A légszennyezés napjainkban a civilizált világ egyik súlyos problémája, amelynek jelentős részéért a gépjárművek felelősek. A jelenség megértéséhez és a lehetséges csökkentési módok azonosításához elengedhetetlen a kipufogógázok összetételének, a motorok működésének, valamint a különböző üzemanyagok és technológiai megoldások alapos vizsgálata. Jelen cikk részletesen bemutatja a különböző auto fustoles típusait, azok okait és a légszennyezésre gyakorolt hatásukat.
A Légszennyező Anyagok és Keletkezésük
A gépjárművek kipufogógáza számos káros anyagot tartalmaz, amelyek eltérő körülmények között keletkeznek, és más-más módon veszélyeztetik az emberi egészséget és a környezetet.
Szén-monoxid (CO)
A szén-monoxid (CO) akkor képződik, ha a tüzelőszer (szénhidrogének, CH) égéséhez nem áll rendelkezésre elegendő oxigén, de a rossz keveredés is okozhatja. A CO szagtalan és színtelen gáz, amely az Otto-motorok üresjárati kipufogógázában akár 10 térfogatszázalékot is elfoglalhat, míg normális üzemben mennyisége körülbelül felére esik.
Elégetlen Szénhidrogének (CH)
Az elégetlen szénhidrogének (CH) szintén oxigénhiány miatt keletkezhetnek, vagy a tüzelőszer lecsapódása miatt a hideg hengerfalon, illetve az égési térben. Kétütemű motoroknál sok elégetlen CH távozik a friss keverék és az elégett gázok elkerülhetetlen keveredése következtében. A túl nagyra porlasztott tüzelőszer-részecskék sem égnek el tökéletesen.
Nitrogén-oxidok (NOx)
A nitrogén-oxidok (NOx) a harmadik és legnehezebben csökkenthető szennyező anyagok közé tartoznak, amelyek túl magas égési hőmérsékleten keletkeznek. Izgatják a szemet és az orr nyálkahártyáját, valamint károsítják a növényzetet.
Ólomsók
A benzinbe kevert ólomtetraetil égéséből származó ólomsók erős idegmérgek, amelyek még a kipufogógázokban is megtalálhatók. Az ólomtartalom csökkentése a benzinben az oktánszám rovására megy, amit a sűrítési viszony csökkentésével lehet ellensúlyozni; ez viszont a teljesítmény csökkenéséhez vezet, ami azonos teljesítmény eléréséhez nagyobb motor alkalmazását teszi szükségessé.
Egyéb részecskék
Vízgőz és szilárd részecskék is találhatók a kipufogógázokban. Az előbbi teljesen ártalmatlan, az utóbbiak, mivel túlnyomórészt koromból és vasoxidból (rozsdából) állnak, szennyezik a levegőt.
A Kipufogófüst Színe és Jelentése
Az autó minden hengerében égő üzemanyag kipufogógázokat termel. A gázok a szelepeken keresztül hagyják el a motort, mielőtt a kipufogócsonkon, a katalizátoron és a kipufogó-/kipufogócsövön keresztül kipufognak. Ha a kipufogórendszer minden alkatrésze megfelelően működik, a kipufogócsőből távozó gázok színtelenek lesznek. A benzin üzemanyagforrást használó járművek kipufogógáza többféle színben is megjelenhet. Ennek a füstnek a leggyakoribb színei a fekete, fehér vagy szürke/kék.
Fehér füst
A fehér füst gyakran vízgőzt vagy más vegyi gőzt jelez. Minden kipufogógázban van bizonyos mértékű vízgőz, és ez különösen igaz, amikor először indítja el az autóját. Ezekben az esetekben általában a fejtömítés meghibásodása vagy repedt blokk az oka. A motorblokkot vagy motortömböt és a hengereket lezáró hengerfejet keresztül-kasul átjárják azok a kis csatornák, melyekben a rendszert hűtő és egyenletes, optimális üzemi hőmérsékleten tartó hűtőfolyadék kering. Ha ezekből a csatornákból, járatokból valamilyen úton-módon átszűrődik a hűtőfolyadék (amelynek tömegét jellemzően egy etilén-glikol nevű anyag adja) az égéstérbe, ott részben elég, részben elpárolog - ennek jele a súlyos, fehér füst a kipufogógázban.
