Zanieczyszczenia powietrza wlotowego silników spalinowych pojazdów mechanicznych

Dziubak, Sebastian Dominik

doi:10.5604/01.3001.0015.7010

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Zanieczyszczenia powietrza wlotowego silników spalinowych pojazdów mechanicznych

Autorzy

Dziubak Sebastian Dominik

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0015.7010

Warianty tytułu

Contamination of the intake air of internal combustion engines of motor vehicles

Języki publikacji

Abstrakty

W pracy przedstawiono skład powietrza atmosferycznego jako mieszaninę gazów tworzących składniki stałe i zmienne oraz przywołano definicje zanieczyszczeń powietrza. zdefiniowano zanieczyszczenia gazowe i stałe (pyły) powietrza atmosferycznego. Dokonano podziału pyłów według różnych kryteriów oraz przedstawiono ich właściwości. Podano przykładowe przebiegi imisji frakcji cząstek stałych, wskazując na silną zależność imisji od pór roku, dni tygodnia oraz dnia i nocy. Przedstawiono źródła i charakterystykę zanieczyszczeń sztucznych i naturalnych powietrza atmosferycznego. Wykazano, że głównym źródłem zanieczyszczeń antropogenicznych oprócz przemysłu jest motoryzacja. Silniki spalinowe samochodów to źródło zanieczyszczeń gazowych oraz cząstek stałych. Samochody emitują zanieczyszczenia ze zużycia okładzin ciernych hamulców, sprzęgieł oraz ze zużycia opon i jezdni. Omówiono główne źródła naturalnych zanieczyszczeń powietrza, w tym wybuchy wulkanów, pożary składowisk odpadów, lasów, stepów oraz burze piaskowe, a także pył mineralny (pył drogowy) unoszony z podłoża przez pojazdy. Przedstawiono właściwości pyłu drogowego: skład chemiczny i frakcyjny, gęstość, stężenie pyłu w powietrzu. Wykazano, że dwa podstawowe składniki pyłu, krzemionka i korund, których udział w pyle dochodzi do 95%, mają jednocześnie największą twardość, która może mieć decydujący wpływ na zużycie elementów silnika. Przedstawiono różne wartości stężenia pyłu w powietrzu - w zależności od rodzaju i stanu podłoża oraz warunków użytkowania pojazdów.

The paper presents the composition of atmospheric air as a mixture of gases that make up the solid and variable components, and the definitions of air pollutants are referenced. Gaseous and solid pollutants (dust) of the atmospheric air have been defined. Dusts were divided according to various criteria and their properties were given. exemplary courses of immission of the fraction of solid particles are given, indicating a strong dependence of the immission on the seasons, days of the week and day and night. The sources and characteristics of artificial and natural pollutants in the atmospheric air are presented. it has been shown that the main sources of anthropogenic pollution, in addition to industry, is the automotive industry. Cars are a source of gaseous and particulate pollutants Pm, and they also emit pollution from brake and clutch lining wear, as well as from tire and road wear. The main sources of natural air pollution were discussed, including volcanic eruptions, fires in landfills, forests, steppes and sand storms, as well as mineral dust (road dust) carried from the ground by vehicles. The properties of road dust are discussed: chemical and fractional composition, density, and dust concentration in the air. it has been shown that the two basic components of the dust, silica and corundum, whose share in dust reaches 95%, also have the highest hardness, which may have a decisive influence on the wear of engine components. Various values of dust concentration in the air were presented depending on the type and condition of the ground and the conditions of used vehicles.

Słowa kluczowe

silniki spalinowe źródła zanieczyszczeń powietrza pył drogowy

mechanical engineering internal combustion engines air pollution sources road dust

