تبلیغات
وبلاگ تخصصی مهندسی خودرو و برق خودرو - روشهایی که کارخانجات برای کاهش مصرف و تولید آلودگی خودروهاشون به کار می بندن
وبلاگ تخصصی مهندسی خودرو و برق خودرو

روشهایی که کارخانجات برای کاهش مصرف و تولید آلودگی خودروهاشون به کار می بندن

سه شنبه 3 فروردین 1389  ساعت: 07:29 ب.ظ

آلایندگی و مصرف سوخت خودروها بدلیل محدودیتهای زیست محیطی، ظرف 10 سال آینده بایستی به میزان قابل توجهی بهبود یابد. فن آوریهای جدید در زمینه موتورهای بنزینی، نظیر كوچك سازی موتورها به لحاظ اندازه (Downsizing) با استفاده از تقویت بالای آنها (High Boosted)، موتورهای با تزریق مستقیم (GDI) و سیستم سوپاپهای كاملاً متغیر (Fully Variable Valve Train) هم اکنون در حال توسعه می باشند. در مورد موتورهای دیزل نیز بخشهایی که انتظار می رورد توسعه یابند، شامل انژكتورهای پیزو الكتریك، فیلترهای ذرات معلق و سیستم كاتالیستهای DeNOx می باشند.

در این یادداشت ابتدا به بررسی الزامات استانداردهای آلایندگی پرداخته و پس از آن تمهیداتی که جهت دستیابی به این استانداردها در موتورهای بنزینی و دیزل بکار گرفته شده است را معرفی می نماییم. در بخش اول موتورهای بنزینی را مورد بحث و بررسی قرار خواهیم داد.

 الزامات استانداردهای آلایندگی در آینده:

قوانین اروپایی روی آلاینده های خطرناك اگزوز كه در سال 2000 نسبتاً سختگیرانه به اجرا در آمد بار دیگر در سال 2005 سختگیرانه تر خواهد شد. محدودیتهای استاندارد آلایندگی EURO IV برای آلاینده های HC و NOX و ذرات معلق حدود 50% سطح كنونی این گازهای مضر می‌باشد (استاندارد آلایندگی اروپا در سال 2004 مطابق با استاندارد EURO III است). مرحله بعد در استانداردهای اروپایی كهEURO V  نامیده میشود احتمالاً با تمركز روی ذرات معلق، به بهینه سازی بیشتری نیاز دارد.

از سوی دیگر در استاندارد آمریكایی TIER 2 كاهش مرحله به مرحله NMOG (گازهای اورگانیك غیر متان) و کاهش متوسط NOX ناشی از ناوگان اتوبوسرانی از سال 2004 تا 2007 مد نظر است . از سال 2003 به بعد در كالیفرنیا میبایستی حداقل 10% فروش هر سازنده اتومبیل، خودروهایی با آلایندگی صفر یا معادل آن باشد. نگرانی در مورد اثر گازهای گلخانه ای، خودروسازان اروپایی را وادار كرده است كه تا سال 2008 خودروهایی تولید نمایند كه متوسط CO2 منتشره از آنها زیر 140 gr/Km باشد. یعنی كاهش مصرف سوخت بایستی به میزان بیش از 25% در مقایسه با سطح تعیین شده در سال 1995 باشد. همچنین كاهش بیشتر به سطح 120 gr/Km تا سال 2012 نیز در سال 2003 تحت بحث و بررسی قرار گرفت.

از طرفی همزمان با طرح مباحث آلایندگی، مشتریان نیازمند ایمنی و آسایش بیشتری نسبت به سابق خواهند بود كه این مساله تنها با افزایش وزن خودرو میسر خواهد شد و واضح است که این موضوع با مصرف كمتر انرژی منافات دارد. همچنین ضمن حفظ حداقل عملكرد خودرو، در عین حال نباید هزینه مالكیت خودرو افزایش یابد.

 فن آوری آینده در موتورهای بنزینی:

هدف اصلی در توسعه موتورهای اشتعال جرقه ای، بهبود مصرف سوخت و در نتـیجه كاهش انتشار گاز CO2 میباشد. از دیدگاه ترمودینامیكی، دستیابی به راندمان بیشتر، با عملكرد موتور در بارهای زیاد و كاهش در افت تبادل گاز و حرارت در بارهای جزیی ممكن میباشد. راه حلهای فنی برای این منظور عبارتند از :كوچك سازی سایز موتورها و استفاده از سوپر شارژ، فن آوری سوپاپهای كاملاً متغیر و پاشش مستقیم.

 كوچك سازی(DOWNSIZING )

یك استراتژی برای بهبود قابل توجه در مصرف سوخت، كاهش حجم جابجایی موتور با حفظ شكل منحنی گشتاور میباشد.با افزایش فشار تغذیه تا 2.5 بار و كاهش نسبت تراكم در بارهای زیاد می توان به این هدف دست یافت. در شكل شماره یك، منحنی های گشتاور و مصرف سوخت دو موتور یكی موتور 3 لیتری با تنفس طبیعی و دیگری موتور 1.5 لیتری با سوپر شارژ بالا، با یكدیگر مقایسه شده است. همانگونه كه شكل نشان می دهد، مصرف سوخت ویژه در بارهای جزیی در حدود 2.5% بهبود یافته است. فن آوری جدید مورد نیاز برای این منظور در سمت راست شكل نشان داده شده است.