Ilyenkor szoktuk azt mondani, hogy „hengerfejes” a motor, bár nem biztos, hogy ez a baj. A leggyakrabban a hiba oka valóban a motorblokk és a hengerfej közti tömítés átégése (ez a legjobb eset, pár tízezer forintos javítás) vagy a hengerfej repedése (ez már százezres nagyságrend), de akár a motorblokk repedése is okozhatja a hűtővíz szivárgását (anyagi csőd). Hidegben, hidegen indított motornál új autóknál is gyakran látható jelenség, nem utal hibára. Tulajdonképpen nem is füst ez, hanem a kipufogórendszerben kicsapódott vízből származó pára (gyakran társul látható vízcsepegéssel is a cső végén), amely az autó műszaki elemeinek átmelegedésével megszűnik. Ha hűvös reggelen a próbaúton így indul az autó, még nem kell otthagyni, de ha pár kilométer, pár perc után még mindig jön valami fehér dolog a csövön, az már más problémát jelez.
Kék füst
A kipufogórendszerekből származó fekete-fehér füstön kívül, a kékesszürke vagy szürkésfehér füst azt jelzi, hogy a motor olajat éget. A motor kenőolajának égése okozza, kísérőjelensége az erős motorolaj-fogyasztás. Szívómotor esetében szinte mindig arra utal, hogy elhasznált, kopott motorral van dolgunk és vagy a hengerben már csak kóválygó dugattyú mellett, vagy a szelepek mellett jut az olaj az égéstérbe. Ritkán, de okozhatja olyan, viszonylag olcsón orvosolható mechanikai hiba is, mint az olajlehúzó gyűrű törése. Ha az olajfogyasztás hirtelen ugrott meg, ebben még lehet reménykedni, de a kéken füstölő autót ilyenkor sem javasoljuk megvásárolni. Turbómotornál elképzelhető, hogy csak a feltöltő hibája miatt kerül olaj a hengerbe, ami viszonylag könnyen, gyorsan és tervezhető költséggel kiküszöbölhető probléma. Hogy a turbóval van-e baj, könnyen ellenőrizhető: ha itt kerül ki a kenési rendszerből az olaj (és a turbó által szállított levegővel kerül a motorba), a pillanatok alatt lelazítható-lehúzható levegőcsövek durván tele lesznek olajjal-olajsárral. Kétütemű motorkerékpárokban más-más kenőanyag felel a váltó tökéletes működéséért, valamint a henger és a dugattyú kenéséért. Vastagon olajos a kipufogódob vége, sőt a leömlőcső is belülről? Jellemzően kékes színű füstről számolnak be a tulajdonosok, ami helyes karburátorbeállítás mellett csak akkor fordulhat elő, ha megsérült a főtengelyt és a tengelykapcsolót (kuplung) elválasztó szimmering. A hiba azonosítása tehát egyszerű, a kipufogón át távozik a váltóolaj.
