بخشی از مقاله
چکیده
در عصر تکنولوژی و در صنعت خودروسازی که نمونه بارزی از صنعت خودروسازی است رقابت شدیدی از لحاظ ایمنی و راحتی بیشتر ومصرف سوخت و آلایندگی کمتر وجود دارد و کارخانه های سازنده برآنند تا از هدر رفتن حتی یک قطره سوخت و آلایندگی محیط زیست جلوگیری کنند .لذا یافتن راهکاری که بتوان تولیدآلودگی خودرو را به حداقل برساند، ضروری می نماید.کاهش وزن خودرو، طراحی مناسب و آیرودینامیکی خودرو و طراحی سیستم های مولد قدرت و انتخاب سوختهای جایگزین در جهت کاهش مصرف سوخت ، راهکارهایی هستند که متخصصین جهت کاهش مصرف سوخت ارائه دادهاند. این مقاله به سررسی اجمالی این تکنولوژیها و نقش هر یک در بهینه سازی مصرف سوخت میپردازد.
مقدمه
با توجه به اینکه عدم احتراق بهینه سوختهای فسیلی به خصوص توسط خودروها , مهمترین مشغولیت ذهنی بشر می باشد. با اعمال قوانین و استانداردهای متعدد برای انتشار مجاز آلاینده ها از خودرو, سازندگان اتومبیل موفق به ابداع تکنولوژیهای جدید گردیدند . اگر چه تا رسیدن به میزان ایده آل بهبود کیفیت هوا راه بسیاری باقی مانده اما هر اقدامی که منجر به ارتقاء استانداردهای منجر شود در جای خود می تواند گامی نوین محسوب و پایه گذار ابداعات دیگر باشد.در این میان خودرویی ایده آل است که انرژی مورد نیاز خود را از حداقل دبی جرمی سوخت تأمین کند و کمترین آلایندگی را دارا باشد. برای نیل به این هدف عوامل متعددی دخیل هستند. در این مقاله به مهمترین آنها اشاره شده و راهکارهای عملی برای بهبود وضعیت موجود بررسی می شوند.
1 طراحی مهندسی بدنه خودرو
در به حداقل رسانیدن اصطکاک میان خودروی در حال حرکت با هوا و جلوگیری از ایجاد حرکت گردابی و جدایی جریان، که هر کدام به نوعی موجب ایجاد مقاومت در مسیر حرکت خودرو و در نهایت مصرف بیشتر آن می شوند، شکل ظاهری خودرو نقش بسزایی دارد.در قسمت عقب خودرو نیز در صورت عدم طراحی مناسب جدایی جریان اتفاق می افتد و این موضوع در خودروهایی که محرک عقب هستند نمود خاصی دارد. این عمل در سرعتهای بالا موجب می شود تا در قسمت عقب خودرو خلاء نسبی ایجاد شده و نیروی اصطکاکی بین چرخها و زمین کاهش یابد. به منظور رفع این موضوع یک بالا به شکل ایرفویل بر روی صندوق عقب نصب می شود.
شکل1 جدایی جریان در عقب و جلو خودرو
2 انتخاب وزن مناسب خودرو
وزن خودراز فاکتورهایی است که مستقیماً در مصرف سوخت آن تاثیر گذار است. یکی از راههای کاهش وزن خودرو استفاده از مواد سرامیکی و کامپوزیتی برای تولید خودرو است. به عنوان مثال دیسکهای ترمز سرامیکی تولید شده دارای وزنی معادل نصف دیسکهای فولادی می باشند و مجموعاً باعث کاهش وزنی معادل 16/5 کیلوگرم در خودرو می شوند. این در حالی است که میزان ضریب اصطکاکی آن %25 بیشتر از دیسکهای فولادی متداول است و تا دمای 800 C وظیفه خود را به خوبی انجام می دهند. در حال حاضر موتورهایی با بلوکه سیلندر سرامیکی در ژاپن و آمریکا به صورت آزمایشی ساخته شده اند ولی در حال حاضر از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیستند یکی دیگر از راههای کاهش وزن خودرو استفاده از آلیاژهای آلومینیوم در ساخت شاسی و دیگر قطعات اتومبیل است.[1]
-3 طراحی سیستم مولد قدرت - موتور -
الف - طراحی سیستم سوخترسانی مدرن
GDIتزریق مستقیم سوخت در سیلندر - - gasoline direct injection
تزریق مستقیم بنزین یا GDI یک گونه متفاوت از تزریق سوخت می باشد که در موتورهای مدرن دو زمانه و چهارزمانه بنزینی استفاده می شود. در موتور GDI در کورس مکش فقط هوا وارد سیلندر می شود سپس بنزین که تحت فشار بالا قرار داده شده از طریق ریل مشترک سوخت مستقیما به داخل محفظه احتراق هر سیلندر تزریق شده و مخلوط سوخهت و هوا در درون محفظه احتراق شکل می گیرد بنابراین زمان تزریق و توزیع شدن سوخت درون سیلندر می تواند بدون محدودیت تحت کنترل قرار گیرد اما در موتور تزریق غیر مستقیم یا MPFI، انژکتور سوخت روی سر سیلندر بالای سوپاپ هوا و یا برروی منیفولد ورودی، نزدیک سر سیلندر قرار داده شده است که در موتورهای چهارزمانه پاشش سوخت در منیفولد هوا، پشت سوپاپ ورودی و در موتورهای دوزمانه تزریق در دریچه سیلندر رخ می دهد .
