بخشی از مقاله
چکیده :
جهان امروز باسرعتی رو به رشد در تولید علم و فناوری سازگار با محیط زیست در حال پیشروی است. تولید سوختهای پاک برای جایگزینی با سوختهای فسیلی، استفاده از روشهای مدرن و بهروز جهت بهبود شرایط احتراقی موتور و کاهش نرخ آلاینده-ها، استفاده از تبدیل کنندههای کاتالیزوری در مسیر خروجی گازها، تزریق بخار هوا در محفظه عملیاتی موتور و همچنین بهره-گیری از فناوریهای طراحی و ساخت تجهیزات موتوری کمک شایانی در بهینهکردن توان خروجی، کاهش مصرف سوخت، کاهش آلایندههای زیست محیطی و تولید گازهای گلخانهای دارد.
طیسالهای اخیر تلاشهای زیادی در راستای افزایش راندمانمکانیکی و کاهش میزان نشرآلاینده در موتورهای دیزل صورت گرفته که به موازات آن مصرف سوخت ویژه کمتر، قیمت تمامشده کمتر و عملکرد بهتر مدنظر قرارمیگیرد. یکیاز روشهای ارزشمندی که طراحان وسازندگان قدرتمند موتور درپیش گرفتهاند، استفاده از روش باز گردانی گازهای خروجی اگزوز EGR میباشد.
در این روش، بخشی از گازهای خروجی از اگزوز طی مسیر خاصی وارد محفظه احتراق موتور میشود. روش بازگردانی گازهای خروجی، با کاهش تمرکز اکسیژن در محفظه احتراق موجب کاهش دمای شعله شده و ترکیبات نیتروژن در خروجی کاهش مییابد.
در این مطالعه با انجام کار آزمایشگاهی، به تاثیر فرایند بازگردانی گازهای خروجی بر عملکرد و میزان نشر آلایندهها، در یک موتور دیزل منفرد موجود که قابلیت تغییر در نسبت تراکم را دارد پرداخته شده است. برای نیل به این هدف، با اعمال نسبت تراکمهای مختلف و بازگردانی بخشی از گازهای خروجی با مقادیر معین، میزان نشر پنج آلاینده هیدروکربن، مونوکسیدکربن، دیاکسیدکربن، اکسیژن واکسیدهایازت و همچنین تاثیر EGR بر روی مصرف سوخت ویژه و توان خروجی بادستگاه آنالیزور خاصی اندازهگیری شده، نهایتاً، نتایج بدست آمده از آزمایش در نمودارهای مشخصی درج میشود.
-1 مقدمه :
یکی از روشها و ابزارهای مورد توجه برای تبدیل انرژی شمیایی به انرژی مکانیکی، استفاده از موتورهای احتراق داخلی1 میباشد. موتورهای احتراق داخلی در انواع مختلفی همچون موتورهای دورانی2، موتورهای ونکل3، موتورهای اشتعالجرقهای4، موتورهای اشتعال تراکمی5 و . . . میباشد. در این میان موتورهای اشتعال تراکمی یا دیزلی بدلیل خصوصیات ویژه همچون راندمان حرارتی مناسب، آلایندگی کمتر و توان خروجی بالا، بیشتر مورد توجه خوردوسازان قرار میگیرد. از طرفی باتوجه به اینکه موتورهای اشتعال تراکمی به دلیل داشتن حجم جابجایی بالاتر، نسبت به موتورهای اشتعال جرقهای همتراز، دارای راندمان مکانیکی بیشتری هستند همواره در جهت بهبود کارایی این موتورها تلاش زیادی صورت گرفته است
از طرفی پائینبودن مصرف سوخت و آلایندگی این موتور نسبت به انواع دیگر، دارای استانداردهای بینالمللی مناسبی است هرچند امروزه با توجه به مشکلات زیست محیطی و مشکلات کمبود سوخت، پژوهشگران و طراحان موتور، به تدریج در پی روشهایی هستند که بتوانند مصرف سوخت و آلایندگی خروجی موتور را به حداقل ممکن کاهش دهند تا جایی که امروزه به ندرت کار تحقیقاتی میتوان مشاهده کرد که مصرف سوخت و آلایندگی درآن مورد توجه قرار نگرفته باشد. بیشترین پارامترهای آلایندگی در موتورهای دیزلی مربوط به اکسیدهای نیتروژن6 ، دوده7 وذرات معلق8 می باشد
