiant juos šalinti, nes šie gedimai gali „persimesti“ ir į kitas sistemas.“
Nors kai kuriuos elementus įmanoma tik pakeisti naujais, iš dalies atstatyti DPF filtro funkcionavimą galima ir pasinaudojus įvairiais mechaninio, cheminio plovimo būdais, kuriuos siūlo specializuoti servisai. „Kietųjų dalelių filtro problemas kai kurie „auksarankiai“ siūlo spręsti tiesiog jį pašalinant - tai atliekama fiziškai išmontuojant suodžių filtrą ir koreguojant variklio elektroninio valdymo bloko programą. Tačiau tai yra neteisėta, kadangi automobilių techninės apžiūros reikalavimai draudžia eksploatuoti automobilius, kurie neturi DPF ir kitų teršalų neutralizavimo sistemų, kai jos neveikia ar yra pažeistos.“
EGR vožtuvai
Išmetamųjų dujų recirkuliacijos vožtuvas atsakingas už dalies - moderniuose dyzeliniuose varikliuose net iki 50 proc. - išmetamųjų dujų sugrąžinimą į cilindro degimo kamerą. Tokios išmetamosios dujos sumažina degimo kameros temperatūra ir taip mažėja azoto oksido išskyrimas degimo metu. EGR vožtuvas, taip pat kaip ir DPF filtras, gali užsikimšti dėl išmetamosiose dujose esančių suodžių, bet dažniausiai jo pravalymas būna nebrangus ir ganėtinai paprastas.
„AdBlue“ skystis
Didesnėse degalinėse jau atsirado šio skysčio užpildymo įranga. „AdBlue“ skystis taip pat padeda dyzelinio variklio dujas paversti nekenksmingomis medžiagomis. Jį sudaro karbamidas ir dejonizuotas vanduo. Jis pilamas į atskirą automobilyje esantį bakelį ir mažais kiekiais purškiamas į išmetimo sistemą. Reaguodamas su šiuo skysčiu azoto oksidas išgaruoja ir skaidosi į amoniaką, vandenį ir azotą, kurie yra nekenksmingi ir patenka į aplinką per išmetimo vamzdį.
Ekspertai aiškina, kad veikiant varikliui į atmosferą išsiskiria išmetamosios dujos. Dyzelinių variklių ypatybė yra ta, kad jų degimo procese susidaro azoto dioksidas, kuris neigiamai veikia aplinkinių sveikatą. Siekdami minimizuoti šių kenksmingų medžiagų kiekį, mokslininkai sukūrė reagentą, neutralizuojantį azoto oksidus. Jei „AdBlue“ bakas ištuštėja, variklis pradeda veikti prastai - įsijungia avarinis režimas, ribojama galia ir sūkiai. Daugeliu atvejų, išjungus variklį ir nepapildžius rezervuaro, automobilio tiesiog nepavyks vėl užvesti. Tai numatyta gamintojų, kad transporto priemonė neviršytų leistinų taršos normų. AdBlue bako užpildymo lygį galima nustatyti pagal borto kompiuterio rodiklius.
Švaresnei aplinkai - papildomas bakas VGTU Transporto inžinerijos fakulteto docentas dr. Alfredas Rimkus paaiškino, kad katalizatorius - tai korėtas elementas, turintis tauriųjų metalų, kurie paskatina išmetamosiose dujose esančių teršalų neutralizavimo reakcijas. Būtent jame toksiški cheminiai junginiai - azoto oksidas (NOX), anglies monoksidas (CO) ir nesudegę angliavandeniliai (CH) - išskaidomi į netoksiškus elementus: gryną azotą, vandens garus ir CO2 dujas. Šiuolaikiniuose dyzeliniuose automobiliuose dažniausiai naudojamos selektyviosios katalitinės redukcijos (SCR) sistemos, kuriose prieš katalizatorių įpurškiamas karbamido tirpalas „AdBlue“. Dėl jo beveik visi degimo metu variklyje susidarę azoto oksidai virsta aplinkai nekenksmingu azotu ir vandens garais. Tačiau vairuotojams reikia rūpintis, kad šio skysčio nepritrūktų - lengvieji automobiliai, sunaudoja 0,5 - 1,5 l „AdBlue“ skysčio 1000 km. Jo kaina siekia iki 1 euro už litrą, o automobilis, kaip besibaigiant kurui, perspėja apie reikalingą papildymą. A. Rimkus taip pat pastebi, kad dėl SCR sistemų atsiranda papildomų gedimų tikimybė, ypač šaltuoju laikotarpiu. Todėl, siekiant supaprastinti automobilių eksploataciją, tobulinamos katalizatorių sistemos, nenaudojančios „AdBlue“. Kita vertus, SCR technologija, jei reguliariai vyksta kietųjų dalelių filtro regeneracija, naudojami kokybiški degalai ir alyva, leido prailginti šio filtro keitimo intervalą iki maždaug 300 000 km ir sumažinti eksploatacijos kainą.