نتایج بدست امده نشانگر افزایش توان، گشتاور و راندمان حجمی، کاهش مصرف سوخت و کاهش آلاینده های خروجی ازموتور GDI نسبت به موتور MPFIمشابه می باشد .با نسبت هوا به سوخت - بسیار رقیق - 40 به 1 که هر چه فشار تراکم بیشتر شود رانمان بالاتر و آلودگی نیز کمتر می شود.
HCCI مخلوط هموژن احتراق تراکمی جهت کنترل خودسوزی Homogeneous charge compression ignition در این موتورها سوخت با توجه به نوع پاشش در مرحله مکش یا تراکم درون سیلندر تزریق می شود و در انتهای مرحله تراکم با توجه به فشار و دمای بالا احتراق صورت می پذیرد. چون در این موتورها مخلوط همگن در اثر افزایش فشار و در نتیجه افزایش دما مشتعل می شود به آن موتور اشتعال تراکمی همگن می گویند.
احتراق HCCI هیدرو کربن نسوخته ای باقی نمی گذارد و در نتیجه عملکرد بالایی دارد . بازدهی بالا و آلایندههای تولیدی کم از مزیت های این نوع موتور می باشد .شکل 2 انواع سیستمهایس پاشش سوخت را نشان می دهد.
شکل 2 انواع سیستم های سوخت رسانی
ب - طراحی سیستم ورودی هوا
سوپر شارژ و توربو شارژ
سوپرشارژ مکانیزمی است که برای زیاد فرستادن مخلوط سوخت و هوا به درون موتور از آن استفاده می شود.سوپرشارژ می تواند فشار مخلوط سوخت و هوا را به بالاتر از فشار عادی هوا که - 2 /235 kg/cm2 - 16psi می باشد بیشتر نماید . که نیروی خود را از موتور می گیرد . سوپرشارژری که به وسیله گازهای خروجی چرخانده می شود به نام توربوسوپرشارژر یا به طور ساده تر توربوشارژر معروفند.گازهای خروجی که هنوز تحت مقداری فشار بوده از سیلندرهای موتور خارج شده، مستقیما به یک توربین وارد می شوند و چرخ توربین به وسیله گازها به گردش در می آید . چرخ توربین روی محوری که در حقیقت محور کمپرسورمی باشد ، قرار دارد .
بنابراین گردش کمپرسور باعث ایجاد فشار زیادی روی مخلوط سوخت و هوا شده و آن را به سیلندر وارد می نماید .توربوشارژر دارای نسبت تراکم پایینی است و این باعث کمتر شدن میزان گاز NOX در حین عمل احتراق می شود زیرا توربوشارژر به وسیله گازهای خروجی گردانده شده و در سیستم اگزوز فشار - Back- - Pressure ایجاد می کند که تمایل دارد مقدار HC وNOX را تقلیل دهد .
این فشار مثل یک سیستم اگزوز دوباره گردشی عمل می نماید . در نتیجه مقداری از گازهای قابل خروج در سیلندر باقی می ماند و با مخلوط جدید سوخت وهوای وارد به سیلندر ترکیب می گردد . این موضوع باعث پایین آمدن دمای احتراق و تقلیل در گاز NOX می شود . قسمت داغ توربین ، توربوشارژر است که مانند راکتور حرارتی عمل می کند .هیدروکربور نسوخته - - HC که از سیلندر خارج شده به محض برخورد با توربین، در حین عبور به طور خیلی گرم می سوزد . همچنین توربوشارژر باعث بهتر ترکیب شدن مخلوط سوخت وهوا وفرستادن آن به درون سیلندرها می شود.
ج - طراحی سیستم جذب بخارات بنزین و روغن کنترل گازهای خروجی محفظه میلنگ - کارتر -
در زمان تراکم و انفجار مقداری از گازهای احتراقی که - Blow By - نام دارد از طریق رینگهای پیستون وارد کارتر می گردد
