Obraz2 (5)

174

174

Mechanizm powstawania sadzy nie jest jednoznacznie wyjaśniony. Wśród prawdopodobnych mechanizmów wyróżnia się rozpad paliwa na związki aromatyczne lub na cząstki acetylenu, a następnie sadzę lub endotermiczny rozpad cząstek tlenku węgla na dwutlenek węgla i czysty węgiel (szerzej zob. [23]). W procesie spalania sadza wydziela się, zanim reagenty osiągną stan równowagi chemicznej, w wyniku pirolizy paliwa po zetknięciu się z gorącymi ściankami, lub gdy ciekłe paliwo ulega spalaniu w ośrodku o bardzo wysokiej temperaturze [24], Sytuacja taka występuje szczególnie przy dużym obciążeniu silnika.

Rys. ll.l. Widok cząstki sadzy Struktura powierzchni cząstki sadzy, a także jej w znacznym powiększeniu właściwości dielektryczne oraz prawdopodobny

rodnikowy charakter, sprzyjają intensywnej absorpcji na niej składników częściowego utleniania paliwa, głównie wielopierścieniowych związków aromatycznych i aldehydów. O ile więc sama sadza, utworzona w przeważającej mierze przez czysty chemicznie węgiel, nie stanowi bezpośredniego zagrożenia dla organizmu człowieka, o tyle niebezpieczne są zaabsorbowane na jej powierzchni związki pochodzące z nie spalonego paliwa lub oleju smarującego, a szczególnie wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne o skondensowanych układach pierścieniowych PAH, wykazujące działanie rakotwórcze (kancerogenne, por. [33] tabl.2.1).

W drugiej połowie lat osiemdziesiątych uznano pojęcie zadymienia spalin za zbyt mało precyzyjne dla ustanowienia współczesnych norm emisji. Przyjęte zostało wówczas pojęcie cząstki stałej (PM - ang.: Particulate Mater), przez które rozumie się całą stałą lub ciekłą materię organiczną lub nieorganiczną, zgromadzoną na filtrze absolutnym (tj. o skuteczności 99% dla cząstek o wymiarach > 3pm) po przejściu strumienia spalin rozcieńczonych powietrzem w temperaturze ok. 52°C [33]. Mimo przyjęcia tej definicji pojęcie cząstki stałej w dalszym ciągu nie jest w pełni jednoznaczne, gdyż nie została ona ściśle określona pod względem fizycznym i chemicznym; ponadto cząstki te nie sąjednakowe pod względem wymiarów i kształtów oraz stanowią nieregularną mieszaninę składników chemicznych. Cząstkę stałą mogą tworzyć zarówno cząstki organiczne powstałe w wyniku procesu spalania, cząstki sadzy i węglowodory, jak i cząstki pochodzenia nieorganicznego: cząstki metalowe, korozyjne, ceramiczne, woda i popiół.

Budowę cząstki stałej PM pochodzenia organicznego, powstającej w typowym procesie spalania silnika spalinowego przedstawia rys. 11.2. Tworzą ją dwie podstawowe frakcje: frakcja nierozpuszczalna INSOL (ang.: Insoluble) oraz frakcja rozpuszczalna SOF (ang.: Soluble Organie Fraction, część PM poddawana ekstrakcji dwuchlorometanem). Podstawowym składnikiem frakcji nierozpuszczalnej PMinsol jest węgiel stały w postaci zbliżonej do grafitu C, stanowiący tzw. część