Wydawca

Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego

Czasopismo

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

Rocznik

2021

Tom

Vol. 70, nr 2

Strony

35--72

Opis fizyczny

Bibliogr. 82 poz., il., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dziubak Sebastian Dominik

sebastian.dziubak@wat.edu.pl

Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Inżynierii Mechanicznej, Instytut Pojazdów i Transportu, ul. gen. S. kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

https://orcid.org/0000-0002-8033-8444

Bibliografia

1. Baczewski K., Hebda M., Filtracja płynów eksploatacyjnych, MCNEMT, Radom 1991/92.
2. Chłopek Z., Suchocka K., Modelowanie emisji i imisji frakcji wymiarowych cząstek stałych związanych z ruchem samochodowym, Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów, 1, 97, 2014, 5-20.
3. Sala S., Zinko I., Wybrane problemy zanieczyszczeń powietrza, Rocznik Świętokrzyski. Ser. B – Nauki Przyrodnicze, 31, 2010, 73-84.
4. Juda-Rezler K., Toczko B., Pyły drobne w atmosferze. Kompendium wiedzy o zanieczyszczeniu powietrza pyłem zawieszonym w Polsce, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa 2016.
5. Chłopek Z., Jakubowski A., A study of the particulate matter emission from the braking systems of motor vehicles, Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability, 44, 4, 2009, 45-52.
6. Seinfeld J.H., Pandis S.N., Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change, 2nd Edition, John Wiley & Sons, New York 2006.
7. Colbeck I., Lazaridis M., Aerosols and environmental pollution, Naturwissenschaften, 97, 2010, 117-131.
8. Giere R., Querol X., Solid Particulate Matter in the Atmosphere, Elements, 6, 4, 2010, 215-222, DOI : 10.2113/gselements.6.4.215.
9. Schaeffer J.W., Olson L.M., Air Filtration Media for Transportation Applications, Filtration & Separation, 35, 2, 1998, 124-129.
10. Lee J.K., Kim S.Ch., Liu B.Y.H., Effect of Bi-Modal Aerosol Mass Loading on the Pressure Drop for Gas Cleaning Industrial Filters, Aerosol Science and Technology, 35, 4, 2001, 805-814.
11. Whitby K.T., Husar R.B., Liu B.Y.H., The aerosol size distribution of Los Angeles smog, Journal of Colloid and Interface Science, 39, 1, 1972, 177-204.
12. Gustavsson J., How can air filters contribute to better IAQ?, Filtration & Separation, 36, 2, 1999, 20-25.
13. Chłopek Z., Testing of hazards to the environment caused by particulate matter during use of vehicles, Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability, 14, 2, 2012, 160-170.
14. Billit C., Necessary Protection for Sensitive Separation Equipment, Filtration & Separation, 28, 3, 1991, 153-157.
15. Santen A., Gannon E.J., In-Duct Measurement of Particulates, Filtration & Separation, 24, 5, 1987, 328-336.
16. Schloss M., Upgrading indoor air filtration: The right decision, the right time, Filtration & Separation, 44, 1, 2007, 28-30.
17. Warych J., Oczyszczanie gazów – procesy i aparatura, WNT, Warszawa 1998.
18. Niwa M., Shimada K., Aoki K., Ishimaru T., Microscopic features of quartz and clay particles from fault gouges and infilled fractures in granite: Discriminating between active and inactive faulting, Engineering Geology, 210, 2016, 180-196.
19. Jeong G.Y., Kim, J.Y., Seo J., Kim G.M., Jin H.C., Chun Y., Long-range transport of giant particles in Asian dust identified by physical, mineralogical, and meteorological analysis, Atmos. Chem. Phys., 14, 2014, 505-521, DOI : https://doi.org/10.5194/acp-14-505-2014.
20. Ruellan S., Cachier H., Characterisation of fresh particulate vehicular exhausts near a Paris high flow road, Atmospheric Environment, 35, 2001, 453-468.
21. Dunn M.J., Jiménez J.L., Baumgardner D., Castro T., McMurry P.H., Smith J.N., Measurements of Mexico City nanoparticle size distributions: Observations of new particle formation and growth, Geophysical Research Letters, 31, 10, 2004, DOI :10.1029/2004gl019483.
