مقاله روند رشد فناوری در موتورهای دیزلی، بنزینی و موضوع گازسوز

چكیده:

محدودیت های اعمال شده از طرف سازمانهای زیست محیطی، تدوین قوانین و استانداردهای جدید در كنترل میزان آلاینده های خروجی از موتورهای بنزینی و دیزلی موجب شده فن آوری موتورهای دیزلی و بنزینی به سوی سیستم های تغذیه و احتراق پیشرفته پاشیدن سوخت و احتراق با كنترل ECU گرایش یابد.

این حركت علاوه بر دستاوردهای چشم گیر زیست محیطی موجب رضایت دارندگان اتومبیل و دستیابی به شتاب و قدرت برتر و بهره برداری اقتصادی تر از نظر مصرف سوخت شده است. طبق آخرین گزارشهای دریافتی از مراكز تحقیقاتی و كارخانه های سازنده خودروها، برنامه زمان بندی برای دستیابی به آلودگی در حدود صفر تا سال 2010 به طور جدی پیگیری شده و هم اكنون موتورهای بنزینی و دیزلی مرحله استاندارد EURO II را پشت سرگذاشته و تولیدات را به سطح استاندارد EURO III  رسانده اند. موضوع به كارگیری سوختهای همگام با رشد فن آوری طراحی و تولید موتورهای پیشرفته همچنان پیگیری، و تطبیق فن آوری سوختهای گازی همگام، به طوری كه باز هم از نظر سطح آلاینده های برتری های چشم گیر خود را نسبت به حالت گازوئیل و بنزنی سوز حفظ كرده اند. خصوصا با تاكید دانشمندان به اثر مخرب CO2 تولیدی از احتراق موتورهای بر لایه اوزون سوختهای گازی LPG و به ویژه CNG با، تعداد كم كربن در ساختمان مولكولی و در نتیجه تولید CO2 كمتر و همراه نداشتن ناخالصی ها به عنوان سوختهای پاك مطرح هستند.

روند رشد فن آوری موتورها در دو دهه گذشته از سرعت چشمگیری برخوردار بوده و رقابت سازنده ای با هدف تولید خودرو دیزلی و بنزینی و گازسوز با آلودگی كمتر در سطح كشورهای صنعتی وجود دارد. در این دو دهه صنعت خودرو كشور ما در این رقابت حضور نداشته و لذا مترادف با سطح فن آوری مورتوهای دیزلی و بنزینی در مورد گاز سوز نیز از قدیمی ترین سیستم تبدیل و تجهیزات مربوطه استفاده نموده است.

متاسفانه گزارشهای دریافتی نمایانگر این واقعیت تلخ است كه به دلیل عدم رضایت مبانی طراحی و تبدیل خودروهای سبك به سوخت گازی با روش مهندسی اهداف نیست محیطی طرح بهره گیری از سوختهای گازی نیز یا كمرنگ و یا نا موفق بوده است و تولید این مجموعه های كیت های گاز سوز قدیمی و ناموفق همچنان ادامه دارد.

عطف به حركت جدید صنایع خودروسازی به سوی تولید خودروهای به روز در سطح جهانی و ساخت خودروهای مشترك با كمپانی های صاحب نام، ارائه دهنده مقالة  روند رشد فن آوری موتور و خودروها را در زمینه گاز سوز منطبق یا برتر از حالت گازوئیلی و بنزینی به بحث و تحلیل علمی می گذارد  وبه ترتیب شش نسل تكاملی تجهیزات گازسوز بر روی خودروها را از سال 1980 الی 2000 به شرح ذیل پژوهش عمل و فن می‎كند:

1. سیستم گازسوز موتورها به روش كاربراسیون با ونتوری ثابت كه هم اكنون دركشورها متداول است.

2. سیستم گازسوز موتورها به روش كاربراسیون، مخلوط كن متغیر.

3. سیستم گازسوز موتورها به روش كاربراسیون با شیر متغیر و كنترل الكترونیكی و كاتالیست دو راهه نوع رقیق سوز.