سوپر شارژهای مكانیكی با راندمان بالا دستیابی به گشتاورهای لحظه ای و بالا را فراهم می نماید.  استفاده از سوپرشارژ منجر به پدیده ناك یا ضربه در بارهای زیاد می گردد. برای احتراز از این موضوع یك سیستم نسبت تراكم متغیر ابداع شده است (پایین سمت راست شكل) تا با كاهش نسبت تراكم،  دستیابی به فرایند احتراق بدون ناك را در بارهای زیاد ممكن سازد؛ در حالیكه قادر است در بارهای جزیی، تراكم بهینه را حفظ نماید.

 سیستم سوپاپ بندی كاملاً متغیر:

با سیستم سوپاپ بندی كاملاً متغیر می توان روشهای مدیریت سیلندر و سوپاپها را معرفی نمود. همانطور كه در شكل دو نشان داده شده است، در حال حاضر سوپاپهایی ساخته شده اند كه قادرند با استفاده از نیروی الكترومغناطیسی و یك بازو مابین فنرهای مكانیكی، هرگونه پروفیل باز و بسته شدنی را برای سوپاپها ایجاد نمایند. با كنترل جریان الكتریكی، بازو میتواند در موقعیت انتهایی خود نگه داشته شود بنابراین سوپاپ مطابق با نیاز میتواند باز یا بسته نگه داشته شود. از آنجائیكه زمانبندی سوپاپها میتواند بصورت آزادانه تنظیم شود، جرم هوای ورودی و گازهای باقیمانده را میتوان با سوپاپها تعیین نمود.

بدین وسیله میتوان از افت دریچه گاز اجتناب كرد و میزان تشكیل NOX را در بارهای جزئی كاهش داد.  از انجاییكه در این روش زمان بندی هر سوپاپ برای هر سیلندر را می توان بصورت جداگانه تنظیم نمود، بنابراین فعال یا غیر فعال كردن هر سیلندر با این روش میسر میگردد(Cylinder Cut Off) . مكانهایی كه در آنها سیلندرها غیر فعال میگردد یا سوپاپهای آنها باز میگردد در منحنی عملكردی موتور در شكل دو نشان داده شده است. اندازه گیری مصرف سوخت نمونه های ساخته شده بر اساس این تکنیک، كاهش مصرف سوخت تا 15% و در صورت بكارگیری فرایند غیر فعال سازی سیلندرها تا 20% را نشان می دهد.

 

پاشش مستقیم:

ابداع سیستمهای جدید تزریق با فشار بالا و پیشرفت در سیستم كاتالیستهای DeNOx منجر به اولین تولید انبوه موتورهای پاشش مستقیم بنزینی با شارژطبقه ای (stratified charge direct injection gasoline engine) شده كه کاهش مصرف سوخت بین 10% تا 15% را به ارمغان آورده است. همانطور كه شكل سه نشان میدهد،برای دستیابی به بهترین مصرف سوخت، این موتورها در بارهای جزئی و مخلوط هوا و سوخت بسیار رقیق با نسبتی تا 3 كار میكنند.

در بارهای زیاد یا بار كامل به منظور تامین ماكزیمم قدرت خروجی، مخلوط هوا و سوخت بصورت همگن وارد محفظه احتراق می گردد. جهت پایداری فرایند احتراق و اجتناب از تشكیل SOOT (دوده) در بار های جزئی، حالت مخلوط هوا و سوخت با حركت كنترل شده هوای ورودی تامین می گردد. با طراحی نشان داده شده در سمت راست بالای شكل سه، مخلوط با حركت پیچشی رو به جلو (Forward Air Tumble) در  فاصله هوایی شمع پایدار میگردد. شایان ذکر است که پایداری فرآیند احتراق در موتورهای GDI، بدلیل نسبت هوا به سوخت بالا(رقیق سوز بودن)، از چالشهای اساسی این نوع موتورها می باشد. در این حالت از یك انژكتور نوع چرخشی(Swirl-Type) استفاده می شود. نسل بعدی سیستمهای پاشش مستقیم که در شكل پائین سمت راست نمایش داده شده است، عملکردی  شبیه به فرآیند احتراق درموتورهای دیزل خواهند داشت؛ یعنی پاشش توام با فرایند احتراق.

از آنجائیكه كاتالیستهای سه راهه تنها در شرایط استوكیومتریك عمل می كنند، یك سیستم  کاتالیستی DeNOx بایستی به مجموعه افزوده گردد تا كاهش آلاینده ها را در فرآیند شارژ طبقه ای، مطمئن سازد. به همین دلیل سوخت مورد استفاده نیز باید عاری از گوگرد باشد.    

 

 

شکل شماره سه

 



نوشته شده توسط:مهندس سعید ابوالحسنی

ویرایش:سه شنبه 3 فروردین 138908:03 ب.ظ

آرشیو

آخرین پستها

نویسندگان

لینکدونی

نظرسنجی

  • نظرتان درباره وبلاگ چیست





آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :

جستجو