汽车污染：了解其危害
尽管技术不断进步，但汽车内燃机仍是造成城市污染的主要原因
图片：Unsplash 上的 Evgeny Chebotarev
第一个发动机出现在 18 世纪。它们由外部燃烧提供动力，使用木柴——著名的蒸汽机。在 19 世纪，出现了第一台内燃机，其中燃料在发动机内部燃烧。由于其多功能性、效率和适应不同类型机器的可能性，内燃机比蒸汽机更具优势。尽管如此，他们仍对汽车造成的污染负主要责任。
内燃机开始得到研究和改进，今天在交通工具——飞机、汽车、道路和其他机动车辆、轮船等中被大规模使用。随着其使用量的增长，人们开始关注发动机固有的问题，例如排放会造成空气污染并导致人口健康问题的气体。
多年来，内燃机经历了改进，污染越来越少。这些改进主要是由于以下措施：将用于向发动机中机械供给空气/燃料混合物的化油器更换为使用更少燃料并产生更理想混合物的电子喷射系统；创建催化转化器（或催化剂），将燃烧过程中产生的部分气体转化为无毒气体，然后通过车辆尾气排放，以及其他措施。然而，车辆数量的增加和城市中心人口的集中是使汽车污染问题继续存在的因素——字面意思。
你知道你的汽车发动机是如何工作的吗？
要了解车辆中污染物气体是如何形成的，了解发动机的工作原理很重要。大多数汽车都有所谓的四冲程发动机：进气、压缩、膨胀-爆炸和排气。该视频有一个关于汽油和柴油发动机操作的非常解释性的动画。简而言之，汽车发动机的作用是将大气（含有高浓度氧气）与燃料结合。这种混合物产生放热化学反应（释放热量），导致燃烧室中的气体膨胀，挤压活塞，活塞下降，在发动机中产生旋转运动 - 从而将热量转化为功 - 以及燃烧产生的气体通过打开排放阀消除 - 这是来自汽车的污染。
燃烧
要发生燃烧，必须具备三个要素：- 燃料：内燃机中主要由氢（H）和碳（C）组成的碳氢化合物；
- 氧气：氧化剂；
- 热量：在内燃机中，热量由火花（汽油发动机）或进气压缩（柴油发动机）产生。
- 来自燃料的碳氢化合物的燃烧可以是完全的或不完全的。
当有足够的氧气来消耗所有燃料时，就会发生完整性。对于由碳和氢（碳氢化合物）制成的化合物，完全燃烧的产物是：二氧化碳 (CO2)、水 (H2O) 和能量。完全燃烧是理想的，因为它可以更好地利用燃料，但由于反应会产生二氧化碳，尽管它不是一种有毒气体 - 只有在室内大量泄漏时才会窒息 - 是一种已知的温室气体。
不完全燃烧，当没有足够的氧气来消耗所有燃料时，会对汽车产生污染。它可能含有一氧化碳 (CO)、元素碳 (C) - 烟灰（黑烟，由煤的微小固体颗粒形成） - 醛和颗粒材料。
氮和硫也存在于燃料的成分中，但数量较少，在燃烧过程中会形成有毒化合物，如二氧化硫 (SO2)、硫化氢 (H2S) 和氮氧化物 (NOx)。氮氧化物的形成是一个难以控制的过程，因为除了存在于燃料中，氮还存在于空气中 - 以气态氮 (N2) 的形式 - 在燃烧室中的高温下可以与氧气发生反应。
公共卫生和环境问题
内燃机中产生的形成汽车污染的气体会对人类健康和环境造成若干问题。氧化物 SO2 和 NOx 会影响呼吸系统并导致酸雨，CO 会降低血液的携氧能力，颗粒物会导致呼吸道过敏，并且是其他污染物（重金属、致癌有机化合物）的载体（携带）。
当城市出现大量污染排放时，仍然存在热逆温等自然现象，这会加剧污染情景，因为它使这些气体的扩散更加困难，并使人们长期接触这些气体。
2002 年，美国环境保护署 (EPA) 发布了一份报告，其中警告了长期接触柴油蒸汽的风险。根据该报告，长期吸入这些颗粒物质，硫和氮氧化物，会导致人类癌症。 2013 年，国际癌症研究机构 (IARC) 得出结论，柴油发动机的排放确实会导致肺癌，也可能导致膀胱癌。在伦敦，甚至发生过一起因汽车空气污染而导致死亡的案例。
内燃机的区别
汽油和柴油发动机
如上所述，汽油和柴油发动机的操作是相似的。这些发动机的主要区别在于，在汽油发动机中，进入燃烧室的是空气和燃料的混合物，而这种发动机的点火（开始/开始燃烧）是由火花塞提供的火花产生的。点火。另一方面，在柴油发动机中，最初只有空气进入燃烧室，然后被活塞压缩，并通过将柴油喷射到高压空气中而发生点火。
汽油是一种爆炸性很强的燃料（如视频所示），它使汽车在旋转时具有高功率和快速响应。柴油发动机的燃料燃烧更慢、更连续，更持久地“推动”活塞向下，并在较慢的转速下提供更大的扭矩（旋转力）。这使得它更坚固，因此更适合用于大负载的运输工具。这一优势还赋予柴油发动机更耐用的特性，因为它对发动机曲柄（曲轴）的影响较小。
在柴油发动机中，燃料喷射发生在传统的自燃过程中，在该过程中，柴油被喷射到高度压缩的空气中。这会导致温度突然升高，达到有利于形成 NOx 并有助于热解过程（在高温作用下发生的分析反应或分解）的水平，在该过程中会产生颗粒材料。这种燃料的挥发性较小。由于它被直接注入压缩空气（燃烧开始的地方），它的混合物最终不如汽油中的均匀。反应混合物中缺乏过量空气会导致不完全燃烧，排放烟灰、一氧化碳 (CO) 和碳氢化合物 (HC)。由于这些因素，与汽油发动机相比，柴油发动机在颗粒物排放方面向大气排放的污染物往往是其 7 倍。另一方面，汽油排放更高百分比的二氧化碳 (CO2)。
弹性引擎
弹性发动机是一种使用多种燃料的发动机。在巴西，最常见的灵活燃料汽车是使用汽油和乙醇的汽车。
这些柔性汽车的发动机就是其中之一。为了使其同时适用于汽油和乙醇，它有一些干扰其功能的变量。在这些变量中，我们可以提到发动机的化学计量比（空气/燃料混合物），它随着燃料特性而变化，具有或多或少的热值，这也会改变发动机的燃料消耗。灵活的燃料车辆有一个传感器，可以检测进入油箱的燃料混合物并相应地调整喷射量。
