ا

دانشگاه آزاد اسالمی

واحد تهران جنوب

دانشکده فنی مهندسی

پایان نامه کارشناسی حرارت و سیاالت– مهندسی مکانیک

عنوان:

طراحی و محاسبات توربوشارژ جهت یک سوزCNGخودروی

استادراهنما:

نام و نام حانوادگی دانشجو:

شماره دانشجویی:

1390بهمن ماه

فهرست مطالب

ب

1...............................................................................................................چکیده

2.........................................................................................................توربوشارژ

توربو کار 3.................................................................................................اصول

4............................................................................................................تاريخچه

شارژر : توربو 6.........................................................................................ساختار

کمپرسور در ها پره Housing Compressor........................................8 :  نقش

توربين در ها پره Hosing Turbine :.......................................................10  نقش

Housing:.........................................................................................................10

توربوشارژ : در 12........................................................................................فالنچ

توربوشارژ Down pipe :....................................................................13خروجي

توربين در فشار كنترل Waste Gate :..................................................15مكانيزم

Enter Cooler...................................................................................................17

بزرگ( :1 توربوشارژهاي جاي به كوچك توربوشارژهاي از 21.......................استفاده

سراميكي( :2 هاي پره با گاز توربين از 21..................................................استفاده

توربوشارژها در موتور روغن Oil Motors :................................................23نقش

24.....................................................................................................سوپرشارژر

شارژر : سوپر 25..........................................................................................انواع

پیچی دو های شارژر 28................................................................................سوپر

گریز مرکز های شارژر 30............................................................................سوپر

ها شارژر سوپر معایب و 31...........................................................................مزایا

؟ کنند می کار چگونه ها 34.........................................................................شارژر

توربوشارژر و شارژر 34..............................................................................تفاوت

ها شارژر 35...............................................................................................اصول

شارژر 36....................................................................................................انواع

روتز 37.....................................................................................................شارژر

گریز مرکز های 38.....................................................................................شارژر

ها شارژر 39..............................................................................................مزایای

ج

ها شارژر 40..............................................................................................معایب

دارد؟ وجود شارژر توربو و شارژر بين تفاوتى 41................................................چه

توربوشارژها شارژها Turbocharger  تفاوت سوپر Supercharge :.............42  با

گرفتن : قرار سرویس در 44.........................................................................زمان

اجتناب قابل غیر توان 45................................................................................افت

حرارت 45...................................................................................................تولید

اطمینان 46...............................................................................................قابلیت

تقویت 46...................................................................................................میزان

طراحی 47............................................................................................مالحظات

هوایی صنایع در آن کاربردهای و 49......................................................توربوشارژر

گازی توربین موتورهای در توربوشارژر از 50...............................................استفاده

موتورسيكلت شارژر 51................................................................................توربو

توربوشارژر های 52...............................................................................محدودیت

مركب 55...................................................................................................موتور

ها شارژر توربو مشکل رفع 56..................................................................چگونگی

سوز : گاز های سیستم و موتور با مختصری 58............................................آشنایی

پاالیش : و استخراج 65..............................................................................عملیات

طبيعي 4 گاز 75...................................................................................مشخصات

مختلف 5 هاي سوخت شدة تمام قيمت 87..................................................مقايسة

دوسوخته 9 101....................................................................................موتورهاي

سوز- 10 دوگانه موتورهاي 115.....................................................................کاربرد

گیری : سوخت در ها 126............................................................................تفاوت

معایب و 127................................................................................................مزایا

گاز از استفاده محاسن 166...........................................................طبيعيمهمترين

توربوشارژ 168..........................................................................................مزاياي

د

ه

چکیده

همانطور كه قبال اشاره شد هدف اين تحقيق, بررسي ميزان توليد آالينده ها و مصرف سوخت حاصل از اتوبوس گازسوز با توجه به تاثير توربوشارژ نصب شده,

از ميان توربوشارژهاي انتخابي است. در اين راستا، جهت تعيين بهترين توربوشار داده هاي حاصل از تست آزمايشگاهي از قبيل توان موتور, گشتاور موتور, مصرف سوخت و چهار محصول خروجي تست بايد بررسي شده شده و بهترين توربوشارژ

از ميان چهار توربوشارژ تست شده انتخاب گرديده و در نهايت با توجه به درصد هواي اضافي در حالت مطلوب با مقادير تئوري- حاصل از اصول پايه احتراق و

ترمودینامیک محاسبه شده نیز ، مقایسه گردند .

1

توربوشارژ

وقتی مردم درباره ی اتومبیل های مسابقه یا اتومبی�ل ه�ای ورزش�ی ب�ا س�رعت ب�اال ص��حبت می کنن��د ، موض��وع توربوش��ارژرها ظ��اهر می ش��ود ، توربوش��ارژرها در موتورهای دیزل بزرگ هم وجود دارند ، یک توربوشارژر به طور عمده ق��درت موت��ور را بدون افزایش وزن آن زیاد می کند ک��ه م��زیت ب��زر گی اس��ت و توربوش��ارژرها را

مهم اس��تفاده از توربوش��ارژرها یکی از م��ؤثرترین راه ه��ای اف��زایش ب��ازده درمی کن��د.

2

موتوره��ای ت��وربین گ��ازی می باش��د. ب��ه منظ��ور درک ص��حیح از نح��وه عملک��رد توربوشارژرها می بایستی ابتدا طرز کار موتور اتومبیل های مدرن را بررس��ی ک��نیم. این موتورها با نام مرسوم چهار زمانه شناخته شده و در هر چرخ��ه ک��اری ، پیس��تونچه���������������������������������������������ار مرحل���������������������������������������������ه را طی می کند. زمانی که پیستون پائین می آید ، در یک لحظه ه��وا از طری��ق دریچ��ه ای ب��ه داخل سیلندر وارد می شوند و وقتی که پیستون ب��رمی گ��ردد ، دریچ��ه ه��ا )س��وپاپ( بسته شده و هوای درون محفظه اح��تراق ب��ا ب��اال آم��دن پیس��تون م��تراکم می گ��ردد. زمانی که پیستون ب��ه ب��االی س��یلندر می رس��د ، ب��ا جرق��ه ی ش��مع، مخل��وط ه��وا و

سوخت مشتعل می شود.

در صورتی که دبی ورودی به داخل سیلندر افزایش یابد و هوای فشرده تری وارد آنش�����������������������������ود ، اح�����������������������������تراق و انفج�����������������������������ار قوی تر و نیرومندتر خواهد بود. برای این منظور توربوشارژرها وارد سیکل کاری می

شوند .

توربو کار اصول

اصول کار توربو بر اساس تغذیه بیشتر هوا به موت��ور اس��ت. ب��رای مث��ال ی��ک موت��ور که در دو مدل معمولی و توربوشارژ تولید می شود. موتور معم��ولیCVH1.6فورد اسب نیرو 135 اسب نیرو دارد ولی موتور توربو فقط به واسطه نصب توربو 105

3

اس��ب اف��زایش ن��یرو داریم. علت اینک��ه30دارد . در این مورد با اضافه شدن توربو نیروی بیشتری نداریم این است که سطح فشرده سازی م��ورد اس��تفاده کم افزایش

است.در یک موتور که به طور معمولی با فشار جو تغذیه می گردد فشار ج��و ه��وا را ( ب��ه درون موت��ور می ران��د. ب��ه ط��ور1bar پون��د ب��ر اینچ مکعب )14.7به م��یزان

اسب ن��یرو داش��ته باش��د ب��ا دو ب��رار 100 اتمسفر 1خالصه اگر یک موتور در فشار بار فشرده سازی در توربو( نیروی آن دو برار می شود. زیرا با این کار1شدن فشار)

دو برابر هوا در سیلندر خواهیم داشت و می توانیم دو برابر سوخت بسوزانیم .البت��ه کارها به این سادگی هم نیست. ب��ا اف��زایش فش��رده س��ازی بیش��تر اف��زایش ق��درت مورد توقع اتفاق نمی افتد زیرا در فشار باالتر نیاز به س��وخت غ��نی ت��ر اس��ت و بای��د

میزان تراکم موتور را کاهش داد و موارد دیگر...

تاريخچه ميالدي توسط مهن��دس مکاني��ک سوئيس��ي آلف��رد ب��وچي1905توربو شارژ در سال

اختراع شد .توربوشارژ عبارتست از نوعي کمپرسور توربيني و يک کمپرسور گريز از مرکز که توسط يک شفت که با اتصال فالنچي ب��ه آن متص��ل ش��ده را مي چرخان��د ، توربين گازي توسط پيچ به مانيفولد دود متصل مي شود و گازهاي خروجي از موت��ور باعث چرخش توربين گاز شده و ب��ه س��بب آن كمپرس��ور ك��ه توس��ط ي��ك ش��فت ب��ه توربين گازي متصل است شروع به چرخش نموده و ه��واي محي��ط را مكش ك��رده و سپس آن را متراكم و به طرف موتومي فرستد . هواي ورودي بيشتر ب��ه موت��ور ،ب��ه معني سوخت بيشتر به داخل موتور ، و هوا و سوخت بيشتربه معني افزايش ان��رژي

و قدرت خروجي موتور مي باشد .

4

يکي از مطمئن ترين راهه�ا ب��راي اف�زايش ت��وان موت�ور ه�ا ، اف�زايش مق��دار ه��وا وس�������������������وختي اس�������������������ت ک�������������������ه در س�������������������يلندرآنها مي س��وزد ب��راي اين منظ��ور اف��زودن تع��داد س��يلندرها ي��ا ب��زرگ ک��ردن ه��ر ي��ک از سيلندرها يکي از روش هاست اما در بعضي مواقع امکان اين کار وج��ود ن��دارد . ي��ک راه براي افزايش قدرت موتور که ساده تر و با صرفه تر مي باشد استفاده از تورب��و شارژ در موتوراست که بدون نياز به تغيير در حجم و وزن موتورت��وان آن را اف��زايش مي دهد . براي افزايش توان موتور از توربوشارژها درخودروهاي پر سرعت مسابقه اي و سوپر اسپرت هاو حتي خودروهاي خانوادگي و در موتوره��اي دي��زلي ب��زرگ ن��يز

در موتورهاي ديزل � به غير از انواع كوچ��ك آن ��� توربوش��ارژ يكياستفاده مي شوند. از اجزاي الينفك است كه موجب افزايش نسبت توان به وزن ، حجم و هزين��ه نه��ايي مي ش��ود. از جمل��ه مزاي��اي ديگ��ر توربوش��ارژ ك��ردن در موتوره��اي دي��زل ، ك��اهش دودزايي و صداست. در گذشته تنها موتورهاي بنزي��ني توربوش��ارژ ش��ده ، موتوره��اي

مس��ابقه بودن��د . ب��ا اس��تفاده ازمخص��وصپيستوني هواپيما و بع��د از آن خودروه��اي توربوشارژ ، مقدار توان توليدي موتور هواپيما در سطح دريا ت��ا ارتفاع��ات ب��اال حف��ظ مي شود و امكان استفاده از موتور كوچكتر فراهم مي آيد . توان خودروه��اي مس��ابقه نيز با توربوشارژ كردن به طور چشمگيري افزايش مي يابد . به عنوان مثال مي ت��وان

توان دريافت كرد . بعدهاKW 500 بيش ازCC 1500از يك موتور بنزيني با حجم توربوشارژدر خودروه��اي س��واري مت��داول ن��يز ب��ه ك��ار گرفت��ه ش��د و اس��تفاده از آن

5

درص��د از ان��واع20 ميالدي ح��دود 80گسترش يافت ؛ به طوري كه در اواخ��ر ده��ه ن��يزافزايش هزين��ه س��وختعلت اصلي آن خودروهاي اروپايي از آن بهره مي بردند و

)ب��نزين( ب��ود. ي��ك موت��ور بنزي��ني توربوش��ارژ ش��ده نس��بتا كم حجم مي توان��د ض��من صرفه جويي در مصرف سوخت ، توان و گشتاور باالي يك موت��ور داراي مكش ع��ادي ولي با حجم زياد را ايجاد كند . براي آشنايي هرچه بيشتر با توربوش��ارژ در ادام��ه ب��ه مفاهيم اساسي سوپرشارژ كردن ، توربوش��ارژ ك��ردن ، خن��ك ك��ردن ش��ارژ و موت��ور

مركب پرداخته مي شود .

مکان توربوشارژر در خودرو

شارژر : توربو ساختار يک توربو شارژر ازدو قسمت اص��لي تش��کيل ش��ده اس��ت " ت��وربين و کمپرس��ور. در موتور هايي که توربوشارژ نص��ب گردي��ده ، پس از اينک��ه مخل��وط س��وخت و ه��وا در داخل سيلندر متراکم شد توسط جرقه شمع محترق شده ، و اين اح�تراق ب�اعث آزاد شدن انرژي حاصل از سوختن مخلوط گاز مي گردد،حال اين گاز )دود منيفول��د( پس از گذراندن اين سيکل، بايد سيلندر را ترک کند که اين گ��از خ��روجي فش��اري ح��داقل

اين گاز حاوي مقدار  برابر فشار داخل سيلندر .30 اتمسفر را دارد يعني 30معادل

6

که مي ت��وان از اين ان��رژي بص��ورت مفي��د اس��تفاده ک��ردانرژی استقابل توجهي از ولي در موتور هايي که تنفس بصورت عادي ] بدون توربوشارژ [ است گ��از خ��روجي و انرژي موجود توسط اگزوز به بيرون رانده مي شود ک��ه اين عم��ل براب��ر اس��ت ب��ا

اتالف مقدار زيادي از انرژي کنترل نشده !

توربوشارژ داراي يک محور )شفت( مرکزي است که يک سر اين محور به يک توربين متصل است که براثر برخورد گاز هاي خروجي با پره هاي اين توربين ، محور ش��روع به چرخيدن مي کند ، سر ديگر اين محور به يک کمپرس��ور متص��ل اس��ت ک��ه ب��ر اث��ر چرخيدن هواي بيرون را با ق��درت بيش��تر ي مکي��ده و در داخ��ل س��يلندر م��تراکم مي

فش��رده ت��ر psi 8 تا 6کند . به طور معمول توربوشارژها فشار هوا را به اندازه در سطح درياستpsi 14.7 تا 14.5مي کنند ، از آنجا که فشار معمولي اتمسفر

درصد بيشتر هواس��يلندرهاي موت��ور خواه��د ش��د و ب��ازدهي50با اين روش در حدود افزايش خواهد يافت . %40 تا %30واقعي نيز بين

7

اگ��زوز ب��رای ب��رای رس��یدن ب��ه این تق��ویت فش��ار،توربوش��ارژر از جری��ان خ��روجی چرخاندن یک توربین استفاده می کند که خود یک پمپ هوا را می چرخاند،ت��وربین در

برابر سریع٣٠دور در دقیقه می چرخد که ١٥٠٫٠٠٠توربوشارژر با سرعتی بالغ بر یکی تر از دور موتور است ، چون تئربین به اگزوز چسبیده دما در آن خیلی باالس��ت.

از دالیل عدم کارایی این است که انرژی چرخاندن توربین از اگزوز گرفته می شود و وجود یک ت��وربین دراگ��زوز مق�اومت در براب��ر خ��روج دود را اف��زایش می ده�د،و این

خارج کن��د در نتیج��ه یعنی در مرحله ی خروج دود ، موتور باید دود را بافشار بیشتری يکي ازکمی از قدرت سیلندری که در مرحله ی انفجار ق��رار دارد کاس��ته می ش��ود.