روشهای زیادی برای کاهش آلایندگی درموتورهای احتراقی پیشنهاد شدهاست. برخیاز پژوهشگران به بررسی تاثیر سیستم بازگردانی گازهای خروجی 9 EGR ، بر روی دمای شعله احتراق نرخ غلظت اکسیژن و اکسیدهای ازت NOx پرداختهاند
بعضی دیگر تاثیر دمای گازهای بازگردانده شده اگزوز، بر روی عملکرد و آلایندگی موتور را مورد بررسی قرار دادهاند
عدهای با بررسیهای آزمایشگاهی و تجزیه و تحلیل شرایط کاری و آلایندگی تاثیر بازخورانی گازهای اگزوز، در شرایط دمایی مختلف و درصدهای مختلف بازگردانی بر تعیین مقادیر آلاینده دود سیاه در موتور تاکید دارند - کوکولونگ وهمکاران، . - 2014 همچنین برخی از پژوهشگران با تزریق نرخ های مختلف بخار آب در محفظه عملیاتی موتور به تاثیری که این فرایند بر عملکرد و میزان آلایندههای خروجی موتور میگذارد پرداخته و عمل مقایسهای در موتورهای مختلف و دلیل تفاوتهای موجود را مد نظر قرار میدهند
درکل با توجه به پژوهشهای صورت گرفته مشاهده میشود که کاهش در یک پارامتر توسط اعمال شرایط مدنظر، افزایش در پارامتری دیگر را درپی دارد. لذا برای رسیدن به شرایط بهینه مدلی از فناوری و طراحی را بایستی درنظر گرفت که اثرات مثبت حاصل شده، تحت پنوشش اثرات منفی قرار نگیرد. بعبارتی دیگر اگر کاهش یا کنترل آلایندگی موتور خاصی مدنظر باشد لازم است تا از بخشی از توان موتور چشمپوشی کرد و همچنین اگر توان خروجی موتور حائز اهمیت بیشتری است درکنار مصرف سوخت بیشتر، افزایش آلایندگی را نیز باید در نظر گرفت.
برطبق مطالعات صورت گرفته در راستای کنترل آلایندههای خروجی موتورهای دیزلی، هیدروکربنهای منتشره از خودروها درشکل و ترکیبات متنوعی میباشند و انتشار آنها ناشی از عدم مشارکت درصدی از سوخت مصرفی در واکنشهای احتراق میباشد. احتراق ناقص و جذب درصدی از سوخت بر روی دیواره محفظه احتراق و شکافهای ریز آن، از مهمترین عوامل عدم شرکت همه سوخت در فرایند احتراق میباشند. مهمترین نقش هیدروکربنها در آلودگی هوا شرکت فعال آنها در پدیده مهدود میباشد
% 70 آلاینده مونوکسیدکربن، % 36 آلاینده هیدروکربنهای نسوخته، %43 آلایندهاکسیدهای نیتروژن موجود در آتمسفر، نشات گرفته از دودهای خروجی حاصل از احتراق در موتور خودرو میباشد
اگرچه میزان نشر آلاینده، اکسیدهای نیتروژن کمتراز مونوکسید کربن میباشد ولی میزان سمی بودن آلاینده دیاکسید نیتروژن برای انسان در حدود ده برابر مونوکسید کربن میباشد. از مهمترین روشها، جهت کاهش آلاینده NOx روش بازخورانی گازهای اگزوز است که از سال 1960 جهت کنترل آلاینده مونوکسید نیتروژن پیشنهاد شده است
در کنار آلایندههای ذکر شده، آلایندههایی همچون دوده و PM نیز خروجی موتورهای دیزلی در نظر گرفته میشود.
بطور کلی میتوان اینگونه عنوان کرد که، تکنولوژیهای مختلفی جهت کاهش آلایندههای خروجی، بهبود عملکرد وافزایش توان خروجی در موتور دیزلی مورد استفاده قرار میگیرد که از ان جمله میتوان به، تکنولوژی زمان بندی متغیر سوپاپ ها10، کنترل ضربانی مسیر هوای ورودی در منیفولد11، تکنولوژی نسبت تراکم متغیر12 ، تکنولوژیهای تزریق بخار آب در محفظه عملیاتی موتور، استفاده از دستگاههای تبدیل کننده ساختار دود13، استفاده از سیستم هواکشی اجباری14 و سیستم بازگردانی گازهای خروجی15 اشاره کرد.