4. سیستم گاز سوز با روش كاربراسیون و شیر كنترل به روش ECU با كاتالیست سه راهه مدار بسته.

5. سیستم گازسوز با پاشیدن متمركز با كنترل ECU و مدار بسته و كاتالیست سه راهه TBI.

6. سیستم گازسوز با پاشیدن چند نقطه ای و كنترل میكرو پروسسوری MPFI و كاتالیست سه راهه مدار بسته.

امید اینكه صنایع خودروكشور در زمینه فن آوری گازسوز نیز مترادف با برنامه های تولیدات جدید همگام شوند.

مقدمه

بهره گیری از سوختهای جایگزین در دهه اخیر مورد توجه مراكز پژوهشی و صنایع موتور در سطح جهانی قرار گرفته است، زیرا با كاهش ذخایر نفت، موتورهای صنعتی در حال گردش، و در برنامه تولید كه از نظر اصول طراحی و فن آوری به سوختهای هیدروكربوری وابسته اند، راهی جز استفاده از سوختهای گازی ندارند متخصصان امر پیش بینی می كنند كه با تقلیل تولید نفت خام، بخش رو به رشد سوخت مورد نیاز خودروها باید پس از سال 2000 با روندی رو به رشد از گاز مایع و پس از گاز طبیعی تأمین شود.  وابستگی اصول طراحی موتورها به مشخصات فیزیكی و شیمیایی و در نتیجه سازگاری سوخت با طراحی موتور روند رشد خودروهای گاز سوز را تا سه دهه آینده به طرف LPG و سیكل اتور و پس با كاهش تولید نفت خام و در نتیجه كاهش تولید LPG به طرف CNG و LNG با سیكل اتوسوق خواهد داد.

هر دو سوخت LPG و CNG در تبدیل خودروهای سواری مجهز به موتورهای SI و سیكل ترمودینامیكی OTTO می توند به ترتیب با حفظ مشخصات طراحی و با تغییراتی بسیار جزئی با توجیه فنی و اقتصادی مورد بهره برداری قرار گیرد. موضوع توسعه رو به افزایش وسایط نقلیه عمومی در سطح شهرها از طرفی و از طرف دیگر محدودیت های رو به تاكید حد آلاینده های اگزوز این وسایل كه عموما از نوع دیزلی هستند بهره گیری از سوختهای گاز بر روی دیزلها را تضمین می‎كند.

هر چند كار بر روی موتورهای دیزلی با سوخت گازوئیل با آلودگی های كمتری از نظر گازهای اگزوز صدای موتور شدیدا توسط كمپانی های صاحب نام دنبال می‎شود و به موفقیت هایی نیز دست یافته‎اند ولی باید با صراحت اعلام داشت كه پس از كاهش تولید نفت خام و توسعه بازار سوختهای گاز احتمال قوی وجود دارد كه دیزل سازها نیز الزاما به طرف سیكل اتو OTTO سوق پیدا نماید.

زیرا سیكل به دلیل مشخصات ویژه خودرو و طراحی موتور آن در آینده توجیه فنی و اقتصادی و زیست محیطی برتری دارد. محدودیت های اعمال شده برای گازهای اگزوز بهره گیری از كاتالیست های سه منظوره را الزامی ساخته و در نتیجه روش صد در صد گاز سوز و سیكل اتور از ارجحیت برخوردار خواهد بود. مراكز پژوهشی وابسته به صنایع كه كار هماهنگی بین صنعت و سازمانهای محیط زیست را كرده اند كه جواب گوی محدودیت های رو به رشد در تدوین استانداردهای كنترل آلودگی اگزوز وسایل نقلیه بهره گیری از سوختهای به روش صد در صد و استفاده از سیكل اتو هستند.

