پایگاه اطلاع‌رسانی گروه صنعتی ایران خودرو

ایکوپرس

شناسه خبر: ۱۱۷۴۴ یکشنبه ۷ مهر ۱۳۹۲ - ۹:۳۲ تعداد بازدید: ۳۹۲۰ Print View

آلاینده ها، افت توان پیشرانه و نحوه کاهش آن‌ها – بخش نخست

با این عناصر نامطلوب چه کنیم؟

با این عناصر نامطلوب چه کنیم؟

محرم عبادی‌فر

موضوع هوای آلوده در جهان که بیش تر در شهرهای بزرگ نمود پیدا کرده است، امروزه به بحث اصلی حوزه صنعت و محیط زیست تبدیل شده است، به طوری که برای مثال، چند دوره اخیر نمایشگاه‌های بزرگ خودرو در جهان با محوریت و زمینه اصلی «هوای پاک» و «محیط زیست» برگزار می‌شوند. در این میان، شرکت‌های خودروساز داخلی نیز بنا بر وظیفه اجتماعی خود و مقررات حاکم، در صددند تا حد امکان محصولات خود را به تجهیزات و استانداردهای کنترل آلایندگی مجهز سازند تا در کاهش مضرات این پدیده در کشور، سهمی ایفا کنند. مقاله‌ای که پیش رو دارید، نگاهی فنی و تخصصی به مقوله گازهای آلاینده است که از نقاط مختلف خودرو اعم از اگزوز، باک و موتور خارج می‌شود.

آلودگی هوا

w هر گونه آلاینده ای که با ورود به جو سبب تغییر ترکیب شیمیایی طبیعی گازهای موجود در جو شود را آلودگی هوا گویند. این آلاینده ها عبارتند از: گردو غبار، بخارات فلزی، گاز، دود، بخارات و...

آلاینده ها بسته به کمیت، ویژگی ها و میزان پایداری برای موجودات زنده مضر هستند.

w  منابع آلودگی:

 1- در کنترل انسان : ثابت(نیروگاه‌ها و...) متحرک (خودرو، کشتی و...)

 2- خارج از کنترل انسان: آتش‌فشان، آتش سوزی جنگل ها و...

آلاینده های اولیه: مستقیما از منابع آلودگی وارد جو می شوند.

آلاینده های ثانویه: بین آلاینده اولیه و سایر اجزای هوا مانند بخار آب یا آلاینده های دیگر به وجود می آید.

آلاینده های اصلی

1- ذرات معلق ((Particulate Matters

ذرات معلق به گروهی از ذرات جامد یا مایع اطلاق می شود که به اندازه کافی برای معلق ماندن در هوا سبک باشند. بعضی ذرات مثل دوده سمی نیستند ولیکن بعضی ذرات مثل آزبست سمی اند. مهم‌ترین مشکل ذرات معلق، باقی ماندن تا مدتی در جو زمین است: قطر بیش‌تر از 10 میکرون پس از یک یا چند روز انتشار روی زمین می نشیند و ذرات کوچک تر و سبک‌تر با قطر کم تر از یک میکرون چندین هفته در هوا می ماند.

2- منوکسید کربن ((CO

گازی است بی‌رنگ، بی‌بو و سمی که از احتراق ناقص سوخت های کربن دار به وجود می آید. غلظت این گاز در مناطق اصلی شهرهاکه تعداد خودروها زیاد است، بیش‌ترین مقدار است. منوکسید کربن پایداری زیادی در جو ندارد.

3- دی‌اکسید گوگرد(SO2)

گازی است بی رنگ که بیش‌تر، از سوختن سوخت‌های حاوی گوگرد نظیر زغال سنگ و نفت پدید می آید. این گاز می تواند اکسید شده و آلاینده ثانویه نظیر تری‌اکسید گوگرد به وجود آورد. از ترکیب این گاز با آب موجود در هوای مرطوب، اسید بسیار خورنده، اسید سولفوریک تشکیل می شود.

4- اکسیدهای نیتروژن ( (NOx

زمانی‌که اکسیژن هوا با نیتروژن موجود در دمای بالا احتراق ترکیب شود، اکسید نیتروژن به وجود می آید. دوآلاینده مهم آن، مونوکسید و دی‌اکسید نیتروژن هستند. از ترکیب این گاز با آب موجود در هوای مرطوب، اسید بسیار خورنده، اسید نیتریک تشکیل می شود. منابع اصلی اکسیدهای نیتروژن، خودروها، نیروگاه‌ها و سیستم دفع زباله است.

5- ترکیبات آلی فرّار ( (VOC

ترکیبات فرار، گروهی از ترکیبات آلی است که انواع هیدروکربن‌ها را نیز شامل می شوند. این گروه گاهی به گروه متان و گروه هیدروکربن های غیر متان تقسیم می شود. ترکیبات فرار در دمای اتاق ممکن است به سه حالت جامد، مایع و گاز موجود باشد. بیش‌ترین مقدار در این ترکیبات را متان که خطری برای سلامتی ندارد، تشکیل می دهد. بعضی از voc ها جذب کننده قوی اشعه مادون قرمز هستند و به اثر گل‌خانه ای و گرم شدن زمین کمک می کنند.