22. Kominy przemysłowe, https://www.google.pl/search?q=kominy+przemys%C5%82owe+dym&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiv476dsffdAhVB1ywKHQlAALUQ_AUIDigB&biw=1229&bih=578.
23. Kupiainen K., Tervahattu H., Raisanen M., Experimental studies about the impact of traction sand on urban road dust composition, Science of the Total Environment, 308, 2003, 175-84.
24. Miguel A.G., Cass G.R., Glovsky M.M., Weiss J., Allergens in paved road dust and airborne particles, Environmental Science Technology, 33, 1999, 4159-4168.
25. Zhao J., Peng P., Song J., Ma S., Sheng G., Fu J., Research on flux of dry atmospheric falling dust and its characterization in a subtropical city, Guangzhou, South China, Air Quality Atmosphere, and Health, 3, 2010, 139-147.
26. Merkisz J., Ekologiczne problemy silników spalinowych, t. 1, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 1999.
27. Merkisz J., Pielecha J., Radzimirski S., Emisja zanieczyszczeń motoryzacyjnych w świecie nowych przepisów Unii Europejskiej, WKŁ, Warszawa 2012.
28. Chłopek Z., Jakubowski A., The examination of the reduction of particulate matter emission from motor vehicle braking system, Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability, 48, 4, 2010, 29-36.
29. Chan D., Stachowiak G.W., Review of automotive brake friction materials. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part D, Journal of Automobile Engineering, 218, 2004, 953-966.
30. Boulter P.G., Thorpe A., Harrison R., Allen A., Road vehicle non-exhaust particulate matter: final report on emission modelling – Published project report PPR110, TRL Limited, Wokingham 2006.
31. Eriksson M., Bergman F., Jacobson S., On the nature of tribological contact in automotive brakes, Wear, 252, 2002, 26-36.
32. Thorpe A., Harrison R.M., Sources and properties of non-exhaust particulate matter from road traffic: A review, Science of the Total Environment, 400, 2008, 270-282.
33. Iijima A., Sato K., Yano K., Tago H., Kato M., Kimura H., Furuta N., Particle size and composition distribution analysis of automotive brake abrasion dusts for the evaluation of antimony sources of airborne particulate matter, Atmospheric Environment, 41, 2007, 4908-19.
34. Varrica D., Bardelli F., Dongarrà G., Tamburo E., Speciation of Sb in airborne particulate matter, vehicle brake linings, and brake pad wear residues, Atmospheric Environment, 64, 2013, 18-24.
35. Uexküll O., Skerfving S., Doyle R., Braungart M., Antimony in brake pads: a carcinogenic component?, Journal of Cleaner Production, 13, 2005, 19-31.
36. Sanders P.G., Xu N., Dalka T.M., Maricq M.M., Airborne brake wear debris: size distributions, composition, and a comparison of dynamometer and vehicle tests, Environmental Science Technology, 37, 18, 2003, DOI: 10.1021/es034145s.
37. Blau P.J., Meyer H.M., Characteristics of wear particles produced during friction tests of conventional and unconventional disc brake materials, Wear, 255, 2003, 1261-1269, DOI: 10.1016/S0043-1648(03)00111-X.
38. Kukutschová J., Moravec P., Tomášek V., Matějka V., Smolík J., Schwarz J., Seidlerová J., Šafářová K., Filip P., On airborne nano/micro-sized wear particles released from low-metallic automotive brakes, Environmental Pollution, 159, 2011, 998-1006.
39. Mathissen M., Scheer V., Vogt R., Benter T., Investigation on the potential generation of ultrafine particles from the tire-road interface, Atmospheric Environment, 45, 2011, 6172-6179.
40. Panko J.M., Chu J., Kreider M., Unice K.M., Measurement of airborne concentrations of tire and road wear particles in urban and rural areas of France, Japan, and the United States, Atmospheric Environment, 72, 2013, 192-199.
