خانه / آخرین اخبار / نحوه کاهش آلودگی خودروها

نحوه کاهش آلودگی خودروها

راه‌هايي برای کاهش آلودگی خودروها

 

کارکرد خودرو در محدوده رقيق، استفاده مجدد از گازهای خروجی يا EGR، سرعت بخشيدن به زمان گرم شدن خودرو، استفاده از مبدل کاتاليستی و کاهش فروکش شدن شعله توسط ديواره (Quenching) از روش‌هاي كاهش آلودگي در پيشرانه خودروهاست. بيش‌تر آلودگی‌هاي نوع مونوكسيد كربن و هيدروكربن‌ها، ناشی از همين مساله است. کاهش نسبت سطح به حجم محفظه احتراق و نيز کاهش اندازه شيارهای مربوط به واشر سر سيلندر به رفع اين پديده کمک می کند.

 

در سامانه EGR، بخشي از گازهای خروجی از اگزوز به سمت چندراهه ورودی هوا هدايت شده و دوباره به محفظه احتراق راه پيدا می کند. اين سيستم به دوصورت داخلی و خارجی وجود دارد و باعث کاهش اکسيدهای نيتروژن و مصرف سوخت می شود. EGR باعث کاهش حداكثر دمای احتراق داخل محفظه شده و لذا آلاينده اکسيدهای نيتروژن کاهش می يابد. يک استراتژی کنترل بين شير EGR و دريچه گاز يا تراتل وجود دارد.

 

مبدل های کاتاليزوري

 

مبدلهاي كاتاليتيك سر راه گازهاي خروجي از موتور قرار مي‌گيرند. با عبور گازهای اگزوز از محيط متخلخل کاتاليست، يک محيط شيميايی فعال ايجاد و واكنش‌هاي احتراق درون سيلندر كامل مي‌شوند. ميزان تبديل آلاينده های مضر در کاتاليست، به برخورد موثر بين گازهاي خروجي از اگزوز با سطح كاتاليست بستگی دارد. از عوامل مهم تاثير گذار بر برخورد موثر بين گازهاي خروجي از اگزوز با سطح كاتاليست ماهيت و نوع گازهای خروجی از اگزوز خودرو است.

 

برای کاهش آلاينده ها در حد مجاز استانداردهای آلايندگی، كاتاليست‌ها دارای ساختارهای فيزيکی متفاوتی هستند. همچنين نوع و ميزان Washcoat و فلزات گران‌بهای به کار رفته از قبيل پالاديوم در آن‌ها متفاوت است. بنابراين واکنش‌های اکسيداسيون و احيا در کاتاليست کانورتور برای سوخت‌های مختلف با ميزان‌هاي مختلفی انجام می شود. مشخصات عملکردی کاتاليست کانورتور (نظير نقطه Light-off و بازدهي کاهش هر يک از آلاينده ها) در برابر سوخت‌های مختلف، متفاوت است.

 

مبدل‌هاي سه‌راه

 

عملكرد مبدل كاتاليزوري در برابر سوخت بنزين و گاز طبيعي

 

عملکرد کلی مبدل كاتاليزوري بدين ترتيب است که با عبور گازهاي اگزوز از مبدل پس از استارت موتور، كاتاليست به تدريج گرم مي‌شود و اكتيويته آن افزايش مي‌يابد تا به نقطه Light-off برسد. بخشی از آلاينده ها مربوط به حالت استارت سرد (Cold Start) و بخشی از آن‌ها مربوط به کارکرد موتور در حالت گرم خواهند بود. يکی از مهم‌ترين عوامل تاثيرگذار بر ميزان آلاينده های خروجی که بر زمان Light-off و بازدهي کاتاليست به طور مستقيم تاثير می گذارد، دمای احتراق و دمای گازهای خروجی از اگزوز است، که دمای احتراق هوا و سوخت در موتور و دمای گازهای خروجی از اگزوز به نوع سوخت مورد استفاده در موتور بستگی دارد.

 

در گاز طبيعی، از آن‌جا که اين گاز تنها از متان و درصد بسيار کمی هيدروکربن‌های سبک ديگر تشکيل شده است، محصولات احتراق عمدتا شامل مونواکسيد و دی اکسيد کربن و نيتروژن و بخار آب هستند ولی هيدروکربن های نسوخته تنها شامل متان هستند که بسته به اين‌که استاندارد آلايندگی مطرح شده برای خودرو چه استانداردی باشد، لازم است مقداری از اين هيدروکربن‌های نسوخته تبديل شوند.