مزاياي توربو شارژها ، کمکي است که در ارتفاعات و من��اطق مرتف��ع ب��ه موت��ور مي کنند ، موتورهاي معمولي در ارتفاعات دچار کاهش شديد قدرت مي شوند زيرا براي هر مکش پيستون جرم کمتري از هوا را به داخل سيلندر مي کشد و حتي در صورت افزايش مقدار سوخت پاشيده شده به داخ��ل س��يلندر ن��يز ب��ه علت فق��دان اکس��يژن کافي ، احتراق کامل صورت نمي گيرد ، بنابراين مساله رقيق ب��ودن ه��وا م��وجب کم شدن قدرت موت��ور ، در اين نق��اط مي ش��ود ک��ه توربوش��ارژها ب��ا کم��پرس ک��ردن و

افزايش جرم هواي ورودي به موتور ، اين نقص را جبران مي کنند .

8

کمپرسور در ها پره Housing Compressor :  نقش توربين کمپرسور داراي پره هايي مخصوص مي باشد که عامل مکش ه��وا و م��تراکم

 Housing Compressorکردن آن است .پره هاي توربين کمپرسور در توربوشارژ با دوران کردن باعث مکش هوا به داخل توربوشارژ مي شوند کمپرس��ور ن��يز ه��وا را از مرکز تيغه هايش به داخل کش�يده و توس�ط پ�ره ه�اي خ�ود ، در حين چ�رخش ب�ه

بيرون پرتاب مي کند .

کمپرسور معموال بين صافي و منيفول��د ه��واي ورودي ب��ه موت��ور ق��راردارد پ��ره ه��اي کمپرسور مي تواند بصورت تک ، دوبل و يا دوبل متغيير باشدو الزم به ذکر است ک��ه پره هاي کمپرسور در توربوشارژ ها که براي ايجاد قدرت در دور هاي پ��ايين ط��راحي مي ش��وند معم��وال داراي کمپرس��ور ه��ايي ب��ا پ��ره ه��اي نزدي��ک ب��ه هم و بلعکس در

9

توربوشارژ هايي که براي حص��ول ق�درت در دور ه��اي ب��اال ط��راحي مي ش��وند دارايکمپرسور هايي هستند که فاصله پره هاي آنها از هم بيشتر است .

دور در دقیقه محور توربین باید به دقت پش��تیبانی١٥٠٫٠٠٠برای رسیدن به سرعت ش���������������������������������������������ود ، اک���������������������������������������������ثر یاطاقانها در این سرعت خراب می شوند بنابراین بیشتر توربوشارژرها از یاطاق��ان ه��ای م��ایع استفاده می کنند ، این نوع یاطاقان محور را روی الیه ی نازکی از روغن که به ط��ور پیوس��ته ب��ه دور مح��ور پمپ می ش��ود نگ��ه می دارد ، این ن��وع یاطاق��ان دو م��زیت دارد،یک اینکه محور و سایر قسمت های توربوشارژر را خنک نگه می دارد،دوم اینکه

محور بدون اصطکاک چندانی می چرخد.

توربين در ها پره :Hosing Turbine  نقش

Hosingپره هاي ت��وربين Turbineدر برخ��ورد ب��ا گ��از ه��اي خ��روجي ب��اعث دوران مح���������������������������������������������ور مي گ���������������������������������������������ردد اين

پره ها هميشه از نوع تکي مي باشند و زاويه و انحناي آنها يکسان است .

10

امروزه برخي از شرکت ها توربوشارژهايي ساخته اند که در آن زاويه پره ه��ا در دورهاي مختلف بسته به دور موتور تغيير مي کند.

Housing:

Housingعبارت است از ي��ک محفظ��ه باش��کل حل��زوني ک��ه ت��وربين و کمپرس��ور را درخود جاي مي دهد که هر توربوشارژ داراي دو عدد از آن ميباشد .

hot   يا turbine housingهمچنين به محفظه اي که توربين را در خود جاي مي هد side ميشود و به محفظه اي که کمپرسور را در خود جاي مي هد نامیده cold sideياhousing compressor. می گویند

11

در محفظه توربين ، هر چه اندازه اين محفظه کوچکتر باشدفشار گ��از ه��اي خ��روجي اگزوز باال تر مان��ده و ت��وربين س��ريع ت��ر دور خواه��د گ��رفت . تورب��و ش��ارژ ه��ا ب��ا از

محفظه کوچک براي اتومبيل هاي خياباني مناسب ترند . اگر محفظه ت��وربين بزرگ��تر باشد مدت زمان بيشتري طول مي کشد تا توربين دور بگ��يرد ک�ه محفظ��ه بعض��ي از مواقع تا حد سرخ شدن گرم مي شود ک�ه ب�راي خن��ک ک�ردن آن ازآب ي�ا روغن و در

بعضي از هردو استفاده مي شود .

توربوشارژ : در فالنچ

فالنچ يا واسطه ، قطع�ه اي اس��ت ک��ه فل��زي مي باش��د ، درتوربوش��ارژها معم��وال ازچ���������������دن ي���������������ا آلومي���������������نيوم آلي���������������اژي س���������������اخته مي شود و در حد فاصل بين توربين و کمپرسور قرار گرفته و آنه��ا را ب��ه هم مرتب��ط

مي کند.

12

فالنچ ها را با توجه به نوع موتور و نوع توربو شارژ انتخاب مي کنند و معم��وال ب��ا ک��د ساخته مي شوند .T4 ، T3 و T6  هاي بين المللي

توربوشارژ :Down pipe خروجي

يا خروجي آن مي باشد گازهايDown pipeيکي ديگر از قسمتهاي مهم توربوشارژ اگزوز )دود( پس ازچرخاندن توربين ، محفظه توربين را بايد ترک کند ک��ه اين ک��ار ازطري�����������������ق اين دريچ�����������������ه ص�����������������ورت مي پ�����������������ذيرد .

Down pipeيا خروجي توربوشارژ با توجه به محفظه توربين ، اشکال مختلفي دارد

13

ولي مي توان آن را به دودسته کلي تقسيم کرد ، ک��ه عب��ارت اس��ت از" ن��وع فالنچي که توسط دو عدد واشر و ي��ک بس��ت V-Band  که به توربوشارژ پيچ مي شود و نوع

مخصوص به توربوشارژ متصل مي شود . توربين بين منيفولد هواي خ��روجي وانب��اره اگزوز قرار مي گيرد ، تمامي گازهاي خروجي موتور )اگزوز( از محفظ��ه ت��وربين مي گذرد و انبساط اين گازهاي تحت فشار ، بر پره هاي توربين عمل مي کند و م��وجب

حرکت دوراني آنها مي شود .

اين گازها پس از گذشتن از توربين وارد اتمسفر مي شوند ، توربين صداي حاص��ل ازگازه����������������������������اي اگ����������������������������زوز را نيزخف����������������������������ه مي کند و به اين ترتيب در اکثر موارد نيازي به استفاده از انباره اگزوز نيست .ش��ايد بتوان نوع توربوشارژها را با توجه به قطعات بکار رفته در آن ب��ه چن��د ش��کل تقس��يم

بندي کرد :

Wasteعملکرد محور مرکزي آن ممکن است بصورت ياتاقاني و يا بل��برينگي باش��د ،Gate ک���ه ممکن اس���ت از ن���وع Internal متص���ل ب���ه محفظ���ه ت���وربين ( ي���ا (

(Huosingبر روي منيفولد دود قرار داشته باشد ، نوع محفظه دار )  External نوع، توربين و کمپرسور ، و يا نوع فالنچ يا رابط توربوشارژ و منيفولد اگزوز .

14

محور مرکزي که در واقع راب��ط بين ت��وربين و کمپرس��ور اس��ت و ب��ا س��رعت بس��يار ( دوران مي کند بايد در دو سر خود به چيزي تکيه داشتهRPM 240 تا 100بااليي )

باش��د ، ک��ه اک��ثر توربوش��ارژها داراي محوره��اي مرک��زي ياتاق��اني هس��تند ولي درHighتوربوش��ارژهاي گ��ران قيمت ک��ه در موت��ور ه��اي Performance اس��تفاده

مي ش��وند داراي مح��ور ه��اي مرک��زي بل��برينگي هس��تند ودر م��واردي بعض��ي ازن��وع ياتاقاني هم کيفيت بااليي دارند محور هاي بل��برينگي داراي اس��تقامت ب��االيي هس��تند بلبرينگ هايي که در اين محور ها بکار گرفته مي شوند چون از فزات آلياژ ي س��اخته مي شوند، در مقابل حرارت و سايش بسيار مقاوم بوده و سريع ت��ر از ن�وع ياتاق�اني

هزار کلومتر و ن��وع بل��برينگي20دورميگيرند. معموال يک توربوشارژ ياتاقاني در هر هزار کيلومتر بايدسرويس شود . 80در هر

15

توربين در فشار كنترل :Waste Gate مكانيزم

Wasteبسياري از توربوشارژ خودروها يك سوپاپ بايپس ي��ا گ��ذرگاه ف��رعي) Gate) دارد كه باعث مي شود در توربوشارژهاي كوچك ميزان چ��رخش آنه��ا از ح��د مج��ازي

تجاوز نكند .

در واقع سوپاپ بايپس فشار داخل توربين هوا را حبس ك�رده و اگ��ر فش��ار آن ب�االتر ازحد مجاز باشد سوپاپ فوق باز ش��ده و مق��داري از س��يال را ب��ه خ��ارج از محفظ��هت���وربين گ���از ه���دايت مي كن���د ت���ا اين ك���ه فش���ار ب���ه م���يزان مطل���وبي برس���د.

Waste Gate نوع: به دونوع طراحي آن صورت گرفته که عبارتند از

16

1) Internal Wast Gate 2) External Waste Gate

Internalنوع Wast Gateبر روي محفظ��ه ت��وربين ق��رار مي گ��يرد و مي توان��د ب��ه صورت تنظيم شونده يا ثابت باشد اين نوع معم��وال در توربوش��ارژهايي ک��ه ب��ا فش��ار

بررويExternal Waste Gate ( کاربرد دارند نوع 24 تا psi 9کمتري کارمي کنند ) ميليمتري س��اخته مي60 و 46و 40و 38 و 35منيفولد دود قرار گرفته و انواع

شود و الزم به ذکر است که فالنچ خاصي که بر روي منيفولد دود تعبي��ه مي ش��ود ب��ا 38 و 35و ان��دازه آن ط��راحي مي گ��ردد در ان��واع س��وپاپ Waste Gateتوج��ه ب��ه

ميليمتري از فالنچ لوزي شکل اس��تفاده مي گ��ردد و در ان��واع ديگ��ر بص��ورت م��ربعي فنر هايي تعبيه شده که بوس��يله External بکار گرفته مي شوددر داخل سوپاپ هاي

و در زم��اني14.5Psi تا 3.6رنگ استاندارد شده ، و از رنگ زرد کوچک تا آبي بزرگ دارد از هر دو فنر استفاده مي شود ) مثال از ي��ک  21psiکه توربوشارژ شما نياز به

( .psi 14.5 و يک فنر 7psiفنر

: Boost Controller تنظيم فشار دقيق

Boostدر توبوشارژهاي حرفه اي براي تنظيم فشار دقيق از Controller اس��تفاده Boostمي شود . دامنه تنظيم Controller بسته به نوع توربوش��ارژ و ن��وعBoost

Controller 60تا 1از فشار psi 60 يا 30 متغيير است ) قابل ذکر است که فشار psiبراي هر موتور يا توبوشارژ قابل تحمل نيس��ت!(ازجمل��ه مع��روف ت��رين ش��رکت

.HKS , Tial Tial Greaing عبارتند از ", Boost Controllerهاي معروف سازنده

17

Enter Cooler:

براي حصول احتراق بهتر وکامل تر و در نتيجه کسب راندمان حرارتي باالتر به ه��واي بيشتري نياز داريم . اين هوا بايد بصورت فش��رده و خش��ک ب��ه دورن س��يلندر موت��ور فرستاده شود ولي اگر خنک کاري اين ه�واي ورودي ب�ه خ�وبي ص�ورت نگ��يرد نتيج�ه عکس را به دنبال خواهد داشت ، چون ب��ا اف��زايش فش��ار و س��رعت ، اف��زايش دم��ا خواهيم داشت و افزايش دما باعث مي شود ملکول هاي هوا به صورت متراکم تر و فشرده به داخل سيلندر فرستاده نشوند و سيلندر موتورخ��ودرو ، نس��بت مناس��بي از هوا را در خود جاي ندهد!به عبارت ديگر ، برطبق نظريه بوي��ل م��اريوتبين در ک��اهش حجم و افزايش فشارگازها همواره نسبت ثابتي وجود دارد يعني ه��ر چ��ه ي��ک گ��از را

18

متراکم تر کنيم ب��اعث ب��اال رفتن فش��ار آن مي ش��ود و اين اف��زايش فش��ار اف��زايشحرارت را به دنبال خواهد داشت .

هوايي که توسط توربوشارژ به داخل سيلندر فشرده مي شود بسيار گ��رم اس��ت ، و اين ه�وا پس از ورود ي�ه س�يلندر و فش�رده ش�دن توس�ط پيس�تون )درح�الت ت�راکم مخلوط وسخت و هوا( باز هم گرمتر مي گردد ، حال اگر مخلوط س��وخت ب��ه داخ��ل سيلندر پاشش گردد قبل از آن كه توسط جرقه شمع محترق شود، هواي داغ ورودي باعث احتراق زودرس مي شود که ب��ه اين پدي��ده خودس��وزي گوين��د ، ک��ه ب��ا ب��د ک��ارک�����������ردن موت�����������ور ي�����������ا لگ�����������د)ض�����������ربه(زدن موت�����������ور

(Knock يا Knocking همراه است . ب��راي جلوگ��يري از پدي�ده ف��وق مي باي��داز ) بنزين با درجه اكتان باالتر استفاده نموده و يا نسبت تراكم موتور را كاهش دهيم .

19

ميتوان نتيجه گرفت که تنها فشار و تراکم باالي هوا ، براي ما ايجاد ران��دمان ب��االتر و ( هم Knocking ي��ا Knockقدرت بيشتر را به همراه نخواهد داشت کاهش دادن )

براي ما کافي نيست تا يک راندمان مناسب را داشته باشيم ، پس نياز به خنک کنن��ده اي داريم تا هوا را تا حد نرمال خنک نگه دارد اين خنک کاري همان ط��ور ک��ه قبال هم

امکان پذير است .Enter Coolerذکر شد از طريق آب و روغن و همچنين

Enterاينتر کولر Coolerيا خنک کننده مياني يک نوع رادياتور اس��ت ک��ه معم��وال از آلومي�����������������������������������������������نيوم س�����������������������������������������������اخته

وارد ميEnter Coolerمي شود . هوايي که توسط توربوشارژ فشرده شد به داخل Enter شود و دماي آن تا حد مطلوب گرفته شده وسپس ه��واي م��تراکم ک��ه خن��ک ،

Cooler.را ب������������ه مقص������������د س������������يلندر ت������������رک مي کن������������د با بکار گيري اينتر کولر که نقش بس��يار مهمي را در اف��زايش ران��دمان ايف��ا مي کن��د

20

کاهش داد و موتور نرم ت��ر و ق��وي%t 99مي توانيم احتمال پديده خودسوزي را تا تر کار مي کند .

:1نکات مهم

اتومبيل هاي کاربراتوري براي توربو شدن مناسب نيس��تند ولي مي ت��وان اين خ��ودرو خودروه��ای ق��دیمی ب��ا ک��اربراتور ب��ه ص��ورتها را هم مجهز ب��ه تورب��و ش��ارژ ک��رد .