Fekete füst
A kipufogóból fekete füst tör fel, akkor ha a motorba belépő levegő/üzemanyag arány túlságosan gazdag üzemanyaggal. Tipikusan a problémát az üzemanyag okozza. A dízel, mivel magasabb az olajbázisa, általában fekete és kormos lehet, különösen nagy terheléssel járó gyorsításkor. A dízelmotoroknál a fekete füst nagy mennyiségben is lehet normális. A benzin üzemű autóknál azonban az égéstérben lévő gazdag állapot végül elszennyezi a gyújtógyertyákat, tönkreteszi a katalizátort, és hatalmas szénlerakódásokat hagy az égéstérben. Végső soron a motor teljesítménye csorbát szenved, és végül komolyabb károk is következhetnek. A kipufogógázban lévő koromszemcsék okozzák. Korom akkor képződik, ha az égés a motorban tökéletlenül megy végbe. Oka vagy az, hogy túl sok üzemanyag jut az égéstérbe, vagy hogy túl kevés levegő - illetve utalhat a porlasztás elégtelenségére is. És persze akár arra is, hogy a részecskeszűrőt annak elhasználódása után elegánsan kiszerelte a rendszerből egy lelkiismeretlen tulajdonos. A leggyakrabban dízelmotoroknál tapasztalható, de paradox módon a jelenség megjelent a legújabb, elvileg pont legkörnyezetbarátabb direkt befecskendezéses benzinmotoroknál is. A fekete füstölés oka általában könnyen diagnosztizálható probléma, egy ilyen használt autóról még nem kell azonnal lemondani, egy műszaki állapotfelmérést követően az alku folytatható. A padlógáznál, nagy terhelésnél (menet közben) látható időszakos, vékony fekete füst egy viseltesebb dízelnél nem utal komoly problémára. A forgalomban gyakran látható, gyorsításnál durva fekete koromcsíkokat húzó, gyakran meglepően új dízeleknél a legvalószínűbb, hogy a hibát szándékosan okozza a tulajdonos: chiptuninggal vagy mechanikai átalakításokkal érve el a gyári értéknél jóval több üzemanyag bejuttatását a motorba.
Szürke/Szürkéskék füst
A szürke vagy szürkéskék füst gyakran átmenetet képez a fekete és a kék füst között. Sok esetben ez is olajégéshez kapcsolódik, de előfordulhat égési rendellenesség vagy keverékképzési probléma is.
A Tüzelőszerek Hatása a Kipufogógázokra
A tüzelőszerek nagy befolyással vannak a kipufogógázok összetételére.
Benzin és Gázolaj
A gépjárművek számára legelterjedtebbek a nyersolajból lepárolt, illetve előállított tüzelőszerek: a benzin és a gázolaj. Ezek - kiváló adalékanyagaikkal - nagymértékben tesznek eleget a gépjárművek által támasztott követelményeknek, a legkülönbözőbb üzemi és időjárási körülmények között. Nagy hátrányuk azonban, hogy a hagyományos motorokban nem sikerült eddig azokat úgy elégetni, hogy ne termelődjenek belőlük az előbb említett káros anyagok, az ismertetett okok miatt. Nagy haladást jelentene ezen a téren a tüzelőszerek tökéletesebb elporlasztása, sőt teljes elgázosítása. A német Siemens vállalat állítólag megvalósított egy ilyen elgázosító berendezést, amelynek segítségével az eddigi értékekkel szemben csupán 10%-nyi CO termelődne, elégetlen CH egyáltalán nem, és az NOx-tartalom is negyvened értékre esne vissza. Bár a sűrítési viszony magasabb lehet, a 200°-ra való előmelegítés következtében a teljesítmény mintegy 20%-kal csökken.
Földgáz és Propán-Bután Gáz
További olajbányászati termék a cseppfolyósított propán-butángáz és a földgáz, cseppfolyósított vagy sűrített állapotban. Mivel ezeket erős, nehéz palackokban kell tárolni, alkalmazásukra elsősorban nehezebb járműveknél, főleg városi használatban kerülhet sor.
Alkohol
Az alkohol, mint tüzelőszer, költséges előállítása miatt gyakorlatilag alig jöhet figyelembe, legfeljebb szükségállapot idején.
Hidrogén
Végül megemlíthetjük a hidrogént, mint tüzelőszert, amelynek kipufogása tiszta vízgőz lenne.
Belső Égésű Motorok és a Károsanyag-Kibocsátás Csökkentése
A belső égésű motorokban a tüzelőszert magában a motorban égetik el, és így a gázok nyomása közvetlenül a dugattyúra vagy turbinakerékre hatva alakul át munkává.