دیدگاههای جهانی در مورد آلاینده سوختهای فسیلی

افزایش تولید نفت خام برای جوابگویی به عطش رشد فزاینده فن آوری در چند دهه اخیر بشریت را با خطر فقر و گرسنگی ناشی از اتمام منابع سوخت فسیلی در قرن آینده مواجه ساخته است. به طوری كه دهكده جهانی از هم اكنون  به فكر چاره جویی در یافتن منابع ناشناخته انرژی در زمین  وخارج جو افتاده است. واقعیت تلخ ناموفق بودن انرژی های جایگزین برای جواب گویی است زیرا تا این تاریخ هیچ منبع انرژی از نظر توجیه مسائل اقتصادی و فنی نتوانسته با سوختهای فسیلی رقابت نماید. دیاگرام نمایشگر نیاز امروز و آینده سوختهای فسیلی در قرن آینده است همان گونه كه ملاحظه می‎شود نیاز كل انرژی به شكل خطی رو به افزایش و نقش انرژی مصرفی در حمل و نقل به شكل چشم گیری به موازات آن رشد می نماید. از طرفی از اوایل قرن آینده ذخایر نفت با سرعت زیاد رو به كاهش خواهد نهاد.

گامهای فن آوری در موتورهای گازسوز

دیاگرام مرجع كنترل آلودگی در مورد موتورهای گاز سوز نیز دقیقا صادق است. یعنی موتورهای گازسوز هم با وجود مزایای عدم داشتن سرب مشخص بودن ساختمان هیدروكربوری و نداشتن هیدروكربورهای مضر وقتی می‎توانند در محدوده استاندارد آلودگی عمل كنند كه نسبت هوا به سوخت در محدوده استركیومتریك قرار داشته باشد. لذا روشهای كاربراسیون و یا تبدیل به وسیله مخلوط كن های ثابت و نتوری و بدون كنترل شانس قرار گرفتن را در محدوده story duonutic نخواهد داشت پس  روشهای متداول و در اجرا در داخل كشور نسل قدیمی و مربوط به دهه زیر سالها 1975 است كه استانداردهای آلودگی ابلاغ نشده بود و در صورتی كه بخواهیم حتی استاندارد آلودگی ECE15-04 را پاسخ گو باشیم ملزم به حذف سیستم ونتوری ثابت بوده و الزاما باید در مدار گاز شیر كنترل Actuator با كنترلECU داشته باشیم. فن آوری گاز سوز شانس بهره گیری از كاتالیست سه راهه را بالا می‎برد زیرا از نظر عدم وجود مواد ناخالص راندمان كاتالیست در موتورهای گازسوز بسیار بالاست و طول عمر بیشتری نیز در مقایسه با موتورهای بنزینی خواهد داشت ولی لازمه استفاده ازیك سیستم كامل كنترل مدار گاز و حفظ نسبت هوا و گاز در محدوده و سیستم مدار بسته با كاتالیست سه راهه و سنسور اكسیژن بهره گیری از میكروپروسسور ECU است. سیستم فوق پاسخ گوی استانداردهای  EURO I نیز بوده و كاملاً موفق است. اگر هدف از فن آوری گاز رسیدن به حدود آلاینده های برتر از EURO II باشد روش MPFI در مورد گاز نیز عینا مثل حالت بنزین سوز الزامی است. لذا آخرین نسل فن آوری سیستم گازسوز برای پاسخ گویی به استاندارد سال 2000  بهره گیری از سیستم گازسوز با كنترل ECU و روش پاشش MPFI است كه اصطلاحا به نسل Generation III معروف است. امروزه حساسیت سازمان های زیست محیطی نه تنها بدون گازهای مسموم حاصل از اگزوز مثل NOX ، SOX ، CO و HC دور می زند، بلكه میزان گاز خنثی و بی ضرر CO2 نیز زیر سوال رفته است و یكی از عوامل پدیده گلخانه ای شناخته شده است. مزیت اصلی سوختهای گازی خصوصا گاز طبیعی CH4 دارا بودن تعداد كربن كم در مقابل انرژی حرارتی تولیدی است كه عملا میزان تولید CO2 در مورتورهای گازسوز تا 25 درصد نسبت به موتورهای بنزینی و تا 35 درصد نسبت به گازوئیل سوزها كمتر است و لذا برای پیشگیری از پدیده گلخانه ای بهره گیری از سیستم های پیشرفته گاز سوز توصیه می‎شود.

...