خودکار مقدار سوخت را افزایش می دهند تا مناسب اف��زایش ه��وای ورودی ش��ود ، خودروهای مدرن با انژکتور نیز این کار را انجام می دهند ، سیستم انژکت��ور برمبن��ای سنسورهای اکسیژن در اگزوز کار می کنند تا نع�یین کنن�د ک�ه نس�بت س�وخت و ه�وا درست است یا نه بنابراین در این سیستم نیز اگ��ر توربوش��ارژر اض��افه ش��ود مق��دار سوخت ورودی خود به خود افزایش می یابد.اگر یک توربوشارژر با فشار باال ب��ه ی��ک خودروی انژکتوری اضافه شود ممکن است کن��ترل کنن��ده ی انژکت��ور اج��ازه ی ورود سوخت زیاد را ندهد و یا پمپ بنزین و تزریق کنن��ده ه��ا توانل��یی رس��اندن این مق��دار سوخت را نداشته باشند ، در این حالت باید تغییرات دیگ��ری اج��را ش��ود ت��ا بت��وان از

قبل از اينکه توربوشارژ به موتور اين نوع خودرو ها اض��افهتوربوشارژر استفاده کرد.شود بايد به نکات زير توجه داشت :

ECU استفاده از (1

سيم کشي و سنسور هاي مناسب براي تطابق موتور با شرايط محيطي مثل آب(2و هوا و نوع سوخت

استفاده از پيستون هاي فورج و ترجيحا ميل لنگ قوي تر(3

بهينه سازي سيستم سوخت رساني و اس��تفاده از پمپ س��وخت ق��وي ت��ر و ري��ل(4سوخت بهتر و سوزن انژکتورهاي بزرگتر

21

ه��ر  بهينه سازي سيستم برق خودرو و استفاده از کوئل ، واير و شمع هاي به��تر .(5 کدام از موارد باال از مهمترين عوامل در ب��اال ب��ردن ران��دمان موت��ور خ��ودرو اس��ت و

نقص در هر کدام صدمات جدي را در بر خواهد داشت .

:Lag  پس افت

يكي از مشكالت توربوشارژ اين است كه ، توربوشارژها نمي توانند يك قدرت ف��وري را زماني كه شما پدال گاز را فشار مي دهي��د ، ايج��اد نماين��د و م��دت زم��اني را ني��از دارند تا توربين را چرخانده و ه��واي م��تراكم ش��ده را ب��ه داخ��ل موت��ور بفرس��تد ، ب��ه همين خاطر شما در ابتداي حركت خودروي خود ، احس��اس ي��ك ح��ركت ناگه��اني ب��ه طرف جلو مي كنيد دليل اين موضوع ن��يروي اينرس��ي )وامان��دگي( قس��مت چرخن��ده توربين گاز مي باشد ، اما مي توانيم ب�ا تمهي��داتي ن�يروي اينرس�ي را ك�اهش داده ت�ا

ايج��ادLagتوربين بتواند در مدت زمان كوتاهي شتاب گرفته و ديگ��ر پدي��دهپس افت نشود ، كه به مواردي اشاره مي كنيم :

بزرگ( :1 توربوشارژهاي جاي به كوچك توربوشارژهاي از استفاده

يكي از راههاي كه مي توانيم نيروي اينرسي توربين را كاهش دهيم آن اس��ت ك��ه از  توربوشارژهاي كوچ��ك اس��تفاده نم��ائيم زي��را توربوش��ارژهاي كوچ��ك س��ريعتر ش��تابگرفت�����ه و در دور پ�����ائين موت�����ور تق�����ويت به�����تري ايج�����ادمي نماين�����د اما نمي توانند تقويت بيشتري را در دورهاي باالي موتور كه ما نياز به وارد نم��ودن حجم بيشتري از هوا به موتور هستيم را توليد كنيم و نبايد دور توربين در آنها خيلي باال رود ، در جاهائي كه ما نياز به شتاب باال درت�وربين و مق�دار بيش�تري از ه�واي ورودي ب�ه موتور را داريم مي توانيم از دو توربوشارژ كوچك كه به صورت مجزا از يك��ديگر مي باش��ند ، اس��تفاده نم��ائيم ک��ه ب��ه اين ن��وع توربوش��ارژها، توربوش��ارژهاي دوقل��و

TurboCharger Twin ن���������������������������يز اينVolvoوToyota، Ford، Mazdaمي گويند، كه شركتهاي خودروسازي همچون

نوع توربوشارژ رادر برخي از توليدات خود به كار برده اند .

22

سراميكي( :2 هاي پره با گاز توربين از استفاده

همان طور كه مي دانيد توربين گاز با پره هاي سراميكي سبكتر از توربين گاز با پ��ره هاي فوالدي آلياژي هستنددرنتيجه اين امر باعث مي شود كه توربين س��ريعتر ش��تابگرفت��������������ه و ن��������������يروي اينرس��������������ي ك��������������اهش ياب��������������د .

Ball استفاده از ياتاقانهttاي تttوپي (3 Bearing ايttه جttب : ياتاقانهاي سيالي

برخي از توربوشارژها از ياتاقانهاي توپي به جاي ياتاقانهاي سيالي اس��تفاده مي كنن��د كه ياتاقانهاي فوق بسيار دقيق و از مواد پيشرفته و خاصي ساخته شده اند تا بتوانن��د سرعت و حرارت شفت را كنترل نمايند . ياتاقانهاي توپي باعث مي شوند كه ش��فت با اصطكاك كمتري بچرخد و همچ��نين اين ن��وع ياتاقانه�ا ب��ه م��ا اج��ازه مي ده��د ت��ا از شفتهاي كوچكتر و سبكتر استفاده نمائيم كه امر فوق ب��اعث مي ش��ود ت��ا ت��وربين ب��ا

شتاب بيشتري چرخيده و نيروي اينرسي آن كاهش يابد .

Sequential اسtttتفاده از توربوشtttارژهاي ترتيtttبي (4Turbocharger :

برخي از موتورها ، از دو توربوشارژ با اندازه مختلف استفاده مي كنند كه توربوشارژ كوچكتر در دور پائين موتوراستفاده مي شود تا پس افت را كاهش دهد و توربوشارژ بزرگتر در دورهاي باالتر موتور كه نياز به تقويت وحجم بيشتري از ه��وا داريم ك��اربرد

استفاده شده است .535d مدل 5 سري BMWدارد. اين نوع توربوشارژ در

:2 نکات مهم

در هنگام استارت زدن موتور توربو نبايد بصورت ناگهاني به موتور گاز داد بلک��ه باي��د کمي صبر کرد تا موتور گرم شده و فش�ار روغن ب�ه ح�د مناس�ب برس��د . در ابت��داي رانندگي نبايد پدال گاز را تا انتها فشرد و اصطالحا بايد توربوشارژ را آهسته زي��ر ب��ار

23

برد ، زماني که موتور گرم شدنبايد به صورت مداوم توربوش��ارژ را تحت فش��ار نگ��ه دقيق��ه4 ت��ا 3 دقيقه اس��تفاده از توربوش��ارژ ، 15 تا 10داشت بلکه بايد پس از هر

نگه داريم ت��ا روغن و آب ک��ه وظيف��ه خن��ک ک�اري Ldleموتور را در حالت کم گاز يا توربوشارژ را برعهده دارند ، گرماي توربو را از آن گرفته و گرماي آن را به رادي��اتور روغن و آب منتقل کنند . در زمان خاموش کردن موتور ، ابتدا بايد کمي صبر کرد ت��ا خنک کننده ها حرارت را کاهش دهند و سپس موت��ور را خ��اموش ک��رد ک��ه ب��راي اين

دقيق���������ه ک���������افي 3 ت���������ا 2منظ���������ور زم���������اني در ح���������دود اصطکاک از دیگر مشکالت توربوش��ارژر اس��ت . ش��فت راب��ط قس��متهایمي باشد .

دوار بایستی روغنکاری شوند و روغنکاری نیز مشکالت خاص خودش را از قبیل ن��وع روغن ، حجم و زمان روغن کاری و درجه حرارت قابل قبول دارا است . می توان به

Ballجای روغن از بلبرین��گ ) bearingاس��تفاده ک��رد . آنه��ا ط��وری س��اخته می ) شوند که در برابر درجه حرارتهای باال مشکلی نداشته باشند . این یاتاقان ه��ا آزادان��ه می چرخند و اصطکاک روی شفت را از بین می برند . اما هزینه آنها زیاد است و در سیستمهای با ران��دمان ب��اال م�ورد اس��تفاده ق�رار می گیرن�د . موض�وع مهم دیگ��ر در توربوشارژرها مسئله تراکم است و اگر تراکم در هنگام ورود هوا ب��ه داخ��ل محفظ��ه احتراق از حد مطلوب بیش تر باشد باعث باال رفتن فشار شده و ممکن است موتور

از کار بیفتد .

24

توربوشارژها در موتور روغن :Oil Motors نقش

روغن موتور در موتورهاي تقويت شده ، بايد م��رتب کن��ترل و در هنگ��ام ل��زوم آن راتعويض نمود .

Fluidدر ياتاقانهاي سيال Bearingبين شفت و ياتاقان ي��ك الي��ه روغن ق��رار دارد ،  كه اين روغن دو وظيفه مهم را بر عهده دارد :

 باعث خنك شدن شفت و ساير قسمتهاي توربوشارژ مي شود. -۱

باعث از بين رفتن اصطكاك بين شفت و ياتاقان هنگام چ��رخش مي گ��ردد .ب��راي -۲ کنترل فشار روغن ، بايد حتما از روغن با درجات استاندارداس��تفاده ک��رد، در موت��ور

ي��ا ط��بيعي اس��تفاده ک��رد.به��ترين  Syntheticهاي توربو به��تر اس��ت از روغن ه��ايGarrettتوربوش����ارژها ام����روزه در ش����رکت ه����ايي همچ����ون " ,Torbonetics

Mitsubishi , Holset , kkk , AGP , AirResearch . ساخته مي شوند

سوپرشارژر

وارد كردن هوا )ويا مخلوط هوا و سوخت( ب��ه درون س��يلندر موت��ور ، ب��ا چگ��الي اي بيشتر از چگالي هواي محيط را سوپرشارژ كردن گويند . با اين ك��ار مي ت��وان مق��دار سوخت را متناسب با مقدار هوا افزايش داد كه در نتيجه توان خ��روجي ن��يز اف��زايش مي يابد.هدف اصلي از اين كار، افزايش توان خروجي موتور اس��ت ن��ه ران��دمان ولي

25

ممكن است راندمان نيز بهب��ود ياب��د . سوپرش��ارژ ک��ردن اتوموبی��ل ب��ا مجب��ور ک��ردنموت����������ور ب����������ه تنفس بیش����������تر ن����������یروی بیش����������تری ایج����������اد می کند درست مانند توربوشارژر ها که با نیروی اگزوز ک��ار می کنن��د . در این م��ورد یک کمپرسور گریز از مرکز است درست مانند توربو اما به وسیله ی��ک تس��مه کمکی به حرکت در می آید . اکثر کمپرسورهای سوپرشارژر مدل "چرخش��ی" راس��ت گ��رد هستند.البته موتوری که در باال آمده است اندکی نا متعارف است زی��را در آن از ی��ک

پرسور توربو استفاده شده است ولی چون نیروی خود را مس��تقیما از موت��ور میمک گیرد سوپرشارژر است .برای موتورهای بسیار پر قدرت مثل اتوموبیل های کورس��ی

ثانی��ه ای4 مای�ل 300 ت��ا 0 اسبی تنها گزینه سوپرش�ارژ اس�ت . آنه�ا دارای 5000 هستند و توربو فرصت کافی برای فشارده سازی نخواهد یافت .به علت وجود ه��واي بيشتر ، امكان احتراق سوخت افزايش مي يابد . )حجم يكسان ولي چگالي بيشتر( . موتور سوپرشارژ شده توان خروجي بيشتر و حداكثر فشار سيلندر باالتري دارد. اگ�ر موتور براي سوپرشارژ شدن طراحي نشده باشد ، نمي تواند اين حداكثر فشار ب��اال و تنش هاي وارده را تحمل كند . با كاهش نسبت ت��راكم ، حجم آزاد اف��زايش و ح��داكثر فشار كاهش مي يابد . مي توان نسبت تراكم را طوري انتخاب كرد كه حداكثر فش��ار موتور سوپرشارژ شده با حداكثر فشار موتور داراي مكش عادي برابر ش��ود ام��ا ب��از هم مي توان خروجي موتور سوپرشارژ شده بيشتر خواهد بود . بايد توج��ه ك��رد تم��ام تواني كه از دور موتور به دست مي آيد به محور خروجي انتقال نمي يابد بلكه مقداري از آن در ياتاقان ها ، رينگ ها ، پيستون و غيره ب��ه ص��ورت اص��طكاك تل��ف مي ش��ود و مقداري از آن نيز صرف گرداندن ميل سوپاپ و پمپ روغن و آب مي شود. عالوه ب��ر اين ها مقداري كار بايد صرف متراكم كردن هواي محي��ط ش��ود .ت��وان الزم ب��راي اين كار را مي توان از ميل لنگ گرفت كه طريقه اي مت��داول ب��راي سوپرش��ارژ ك��ردن ب��ه صورت مكانيكي است . عالوه بر تلفات اصطكاكي، توان الزم براي گردش كمپرسور نيز از توان ظاهري بايد كسر شود . با سوپرشارژ كردن مكانيكي به سادگي مي شود توان خروجي حاصل را به قدري اف��زايش داد ك��ه ح��تي پس از ج��ذب مق��داري از آن

26

توسط كمپرسور و تلف��ات اص��طكاكي ، خ��الص ت��وان خ��روجي بيش��تر از ح��الت غ��ير سوپرشارژ شده باشد .

شارژر سوپر :انواع نوع دمنده ای •نوع گریز از مركز •نوع مارپیچی •

ك��ه همگی آنه��ا ق��درت رانش��ی خ��ود را بط��ریقی از می��ل لن��گ موت��ور می گیرن��د بطوریكه سرعت باالتر موتور ، باعث سریع تر چرخیدن آنها می شود.دو نوع اول با

دور در دقیقه و نوع س�وم ی�ا گری�ز از مرك�ز ب�ا س�رعتی15000سرعتی معادل دور در دقیقه می چرخد .تفاوت اصلی آن ها در چگ��ونگی ح��رکت40000معادل

دادن هوا به سمت منیفولد مکش موتور است. سوپر شارژر های روتز و دو پیچیmeshingاز انواع لب های گیر اندازنده) lobeاس��تفاده می کنن��د و ی��ک س��وپر )

شارژر مرکز گریز از پروانه برای به درون کشیدن ه��وا اس��تفاده می کن��د. گرچ��ه تمام این سه نوع موجب تقویت هستند ولی بازدهی های متفاوتی دارند. بسته ب��ه

27

این که شما بخواهید خودرو را کمی تقویت کنی��د ی��ا در ی��ک مس��ابقه رق��ابت کنی��دانواع مختلف سوپر شارژر در اندازه های مختلف وجود دارند.

ProCharger D1SCسوپر شارژر مرکز گریز

برای فشرده کردن هوا یک سوپر شارژر بای��د خیلی س��ریع بچرخ��د ��� س��ریع ت��ر خ��ود موتور. بزرگ تر بودن چرخ دنده محرک نسبت به چرخ دنده ی کمپرس��ور ب��اعث می شود که کمپرسور سریع تر بچرخد. سوپر شارژر ها می تواننددر س��رعت ه��ای بالیی

دور ب��ر دقیق��ه50000 دور بر دقیقه کار کنند.اگر کمپرسور 65000 تا 50000نظیر بچرخد. تقویتی برابر شش تا نه پوند بر اینچ مربع ایجاد می کند که به معنی شش ت��ا

9 psiباالتر از فشار اتمسفریک در یک ارتفاع خاص است . فشار جو در سطح دری��ا 14.7 psiاست ، بنابر این یک تقویت معمولی به وسیله ی یک سوپر ش��ارژر ح��دود

درصد به هوای ورودی بر موتور می افزاید.اگر هوا فش��رده ش��ود داغ می ش��ود،50 بدین معنا که چگالی خ��ود را از دس��ت می ده��د و در زم��ان انفج��ار نمی توان��د خیلی منبسط شود. این یعنی این که وقتی به وسیله ی شمع آتش زده می شود نمی تواند قدرت زیادی ایجاد کند. برای این که یک سوپر شارژر در ماکس��یمم ب��ازده ک��ار کن��د ، ه��وای فش��رده ک��ه از بخش خ��روجی تخلی��ه می ش��ود. می بایس��ت قب��ل از ورود ب��ه منیفولد ورودی خنک شود. یک اینتر کولر این وظیفه را به عهده دارد. این��تر ک��ولر ه��ا به دو صورت عرضه می شوند: اینتر کولر های هوا به هوا و اینتر ک��ولر ه��ای ه��وا ب��ه آب هر دو ی آن ها مانند رادیاتور ها کار می کنند. هوا یا آب ب��ه مجموع��ه ای از لول��ه ها فرستاده می شوند و وقتی که هوای داغ خارج شده ب��ا لول��ه ه��ا برخ��ورد می کن��د خنک می شود. کاهش دمای هوا چگالی آن را افزایش می دهد ک��ه ب��اعث می ش��ود.