 

عملكرد مبدل CNG

 

از آن‌جا که پايداری ملکول متان بعلت اشباع بودن اتم کربن در پيوند با چهار اتم هيدروژن، بالاتر از ساير هيدروکربن‌هاست، لذا تبديل آن در کاتاليست مشکل‌تر از تبديل ساير هيدروکربن‌هاست و تحت شرايط فيزيکی مشکل‌تری شکسته می شود. بدين ترتيب جهت شکستن متان در کاتاليست، به خصوص در مواردی که استاندارد آلايندگی مطرح بالاتر از يورو2 باشد، بايد شرايط لازم در کاتاليست فراهم شوند. اين شرايط عبارتند از:

 

    1. اکتيويته شيميايی مناسب

 

    1. دمای عملکردی بيش‌تر

 

از آن‌جا که دمای احتراق گاز طبيعی بالاتر از بنزين است، دمای گازهای خروجی از اگزوز در حالتی که يک موتور با گاز طبيعی کار می کند بيش‌تر از حالتی است که با بنزين کار می کند. بنابراين برای تبديل متان لازم است محيط فعال مناسبی از نظر شيميايی در کاتاليست به وجود آيد. بدين منظور چگالي سلول‌ها را در کاتاليست های گاز طبيعی افزايش می دهند و معمولا از عنصر پالاديوم براي افزايش تبديل متان در کاتاليست استفاده می کنند.

 

استفاده از مبدل کاتاليستی در موتور های گازسوز

 

موتورهای گاز سوز از ديدگاه استفاده از کاتاليست به سه دسته تقسيم می شوند:

 

1- موتور های استويکيومتری

 

  • دمای بالاتر گاز خروجی سبب بالا رفتن کارآيي کاتاليست می شود.
  • موتور استويکيومتری می تواند از کاتاليست سه‌راهه با کاتاليزور پلاتين-روديوم (Pt-Rh) که به طور هم‌زمان آلاينده ها را اکسيد می کند استفاده نمايد.
  • نسبت هوا به سوخت در کارايي مبدل تاثير بسزايي دارد.

 

2- موتور های رقيق‌سوز

 

  • اين موتورها با هوای اضافی کار می کنند و احيای اكسيدهاي نيتروژن توسط مبدل‌های رايج مشکل است.
  • فلز کاتاليست باید بالاترين واکنش را در دماهای پايين انجام بدهد.
  • کاتاليست سه‌راهه با کاتاليزور Pt-Pd توانايي خوبی برای تبديل آلاينده ها از خود نشان داده است.

 

3- موتورهای دو‌گانه‌سوز

 

در کاتاليست مورد نظر بايد تبديل دو نوع سوخت مد نظر قرار بگيرد.

 

مقايسه مشخصات احتراقی بنزين و گاز طبيعی

 

قدرت و فشار متوسط موثر موتور با سوخت گاز طبيعي حدود 10 تا 15 درصد كم‌تر از سوخت بنزين است. دلايل اين امر در مبحث راندمان حجمي تشريح شد. راندمان يا بازدهي حجمي موتور در هنگام استفاده از سوخت گاز طبيعي حدودا 20 درصد كم‌تر از سوخت بنزين است. ميزان مصرف سوخت با سوخت گاز طبيعي حدود 30 تا 40 درصد كم‌تر از بنزين است. در دورهاي كم و زياد، نسبت سوخت به هوا غني است ولي در دور متوسط اين نسبت نزديك به حالت تئوري بوده و احتراق كامل است. در صورت استفاده از سوخت گاز طبيعي بجاي بنزين، موتور شاهد پيش اشتعالي و متعاقبا ايجاد ضربه يا كوبش نخواهد بود.

 

آزمون ATB در خودروی دوگانه سوز

 

مراحل آزمون ATB سه بخش اصلی است: آماده سازی خودرو، شرايط تست و داده‌برداری.

 

  • آماده سازی خودرو: پارامترهای عملکردی موتور نظير دور آرام، زمان جرقه و لقی سوپاپ‌ها بايد دقيقا مطابق توصيه های کارخانه سازنده خودرو تنظيم شوند. سيال خنک‌كننده باید آب خالص (بدون اتيلن گليکول) باشد. برای اطمينان از عبور حداكثر آب، در خلال تست باید ترموستات باز شود.
  • شرايط تست : دمای هوای محيط باید بيش‌تر از 24درجه سلسيوس باشد. سرعت باد نيز بايد کم‌تر از 10 در راستای طولی حرکت خودرو باشد. در اين آزمايش دمای آب ورودی به رادياتور هر يک دقيقه ثبت شده و تا زمان پايدار شدن دمای ورودی اين کار ادامه می يابد.
  • داده برداری : دمای آب ورودی رادياتور باید هر يک دقيقه يک‌بارتا زمان پايدار شدن دما ضبط شود. چنان‌چه اختلاف دما کم‌تر از يک درجه باشد می توان فرض کرد دما پايدار شده است.