اثر گل‌خانه ای

نور با امواج کوتاه از شیشه گل‌خانه عبور کرده و بعد از برخورد با زمین به امواج گرمایی تبدیل می شود. این امواج نمی تواند از شیشه عبور کند و لذا دما در داخل گل‌خانه افزایش می یابد. گازهایی مثل دی اکسید کربن، دی اکسید نیتروژن و کلروفلروکربن ها اثر گل‌خانه ای دارند و قسمت زیادی از تشعشعات گرمایی راجذب می کنند.

عوامل موثر بر اثر گل‌خانه ای

افزایش جمعیت (افزایش مصرف انرژی های فسیلی)

رشد صنعتی، رشد حمل و نقل

آلودگی خودروها

جنگل‌زدایی

متان (مقدار گاز خیلی کم‌تر از دی اکسید کربن می باشد ولی اثر گل خانه ای 20 تا 25 برابر بیش‌تراست.)

مبدل کاتالیزوری (اثر گل‌خانه ای دی اکسید نیتروژن 300 برابر دی اکسید کربن)  

اقدامات موثر بر کاهش اثر گل‌خانه ای در حمل و نقل:

تغییر نوع سوخت از بنزین و گازوییل به بایو دیزل، گاز طبیعی، برق و هیدروژن.

تغییر راندمان سوخت خودرو

افزایش ظرفیت خودروها

تغییرات در سیستم حمل و نقل ( استفاده از مترو و...)

گاز کربنیک یا دی اکسید کربن بزرگ ترین منبع تولید آلودگی مربوط به حمل ونقل است. گاز طبیعی کربن کم‌تری نسبت به بنزین و گازوییل دارد و دی اکسید کربن کم‌تری تولید می کند.

خودروهای گازسوز سبک بین 20 تا 40 درصد کاهش دی اکسید کربن را نسبت به خودرو بنزینی نشان می دهند.

تغییر سوخت بنزین به گاز به طور میانگین 11 درصد کاهش اثر گل‌خانه ای را در بر دارد.

اثر آلاینده ها بر سلامتی بشر

w سازمان بهداشت جهانی شش آلاینده را به عنوان آلاینده های اصلی که برای سلامتی بشر مضر هستند، مشخص کرده است. این آلاینده ها عبارتند از: منوکسید کربن، دی اکسید نیتروژن، دی اکسید گوگرد، سرب و ذرات معلق.

سه گروه از انسان‌ها بیشتر در معرض آسیب هستند: کودکان، سالمندان و افرادی که سابقه بیماری قلبی یا تنفسی دارند.

اثر آلاینده ها بر سلامتی

 (برای رویت جدول به پیوست مطلب مراجعه فرمایید)

 تولید آلاینده ها در موتورهای SI

آلودگی موتور های درون‌سوز7

1. آلودگی خروجی از اگزوز: (65 درصد هیدرو کربن ها و صد درصد اکسیدهای نیتروژن و منوکسید کربن)

- هیدرو کربن ها - منوکسید کربن - اکسید های نیتروژن

2- آلودگی تبخیری: (15 درصد هیدرو کربن ها )

- دو منبع اصلی، باک خودرو و کاربراتور هستند.

 - عایق کردن باک و سیستم جمع آوری بخارات جهت کاهش آلایندگی باک استفاده می شود.

- آلودگی کاربراتور به دو قسمت تلفات در حرکت و تلفات در حال توقف تقسیم می شود. تلفات در حالت کاری گرم مهم است. فراریت سوخت بر آلودگی کاربراتور اثرگذار است.

3- آلودگی محفظه میل لنگ: (20 درصد هیدرو کربن ها )

-         ناشی از گازهای نفوذ کننده از رینگ های داخل موتور و بخارات روغن روان‌کاری هستند.

-         اگر رینگ پیستون کهنه باشد، آلودگی بیش تر است.

نسبت هوا به سوخت

نسبت هوا به سوخت (AFR) یکی از پارامترهای مهم در طراحی موتورهاست. نسبت AFR واقعی به نسبت AFR تئوری را لاندا (λ) می نامند. حداکثر قدرت موتور در لاندا حدود 95/0-85/0باشد. غنی شدن بیش‌تر ازحد مخلوط سوخت و هوا باعث افت قدرت موتور و بازده حرارتی آن خواهد شد. غلظت کم‌تر از این حالت نیز باعث افت تدریجی قدرت موتور می شود. برای احتراق مناسب بنزین و هوا باید مخلوطی از 7/14 کیلوگرم هوا و ا کیلوگرم بنزین را آماده ساخت. برای گاز مایع و گاز طبیعی این نسبت به ترتیب 5/15 و 2/17 به یک خواهد بود.