A Porlasztás Jelentősége
Az égéshez a tüzelőszert megfelelően elő kell készíteni, amire a porlasztó, a befecskendező szivattyú, illetve az égőfej szolgál. Sajnos, az általuk végzett porlasztás nem elég finom és egyenletes a tökéletes égéshez, így káros anyagok keletkeznek. A keverék örvényeltetése kedvező hatással van az égésre, amennyiben egyenletesebbé teszi a keveréket, és elősegíti a cseppecskék elpárolgását. Sajnálatos körülmény, hogy míg a tüzelőszer jobb kihasználása minél magasabb égési hőmérsékletet kíván, addig a magas égési hőmérsékletek nagyobb NOx-képződést vonnak maguk után. Mivel pedig a levegő tisztasága előbbrevaló, valószínűleg le kell mondanunk az egyébként elérhető maximális gazdaságosságról.
Diesel-motorok előnyei
A káros kipufogás szempontjából a Diesel-motorok előnyben vannak az Otto-motorokkal szemben, mivel a füstölés határáig légfelesleggel dolgoznak, vagyis a szükségesnél még több oxigén is rendelkezésre áll az égéshez.
Hogyan működik valójában a dízelmotor? (Animáció)
Kiegészítő Berendezések a Kipufogógázok Tisztítására
Mivel a hagyományos motorok döntő többsége ma nem tud eleget tenni a légszennyezést korlátozó hatósági előírásoknak, a gyárak sokféle kiegészítő berendezéssel szerelik fel új motortípusaikat.
Utánégetők
Az utánégető alapjában véve olyan, mint egy „gázrezsó”, amely a kipufogógázokban még jelen levő CO és HC jó részét utólag elégeti. Az ilyen utánégetőt a kipufogó-gyűjtőcső helyére szerelik fel. A még égésben levő gázok a hengerekből az utánégetőkbe jutnak, ahol megfelelően kiképzett csatornákban a külön légszivattyún szállított levegővel keverednek, és ilyen módon a még éghető anyagok nagy része is elég. Az amúgy is magas hőmérsékletű gázok az utánégetőben még nagyobb hőfokra hevülnek, amitől maga az utánégető ugyancsak felhevül. Mivel az utánégetők igen magas hőmérsékleten dolgoznak, azokhoz csak különleges hőálló anyagokat lehet alkalmazni, amelyek fejlesztése még folyamatban van.
Katalizátorok
A katalizátor elősegíti a kémiai reakciók létrejöttét és ezáltal tovább csökkenti a kipufogógázok CO- és HC-tartalmát, sőt bizonyos mértékig az NOx mennyiségét is. Itt is probléma a még olcsóbb hőálló, valamint katalizáló anyagok, úgyszintén a hatékony és biztos szabályozó rendszerek kifejlesztése. Az eddigi katalizátorokban igen drága fémet, platinát alkalmaztak, amelyet az ólomsók megtámadnak.
Kipufogógáz-visszavezetés (EGR)
A semleges kipufogógázok egy részének a hengerekbe való visszavezetése fölhígítja a beszívott friss keveréket, és ezzel csökkenti az égési hőmérsékletet; ez viszont korlátozza az NOx mennyiségének a keletkezését. A visszavezetés természetesen automatikus szabályozással történik, hogy a visszaáramló mennyiség arányos legyen a mindenkori gázadással. A visszacirkuláltatás a teljesítmény rovására megy, mivel a hengertérfogat egy részét semleges gáz foglalja el.
Wankel-motorok
A Wankelről elnevezett forgódugattyús motorok annyira különleges helyet foglalnak el a belsőégésű motorok között, hogy érdemes velük kissé részletesebben foglalkozni. A forgó dugattyú lehet három-, négy- vagy még többszögű is, és a ház kontúrja ennek megfelelően változik, mindig eggyel kevesebb behúzódással, mint amennyi sarka van a dugattyúnak. A legsúlyosabb problémát a forgó dugattyú tömítése jelentette. A motor gyakorlati eltömítése csak akkor valósult meg, amikor a licencet megvásárló japán Toyo Kogyo gyár igen hosszadalmas kísérletezés után olyan anyagot talált, amely jó tömítés mellett kielégítő élettartamot is adott: alumíniummal impregnált szenet. A Mazda motorja kétsoros - kéttárcsás -, vagyis két dugattyúháza van egymás mellett, az égési térben két-két gyertyával. Maximális fordulatszáma 7000, a kocsi végsebessége 170 km/ó. Megállapítást nyert, hogy az NOx kibocsátása - a nagy felületű égési térben fellépő alacsonyabb hőmérsékletek következtében - csekélyebb, mint a hagyományos Otto-motoroké, viszont a CO és CH kibocsátása még nagyobb, így hatásos utóégetőre és katalizátorra van szükség. Kérdés azonban, hogy a jobb gyorsítóképesség, a kisebb súly és terjedelem felér-e a nagyobb tüzelőszer- és olajfogyasztás, valamint a nagyobb légszennyezés hátrányával.