 

راه‌هاي افزايش بازدهي و ارتقای كيفيت خودروهاي تبديلي

 

  • افزايش ظرفيت سيستم خنك كار موتوري
  • ايزوله كردن مانيفولد هوا و محافظت آن از گرماي اگزوز
  • بهينه سازي قطعات موتور به خصوص سوپاپ ها، نشيمنگاه يا سيت سوپاپ
  • افزايش نسبت تراكم موتور، جهت افزايش راندمان و قدرت موتور
  • فيلرگيري سوپاپ، دهانه پلاتين، دهانه شمع و انتخاب شمع مناسب براي موتور
  • افزايش ولتاژ سر شمع ها

 

روش‌هايي برای تقويت سيستم خنک‌کاری

 

  • استفاده از رادياتور با ابعاد بزرگ‌تر
  • آلومينيومی كردن رادياتور
  • استفاده از فن های قوي‌تر يا افزايش تعداد فن‌ها
  • ايجاد تغييراتی در بدنه برای افزايش ميزان هوای عبوری به رادياتور
  • بالابردن دبی سيال خنک کن با افزايش دور پمپ آب ويا استفاده از پمپ بزرگ‌تر

 

نسبت تراکم متغير(Variable Compression Ratio)

 

استفاده از موتورهای با نسبت تراکم متغير، باعث کاهش مصرف سوخت و کاهش آلاينده گازكربنيك می شود. در جایي که نياز به قدرت و گشتاور بالايي نيست (به عنوان نمونه دور آرام موتور) نسبت تراکم کاهش يافته و مصرف سوخت کاهش می يابد و بالعکس. شرايط بهينه کارکرد موتور اين است که نسبت تراکم در شرايط Part throttle با نسبت تراکم بالا و در شرايط WOT با نسبت تراکم کم‌تر کار کند. اين امر سبب شد تا ايده طراحی موتورهای SI با نسبت تراکم متغير (VCR) به وجود آيد. به طور کلی سازوكارهاي VCR طراحی شده که امروزه در جهان مورد استفاده قرار می­گيرند عبارتند از:

 

  • حرکت دادن سر سيلندر
  • تغيير دادن حجم محفظه احتراق
  • تغيير دادن ارتفاع پيستون
  • تغيير هندسه شاتون

 

مانيفولد با ورودی متغير (Variable Intake Manifold

 

موتورهای با چندراهه يا مانيفولد ثابت برای توان در دور بالا يا گشتاور در دور پايين يا ترکيبی از اين دو بهينه سازی هندسی می شوند. موتورهای با مانيفولد متغير يک يا دو محدوده سرعتی بيش‌تری را برای کنترل شامل می شوند. استفاده از اين تکنولوژی خيلی ارزان‌تر از زمان‌بندي متغير سوپاپ‌ها يا VVT است. بيش‌تر طراحی ها برای دو طول ورودی مانيفولد صورت می پذيرد. طول بيش‌تر مانيفولد برای دورهای پايين و طول کم‌تر مانيفولد برای دورهای بالاتر استفاده می شود. طول مانيفولد ورودی بيش‌تر در دورهای پايين باعث جريان آهسته تر گاز ورودی به محفظه موتور و در نتيجه اختلاط بهتر مخلوط سوخت و هوا می شود. بعضی از کارخانه ها مثل آئودی از سه طول متفاوت برای مانيفولد ورودی در دورهای مختلف استفاده کرده اند. (برای شارژ هر سيلندر)

 

فناوري HCCI می تواند در موتور های ديزلی و بنزينی به کار رود. چنان‌چه اين تکنولوژی در موتورهای SI به کار رود، ديگر نيازی به شمع نيست و دما در داخل محفظه موتور تا حد خود اشتعالی بنزين بالا می رود. (دمای خوداشتعالی بنزين 1050 تا 1100 درجه کلوين است.) بعضی از مشخصه های HCCI عبارتند از:

 

  • بازدهي در حد موتور ديزل
  • کاهش آلاينده ها به خصوص NOx
  • کاهش مصرف سوخت در حدود 20 تا 25 درصد نسبت به موتورهای SI
  • کنترل شيميايي احتراق و جرقه

 

کاهش وزن قطعات و استفاده از مواد آلياژی در قطعات موتور و سيستم های مرتبط

 

برای ساخت شاتون موتورهای درونسوز معمولی، از فولاد ساده کربنی و فرآيند توليد آهنگری گرم به همراه عمليات حرارتی استفاده می شود. اخيرا با طراحي فولاد های ميکرو آلياژی واناديم‌دار (Steels Vanadium added Micro alloyed) و روش ساخت آهنگری گرم و عمليات سرد شدن کنترلی در هوا، نه تنها عمليات حرارتی اضافی و پر هزينه حذف شده، بلکه استحکام وخواص مکانيکی شاتون‌های جديد به طور قابل توجهی بهبود يافته است. شاتون‌های ميکروآلياژی علاوه بر داشتن استحکام، سختی و مقاومت به خستگی بيش‌تر و کاهش وزن در حدود 10 تا 15 درصد نسبت به شاتون‌های معمولی دارند.

 

فولاد آلياژی 38MnVS5 در مقايسه با فولاد معمولی SAE1335 از نظر خواص مکانيکی در وضعيت بهتری قرار دارد. به دليل افزايش استحکام و خواص مکانيکی در فولاد ميکروآلياژی و وجود قابليت کاهش در مقاطع، شاتون از جنس فولاد ميکروآلياژی در حدود 15 درصد نسبت به شاتون معمولی کاهش وزن خواهد داشت.

lمنبع:ایکوپرس

 

دیدگاهتان را ثبت کنید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شدعلامتدارها لازمند *

*

bigtheme