بخشی از مقاله
چکیده
از زمانی که بشر شروع به استفاده از سوختهای فسیلی در وسایل حملونقل نمود همواره یافتن راهکارهایی برای کاهش آلودگی ناشی از این سوختها مدنظر بوده است. یکی از آخرین تکنولوژیهای بهکار گرفته شده در این زمینه استفاده از محیطهای متخلخل در اتاق احتراق موتورهای احتراق داخلی میباشد که در این مقاله بدان پرداخته میشود. در ابتدای مقاله، محیطهای متخلخل، جنس و چگونگی ساخت آنها، اثرات استفاده آنها در موتورها و همچنین، چگونگی نصب آنها در موتورها ارائه میشود. در پایان، نتایج بهکارگیری محیط متخلخل در یک موتور اشتعال تراکمی تکسیلندر - Lister LT1 - بیان شده و با نتایج بهدست آمده در غیاب آن مقایسه میشود. نتایج نشان میدهد که بهکارگیری یک محیط متخلخل، کاهش آلایندههایی از قبیل CO تنها در دور 1500rpm به میزان 40% و HC بیشتر از 50% را خواهیم داشت و البته افزایش آلاینده NOx به میزان 50% را به دنبال دارد، همچنین اندازه گیری CO2 نشان از افزایش 16% آن می دهد.
واژه های کلیدی: محیط متخلخل، موتور احتراق داخلی، موتور اشتعال تراکمی، آلاینده، کاهش مصرف سوخت.
مقدمه
قبل از آشنایی با محیط متخلخل نگاهی کوتاه به شرایط کار یک موتور احتراق داخلی چهار زمانه - سیکل اتو و دیزل - و مشکلات آنها خواهیم داشت. در یک موتور احتراق داخلی با سیکل اتو فرآیند آزاد سازی انرژی شیمیایی سوخت طی چهار مرحله؛ .1مکش .2 تراکم .3 احتراق و .4 تخلیه صورت می پذیرد. در هر کدام از این چهار مرحله مشکلاتی وجود دارد که هر کدام به نوبه خود به افزایش آلاینده ها و افزایش مصرف سوخت منجر میگردد. - حمید ممهدی هروی، - 1391 در مرحله اول یعنی مکش مشکلاتی مثل عدم پرشدن کامل سیلندر و راندمان حجمی پایین که دو عامل مهم در آن دخیل است. عامل مکانیکی شامل تایمینگ سوپاپها، فرم هندسی و نحوه باز شدن سوپاپها و همچنین عدم آب بندی کامل رینگهای پیستون. عامل بعدی چگالی هوای ورودی است که عواملی مثل دما، فشار و فرم منیفولد ورودی روی آن اثر گذار می باشد. - اسدی، - 1386
در مرحله دوم نیز که نیاز به تراکم سوخت و هوا وجود دارد مشکلاتی از قبیل بالارفتن دمای اتاق احتراق، عدم آب بندی کامل رینگهای پیستون و سوپاپها را داریم که هر کدامشان در جای خود به افزایش مصرف سوخت و بالارفتن میزان آلاینده ها کمک میکند. - محمد مقیمان، - 1390 در مرحله سوم نیز مشکلات مرحله دوم به علاوه اتلاف حرارت از دیواره های سیلندر را داریم. همچنین به علت افزایش بیش از حد دما و در نتیجه آن کاهش دانسیته مخلوط در مرحله مکش و همچنین عدم تحمل این حرارت توسط آلیاژهای مختلف به کار رفته در ساختمان موتور، مجبور هستیم مقدار زیادی از حرارت تولید شده را توسط سیستمهای خنک کاری از موتور دفع کنیم.
از طرفی در این سیکل سیستم جرقه زنی باید بسیار دقیق عمل کند تا در بهترین زمان احتراق صورت بگیرد. حجم جرقه، دمای جرقه و زمان جرقه همواره از چالشهای پیش روی طراحان بوده است. - محمد مقیمان، - 1390 در مرحله چهارم عمده مشکل عدم تخلیه کامل سیلندر می باشد و همچنین اتلاف انرژی زیادی بخاطر از دست دادن مقدار قابل توجهی حرارت همراه گازهای خروجی از موتور خواهیم داشت. در موتور چهار زمانه دیزل نیز در هر مرحله مشکلاتی مانند موتور با سیکل اتو وجود دارد با این تفاوت که در مرحله تراکم، بالا رفتن دمای اتاق احتراق برای اشتعال تراکمی مورد نیاز است. - اسدی، - 1386 برای هرکدام از عیوب فوق راهکارهایی پیشنهاد و اجرا شده است که در این مقاله مجالی برای توضیح همه آنها نیست و فقط به مواردی که به واسطه استفاده از محیط متخلخل بهبود می یابند پرداخته شده است. - محمد مقیمان، - 1390
محیط متخلخل چیست؟ به یک محیط جامد دارای تخلخل گفته میشود. بسته به اینکه محیط متخلخل تحت اثر نیرویهای بیرونی بتواند شاره ها را از خود عبور دهد یا نه، به آن محیط متخلخل نفوذ پذیر یا محیط متخلخل نفوذ ناپذیر میگویند. - Abdul Mujeebu,2009 - - شکل - 1 محیطهای متخلخل ممکن است دارای خلل و فرج پراکنده یا فشرده، همگن یا ناهمگن، چندسازه یا حاصل ترکیب ساختارهای متفاوت باشند. - Mohamad AA,2005 -
جنس محیط متخلخل
در مورد جنس محیط متخلخل با توجه به کاربرد آن از مواد مختلفی استفاده می گردد که در بسیاری از موارد این ماده بصورت طبیعی وجود دارد مانند کاربید سیلیکون - . - Sic از آلیاژهای اکسید آلومینیوم، دی اکسید زیرکونیم وآلیاژهای نیکل-کروم-آلومینیوم نیز برای ساخت محیط متخلخل استفاده گردیده است. - شکل - Weclas,2005 - . - 3 در این پژوهش محیط متخلخلی متشکل از آلیاژ نیکل-کروم - استیل - استفاده شده است.