Réteges Keverékű Motorok
Az eddig tárgyalt motoroknál az égéskor keletkezett káros anyagokat a motoron kívül, a kipufogórendszerbe iktatott berendezések segítségével igyekeztek csökkenteni. A réteges keverékű motorok esetében a káros anyagokat magában a motorban, az égés megfelelő ellenőrzésével, „beprogramozásával” kívánják korlátozni. Ilyen motor a Ford PROCO motor, valamint a japán Honda-gyár CVCC elnevezésű réteges keverékű motorja.
Ford PROCO motor
A Ford-gyár PROCO (Programmed Combustion: programozott égés) motorja tiszta levegőt szív be, amelybe a tüzelőszer-szivattyú által szállított benzint alacsony nyomású porlasztók fecskendezik be a hengerekbe úgy, hogy a finom cseppekből álló permet a gyertya körül dúsabb, attól távolodva pedig mind szegényebb keveréket képez. Ha tehát a befecskendezés kezdetét és időtartamát, irányát és sebességét minden terhelésnél a legkedvezőbb értékre programozzák be, akkor a motor megvalósítja a kitűzött égési elvet: ez egyben azzal az előnnyel is jár, hogy az égés kezdetén meggyújtott dús keverék alacsony hőmérsékleten ég el (kevés NOx-képződés), de az égés folyamán mind szegényebbé váló keverékben mind több az oxigén (kevés CO- és CH-képződés). Amellett megszűnik a kopogási hajlam (ólomszegény vagy ólommentes benzin és magasabb sűrítési viszony).
Honda CVCC motor
A Honda-gyár egészen más utat követett a CVCC (Compound Vortex Controlled Combustion: összetett, örvényeltetéssel szabályozott égés) elnevezésű motorjával. A motor hengerfejében kis előkamrát helyeztek el, amelybe a szívóüzem alatt kis szelepen keresztül dús keverék jut. Ugyanekkor kinyílik a henger normális szívszelepe is, amelyen át viszont szegény keverék áramlik a hengerbe. Az előkamra kivezető nyílását úgy helyezték el, hogy az a hengerfalhoz viszonyítva érintőleges irányban nyílik a hengerbe. Ez azt eredményezi, hogy az előkamrában meggyújtott keverék a hengerben örvénylést létesít, amely megkeveri a hengerben levő szegény keveréket, és egyben meggyújtja azt.
Gázturbinák
A belsőégésű motorok felsorolásának utolsó csoportját a gázturbinák képezik. Ezek is tiszta levegőt szívnak be, azt sűrítik, és a sűrített levegőbe fecskendezik be az elporlasztott tüzelőszert. Az égés folyamatos, és az általa létesített nyomásemelkedést használják fel a turbina lapátkerekének hajtására. A lapátkerék igen gyorsan forog, miért is azt - megfelelő áttételezéssel - redukálni kell. Két súlyos probléma vár itt megoldásra. Az egyik az, hogy még nem sikerült megtalálni az anyagok és a gyártási eljárások olyan kedvező kombinációját, amely lehetővé tenné a kisebb turbinákban fellépő igen magas hőmérsékletekkel szembeni ellenállást, igen drága anyagok és eljárások alkalmazása nélkül. A másik probléma az, hogy a gázturbinák kipufogógázában az alacsony CO- és CH-tartalom mellett magas az NOx mennyisége.