مخلوط متراکم تری از هوا و سوخت وارد اتاق احتراق شود .

28

روت��ز در س��الFrancis و Philanderسوپر شارژر روتز قدیمی ترین ط��رح اس��ت. طرح را به عنوان ماشینی که می تواند به خنک ک��اری مت��ه ه��ای مع�دن کم��ک1860

Gottleib 1900کند به ثبت رساندند. در سال Daimlerیک سوپر شارژر روت��ز را در موتور خودرو یی به کار گرفت .

سوپر شارژر روتز

با چرخش لب های گیر اندازنده، هوایی که می��ان لب ه��ا گ��یر ک��رده اس��ت از س��مت ورودی به سمت خروجی می روند. مقادیر بزرگی از هوا به منیفولد ورودی می روند و انباشته می شوند تا فشار مثبت ایجاد کنند. به همین جهت سوپر شارژر های روت��ز در واقع چیزی بیشتر از دمنده های هوا نیستند، و واژه ی دمنده ی هوا همچنان اغلب

برای تمام سوپر شارژر ها به کار می رود.

با یک سوپر شارژر روتز1940یک هورد پیک آپ دهه

سوپر شارژر های روتز معموال بزرگ هستند و در باالی موت��ور ق��رار داده می ش��وند. سوپر شارژر های روتز در ماشین های عض��النی و اتومبی��ل ه��ای مس��ابقه و ش��کاری

29

قرار داده می شوند زیرا بیرون کاپوت قرار می گیرند. به ه��ر ح��ال آن ه��ا از ن��ا ک��ار آمد ترین سوپر شارژر ها هستند: اول اینکه به وزن خودرو اضافه می کنند و دوم این که به جای آن که هوا را به صورت یک جریان نرم و پیوسته بفرستند در انفج��ار ه��ای

گسسته می فرستند.

پیچی دو های شارژر سوپر یک سوپر ش��ارژر دو پیچی ه��وا را ب��ه وس��یله ی��ک جفت لب گ��یر اندازن��ده ک��ه ش��بیه مجموعه ای از چرخ دنده های حلزونی می باشند می کش��د. ه��وای درون ی��ک س��وپر شارژر دو پیچی مانند یک سوپر ش��ارژر روت��ز در فض��ای ایجادش��ده ب�ه وس�یله ی لب های گردنده محبوس می شود. اما در یک سوپر ش��ارژر دو پیچی ه��وا درون پوش��ش موتور فشرده می شود و این به خاطر آن است که روتور ها باریک شدگی مخروطی دارند؛ یعنی هرچه از سمت ورودی به سمت خروجی برویم فضا ها برای هوا کوچ��ک تر می شوند و هرچ�ه فض�ا ه�ا کوچ�ک ش�وند ه�وا در فض��ای کوچک�تری فش�رده می

شود .

30

سوپر شارژر دو پیچی

آنچه گفته شد سوپر شارژر های دو پیچی را کار آمد تر می سازد، اما آن ها گران تر هستند چون روتور های پیچ مانند نیازمند دقت بیشتری در فرآیند تولید هستند. ب��رخی انواع سوپر شارژر ه��ا ی دو پیچی مانن��د س��وپر ش��ارژر ه��ای روت��ز ب��االی موت��ور می نشینند، آن ها همچنین صدای زیادی هم تولید می کنند. هوای فشرده ای که خ��روجی سوپر شارژر را ترک می کند. یک صدای ناله یا سوت ایجاد می کند که باید به وسیله

روش های فرو نشاندن صدا آرام شود.

31

گریز مرکز های شارژر سوپر یک سوپر شارژر مرکز گریز به یک پروانه در سرعت های بسیار باال توان می دهد ت��ا هوا را به درون پوشش کوچک کمپرسور بکش��اند . ی��ک پروان��ه می توان��د ت��ا س��رعت

دور بر دقیقه برسد . هم��ان ط��ور ک��ه ه��وا ب��ه مرک�ز پروان��ه60000 تا 50000های کشیده می شود ، نیروی مرکز گریز آن را وادار می کند ک��ه ب��ه ص��ورت ش��عاعی ب��ه بیرون پخش شود. هوا پروانه را در سرعت باالیی ترک می کند اما فش��ار ه��وا در آن

( � دس��ته ای از پ��ره ه��ای ث��ابت ک��ه پروان��ه راdiffuserنقطه کم است. یک پخشگر) احاطه کرده اند � هوای با سرعت باال و فشار کم را به هوای با س��رعت کم و فش��ار باال تبدیل می کند. وقتی هوا به پره ها برخورد می کند ، سرعت ملک��ول ه��ای آن کم

و فشارش زیاد می شود.

ProCharger D1SCسوپر شارژر مرکز گریز سوپر شارژر ها ی مرکز گریز کارآمد ترین و رایج ت��رین سیس��تم ه��ای مکش تق��ویت شده هستند. سبک و کوچک هستند به عالوه به جلوی موتور متصل می ش��وند ن��ه ب��ه باالی آن. همچنین وقتی که موتور دور می گیرد یک ناله ی واضح از آن به گ��وش می

رسد، ویژگی که سر ها را به سوی خیابان می چرخاند .

32

هر دوی مونت کارلو و مینی کوپر اس با سوپر شارژر هم عرضه می شوند.هر ک��دام از این سوپر شارژر ها می توانند به عنوان یک ارتقای پس از فروش برای یک خودرو در نظر گرفته شوند. شرکت های متعددی مجموعه ها یی از تم��ام قطع��ات ض��روری

عرض��ه میdo-it-courseبرای نصب یک سوپر ش��ارژر را ب��ه عن��وان ی��ک پ��روژه ی fuelکنند. در دنیای خودرو های عجیب و غریب و racerها چنین سفارش��ی س��ازی

یک جزء الزم از ورزش است. خودرو سازان متعددی نیز سوپر شارژر ها را در م��دل های تولید خود در نظر می گیرن��د. در بخش بع��دی در م��ورد مزای��ا و مع��ایب ب��ه ک��ار

بستن سوپر شارژر یاد خواهیم گرفت.

ها شارژر سوپر معایب و مزایا بزرگ ترین فایده ی سوپر شارژر افزایش توان موتور است. نصب کردن ی��ک س��وپر شارژر روی ی��ک ماش��ین ی��ا ک�امیون ب�اعث می ش��ود رفت��ار ان مانن�د ی��ک خ�ودرو ب��ا موتوری بزرگ تر شود.اما چه اگر کسی بخواهد میان س��وپر ش��ارژر و تورب��و ش��ارژر انتخاب کند؟ این سوال به سختی مورد بحث مهندسان و دوست داران خودرو است. اما به طور کلی سوپر شارژر ها برتری مختصری نسبت به تورب��و ش��ارژر ه��ا دارن��د.

( رنج نمی برند � یعنی زمانی میان فشار دادن پدالlagسوپر شارژر ها از پس افت) و عکس العمل موتور. ولی توربو شارژر ها از پس افت رنج می برن��د ب��ه خ��اطر این که زمان کوتاهی طول می کشد تا گاز های اگزوز به س��رعت ک�افی ب�رای چرخان�دن

33

پروانه یا توربین برسند. سوپر شارژر ها هیچ پس افتی ندارند به خاطر اینکه به ط��ور مستقیم توسط میل لنگ گردانده می شوند. برخی سوپر شارژر ها در دور های پایین بازدهی بیشتری دارند در حالی که برخی دیگر در دور های باال بازدهی بیشتری دارند. برای مثال سوپر شارژر های روتز و دو پیچی در دور های پایین ت��وان بیش��تری ایج��اد می کنند. اما سوپر شارژر های مرکز گریز هرچه دور پروانه بیش��تر ش��ود کارآم��د ت��ر می گردند، لذا در دور های باالتر توان بیشتری ایجاد می کنند. نصب کردن یک تورب��و شارژر نیازمند اصالحات و تغییرات زیادی در سیستم اگزوز است. ام��ا س��وپر ش��ارژره�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������ا می توانند به باال یا پهلوی موتور پیچ شوند، که این نصب آن ها را ارزان تر و تعمیر وس��������������������رویس ک��������������������اری را آس��������������������ان ت��������������������ر می سازد. در نهایت هیچ راه ویژه ای برای خاموش کردن سوپر شارژر ها مورد نی��از نیست. زیرا آن ها به وسیله ی روغن موتور روغن کاری نمی شوند. آن ها به صورت

ثانیه یا کمتر بی بار باشند30معمولی خاموش می شوند. توربو شارژر ها باید حدود تا خاموش ش�وند. در ص�ورت روغن روان س�ازی ب�رای خن�ک ش��دن فرص�تی خواه�د داشت. با این گفته یک گرم کردن مناسب برای س��وپر ش��ارژر ه��ا مهم ب��ه نظ��ر می رسد، به گونه ای که در دماهای معمولی کار با بیش��ترین ب��ازده ک��ار می کنن��د.س��وپرش���ارژر ه���ا معم��وال ب���ر روی موت���ور ه���ای اح���تراق داخلی هواپیم���ا ه���ا اف���زوده می شوند. این کار منطقی است اگر در نظر داشته باشیم که هواپیما ها بیشتر زمانخ��������������������ود را در ارتف��������������������اع ه��������������������ای زی��������������������اد می گذرانند که اکسیژن کمتری برای احتراق وج��ود دارد. ب�ا آم��دن س��وپر ش��ارژر ه��ا هواپیما ها قادر بودند تا در ارتفاع های باال ت��ری پ��رواز کنن��د ب��دون این ک��ه از ک��ارایی

موتور کاسته شود.

34

یک سیستم ابتدابی برای یک هواپیما همراه یک سوپر شارژر مرکز گریز یاکمپرسور

سوپر شارژر ها یی که در هواپیما ها به کار بسته می شوند درس��ت مانن��د آن ه��ا یی کار می کنند که در خودرو ها نصب شده اند. آنها توان خود را مستقیما از موت��ور می گیرند و یک کمپرسور را برای دمیدن هوای پ��ر فش��ار ب��ه اتاق��ک اح��تراق ب��ه ک��ار می اندازند. توضیحات باال ساز و کار ساده ای از یک هواپیمای سوپر شارژ شده را نشان

می دهد. اول بار سوپر شارژر ها در اواخر جن��گ جه��انی دوم در هواپیم��ا ه��ا ب��ه ک��ار است، هواپیمایی که بهSupermarine Spitfireبرده شدند. یک مثال در خور توجه

وسیله نیروی هوایی سلطنتی به کار گرفت��ه ش��د و ی��ک موت��ور س��وپر ش��ارژ ش��ده ی رولز رویس مرلین را در خود جا داده بود. بزرگ ترین نقطه ی ض��عف س��وپر ش��ارژر ها ویژگی است که ریشه در تعری��ف آن ه��ا دارد: از آنج��ایی ک��ه می��ل لن��گ آن را می گرداند، به طور قطع قسمتی از توان موتور را می گیرد. یک سوپر ش�ارژر می توان�د

% توان موتور را مصرف کند. در عین حال چون سوپر ش��ارژر می توان��د20تا حدود % بر توان موتور بیفزاید، بیشتر مردم فکر می کنند ارزشش را دارد.46تا حدود

هم از توبره هم از آخور

35

Volkswagen اخیرا یک موت��ور Twincharger دار را روی ی��کGolf GT.Tعرض��ه هم از توربو شارژر و هم از سوپر شارژر بهره می ب��رد.Twinchargerکرده است.

در دور های پایین سوپر شارژر هوا را به درون س��یلندر فش��ار می ده��د و گش��تاور را ارتقا می بخشد و در دور های باال وقتی گاز های اگزوز در مقادیر کافی تولید ش��دند،

که فقط در اروپ��ا در دس��ترس اس��ت. درGTتوربو شارژر تاثیر خود را آغاز می کند. مای��ل در136 مایل بر ساعت سرعت می گیرد. همچنین می توان��د ب��ه 62 ثانیه 7.9

مای��ل راه می پیمای��د.س��وپر39ساعت برسد در حالی که هنوز با ه��ر گ��الن س��وخت شارژینگ بر تنش موتور می افزای��د ، ک��ه محت��اج این اس��ت ک��ه موت��ور ب��رای تحم��ل تقویت بیشتر و انفجار های بزرگ تر قوی باشد. بیشتر تولید کنند گ��ان این منظ��ور را با انتخاب قطعات قوی تری تامین می کنند. طراحی یک موتور برای سوپر ش��ارژینگ قیمت آن را افزایش می دهد. همچنین سوپر شارژر ها هزین��ه ی نگ��ه داری بیش��تری دارند و بیشتر تولید کنند گان سوخت با کیفیت و عدد اوکتان باال را برای چنین خودرو ها یی توصیه می کنند . علی رغم نقاط ضعف سوپر شارژر ها، سوپر شارژینگ هنوز هم کم هزینه ترین راه برای افزایش توان موتور است. س��وپر ش��ارژر ه��ا می توانن��د

توان موتور را افزایش دهند تا برای مسابقه، کشیدن بار های سنگین100 تا 50بین یا فقط افزودن هیجان به رانندگی معمولی مناسب شود .

؟ کنند می کار چگونه ها شارژر از زمان اختراع موتور احتراق داخلی، مهندسان خودرو، عاشقان س�رعت و طراح�ان خودرو های مسابقه در حال جست و جوی راه ها یی برای اف��زایش ق��درت آن ب��وده اند. یک راه برای افزودن قدرت ساختن یک موتور بزرگ ت��ر اس��ت. ام��ا موت��ور ه��ای

بزرگ تر که سنگین تر و ساخت و نگهداری آنها گران تر است همیشه بهتر نیستند. یک راه دیگر برای افزودن قدرت کارآمد تر کردن موتور ه��ای ب��ه ان��دازه ی معم��ولی است. می توان این کار را با دمیدن هوای بیشتر به درون اتاقک احتراق انجام داد. ب��ا هوای بیشتر همچنین می توان سوخت بیشتری اضافه کرد. سوخت بیشتر ب��ه انفج��ار بزرگ تر و افزایش توان می انجامد. به کار گرفتن یک ش��ارژر ی��ک راه ب��ه درد بخ��ور

36

برای به دست آوردن هوای دمیده شده ی پر فش��ار اس��ت. در این مقال��ه م��ا توض��یح خواهیم داد که شارژر ها چه هستند، چگونه کار می کنند و چگونه با توربو ش��ارژر ه��ا

مقایسه می شوند.

توربوشارژر و شارژر تفاوت شارژر به هر وسیله ای گفته می ش��ود ک��ه فش��ار ه��وای مکی��ده ش��ده را ب��ه بیش از فشار جو می رساند. توربو شارژر ها هم این کار را انجام می دهند. در واقع کلمه ی

توربو شارژر کوتاه شدهی کلمه ی توربو شارژر، اسم رسمی خود است. تفاوت بین این دو سیستم، منبع انرژی آن ها است. توربو شارژر ها ت��وان خ��ود را از توربینی می گیرند که به وسیله ی جریان ج��رمی اگ��زوز ب��ه ح��رکت در می آی��د. ولی شارژر ها به وسیله ی تسمه یا زنجیر به صورت مکانیکی از طریق میل لنگ نیرو می

گیرند.