هیدروکربن ها

آلودگی هیدروکربن‌های نسوخته به‌علت احتراق ناقص است. مقدار آلودگی هیدروکربن‌ها بسیار وابسته به پارامترهای طراحی مانند سیستم مکش و محفظه احتراق و پارامترهای کاری مانند نسبت هوا به سوخت، سرعت، بار و مدهای مختلف کاری مانند درجا کارکردن، حرکت یا شتاب گرفتن است.

آلودگی‌ هیدروکربنی با تاخیر در جرقه شمع در سرعت‌های پایین‌تر از 40کیلومتر بر ساعت کم می‌شود. ولی در سرعت‌های بالا این کار تاثیری ندارد. آلودگی هیدروکربنی در گاز خروجی با افزایش نسبت تراکم، کم می‌شود. به این دلیل که با نسبت تراکم بالا، دمای گاز خروجی بالاتر خواهد بود و هیدروکربن‌هایی که توسط گاز خروجی حمل می‌شوند، اکسید شده و از آلودگی آن‌ها کاسته می‌شود. عوامل تولید هیدروکربن در محصولات احتراق را می توان عوامل زیر عنوان کرد:

w        جذب بخارات روغن

w        احتراق ناقص به دلیل سرعت کم شعله

w   تاخیر در زما ن جرقه که این امر سبب کاهش میزان هیدروکربن می شود؛ البته این امر در سرعت‌های پایین تاثیر بیش‌تری دارد.

w        نسبت هوا به سوخت به طوری‌که غنی کار کردن خودرو سبب افزایش میزان هیدروکربن می شود.

w        وجود لایه ای از سوخت نسوخته در مجاورت سیلندر

منوکسید کربن

هنگامی‌که اکسیژن برای اکسایش کامل سوخت در طول فرایند احتراق وجود نداشته باشد، مونوکسید کربن تشکیل خواهد شد. منواکسید کربن یک محصول واسطه در احتراق است که درصورت اکسید نشدن کامل CO به 2CO، در گازهای خروجی باقی می‌ماند. از لحاظ نظری می‌توان مونوکسید کربن را از گاز خروجی موتور بنزینی با کارکردن در نسبت هوا به سوخت 5/1 حذف کرد. در هر شرایط کاری از بار، سرعت و نسبت هوا به سوخت ممکن نیست که مونوکسید کربن به‌طور کامل حذف شود.

آلودگی مونوکسید کربن در هنگام کارکرد درجای موتور زیاد و در هنگام کم‌کردن شتاب، حداکثر می‌شود. این آلودگی در هنگام شتاب و سرعت‌های ثابت حداقل است. کم‌کردن شتاب از سرعت‌های بالا، به‌علت بسته شدن نسبی دریچه گاز و کم ‌شدن ناگهانی مقدار 2O، موجب تولید بیش‌ترین مقدار CO می‌شود.

نسبت هوا به سوخت در تعیین میزان مونوکسید کربن نقش بسزایی دارد، به طوری‌که اگر میزان l (نسبت هوا به سوخت) کوچک‌تر از یک باشد بیانگر کم بودن اکسیژن در فرآیند احتراق است و بزرگ‌تر از یک بودن آن بیانگر کم بودن میزان سوخت در فرآیند احتراق است.

در خودروهای گازسوز میزان مونوکسید کربن 20 تا 80 درصد کم‌تر از نوع بنزین سوز است و علت آن را می توان نسبت کم تر کربن به هیدروژن نام برد.

اکسید های نیتروژن

اکسیدهای نیتروژن معمولا به‌صورت مونوکسید و دی‌اکسید هستند و معمولا در دمای بالا تولید می‌شوند. دمای بالاتر و در دسترس بودن اکسیژن آزاد مهم‌ترین عوامل تولید NO و 2NO هستند. حداکثر مقدار NOx در خروجی هنگامی مشاهده می‌شود که نسبت هوا به سوخت حدودا 10درصد بیش‌تر از مقدار استویکیومتری ‌باشد. مقدار هوای بیش‌تر از این مقدار، دمای بیشینه را کاهش می‌دهد. اکسیدهای نیتروژن با افزایش فشار منیفولد ورودی، بار موتور و نسبت تراکم، زیاد می‌شود. دما نیز نقش بسزایی در تولید این اکسیدها دارد.

اندازه گیری آلاینده ها

w   مراحل آزمون آلاینده های خروجی از موتورهای درون‌سوز اتحادیه اروپا توسط ECE دسته‌بندی شده و شامل 15 چرخه یا سیکل خارج‌شهری و همچنین سیکل EUDC است. آزمون‌ها به وسیله یک دینامومتر که بر روی شاسی نصب شده است انجام می شود و 15 سیکل ECE و بلافاصله سیکل EUDC را در بر می گیرد.

چرخه ECE R83-03

مشخصات چرخه ECE R83-03

  (برای رویت جدول به پیوست مطلب مراجعه فرمایید)