Alternatyvūs sprendimai ir ateities perspektyvos
Atsižvelgiant į šią didelę žalą aplinkai - šiuolaikinės visuomenės deda vis daugiau pastangų mažinti automobilių taršą. Vyriausybės skatina elektrinių ir hibridinių transporto priemonių naudojimą, plėtoja viešojo transporto infrastruktūrą ir didina investicijas į dviračių takus bei pėsčiųjų zonas.
Automobilių tarša šiuo metu yra viena didžiausių aplinkosaugos problemų, kurios poveikis jaučiamas visame pasaulyje. Atsižvelgiant į didėjantį šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį, klimato pokyčius ir augančią oro taršą miestuose, tampa aišku, kad tradiciniai transporto sprendimai nebėra tvarūs. Ateityje laukia reikšmingi pokyčiai, kurių tikslas yra sumažinti automobilių taršą ir apsaugoti planetą nuo tolesnio aplinkos degradavimo.
Elektromobiliai šiuo metu vertinami kaip vienas iš svarbiausių sprendimų mažinant transporto išmetamų teršalų kiekį. Jų populiarumas sparčiai auga, nes jie nenaudoja iškastinio kuro, todėl neteršia oro azoto oksidais, kietosiomis dalelėmis ar anglies dvideginiu (CO2), kurie prisideda prie klimato kaitos ir sveikatos problemų. Be to, elektromobiliai yra žymiai efektyvesni energijos panaudojimo atžvilgiu, todėl ilgalaikėje perspektyvoje jie gali būti ekonomiškesni.
Akumuliatorių gamyba gali sukelti aplinkos taršą, ypač jei gavybos procesai nesilaiko aplinkosaugos reikalavimų. Be to, elektromobilių ateitis labai priklauso nuo to - ar pasaulis sugebės pereiti prie švaresnės energijos gamybos. Jei elektra vis dar bus gaminama naudojant iškastinį kurą - tarša tik persikels į kitas sritis, nes bus didinamos elektros gamybos pajėgumai.
Vis dėlto elektromobiliai greičiausiai nebus vienintelis sprendimas mažinant transporto taršą. Vandenilio kuro elementų technologija yra kita potenciali alternatyva, kuri gali tapti svarbia transporto ateities dalimi. Vandenilio varomi automobiliai skleidžia tik vandens garus, o jų kuro bakus galima užpildyti žymiai greičiau nei įkrauti elektromobilių baterijas.
Kita svarbi kryptis yra miestų infrastruktūros pertvarka ir darnaus transporto plėtra. Viešojo transporto modernizavimas, dviračių takų plėtra ir vaikščiojimui tinkamos zonos yra būtinos siekiant sumažinti transporto keliamą taršą. Galiausiai, inovacijos transporto srityje ir technologiniai proveržiai ateityje gali pasiūlyti netikėtų sprendimų, kurie dar labiau padės sumažinti transporto taršą.
Gatvės lenktynininkas nuspaudžia mygtuką NOS ir jo automobilis šauna pirmyn. Tikėtina, kad jūs esate girdėję apie šią gudrybę - diazoto oksido (N2O) injekcija varikliui padeda išvystyti didesnę galią. Panašią sistemą Antrojo pasaulinio karo metu naudojo Vokietijos Karinės oro pajėgos (Liuftvafė). GM-1 sistema padėjo lėktuvams skristi aukščiau neprarandant variklio galios.
Diazoto oksidas kambario temperatūroje yra bespalvės nedegios dujos. N2O yra naudojamos medicinoje - tai yra vadinamosios juoko dujos, veikiančios kaip anestetikas.
Automobiliuose naudojamos diazoto oksido (dažnai vadinamo azoto suboksidu) sistemos yra skirtos variklio galiai padidinti. Šios sistemos, žinomos kaip NOS, montuojamos prie modifikuotų vidaus degimo variklių. Dažniausiai N2O buteliai gula į sportinius benzininius automobilius, bet juos galima montuoti ir į dyzelinius ar gamtinėmis dujomis varomus automobilius.
Azoto suboksidas gali būti tiekiamas į įsiurbimo kolektorių arba tiesiai į degimo kamerą. Pastarasis būdas yra kiek praktiškesnis, nes pakanka vieno azoto suboksido įpurškimo taško. Be to, kartu galima tiekti ir papildomus degalus (vadinamoji šlapia azoto suboksido sistema). Suskystintas azoto suboksidas yra laikomas aukšto slėgio talpose, kurios gali būti montuojamos tiesiai salone (prisiminkite - N2O dujos nėra degios, nors aukšto slėgio indai visada yra susiję su šiokia-tokia rizika) arba slepiamos po grindimis, bagažinėje ar net variklio skyriuje.