ها شارژر اصول 3 زمانه یک زمان را ص��رف فرآین��د مکش می کن��د. این فرآین��د 4یک موتور معمولی

مرحله دارد: پیستون به سمت پایین حرکت می کن��د. پیس��تون ب��ه س��مت پ��ایین خالء ایجاد می کند. هوا در فشار جو به درون اتاق احتراق مکیده می شود. همین ک��ه ه��وا به درون موتور کشیده می شود، می بایست با سوخت ترکیب شود تا ت��رکیب ه��وا و سوخت را تشکیل دهد. بسته ای از ان��رژی پتانس��یل ک��ه می توان��د ب��ه وس��یله ی ی��ک فرآیند شیمیایی به نام احتراق ب��ه ان��رژی جنبش��ی مفی��د تب��دیل ش��ود. ش��مع، واکنش شیمیایی را با مشتعل کردن سوخت آغاز می کند. وقتی که س��وخت بس��وزد، مق��دار زیادی انرژی آزاد می شود. نیروی این انفجار که باالی سرسیلندر متمرکز می ش��ود. پیستون را به پایین می راند و یک حرکت رفت و برگش��تی ایج��اد می کن��د ک��ه آن هم

آخر کار به چرخ ها منتقل می شود. اضافه کردن سوخت بیشتر به مخلوط سوخت و هوا انفجار قوی تری ایجاد می کن��د. اما ما نمی توانیم به سادگی سوخت بیشتری به داخل موتور پمپ کنیم، زی��را مق��دار معی��نی از اکس��یژن ب��رای س��وزاندن مق��دار س��وخت داده ش��ده الزم اس��ت. ت��رکیب

37

بخش هوا با یک بخش سوخت � برای کارکرد بهین��ه ی��ک موت��ور14شیمیایی صحیح � الزم است. کالم آخر این که برای وارد کردن سوخت بیشتر باید ه��وای بیش��تری وارد کرد.این کار یک شارژر است . شارژر ها بدون ایجاد کردن خالء با فشرده کردن ه��وا در فشاری باال تر از فشار جو، مکش را افزایش می دهند. این کار هوای بیش��تری را به درون موتور می فرستد و موتور را تقویت می کند. با توجه ب��ه ه��وای اض��افه ت��ر، سوخت بیشتری به مخلوط هوا و سوخت افزوده می شود و ق��درت موت��ور اف��زایش

درص��د ب��ه31 درص��د ب��ه ق��درت موت��ور و 46می یابد. ش��ارژینگ ب��ه ط��ور متوس��ط گشتاور اضافه می کند. در ارتفاع های باال که عملکرد موتور به خاطر چگالی و فشار کم هوا افت می کند، شارژر هوا را با فشار بیشتر به موتور می دهد که موتور بتواندب����������������ه ص����������������ورت بهین����������������ه ای ک����������������ار کن����������������د. برخالف توربو شارژر ها که از گاز های اگزوز که از احتراق به دست آم��ده، ب��رای ب��ه کار انداختن کمپرسور استفاده می کنند، شارژر ها ق��درت خ��ود را مس��تقیما از می��للن�����گ می گیرن�����د. بیش�����تر آن ه�����ا ب�����ا ی�����ک تس�����مه ب�����ه ح�����رکت در می آیند که ان تسمه به دور یک قرقره می پیچد که آن قرقره ب��ه ی��ک چ��رخ دن��ده ی محرک متصل است. چرخ دنده محرک به نوب��ه ی خ��ود چ��رخ دن��ده کمپرس��ور را میچرخان�������د. روت�������ور کمپرس�������ور در ط�������رح ه�������ای مختلفی عرض�������ه می شود، اما وظیفه ی ان به درون کشیدن هواس��ت، ه��وا را فش��رده می کن��د و ب��ه

منیفولد ورودی می فرستد. برای فشرده کردن هوا یک شارژر باید خیلی سریع بچرخد ��� س��ریع ت��ر خ��ود موت��ور. بزرگ تر بودن چرخ دنده ی محرک نسبت به چرخ دنده ی کمپرسور باعث می ش��ود که کمپرسور س��ریع ت��ر بچرخ��د. ش��ارژر ه��ا می توانن��د در س��رعت ه��ای بالیی نظ��یر

دور ب��ر دقیق��ه50000 دور ب��ر دقیق��ه ک��ار کنن��د. اگ��ر کمپرس��ور 65000 تا 50000 بچرخد. تقویتی برابر شش تا نه پوند بر اینچ مربع ایجاد می کند که به معنی شش ت��ا

باالتر از فشار اتمسفریک در یک ارتفاع خاص است. فشار جو در س��طح دری��اpsiنه 14.7 psi 50 است، بنابر این یک تقویت معم��ولی ب��ه وس��یله ی ی��ک ش��ارژر ح��دود

درصد به هوای ورودی بر موتور می افزاید. اگر هوا فشرده شود داغ می شود، بدین

38

معنا که چگالی خود را از دست می دهد و در زمان انفج��ار نمی توان��د خیلی منبس��ط شود. این یعنی این که وقتی به وسیله ی شمع آتش زده می شود نمی توان��د ق��درت زیادی ایجاد کند. برای این که یک شارژر در ماکسیمم بازده کار کن��د، ه��وای فش��رده که از بخش خروجی تخلیه می شود. می بایست قبل از ورود به منیفولد ورودی خنک شود. یک اینتر کولر این وظیفه را به عهده دارد. اینتر کولر ها ب��ه دو ص��ورت عرض��ه می شوند: اینتر کولر های هوا به هوا و اینتر کولر ه��ای ه��وا ب��ه آب. ه��ر دو ی آن ه��ا مانند رادیاتور ها کار می کنند. ه��وا ی��ا آب ب��ه مجموع��ه ای از لول��ه ه��ا فرس��تاده می شوند و وقتی که هوای داغ خارج شده با لول��ه ه��ا برخ��ورد می کن��د خن��ک می ش��ود. کاهش دمای هوا چگالی آن را افزایش می دهد که باعث می شود. مخل��وط م��تراکم

تری از هوا و سوخت وارد اتاق احتراق شود.

شارژر انواعtwin(، دو پیچی)Rootsسه نوع شارژر وج��ود دارد: روت��ز ) screw.و مرک��ز گری��ز )

تفاوت اصلی آن ها در چگ��ونگی ح��رکت دادن ه��وا ب��ه س��مت منیفول��د مکش موت��ورmeshingاست. شارژر های روتز و دو پیچی از انواع لب های گیر اندازن��ده) lobe)

استفاده می کنن�د و ی�ک ش��ارژر مرک�ز گری�ز از پروان�ه ب�رای ب�ه درون کش�یدن ه�وا استفاده می کند. گرچه تمام این سه ن��وع م��وجب تق��ویت هس��تند ولی ب��ازدهی ه��ای متفاوتی دارند. بسته به این که شما بخواهید خ��ودرو را کمی تق��ویت کنی��د ی��ا در ی��ک مسابقه رقابت کنید انواع مختلف شارژر در اندازه های مختلف وج��ود دارن��د. ش��ارژر

ط��رح را1860 روتز در سال Francis و Philanderروتز قدیمی ترین طرح است. به عنوان ماشینی که می توان��د ب��ه خن��ک ک��اری مت��ه ه��ای مع��دن کم��ک کن��د ب��ه ثبت

Gottleib 1900رساندند. در سال Daimlerیک شارژر روتز را در موت��ور خ��ودرو یی به کار گرفت.

روتز شارژر با چرخش لب های گیر اندازنده، هوایی که می��ان لب ه��ا گ��یر ک��رده اس��ت از س��مت ورودی به سمت خروجی می روند. مقادیر بزرگی از هوا به منیفولد ورودی می روند

39

و انباشته می شوند تا فشار مثبت ایجاد کنن��د. ب��ه همین جهت ش��ارژر ه��ای روت��ز در واقع چیزی بیشتر از دمنده های هوا نیس��تند، و واژه ی دمن��ده ی ه��وا همچن��ان اغلب

برای تمام شارژر ها به کار می رود. شارژر های روتز معموال بزرگ هستند و در باالی موتور قرار داده می ش�وند. ش��ارژر های روتز در ماشین های عضالنی و اتومبیل ه��ای مس��ابقه و ش��کاری ق��رار داده می شوند زیرا بیرون کاپوت قرار می گیرند. به هر حال آن ها از نا کار آمد ت��رین ش��ارژر ها هستند: اول اینکه به وزن خودرو اضافه می کنند و دوم این که به جای آن که ه��وا را به صورت یک جریان نرم و پیوسته بفرستند در انفجار های گسس��ته می فرس��تند. شارژر های دو پیچی یک شارژر دو پیچی هوا را به وسیله یک جفت لب گ�یر اندازن�دهک�����ه ش�����بیه مجموع�����ه ای از چ�����رخ دن�����ده ه�����ای حل�����زونی می باش�����ند می کشد. هوای درون یک شارژر دو پیچی مانند یک شارژر روتز در فضای ایجاد شده به وسیله ی لب های گردنده محبوس می شود. اما در یک شارژر دو پیچی هوا درون پوشش موتور فشرده می شود و این به خاطر آن است که روتور ه��ا باری��ک ش��دگی مخروطی دارند؛ یعنی هرچه از سمت ورودی به سمت خروجی برویم فضا ه��ا ب��رای هوا کوچک ت��ر می ش��وند و هرچ��ه فض��ا ه��ا کوچ��ک ش��وند ه��وا در فض��ای کوچک��تری فشرده می شود. شارژر دو پیچی ش��ارژر دو پیچی آنچ��ه گفت��ه ش��د ش��ارژر ه��ای دو پیچی را کار آمد تر می سازد، اما آن ها گران تر هستند چ��ون روت��ور ه��ای پیچ مانن��د نیازمند دقت بیشتری در فرآیند تولید هستند. برخی انواع شارژر ها ی دو پیچی مانن��د شارژر های روتز باالی موتور می نشینند، آن ها همچنین ص�دای زی�ادی هم تولی��د می کنند. هوای فشرده ای که خروجی شارژر را ترک می کند. یک ص��دای نال��ه ی��ا س��وت

ایجاد می کند که باید به وسیله روش های فرو نشاندن صدا آرام شود.

گریز مرکز های شارژر یک شارژر مرکز گریز به یک پروانه در سرعت های بسیار باال توان می دهد تا هوا را به درون پوش��ش کوچ�ک کمپرس��ور بکش��اند. ی��ک پروان��ه می توان��د ت��ا س��رعت ه��ای

دور بر دقیقه برسد. همان طور که هوا ب��ه مرک��ز پروان��ه کش��یده60000 تا 50000 می شود، نیروی مرکز گریز آن را وادار می کن��د ک��ه ب��ه ص��ورت ش��عاعی ب��ه ب��یرون

40

پخش شود. هوا پروانه را در سرعت باالیی ترک می کند اما فش��ار ه��وا در آن نقط��ه ( � دسته ای از پره ه��ای ث��ابت ک��ه پروان��ه را احاط��هdiffuserکم است. یک پخشگر)

کرده اند � هوای با سرعت باال و فش��ار کم را ب��ه ه��وای ب��ا س��رعت کم و فش��ار ب��اال تبدیل می کند. وقتی هوا به پره ها برخ��ورد می کن��د، س��رعت ملک��ول ه��ای آن کم و

فشارش زیاد می شود. شارژر ها ی مرکز گریز کارآمد ترین و رایج ت��رین سیس��تم ه��ای مکش تق��ویت ش��ده هستند. سبک و کوچک هستند به عالوه به جلوی موتور متصل می شوند ن��ه ب��ه ب��االی آن. همچنین وقتی که موتور دور می گیرد یک ناله ی واضح از آن به گوش می رسد، ویژگی که سر ها را به سوی خیابان می چرخاند. هر دوی مونت کارلو و می��نی ک��وپر اس با شارژر هم عرضه می شوند. هر کدام از این ش��ارژر ه�ا می توانن�د ب�ه عن��وان یک ارتقای پس از فروش برای یک خودرو در نظر گرفته شوند. شرکت های متعددی مجموعه ها یی از تمام قطعات ض��روری ب��رای نص��ب ی��ک ش��ارژر را ب��ه عن��وان ی��ک

عرض��ه می کنن��د. در دنی��ای خ��ودرو ه��ای عجیب و غ��ریب وdo-it-courseپروژه ی fuel racerها چنین سفارشی سازی یک جزء الزم از ورزش است. خ��ودرو س��ازان

متعددی نیز شارژر ها را در مدل های تولید خود در نظر می گیرند.

ها شارژر مزایای بزرگ ترین فایده ی شارژر افزایش توان موتور است. نصب کردن ی��ک ش��ارژر رویی����������������ک ماش����������������ین ی����������������ا ک����������������امیون ب����������������اعث می شود رفتار ان مانند یک خودرو ب��ا موت��وری ب��زرگ ت��ر ش��ود. ام��ا چ��ه اگ��ر کس��ی بخواهد میان شارژر و توربو شارژر انتخ��اب کن��د؟ این س��وال ب��ه س��ختی م��ورد بحث مهندسان و دوست داران خودرو است. اما به طور کلی شارژر ه��ا برت��ری مختص��ری

( رنج نمی برن��د ��� یع��نیlagنسبت به توربو شارژر ها دارند. ش��ارژر ه��ا از پس افت) زمانی میان فش�ار دادن پ�دال و عکس العم�ل موت�ور. ولی تورب�و ش��ارژر ه�ا از پس افت رنج می برند به خاطر این که زمان کوتاهی طول می کشد تا گاز های اگزوز به

41

سرعت کافی برای چرخاندن پروانه یا توربین برسند. شارژر ها هیچ پس افتی ندارند به خاطر اینکه به طور مستقیم توسط میل لنگ گردانده می شوند. برخی شارژر ه��ا در دور های پایین بازدهی بیشتری دارن��د در ح��الی ک��ه ب��رخی دیگ��ر در دور ه��ای ب��اال بازدهی بیشتری دارند. برای مثال شارژر های روتز و دو پیچی در دور های پایین توان بیشتری ایجاد می کنند. اما شارژر ه��ای مرک��ز گری��ز هرچ��ه دور پروان��ه بیش��تر ش��ود کارآمد تر می گردند، لذا در دور های باالتر توان بیشتری ایجاد می کنند. نصب ک��ردن یک توربو شارژر نیازمن��د اص��الحات و تغی��یرات زی��ادی در سیس��تم اگ��زوز اس��ت. ام��ا شارژر ها می توانند به باال یا پهلوی موتور پیچ شوند، که این نصب آن ها را ارزان تر و تعمیر و سرویس ک�اری را آس��ان ت�ر می س��ازد. در نه�ایت هیچ راه وی�ژه ای ب��رای خاموش کردن شارژر ها مورد نیاز نیست. زیرا آن ها به وسیله ی روغن موتور روغن کاری نمی شوند. آن ها به صورت معمولی خاموش می شوند. توربو شارژر ه��ا بای��د

ثانیه یا کمتر بی بار باشند تا خاموش شوند. در ص��ورت روغن روان س��ازی30حدود برای خنک شدن فرصتی خواهد داشت. ب��ا این گفت��ه ی��ک گ��رم ک��ردن مناس��ب ب��رای شارژر ها مهم به نظر می رسد، به گونه ای که در دماهای معمولی ک��ار ب��ا بیش��ترین بازده کار می کنند. شارژر ها معموال بر روی موت�ور ه�ای اح�تراق داخلی هواپیم�ا ه�ا افزوده می شوند. این کار منطقی است اگر در نظ��ر داش��ته باش��یم ک��ه هواپیم��ا ه��ا بیشتر زمان خود را در ارتفاع های زیاد می گذرانند که اکسیژن کمتری برای اح��تراق وجود دارد. با آمدن شارژر ها هواپیما ها قادر بودند تا در ارتفاع های ب��اال ت��ری پ��رواز

کنند بدون این که از کارایی موتور کاسته شود. شارژر ها یی که در هواپیما ها به کار بسته می شوند درست مانند آن ها یی ک��ار می کنند که در خودرو ها نصب شده اند. آنها توان خود را مستقیما از موتور می گیرن��د و یک کمپرسور را برای دمیدن هوای پر فش��ار ب��ه اتاق��ک اح��تراق ب��ه ک��ار می اندازن��د. توضیحات باال ساز و کار ساده ای از یک هواپیمای شارژ شده را نشان می ده��د. اول بار شارژر ها در اواخر جنگ جهانی دوم در هواپیما ها به کار برده شدند. یک مث��ال در

Supermarineخور توجه Spitfireاست، هواپیمایی ک�ه ب��ه وس��یله ن��یروی ه��وایی

42

سلطنتی به کار گرفته شد و یک موتور شارژ شده ی رول��ز رویس م��رلین را در خ��ودجا داده بود.