Külső Égésű Motorok
Ezeknél a tüzelőszer valamilyen közvetítő anyagot, például vizet vagy levegőt, esetleg hidrogént, héliumot vagy valamilyen új vegyi anyagot melegít, és az abba jutó hő-, illetve nyomásenergia szolgáltatja a hajtóerőt, akár dugattyús, akár turbinalapátos motorban. A tüzelőszer elégetése folyamatos, és az kedvező keveredési aránnyal történhet, tehát a légszennyezés ezeknél már eleve csekélyebb.
Gőzgépek
A gőzgéppel hajtott tehergépkocsi néhány évtizeddel ezelőtt még mindennapos látvány volt a gőzgép hazájában, Angliában. Az álló kazánt általában a vezető mellett helyezték el, amelybe a vezető táplálta a szenet. Az elhasznált gőz a szabadba távozott. Az újabb időkben sokan kísérleteznek gőzmotoros gépkocsikkal, természetesen már a gőz kondenzálásával és visszacirkuláltatásával. Egy ilyen „modern” gőzmotor kazánjában egy újonnan kikísérletezett organikus vegyület van, amely nem tűzveszélyes és nem mérgező - kiküszöbölve így a tűz és a mérgezés kockázatát, esetleges karambol alkalmával. Nagy előnye a csekély légszennyezés, a tüzelőszer gazdaságos kihasználása és a nyugodt járás.
Hőlégmotorok (Stirling motor)
A hőlégmotor termodinamikai ciklusát 1816-ban egy skót lelkész, Robert Stirling szabadalmaztatta. Érdekes, hogy a hőlégmotort a világhírű holland elektrotechnikai gyár, a Philips „vette elő” újból, amikor (a 30-as évek végén) szüksége volt elektromos aggregátokra, az eladott elektromos berendezésekhez olyan helyeken, ahol még nem volt elektromos hálózat. Eredetileg petróleumüzemre készült, de képes volt más tüzelőszereket is elégetni, beleértve a faszenet. Ennek gyártását csak a jobb telepek és a tranzisztorok kifejlesztése tette feleslegessé.
Elektromos és Hibrid Meghajtás
Az elektromos meghajtású járművek a legtisztább megoldást kínálják, mivel helyben zéró emisszióval működnek. Azonban az elektromos energia előállításának módja, valamint az akkumulátorok gyártása és újrahasznosítása továbbra is környezeti kihívásokat rejt. A hibrid megoldások a belső égésű motor és az elektromos motor kombinálásával próbálják optimalizálni az üzemanyag-fogyasztást és csökkenteni a károsanyag-kibocsátást, különösen városi forgalomban.
Teendők Füstellő Motor Esetén
Amikor füstöl a motor, mindig komoly jelzésről beszélünk. A motor füstölés okai eltérőek lehetnek, de egy biztos: gyors döntés kell.
Azonnali Teendők
Ha füstöl a motor, azonnal:
- húzódjunk félre biztonságosan
- kapcsoljuk be a vészvillogót
- állítsuk le a motort
Autópályán füstölő autó esetén ez különösen fontos! Ilyenkor vészhelyzet füstölő autóval alakul ki.
Miért veszélyes továbbmenni?
Ha füstöl a motor, az alábbi kockázatokkal számolj:
- motor végleges károsodása
- tűzveszély
- kontrollvesztés autópályán
Mit tilos tenni?
Sok autós hibázik ilyenkor:
- továbbhajtás
- motor túlpörgetése
- motorháztető felnyitása forgalomban
- szabálytalan vontatás
Autómentés
Az autómentés füstölő autóhoz mindig biztonsági protokoll szerint történik:
- helyszínbiztosítás
- jármű felrakása trélerre
- szakszerű szállítás
Azonnal hívjon autómentőt füstölő motorhoz, ha:
- erős füst és égett szag van
- teljesítménycsökkenést tapasztal
- autópályán füstölő autó helyzet áll fenn
Ilyenkor nincs kérdés: 0-24 autómentés motorhiba miatt szükséges.