NOS yra tokia efektyvi technologija, kad išaugusios galios varikliai kartais tiesiog neatlaiko. Skyla blokai, stumokliai, dėl netinkamu laiku įvykstančios detonacijos gali baigtis švaistiklių ar net alkūninio veleno tarnavimo laikas. Taigi, azoto suboksidas netinka visiems varikliams.
Iš tikrųjų, viskas labai paprasta - atsakymas slypi formulėje. N20 molekulę sudaro azoto ir deguonies atomai. Vidaus degimo variklis degina ne grynus degalus, o jų ir oro mišinį. Ore yra 21 % deguonies ir tik jis palaiko degimą. Tuo tarpu skylančiame azoto subokside yra net 36,36 % deguonies. Taigi, paprastai tariant, N2O padidina varikliui prieinamo deguonies atsargas. Turint daugiau deguonies galima deginti ir daugiau degalų ir taip padidinti variklio galią. Bet teigiamas NOS poveikis prasideda dar prieš azoto ir deguonies atsiskyrimą.
Besiplečiančios dujos vėsta - jei naudojate purškiamą dezodorantą ar plaukų laką, tai esate pastebėję. Azoto suboksidas automobilyje yra laikomas suslėgtuose induose. Išleistas į variklį (tarkim, įsiurbimo kolektorių), azoto suboksidas staiga plečiasi ir virsta dujomis, todėl stipriai atvėsta taip dar labiau padidindamas dujų-degalų mišinio tankį ir variklio efektyvumą. O tada N2O keliauja į degimo kamerą, kur skyla.
Diazoto oksido skilimas yra egzoterminė reakcija - jos metu išsiskiria šiluma. Tai įvyksta degimo kameroje, todėl NOS dėka ten pasiekiama didesnė temperatūra ir slėgis. Visų šių reiškinių suma - daugiau degalų (deguonies ir benzino mišinio), didesnis slėgis variklyje ir stipriai išaugusi galia.
Norint naudoti NOS reikia pasirūpinti, kad kartu su azoto suboksidu varikliui būtų pasiūlyti ir papildomi degalai. Kitaip išaugus deguonies kiekiui mišinys taps labai liesas (daug deguonies ir mažai benzino), o tai varikliui gali padaryti žalos. Jis gali nukentėti ir dėl išaugusio slėgio - stūmoklių ir net variklio bloko skilimai dėl azoto suboksido naudojimo nėra retas reiškinys. Tačiau NOS fanai rizikuoja ne šiaip sau - azoto suboksido sistemos yra bene pigiausias būdas pridėti varikliui 100-200 arklio galių. Žinoma, įmanoma pasiekti ir daug geresnius (ar prastesnius) rezultatus, bet viskas priklauso nuo variklio, jo valdymo programos, pasirinktos sistemos ir kitų faktorių.
NOS naudoja ir automobilių modifikavimo entuziastai, norintys filmuose matyti NITRO mygtuko. Tačiau šios sistemos ne visur yra legalios, o kartais jų naudojimas gali būti pavojingas. Tuo tarpu traukos lenktynėse azoto suboksidas naudojamas pakankamai dažnai. Ten pasitelkiamos net trijų lygių azoto suboksido sistemos, kurios varikliui gali pasiūlyti didesnį N2O ir degalų kiekį, bet tai daro palaipsniui, labiau kontroliuotai ir saugiau. Traukos lenktynėms NOS technologija yra labai tinkama, nes važiavimai ten yra labai trumpi, variklio aušinimui galima skirti labai daug laiko, o ir patikimumo klausimas nėra toks svarbus.
Azoto oksidą sudaro 64% azoto ir 36% deguonies (pagal masę). Suspaudimo takto metu iki 300°C įkaitęs azoto oksidas skyla, išlaisvindamas deguonį. Pats deguonis iš esmės nesukuria galios, bet leidžia sudeginti daugiau kuro. Kai suskystintas azoto oksidas įpurškiamas į įsiurbimo kolektorių, jis virsta garais. Šis garavimo procesas sumažina azoto oksido temperatūrą iki -88°C. Toks aušinimo efektas sumažina tiekiamo kuro mišinio temperatūrą 15-25°C. Tai vėlgi padeda sukurti papildomą galią. Kiekvienas įsiurbimo mišinio temperatūros sumažinimas 12°C leidžia galią padidinti 1%. Pvz.: 350 AG variklio įsiurbimo kolektoriuje temperatūra sumažėja 20°C. Azotas, kuris taip pat išlaisvinamas, skylant azoto oksidui, vaidina svarbų vaidmenį.
Nuolatinis procesas Vien „Volkswagen“ grupėje dirba daugiau nei tūkstantis mokslininkų siekdami šias ir taip modernias ir pažangias technologijas dar patobulinti. Kadangi ekologija tai bendras visų gamintojų tikslas, patirtimi ir atradimais didžiosios kompanijos dalinasi tarpusavyje, Vokietijos koncernas bendradarbiauja su „Bosch“, „Continental“ ir „Delphi“.
tags: #azoto #oksidai #is #automobiliu