ها شارژر معایب بزرگ ترین نقطه ی ضعف شارژر ها ویژگی است که ریشه در تعریف آن ها دارد: ازآنج���������������������ایی ک���������������������ه می���������������������ل لن���������������������گ آن را می گرداند، به طور قطع قسمتی از توان موتور را می گیرد. یک شارژر می تواند ت��ا

% توان موتور را مصرف کند. در عین حال چون شارژر می توان��د ت��ا ح��دود20حدود % بر توان موتور بیفزاید، بیشتر مردم فکر می کنن��د ارزش��ش را دارد. ش��ارژینگ46

بر تنش موتور می افزاید، که محتاج این است که موتور برای تحمل تقویت بیش��تر و انفجار های بزرگ ت�ر ق��وی باش�د. بیش��تر تولی�د کنن��د گ�ان این منظ��ور را ب��ا انتخ��اب قطعات قوی تری تامین می کنن��د. ط��راحی ی��ک موت��ور ب��رای ش��ارژینگ قیمت آن را افزایش می دهد. همچنین شارژر ها هزینه ی نگه داری بیشتری دارند و بیشتر تولی��د کنند گان سوخت با کیفیت و عدد اکتان باال را ب�رای چ�نین خ�ودرو ه�ا یی توص�یه می کنند. علی رغم نقاط ضعف شارژر ها، شارژینگ هنوز هم کم هزین��ه ت��رین راه ب��رایاف�����������زایش ت�����������وان موت�����������ور اس�����������ت. ش�����������ارژر ه�����������ا

توان موتور را افزایش دهند تا برای مس��ابقه، کش��یدن ب��ار100 تا 50می توانند بین های سنگین یا فقط افزودن هیجان به رانندگی معمولی مناسب شود.

هم از توبره هم از آخور Volkswagen اخیرا یک موت��ور Twincharger دار را روی ی��کGolf GT.Tعرض��ه

هم از توربو شارژر و هم از شارژر بهره می ب��رد. در دورTwinchargeکرده است. های پایین شارژر هوا را به درون سیلندر فشار می دهد و گشتاور را ارتقا می بخشد و در دور های باال وقتی گاز های اگزوز در مقادیر ک��افی تولی��د ش��دند، تورب��و ش��ارژر

43

62 ثانی��ه 7.9 که فقط در اروپا در دسترس اس��ت. در GTتاثیر خود را آغاز می کند. مای��ل در س��اعت برس��د136مایل بر ساعت سرعت می گیرد. همچنین می تواند به

مایل راه می پیماید. 39در حالی که هنوز با هر گالن سوخت

دارد؟ وجود شارژر توربو و شارژر بين تفاوتى چه اجازه بدهيد ابتدا از شباهت ها شروع كنيم.هر دوى توربو و شارژر سيستمهاي الق��اء اجبارى ناميده مى شوند وهستند.انها جريان هوا را فشرده مى كنند وبه داخل موت��ور مى فرستند.مزيت فشرده كردن هوا اين است كه موتور مقدار بيشترى ه��وا را وارد سيلندر مى كند.وارد شدن هواى بيشتر ب��ه معن��اي س��وخت بيش��تر در س��يلندر اس��ت بنابراين شما قدرت بيشترى نيز در هر انفجار از هر سيلندر بدس��ت مى آوري��د.وج��ود توربو/ شارژر در موتور باعث توليد نيروي بيشترى نسبت به حالتى ك��ه موت��ور ب��دون

پوند بر اينچ مربع)8تا 6شارژر است مى شود.ميزان تقويت توربو/ شارژر به اندازه psi 14.7( است.مى دانيم كه فشار نرمال اتمسفر در سطح آزاد دريا psiاست.در

% ه��واي بيش��تر ب��ه داخ��ل موت��ور و50نتيجه در مى يابيم كه توربو/ شارژر به اندازه % نيروى بيشتر نس��بت ب��ه ح��الت ع��ادى50سيلندر مى فرستند.بنابراين شما انتظار

% بهبود مى يابد.تفاوت40 تا30داريد.اما كامال نيز به اين مقدار نمى رسد بلكه بين اساسي بين توربو/ شارژر در محل تامين انرژى شان است .همان ان��رژى ك��ه ب��اعث فشرده شدن هوا مى ش��ود.در ش��ارژرتامين ان��رژى توس��ط ي��ك تس��مه ك��ه ب��ه ط��ور مستقيم به موتور متصل است انجام مى ش��ود.مانن��د پمپ آب وژنراتوره��ا در موت��ور خودرو كه به همين ص��ورت ان��رژى خ��ود را بدس��ت مى آورن��د. در تورب��و ش��ارژر اين ان��رژى توس��ط گازه��اي خ��روجي از اگ��زوز ت��امين مى ش��ود.اين گازه��ا ب��ا س��رعت و فشارى كه دارند توربين را به حركت در میاورند ودر نتيجه توربين هم كمپرسور را به

اورد كه باعث فشرده كردن هوا مى شود. توربو شارژر ك��ارايى ب��االتريیحركت در م نسبت به شارژرها دارد.زيرا از انرژى تلف شده و گازهاي خروجي براي تامين انرژى خود استفاده مى كند.ولي توربو شارژر باعث مى شود ك��ه مق��داري فش��ار برگش��تى درسيستم اگزوز ايجاد شود كه اين فش��ار برگش��تى مى توان��د ب��اعث ك��اهش ك��ارايى

44

توربو شارژر تا زمانى كه موتور در دور باال كار مى كند شود.نصب ك��ردن ش��ارژر ه��اراحت تر است ولى تمام مى شود .

توربوشارژها شارژها Turbocharger  تفاوت سوپر :Supercharge  با

سوپر شارژر به هر وسیله ای گفته می شود که فشار هوای مکیده ش��ده را ب��ه بیشاز فش����������������������������ار ج����������������������������و می رس����������������������������اند . توربو شارژر ها هم این کار را انجام می دهند . در واقع کلمه ی توربو ش��ارژر کوت��اه

شدهی کلمه ی توربو سوپر شارژر، اسم رسمی خود است .

اج��ازه بدهی��د ابت��دا از ش��باهت ه��ا ش��روع ك��نیم . ه��ر دوى تورب��و و س��وپر ش��ارژرسیس�������������������تمهای الق�������������������اء اجب�������������������ارى نامی�������������������ده مى ش��وند و هس��تند . انه��ا جری��ان ه��وا را فش��رده مى كنن��د و ب��ه داخ��ل موت��ور مى فرستند . مزیت فشرده كردن هوا این است ك��ه موت��ور مق��دار بیش��ترى ه��وا را وارد سیلندر مى كند . وارد شدن هواى بیشتر به معنای س��وخت بیش��تر در س��یلندر اس��ت بنابراین شما قدرت بیشترى نیز در هر انفجار از هر سیلندر بدست مى آورید . وج��ود توربو/ سوپر شارژر در موتور باعث تولید نیروی بیشترى نسبت به ح��التى ك��ه موت��ور

پوند8 تا 6بدون شارژر است مى شود . میزان تقویت توربو/سوپر شارژر به اندازه

45

( اس�ت.مى دانیم ك�ه فش�ار نرم�ال اتمس�فر در س��طح آزاد دری�اpsiب�ر اینچ مرب�ع )14.7 psi 50 است . در نتیجه در مى یابیم ك��ه تورب��و/س��وپر ش��ارژر ب��ه ان��دازه%

%50هوای بیش��تر ب��ه داخ��ل موت��ور و س��یلندر مى فرس��تند . بن��ابراین ش��ما انتظ�ار نیروى بیشتر نسبت به حالت عادى دارید . اما كامال نیز به این مقدار نمى رسد بلك��ه

%40 تا 30بین بهبود مى یابد . تفاوت اساسی بین توربو/ سوپر ش��ارژر در مح��ل تامین انرژى شان است .هم�ان ان�رژى ك�ه ب�اعث فش�رده ش�دن ه�وا مى ش�ود . در سوپر شارژرتامین انرژى توسط یك تسمه كه به طور مستقیم به موتور متصل است انجام مى ش��ود.مانن��د پمپ آب و ژنراتوره��ا در موت��ور خ��ودرو ك��ه ب��ه همین ص��ورت انرژى خود را بدست مى آورند . در توربو شارژر این انرژى توسط گازه��ای خ��روجیاز اگ������������������������������������������������زوز ت������������������������������������������������امین مى شود.این گازها با سرعت و فشارى كه دارند توربین را به حركت در میاورن��د ودر نتیجه توربین هم كمپرسور را به حركت درمیاورد ك��ه ب��اعث فش��رده ك��ردن ه��وا مى شود .توربو شارژر كارایى باالتری نسبت به سوپر شارژرها دارد.زیرا از ان��رژى تل��ف شده و گازهای خروجی برای تامین انرژى خود استفاده مى كند . ولی تورب��و ش��ارژرب������������������������������������������������������������������������������������������������������������اعث مى شود ك��ه مق��داری فش��ار برگش��تى درسیس��تم اگ��زوز ایج��اد ش��ود ك��ه این فش��ار برگشتى مى تواند باعث كاهش كارایى توربو شارژر تا زمانى ك��ه موت��ور در دور ب��االك��ار مى كن��د ش��ود.نص��ب ك��ردن س��وپر ش��ارژر ه��ا راحت ت��ر اس��ت ولى تم��ام

مى شود.

مشابه توربو شارژ است با اين تفاوتSuperchargeساختار موتورهاي سوپر شارژ که در سوپر ش��ارژها ت��وربين وج��ود ن��دارد و کمپرس��ور ق��درت خ��ود را مس��تقيما )ب��ا استفاده از تسمه يا زنجير( از موتور گرفته و هواي ورودي به سيلندر را فش��رده مي کند با اين که استفاده از سوپر شارژها مقداري از قدرت موت��ور را مي گ��يرد ام��ا در موارد خاص که ايج��اد س��رو ص��داي کم��تر مهم ب��وده ي��ا قيمت تم��ام ش��ده از اهميت بيشتري برخوردار است يا فضاي کمي در محفظه موتور موجود باشد از سوپر شارژ

استفاده مي کنند .

46

آن اس��ت ك��ه، اف��زايش ق��درتTurbochargerيكي از مزاياي ب��زرگ توربوش��ارژها خروجي موتور آنها در مقايس��ه ب��ا وزن آنه��ا بس��يار ن��اچيز اس��ت و اين يكي از داليلي است كه باعث شده توربوشارژرها تا اين اندازه محبوب و معروف گردند .در مجموع

از انرژي گاز خروجي که بال اس��تفادهTurbochargerبا توجه با اين که توربوشارژها است ، استفاده مي کنند از بازده بهتري برخوردار مي باشند .

گرفتن قرار سرویس در :زمان

سوپرشارژرها بالفاصله بعد از روش�ن نم�ودن و چ�رخش موت�ور ، در س�رویس ق�رار می گیرند و هوای فشرده را در اختیار موتور قرار می دهند هر چند این میزان تق��ویت اولیه برای موتور ، خیلی اندك است ولی بتدریج با دور گرفتن موتور افزایش می یابد و حاصل آن افزایش آرام و یكنواخت توان موتور است .اما در مقاب��ل تورب��و ش��ارژر ها نقطه ضعفی دارند كه آن را تاخیر در واكنش نشان دادن می نامند . چون لختی كه توربو شارژرها در آغاز كار دارند و باید ابتدا دودهای خروجی داغ تولی��د ش��وند ت��ا دور

( باعث می شودكه مدتی طول بكشد تا هوا را برای فرستادن بهspool upبگیرند ) موتور فشرده كنند و بنابراین تا دور موتور باال نرفته است نمی توانند هوا را به ش��كل

wide opeدلخواه فشرده كنند.در حالتی كه دریچ�ه ه�وای ورودی آنه�ا ب�از باش�د )throttle =wot.معموال یك افزایش ناگهانی در قدرت توربو شارژر پدید می آی��د )

صورت می گ��یردودر این ح��الت اگ��ر ش��ماrpm 300این موضوع در دورهای حدود خودرویی را كه توربو شارژر دارد رانده باشید، ضربه هایی را ك��ه وارد می ش��ود حس خواهیدکرد.البته این امكان وجود دارد كه توربو شارژرها را در ان��دازه ای س��اخت ك��ه واكنش اولی��ه آنه��ا س��ریع تر باش��د . مثال موت��ور ه��ای دی��زلی وج��ود دارد ك��ه تورب��و

دور در دقیق��ه1700-2000شارژرهای آنان به اندازه ای كوچك است كه دور آن به می رسد . عیب عمده ای كه این نوع توربوشارژرها دارند این است كه توانهای ب��االیی

را نمی توان از آنها گرفت .

47

اجتناب قابل غیر توان افت سوپرش��ارژرها بعلت اینك��ه ن��یروی خ��ود را از موت��ور می گیرن��د ب��اعث می ش��وند ك��ه بخشی از توان تولید شده توس��ط موت��ور را مص��رف كنن��د این افت ت��وان غ��یر قاب��ل

اسب بخار هم تجاوز كند البته این س��وپر ش��ارژرها بیش50اجتناب می تواند حتی از از آنچه انرژی مصرف می كنند به توان موتور اض��افه می كنن��د . ولی تورب��و ش��ارژرها بعلت اینكه هیچگونه انرژی را از موتور مصرف نمی كنند ولی با ایجاد مانع در جری��ان دودهای خروجی از موتور و افزایش فشار پس زدن سبب می ش��وند بخش��ی از ت�وان موت�ور بط�ور غ�یر مس�تقیم كاس��ته ش��ود . چ�ون در این ح�الت پیس�تون بای�د ان�رژی بیشتری را برای بیرون راندن دودهای خروجی از س��یلندر ص��رف كن��د ولی از ط��رف دیگر استفاده از توربو شارژر باعث می شود كه هوای فشرده ب��ا فش��ار وارد س��یلندر شود و همین موضوع باعث محكم ب��ه پ��ائین رفتن پیس��تون و دادن ان��رژی ب��ه آن می شود كه با انرژی كه قبال گفته شد خنثی می شود . بهر حال استفاده از توربو ش��ارژر بعلت اینكه توانی برای كار كردن از موتور نمی گ��یرد و ب��اعث ب��اال رفتن ت��وان موت��ور

می شود معمول تر از سوپر شارژر است .