41. Amato F., Pandolfi M., Moreno T., Furger M., Pey J., Alastuey A., Bukowiecki N., Prevo, A.S.H., Baltensberger U., Querol X., Sources and variability of inhalable road dust particles in three European cities, Atmospheric Environment, 45, 2011, 6777-6787.
42. Evans A., Evans R., The Composition of a Tyre: Typical Components, The Waste & Resources Action Programme, UK, 2006.
43. Kennedy P., Gadd J., Preliminary examination of trace elements in tyres, brake pads, and road bitumen in New Zealand, Prepared for Ministry of Transport, New Zealand, 2003.
44. Mathissen M., Scheer V., Vogt R., Benter T., Investigation on the potential generation of ultrafine particles from the tire-road interface, Atmospheric Environment, 45, 2011, 6172-6179.
45. Gualtieri M., Mantecca P., Cetta F., Camatini M., Organic compounds in tire particle induce reactive oxygen species and heat-shock proteins in the human alveolar cell line A549, Environment International, 34, 2008, 437- 442.
46. Smolders E., Degryse F., Fate and Effect of Zinc from Tire Debris in Soil, Environmental Science and Technology, 36, 2002, 3706-3710.
47. Milan M., Pucillo F.P., Ballerini M., Camatini M., Gualtieri M., Martino S., First evidence of tyre debris characterization at the nanoscale by focused ion beam, Materials Characterization, 52, 2004, 283-288.
48. Rogge W.F., Hildemann L.M., Marurek M.A., Cass G.R., Sources of Fine Organic Aerosol. 3. Road Dust, Tire Debris, and Organometallic Brake Lining Dust: Roads as Sources and Sinks, Environmental Science and Technology, 27, 1993, 1892-1904.
49. Kupiainen K., Tervahattu H., Raisanen M., Makela T., Aurela M., Hillamo R., Size and composition of airborne particles from pavement wear, tyres, and traction sanding, Environmental Science & Technology, 39, 2005, 699-706.
50. Gustafsson M., Blomqvist G., Gudmundsson A., Dahl A., Swietlicki E., Bohgard M., Lindbom J., Ljungman A., Properties and toxicological effects of particles from the interaction between tyres, road pavement and winter traction material, Science of the Total Environment, 393, 2008, 226-240.
51. Pant P., Harrison R.M., Estimation of the contribution of road traffic emissions to particulate matter concentrations from field measurements: A review, Atmospheric Environment, 77, 2013, 78-97.
52. Westerlund K.G., Metal emissions from Stockholm traffic – wear of brake linings, The Stockholm Environment and Health Protection Administration, Stockholm, Sweden 2001.
53. Kreider M.L., Panko J.M., McAtee B.L., Sweet L.I., Finley B.L., Physical and chemical characterization of tire-related particles: Comparison of particles generated using different methodologies, Science of the Total Environment, 408, 2010, 652-659.
54. Klöckner P., Seiwert B., Weyrauch S., Escher B.I., Reemtsma T., Wagner S., Comprehensive characterization of tire and road wear particles in highway tunnel road dust by use of size and density fractionation, Chemosphere, 279, 2021, DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.130530.
55. Harrison R.M., Jones A.M., Gietl J., Yin J., Green D.C., Estimation of the contributions of brake dust, tire wear, and resuspension to non-exhaust traffic particles derived from atmospheric measurements, Environmental Science and Technology, 46, 2012, 6523-6529.
56. Kumar P., Pirjola L., Ketzel M., Harrison R.M., Nanoparticle emissions from 11 non-vehicle exhaust sources – A review, Atmospheric Environment, 67, 2013, 252-277.
57. Menetrez M.Y., Foarde K.K., Esch R.K., Dean T.R., et al., The measurements of ambient aerosol exposure, Aerosol Science and Technology, 41, 2007, 884-893.
58. Tanaka T.Y., Chiba M., A numerical study of the contributions of dust source regions to the global dust budget, Global and Planetary Change, 52, 2006, 88-104.
59. Wybuch wulkanu, https://www.google.pl/search?q=wybuchy+wulkan%C3%B3w&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjxwejlzffdAhWJCywKHQJtAXcQ_AUIDigB&biw=1229&bih=539 [dostęp: grudzień 2021].