حرارت تولید هنگامیكه هوای ورودی خنك تر باشد متراكم تر و چگال تر است كه بدین مفهوم اس��ت كه اكسیژن بیشتری در واحد حجم به موتور می رسد . اكسیژن بیشتر به مفهوم توان بیشتر است سوپر شارژرهای دمنده ای از این جهت كه تولید گرم��ا می كنن��د مطل��وب

48

نیستند این گرمای تولید شده حاصل ناكافی بودن تراكم هوای ورودی اس��ت و از این روی توربوشارژرها كارآیی بیشتری نسبت به سوپر شارژرها دارند .سوپر ش��ارژرهای گریز از مركز می توانند از این جهت بهتر از توربو شارژرها باشند و ق��ابلیت انعط��اف بیشتری را از خود بروز دهند. با قرار دادن لوله ه��وای ورودی ب��ه موت��ور در ن��زدیكی دودهای خروجی می توان هوای ورودی به موت��ور را گرم��تر ك��رد . س��وپر ش��ارژرهای گریز از مركزی كه خوب طراحی شده باشند می توانند این گرم��ا را از طری��ق نص��ب

خنك كننده كاهش دهند .

اطمینان قابلیت مردم اغلب می گویند كه سوپر شارژرها نسبت ب�ه تورب�و ش��ارژرها ق��ابلیت اطمین��ان بیشتری دارند و این بدان علت است كه توربو شارژرها در حرارت باال كار می كنن��د و توسط روغن روانكاری می شوند و هر گاه قبل از خن��ك ش��دن آنه��ا موت��ور خ��ودرو را خاموش كنند این روغن در معرض حرارت قرار می گ�یرد و ب��اعث كوت��اه ش��دن عم��ر كاری توربو شارژر می ش��ود. ام��ا ب��ا تعم��یر و نگه��داری و مراقبت ه��ای الزم از تورب��و

شارژر می توان بر این مشكل هم فائق آمد .

تقویت میزان از نظر حداكثر توان مطل��ق تولی�دی اس��تفاده از تورب��و ش��ارژر امك��ان ب��االتری ب�رای تقویت قدرت موتور ارائه می دهد تا استفاده از س��وپر ش��ارژر . مثال در تراكتوره��ایی كه جهت كشش مورد استفاده قرار می گیرند، استفاده از سه توربو ش��ارژر بص��ورت

psiسری باعث می شود كه سطح تقویت هوای ورودی فشاری مع��ادل تولی��د200 كند !

نتیجه گیری : توربو شارژر یا سوپر شارژر ؟ اظهار نظر در مورد اینكه استفاده از كدامیك )تورب��و ش��ارژر ی��ا س��وپر ش��ارژر( به��تراس��������������������ت ك��������������������اری مش��������������������كل اس��������������������ت . مهم ترین مزیت سوپر شارژر این است كه زمان واكنش نش��ان دادن آن كم اس��ت و

49

به سرعت در سرویس قرار می گیرد )البته غیر از نوع گریز از مركز آن ( و اس��تفاده از آن هم ساده است.از آن طرف عمده ترین مزیت توربو شارژر ، كارایی باالی آن و تولید حداكثر توان است .این دیگر بستگی به نظر خریداران خ��ودرو دارد ك��ه تص��میم

بگیرند كدام نوع را برای وسیله خود انتخاب كنند .

طراحی مالحظات

یکی از مشکالت اصلی توربوشارژرها این است که وقتی پدال گاز را فشار می دهید بالفاصله قدرت موتور را تقویت نمی کنند و چند ثانیه ای طول می کشد تا توربین بهس�����رعت م�����ورد نظ�����ر برس�����د . این ب�����اعث می ش�����ود وق�����تی گ�����از می دهید تاخیری را احساس کنید . در ضمن وقتی توربو شارژر حرکت کرد خیزش��ی

در خودرو ایجاد می شود .

یک راه برای کم کردن تاخیر توربوشارژر کم کردن اینرس��ی دورانی اج��زای چرخن��ده ی آن اس��ت . اساس��ا ب��ه کم��ک کم ک��ردن وزن آن . این ب��اعث می ش��ود ت��وربین و کمپرسور سریع تر سرعت بگیرند و زود تر تقویت کنند . یک راه مسلم برای ک��اهش اینرسی کوچکتر کردن توربوشارژر است . یک توربوش��ارژر کوچک��تر زودت��ر و در دور موتورهای پایین تر عمل تقویت را انج��ام می ده��د ام��ا نمی توان��د در دور موتوره��ایب�����������االتر ک�����������ه حجم زی�����������ادی از ه�����������وا ب�����������ه موت�����������ور می رود تق��ویت زی��ادی انج��ام ده��د.همچ��نین خط��ر چ��رخش بس��یار س��ریع در دور

موتورهای باال که گازهای خروجی زیادی از توربین می گذرد نیز وجود دارد .

یک توربوشارژر بزرگ می تواند در دور موتورهای باال تقویت زیادی انجام دهد اما ب��ه خاطر زمان زیادی ک�ه ب�رای ش�تاب گ�رفتن ت�وربین و کمپرس�ور س�نگین ت�ر آن الزم است تاخیر زیادی دارد.خوشبختانه چندین ایده برای غلبه بر این چ��الش وج��ود دارد . بیشتر توربوشارژر ها یک دریچه ی ه��در دارن��د ک��ه اج��ازه می ده��د از توربوش��ارژرها

کوچکتری برای کاهش تاخیر استفاده شود،در حالی ک��ه نمی گ��ذارد در دور موت��ور ی

50

های خیلی باال خیلی سریع بچرخ�د . دریچ��ه ه�در س�وپاپی اس��ت ک�ه اج�ازه می ده�دگازهای اگزوز از گذرگاه جنبی از کنار پره های توربین عبور کند .

دریچه هدر فشار را حس می کند و اگر فشار خیلی زیاد شود که نشانه چرخش زی��اد توربین است ، مقداری از گازهای اگزوز را از کنار پره های توربین خ��ارج می کن��د ت��ا

سرعت چرخش کمتر شود .

بعضی توربوشارژر ها از یاتاقان های ساچمه ای بجای یاتاق�ان ه�ای روغ��نی اس�تفاده می کنند ، اما اینها یاتاقان های ساچمه ای معمولی نیس��تند بلک��ه یاتاق��ان ه��ای ف��وق دقیقی هستند که از مواد پیشرفته ای ساخته شده ان��د ت��ا در س��رعت و دم��ای تورب��و شارژر کار کنند . این یاتاقان ها به محور توربین اجازه می دهند با اص��طکاک کم��تری نسبت به یاتاقان های روغنی بچرخن��د،همچ��نین اج��ازه می دهن��د از مح��ور کوچک��تر و

سبک تری استفاده شود که این باعث کاهش تاخیر می شود .

پره های سرامیکی توربین از پره های فوالدی سبک تر اند ک��ه این ب��از هم ب��اعث میشود توربین زودتر شتاب گرفته و زمان تاخیر کمتر شود .

بعضی موتور ه��ا از دو توربوش��ارژر در دو ان��دازه اس��تفاده می کنن��د . تورب��و ش��ارژر کوچکتر زودتر می چرخد و تاخیر را کم می کن��د در ح��الی ک��ه بزرگ��تر در دور موت��ور

های باال تر تقویت فشار بیشتری ایجاد می کند .

وقتی هوا فشرده شود ، گرم می شود و وقتی گرم شود منبسط می شود.بنا بر این بخشی از تقویت فشار توربوشارژر ناشی از گرم شدن ه��وا قب��ل از ورود ب��ه موت��ور است ، برای افزایش قدرت موتور باید مولکول های بیشتری وارد س��یلندر ش��وند ن��ه

لزوما فشار بیشتر .

51

یک سرد کننده میانی یا خنک کننده هوا جزئی اضافی است که بعضی مواقع شبیه رادیاتور است و هوا از داخل و خارج آن عبور می کند.ه��وای ورودی ب��ه موت��ور از گذرگاه داخل خنک کننده عبور می کند در حالی که هوای خنک تر از خارج توس��ط

پروانه موتور به پره های خنک کننده دمیده می شود .

خنک کننده میانی قدرت موتور را افزایش می دهد زیرا هوای فشرده خارج ش��ده از کمپرسور را پیش از ورود به موتور خنک می کند این بدان معنی است ک�ه اگ�ر

کار کند خنک کننده میانی هوای خنک تر با این فشار  7psiتوربوشارژر در فشار را وارد موتور می کند که چگال تر بوده و مولکول های بیشتری نس��بت ب��ه ه��وای

گرم دارد .

هوایی صنایع در آن کاربردهای و توربوشارژر

در طول جنگ جهانی اول برای نخستین بار از توربوش��ارژرها در هواپیم��ا اس��تفاده شد که موتور آنها طبق اصول موتورهای اتومبیل کار می کرد . مشکل اص��لی در هواپیما زمانی بود که هواپیما در ارتفاع زیاد با هوای رقیق ت��ر برخ��ورد می ک��رد و دبی هوای ورودی به موتور کاهش می یافت، با نص��ب توربوش��ارژرها این مش��کل

حل شد .

52

گازی توربین موتورهای در توربوشارژر از استفاده

استفاده از توربوشارژرها یكی از مؤثرترین راه های راه اندازی توربین های گازی آزمایشگاهی می باشد . از آنجا كه طراحی پره های ت��وربین و كمپرس��ور و نح��وه ساخت آنها فرایندی بسیار پیچیده و پرهزینه است ، لذا تع��داد بس��یار مح��دودی از كشورهای صنعتی دنیا قادر به ساخت آنها می باشند . به همین خ��اطر مناس��بترین گزینه ای كه بتوان آنرا جایگزین كمپرس��ور و ت��وربین در موتوره��ای ت��وربین گ��ازی نمود ، توربوشارژرها می باشند . توربین گاز س��اخته ش��ده ب��ا توربوش��ارژر ، هم��ه مشخصه های معمولی توربین گاز را نشان می دهد و بستر مناس��بی جهت انج��ام آزمایش و كسب تجربه در عملكرد موتوره��ای ت��وربین گ��از و تورب��وجت میباش��د . توربین گازهای اولیه كه با استفاده از توربوشارژر ساخته شدند ، عملكرد مناسبی نداشتند ولی امروزه با بهبود روند طراحی قسمت های مختلف سیكل كاری آنها ، عملكردی قابل قبول و مشابه توربین گازهای معمولی دارند . توربوشارژر از ی��ك كمپرسور با صفحه ای آلومنیومی تشكیل می ش��ود ك��ه ب��ا ی��ك ت��وربین س��تاره ای )رادی���ال ( كوپ���ل می ش���ود . بخش ه���ای دوار توربوش���ارژر جهت جلوگ���یری از

53

ارتعاشات و قرار گرفتن در فركانس تشدید ) رزونانس ( بایستی ك��امال در تع��ادلدینامیكی باشند .

موتورسيكلت شارژر توربوتوربوشارژر موتورسيكلت سوخت مجزايي داره يا همون بنزينه؟

عمر موتوريسكلت با توربوشارژر بيشتره يا بدون توربوشارژر؟

54

توربوشارژر های محدودیتالف- فشار :

فشار حداکثر درون س��یلندر نبای��د از ی��ک مق��دار مج��از بیش��تر ش��ود. هنگ��امی ک��ه مخلوط هوا و سوخت در سیلندر یک خودروی بنزینی متراکم می شود ، دم��ای آن نیز همراه با فشار افزایش خواهد یافت . فش��ار بیش از ان��دازه ب��ه دی��واره ه��ای سیلندر ، سرسیلندر و حتی پیس�تون و می��ل لن��گ م�وجب ک�اهش عم��ر مفی��د آنه�ا می شود .افزایش دما اثری به مراتب بدتر دارد . اگر دم��ا از ح��د مشخص��ی ب��االتر رود، مخلوط هوا و سوخت می توانند پیش از زدن جرقه دچار احتراق شوند. بدین ت�رتیب ن�ه تنه�ا چرخ�ه منظم موت�ور دچ�ار اخالل می ش�ود، بلک�ه ض�ربه ناش��ی از احتراق می تواند آسیب های جدی به موتور وارد آورد . از این رو ب��رخی ب��ا ک��اهش دادن نسبت تراکم سیلندر ، حداکثر فشار و دما را در محدوده مجاز نگه می دارند.

البته برخی دیگر سوختی با اکتان باالتر را برای موتور پیشنهاد می كنند .

55

ب- زمان تأخیر : یکی از مهم ترین مشکالت توربوشارژر این است که نمی توانند افزایش ق��درت را به طور ناگهانی اعمال کنند . هنگامی که به پدال گاز فشار می آورید ، ح��دودا ی��ک ثانیه طول می کشد تا توربین به س��رعت الزم دس��ت پی��دا کن��د و اف��زایش ق��درت اعم��ال ش��ود . بن��ابراین اف��زایش ق��درت ب��ا کمی ت��أخیر حاص��ل می ش��ود. یکی از روش های کاستن این زمان تأخیر ، پایین آوردن اینرسی قطعات است که معم��وال از طریق سبک کردن قطعات بدست می آید ؛ بدین ترتیب توربین و پمپ سریع تر

شتاب می گیرند و قدرت سریع تر اعمال می شود . ج- اندازه توربوشارژر :

اندازه توربوشارژر هم مزایا و معایبی به همراه دارد . هر چه توربوشارژر کوچکتر باش��د، زم��ان ت��أخیر کم��تری دارد و س��ریع ت��ر ق��درت را اعم��ال می کن��د ، ولی در سرعت های بسیار باال که باید حجم زیادی هوا را وارد سیلندر کند کم توان و گ��اه خطرناک ظاهر می شود . در مقابل، توربوشارژر بزرگ می تواند به خوبی از عهده پمپ ک���ردن حجم زی���اد ه���وا برآی���د ، ولی زم���ان ت���أخیر آن بیش���تر خواه���د

خوشبختانه راه حل ه�ای ج��البی ب��رای مقابل��ه ب��ا این مش��کالت پیش��نهاد ش��دهبود . .است که به برخی از آنها اشاره می کنیم

t دریچه اگزوز( wastegate)

بسیاری از خودروهای توربوشارژردار از یک یا چند دریچه کمکی در مجرای اگ��زوز سود می برند که آنها را قادر می س��ازد از توربوش��ارژرهای کوچ��ک اس��تفاده کنن��د. هنگامی که سرعت خ�ودرو بس�یار ب��اال می رود و ب��التبع حجم گ��از اگ�زوز اف��زایش می یابد ، این خطر وجود دارد که توربین با س��رعت بس��یار ب��االتری بگ��ردد. از این شرایط این دریچه ها باز شده و بخشی از اگزوز بدون آنکه از توربین عبور کند، از موتور خارج می شود . به این ترتیب سرعت دوران توربین در سرعت های ب��اال هم

در حد مجاز باقی می ماند .

56

t یاتاقانهای ساچمه ای در این یاتاقانها ، از ساچمه های بسیار پیشرفته ای استفاده شده که از مواد بسیار پیشرفته و با فناوری فرا دقیق ساخته شده اند .این یاتاقانها موجب می شوند می��ل مح��ور ب��ا اص��طکاک کم��تری نس��بت ب��ه یاتاقانه��ای روغ��نی ک��ه در اغلب نمونه ه��ا استفاده می شود ، بگردد ؛ ضمن آنکه موجب می شود از میل محورهای کوچکتر و س��بکتری هم بت��وان اس��تفاده ک��رد.این چ��نین می��ل مح��ور س��ریع تر ش��تاب

می گیردوزمان تأخیر کاهش می یابد .

tپره های سرامیکی توربین

سرامیک،دسته ای از مواد هستند که استحکام خوبی دارند و به م��راتب از فل��ز هم ابعاد خود سبک ترند . استفاده از این پره ها به جای پره های فلزی دو م��زیت دارد ، نخست آنکه با سبک تر کردن توربین ، زمان تأخیر را کاهش می دهد و دوم ، چ��ون بر همکنش با مواد خورنده درون اگزوز ندارد ، شکل خود را ب��رای م��دت ها حف��ظ

می کند و مانند پره فلزی خورده نمی شود .t خنک کننده داخلی

هنگامی که توربوش�ارژر ه��وا را فش��رده می کن��د ، خ�واه ن��ا خ�واه دم��ای ه��وا ن�یز افزایش می یابد . این افزایش دما جدای از تأثیر مخ��رب ب��ر ح��داکثر فش��ار درون سیلندر، موجب می شود مولکولهای هوا کمتر از آن مقداری باشند که در ط��راحی خودرو در نظر گرفته شده است . لذا از یک خنک کننده استفاده می شود تا ب�دون افت محسوس فشار هوا ، دم��ای آن ب��ه مق��دار قاب��ل ت��وجهی ک��اهش یاب��د. ب��دین ت��رتیب می ت��وان ب��ا اطمین��ان خ��اطر و ب��دون نگ��ران ب��ودن از پیش ش��عله، فش��ار

مخلوط هوا و سوخت را به حداکثر رساند .