60. Prace rolnicze, http://grigor86.bikestats.pl/1893942,praca-Ania.html, [dostęp: grudzień 2021].
61. Czołg na poligonie, http://technowinki.onet.pl/militaria/merkawa-potezny-izraelski-rydwan/qzqd7h, [dostęp: grudzień 2021].
62. Helikopter na przygodnym lądowisku, https://blenderartists.org/t/helicopter/552233, [dostęp: grudzień 2021].
63. Engelbrecht J.P., Derbyshire E., Airborne Mineral Dust, Elements, 6, 4, 2010, 241-246, DOI: 10.2113/gselements.6.4.241.
64. PSD Air Cleaner, www.donaldson.com. [dostęp: grudzień 2021].
65. Summers C.E., The physical characteristics of road and field dust, SAE Technical Paper, 250010, 1925, DOI: 10.4271/250010.
66. Gumuła S., Piaskowska M., Wybrane charakterystyki suchych filtrów powietrza, Materiały VI Sympozjum Naukowo-Technicznego „SILWOJ 2003”, Jurata, 22-24 października 2003 r.
67. Dzierżanowski P., Kordziński W., Otyś J., Szczeciński S., Wiatrek R., Napędy lotnicze. Turbinowe silniki śmigłowe i śmigłowcowe, WKŁ, Warszawa 1985.
68. Sobczak R., Praźmo J., Kryteria doboru i własności wybranych ścierniw stosowanych w obróbce strumieniowo-ściernej, www.waterjet.org.pl., [dostęp: grudzień 2021].
69. Juda J., Pomiary zapylenia i technika odpylania, WNT, Warszawa 1968.
70. Jaroszczyk T., Air Filtration in Heavy-Duty Motor Vehicle Applications, Proc. Dust Symposium III Vicksburg MS, September 15-17, 1987.
71. Croxford B., Tham K.W., Young A., Oreszczyn T., Wyon D., A Study of Local Electrostatic Filtration and Main Pre-Filtration on Airborne and Surface Dust Levels in Air-Conditioned Office Premises, Indoor Air, 10, 3, 2000, 170-177.
72. Szczeciński S. i in., Turbinowe napędy samochodów, WKŁ, Warszawa 1974.
73. Barris M.A., Total FiltrationTM: The Influence of Filter Selection on Engine Wear, Emissions, and Performance, SAE Technical Paper, 952557, 1995.
74. Dziubak T., Experimental Studies of Dust Suction Irregularity from Multi-Cyclone Dust Collector of Two-Stage Air Filter, Energies, 14,12, 2021, 3577.
75. Jaroszczyk T., Pardue B.A., Heckel S.P., Kallsen K.J., Engine air cleaner filtration performance – theoretical and experimental background of testing, Presented at the AFS Fourteenth Annual Technical Conference and Exposition, May 1, 2001, Tampa, Florida, Included in the Conference Proceedings (Session 16).
76. Pinnick R.G., Fernandez G., Hinds B.D., Bruce C.W., Schaefer K., Pendelton J.D., Dust Generated by Vehicular Traffic on Unpaved Roadways: Sizes and Infrared Extinction Characteristics, Aerosol Sci. Technol., 4, 1985, 99-121.
77. Barbolini M., Di Pauli F., Traina M., Simulation der luftfiltration zur auslegung von filterelementen, MTZ - Motortechnische Zeitschrift, 75, 11, 2014, 52-57.
78. Burda S., Chodnikiewicz Z., Konstrukcja i badania pyłowe filtrów powietrza silnika czołgowego, Biuletyn WAT , 11, 3, 1962, 12-34.
79. Jaroszczyk T., Problemy filtracji powietrza w silnikach spalinowych eksploatowanych w ciężkich warunkach, Silniki Spalinowe, 2, 1978, 13-16.
80. Bojdo N., Rotorcraft engine air particle separation, A thesis submitted to the University of Manchester for the degree of Doctor of Philosophy in the Faculty of Engineering and Physical Sciences, 2012, https://www.escholar.manchester.ac.uk/uk-ac-man-scw:183545., [dostęp: grudzień 2021].
81. Szczepankowski A., Szymczak J., Przysowa R., The Effect of a Dusty Environment Upon Performance and Operating Parameters of Aircraft Gas Turbine Engines, Conference: Specialists’ Meeting - Impact of Volcanic Ash Clouds on Military Operations, NATO AVT-272-RSM-047 At: Vilnius, May 2017, DOI: 10.14339/STO-MP-AVT-272-06-PDF.
82. Dziubak T., Zapylenie powietrza wokół pojazdu terenowego, Wojskowy Przegląd Techniczny, 3, 257, 1990, 154-157.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-62563cd9-870e-4939-b61e-63f9a721dc3d