توربوشارژ و نیتروس

57

توربو با اجبار موتور به تنفس بیشتر و سوراندن سوخت بیشتر نیروی بیشتر تولید می کند . توربو با نیرو گازه��ای خ��روجی ک��ار می کن��د.تورب��و وس��یله ای ک��اربردی هست اما یکی دو مشکل عمده دارد .اگر توربین به اندازه کافی کوچک باش��د ک��ه در دور پایین موتور به چرخش در آید در دور باال به یک م��انع تب��دیل می ش��ود ک��ه حداکثر قدرت را محدود می کند . زیرا اگر موتر موفق به خروج گاز ه��ای حاص��ل از سوخت نشود.....!اگر توربین به اندازه کافی بزرگ باشد ک��ه در براب��ر ح��داکثر

( در دوره��ایlagقدرت منطقی مانع نباشد آنگ��اه ب��ا مش��کلی ب��ه ن��ام وامان��دگی)پایین روبرو می ش��ویم . ب��ه این علت ک�ه موت��ور در دور پ�ایین گ�از زی�ادی تولی��د نمی کند که توربین بزرگ را با سرعت مناسب به چرخش در آورد که فشار تولی��د شود. اما اگر بتوانید توربو را در دور پایین م��وتر ب��ه گ��ردش ب��ا دور مناس��ب وادار کنید خود توربو فشار الزم برای تحریک بیشتر تولید خواهدکرد !حال اگر ما مق��دار

( تزری��ق ک��نیم موت��ور ف��ورا تولی��دwotبسیار کمی نیتروس را در دریچه سوخت ) نیرو خواهد کرد ! و حتی در دور های پایین توربو شارژ سرعت می گ��یرد ب��ه علت گاز خروجی تولید شده ! اکنون ی��ک سنس��ور کوچ��ک در ورودی س��وخت اف��زایش فشار را متوجه شده و تزریق نیتروس را خاموش می کند اکن��ون مح��رک خودب��ه خود پیش می رود . در عمل مقدار بسیار کمی نیتروس مصرف می گردد . نتیج��ه یک سیستم تورب��و ب��دون وام��انگی هس��ت ح��تی اگ��ر از توربیه��ای عظیم اس��تفاده شود.انواع گوناگونی سیستم های تزری��ق نی��تروس وتوربوش��ارژرهای عظیم ب��رای کار باهم��دیگر تولی��د می ش��ود .یکی از مطمئن ت��رین راهه��ا ب��رای اف��زایش ت��وان موتور ها، افزایش مقدار هوا و سوختی است که در سیلندرآنها می سوزد . ب��رای این منظور افزودن تعداد سیلندرها ی��ا ب��زرگ ک��ردن ه��ر ی��ک از س��یلندرها یکی از روش هاست اما در بعضی مواقع امکان این کار وجود ندارد.یک راه برای افزایش قدرت موتور که ساده تر و با ص��رفه ت��ر ن��یز هس��ت اس��تفاده از تورب��و ش��ارژردر موتوراست که بدون نیاز ب��ه تغی��یر در حجم و وزن موتورت��وان آن را اف��زایش می ده��د . درخودروه��ای پ��ر س��رعت مس��ابقه ای و س��وپر اس��پرت ح��تی خودروه��ای

58

خانوادگی و سدان های پر قدرت ن�یز ب�رای اف�زایش ت�وان موت�ور از توربوش�ارژراستفاده می شود .

مركب موتور موتورهاي توربوشارژ شده متداول ب��ه واس��طه نب��ود ارتب��اط مك��انيكي بين مح��ور توربوشارژر و ميل لنگ موتور مشخص مي شوند.توربوشارژر دستگاهي اس��ت ك��ه آزادانه مي گردد و انرژي را از گازهاي خروجي دريافت مي كند و از طري��ق جري�ان هواي كمپرسور انتقال مي دهد. توان موردنياز كمپرسور به ط��ور ط��بيعي ب��ا ت��وان خ��روجي موت��ور متع��ادل مي ش��ود . اگ��ر اين تع��ادل ب��ه ه��ر علت ب��ه هم بخ��ورد ، سرعت توربوشارژر طوري تنظيم مي ش��ود ك��ه تع��ادل دوب��اره برق��رار ش��ود. هيچ ت��وان خالص��ي از توربوش��ارژر گرفت��ه نمي ش��ود ام��ا اگ��ر در سيس��تمي مح��ور توربوشارژر و ميل لنگ موتور به هم متصل باش��د ، بين آنه��ا ت��وان مبادل��ه خواه��د شد. براي ايجاد افزايش فشاري كه موتور را سوپرشارژ مي كن��د ، توربوش��ارژ ب��ه انرژي گازهاي خروجي متكي است. گاهي اوقات ب��ر اث��ر ران��دمان پ��ايين سيس��تم توربوشارژر ، مقدار اين انرژي براي ايجاد افزايش فش��ار مناس��ب، ك��افي نيس��ت اغلب در دوره��اي كم ، ب��ه وي��ژه در موتوره��اي دوزمان��ه . در اين وض��عيت كم��ك گرفتن از ميل لنگ، براي رانش كمپرس��ور توربوش��ارژر مي توان��د مفي��د باش��د )ت��ا حدودي مشابه سوپرشارژرهاي مكانيكي( . اين كار مقدار افزايش فشار را بيشتر مي كند و در نتيجه توان خروجي در دورهاي كم نيز افزايش خواهد يافت . ارتب��اط بين موتور و توربوشارژ را مي توان از طريق چرخ دنده برقرار كرد . بي شك چنين موتوري در دورهاي كم ، گشتاور خروجي جالب توجهي خواهد داشت اما اين ك��ار

دو عيب دارد :1 t-سرعت نوعي موتور و توربوشارژر حداقل به اندازه يك مرتبه بزرگي، ب��ا هم

تف��اوت دارد . نس��بت چ��رخ دن��ده خيلي ب��زرگ ، و در ط��رف توربوش��ارژ س��رعت دور در دقيق��ه خواه��د ب��ود )بس��ته ب��ه80000 ت��ا 20000دوراني چرخ دنده بين

اندازه موتور( . احتم��اال چ��نين چ��رخ دن��ده اي ران��دمان مناس��بي نخواه��د داش��ت وكاركرد درازمدت و مطلوب آن نيز زير سوال است.

59

2- در سرعت هاي دوراني زياد موت��ور، ت��وان خ��روجي ت��وربين توربوش��ارژر ك��امال مناس��ب اس��ت )و اغلب بيش از ح��د ني��از( ل��ذا در هنگ��ام گ��ردش آزاد ، س��رعت دوراني توربوش��ارژر بيش از س��رعت دوراني موت��ور اف��زايش مي ياب��د . اگ��ر از سيستم ثابت چرخ دنده استفاده شود ، توربوشارژ مقيد شده ، سرعت آن كاهش مي يابد و به رغم انتقال مقداري توان مفيد ب��ه موت��ور، س��رعت دوراني نس��بتا كم توربين سبب مي شود كمپرسور سرعت دوراني الزم ب��راي ايج��اد اف��زايش فش��ار مناسب را نداشته باشد ، در نتيجه مقدار مزيت حاصل را محدود مي كند . يك راه حل براي اين مسئله ، استفاده از سيستم چرخ دنده اي است كه نسبت تب��ديل آن متغير باشد اما واضح است كه اين كار سبب مشكالت مك��انيكي خواه��د ش��د ؛ ب��ا اين ح��ال روش م��ذكور امتح��ان ش��ده اس��ت .ب��ه موتوره��ايي ك��ه در آنه��ا مح��ور توربوشارژر و ميل لنگ با هم ارتباط دارد ، موتورهاي م��ركب گفت��ه مي ش��ود . در

اين موتورها توان خروجي نهايي از ميل لنگ موتور گرفته مي شود .

ها شارژر توربو مشکل رفع چگونگییکی از معایب توربو شارزر ها همیشه مح��دود ب��ودن ب��ازه کاریش��ون ب��وده چ��را؟ خوب چون اون دور ایده الی که توربو تو اون بهینه کار میکند بازه خاصی است یا

یا باالو معموال بنا به احتیاج از گزینه مورد نظ��ر اس��تفاده میهدر دور پایین یا میان کنند . که معموال دور باال به کار میرود و همیشه شتاب کم ماشین های مجه�ز ب��ه توربو شارژ مورد اعتراض است اما در نسل جدی موتور های دیزلی مرسدس بنز

این نقض با یه ابتکار کوچک حل شده است .

60

توسط یه ش��یر دود خ��روجی ه��دایت میش��ود ب��ه دو تورب��و ک��ه در دو دور مختل��ف و ب��ا ب��اال1تنظیم شده اند به اینگونه که در دور پایین گازهای خروجی ب�ه ت�وربین

هدایت می شوند که هر کدوم برای بازه خاص��ی2رفتن تدریجی به سمت توربین طراحی شده اند .و اگر از حد مجاز در نظر گرفته دور باالتر برود شیر مقداری از دود را به مسیر فرعی هدایت میکند که باعث انه��دام سیس��تم نش��ود .ح��اال اینک��ه چرا توربوشارژ ها این مشکل را دارند یعنی برای دور های خاصی ط��راحی ش��دند

هزار دور300 تا 100ساده است پره ی توربین سرعت بسیار باالیی دارد حدود دور بر دقیق که طراحی چ��نین پ��ره ای300000بر دقیقه دقیقا درست خواندید

عمال بسیار س�خته انه�ایی ک�ه در دور ب�اال ک�ار میکنن�د وزن و متری�ال محکم ت�ر و سنگین تری دارند و در دور ه��ای پ��ایین ک��ارایی ندارن��د و اونه��ایی ک��ه در دوره��ایپ�����ایین ک�����ار میکنن�����د ب�����ا ب�����اال رفتن دور منه�����دم ش�����ده و متالش�����ی

می شوند .

: نمودار زیر نیز نشاندهنده همین موضوع است

61

سوز : گاز های سیستم و موتور با مختصری آشنایی

:انواع سوخت های گاز طبیعی

:( CNGگاز طبیعی فشرده )

Compressگاز طبیعی فش��رده ) Natural Gasب��ه عن��وان یکی از س��وختهای ) (میCH4جایگزین مورداستفاده قرار می گیرد . ترکیب عم��ده گ��از ط��بیعی، مت��ان )

درص���د مت���ان و ب���اقی آن دی95 الی 85باش���د ، معم���وال گ���از ط���بیعی ش���امل اکس���یدکربن،نی���تروژن و مق���دار کمی ات���ان،پروپ���ان و بوت���ان اس���ت . در هنگ���ام سوختگیری ، سوخت توسط توزیع کننده ها ب��ه مخ��ازن نص��ب ش��ده ب��ر روی خ��ودرو

barمتص��������ل می گ��������ردد و س��������وخت تحت فش��������ار تزریق200 می گ��ردد .از مزای��ای اس��تفاده از گ��از ط��بیعی در مقایس��ه ب��ا ب��نزین می ت��وان ب��ه

درص��دی و ف��راوانی و15(، اف��زایش ران��دمان 130آالیندگی کمتر، عدد اکت��ان ب��اال ) قیمت مناسب ن��ام ب��رد. در مقاب��ل، هزین��ه اح��داث ایس��تگاههای س��وختگیری ، وج��ود محدودیت فضا در نصب مخازن سوختگیری بر روی خودرو ، کاهش پیمایش خودرو و

62

نیاز به طراحی و تقویت بخشهای متع��ددی از خ��ودرو نظ��یر شاس��ی ، اکس��ل )ب��دلیل افزایش وزن( ، افت ت��وان وزنی موت��ور، سیس��تم خن��ک ک��اری و غ��یره در خوروه��ای

تبدیلی ، از معایب استفاده از این سوخت می باشد.

:(LNGگاز طبیعی مایع )

(Liquid natural Gas یا )LNGی��ا گ��از ط��بیعی م��ایع ب��ه عن��وان یکی دیگ��ر از س������������������������������وخت ه������������������������������ای ج������������������������������ایگزین

درجه فارنه��ایت-2/327، گاز طبیعی را تا دمای تقریبی LNGمی باشد.جهت تولید در جه سیلسیوس سرد ک��رده و س��پس ب��ه م��ایع تب��دیل می کنن��د .آب ، دی-164یا

اکسید کربن ، نیتروژن ، اکسیژن وترکیبات س��ولفور از جمل�ه اج�زای تش�کیل دهن��دهگ���از ط���بیعی هس���تند ک���ه طی مراح���ل تب���دیل گ���از ب���ه م���ایع ، اکس���یژن ، دی اکسید کربن ، آب و ترکیبات سولفور از آن ج��دا ش��ده و مق��دار مت��ان موج��ود در

LNG می رسد که در آن مقادیر کمی اتان ، پروپان و س��ایر%98تقریبا به بیش از هیدرو کربن ه��ای س��نگین ت��ر ن��یز وج��ود دارد .در ح�الت گ��ازی ، ان��رژی گ��از ط��بیعی

برابر گاز طبیعی غ��یر فش��رده اس��ت ولی در ح��الت200( در حدود CNGفشرده ) برابر گاز ط��بیعی غ��یر فش��رده 600( در حدود LNGمایع، انرژی گاز مایع طبیعی )

می باشد ، که بدلیل هزینه های تبدیل گ��از ط��بیعی ب��ه م��ایع و ش��رایط نگه��داری آن،استفاده از گاز مذکور اقتصادی نمی باشد .

تاريخچه استفاده از گاز طبيعي در خودروها

، داراي تاريخچه ط��والني و در عين ح�ال پراكن�ده اس��ت . در دهه ه��ايNGVفناوري گذشته كه نگراني ها در مورد اوضاع محيط زيست و توليد انرژي ، مورد توجه بيشتري قرار گرفت ، گاز ط��بيعي ن��يز بيش از پيش ب��ه عن��وان ج��ايگزين س��وخت هاي س��نتي خودروهاي ديزلي و بنزيني مطرح شده است . در صورتي كه توازني بين نقاط ق��وت

، شايس��تگيNGVو ضعف فناوري سوخت و خودرو برقرار ش��ود ، ص��نعت نوپ��اي

63

ارتق��ا از س���وختي ج��ايگزين ب��ه ج��ايگزين واقعي س���وخت هاي موج��ود را خواه��د يافت .ايتاليايي ها ، استفاده از خودروهاي با سوخت گ��از ط��بيعي را قب��ل و در ط��ول جنگ جهاني دوم ، هنگامي كه بنزين گران و به صورت گسترده در خودروه��اي جنگي

استفاده مي شد ، به واقعيت تبديل كردند .

، فعاليت ه��اي بين المللي مهمي در م��ورد 1980 و اوايل ده�ه 1970در اواخر دهه ، نيوزلن��د از اولين كش��ورهايي1979خودروهاي با سوخت گاز طبيعي آغاز ش��د. در

بود كه از خودروهايي با گاز طبيعي استفاده كرد .

، با يافتن پشتيباني ق��وي ب��راي حم��ايت از1982 خود را در NGVكانادايي ها برنامه در كش��ور آغ��از كردن��د . »م��ك گ��ير«، وزي��ر آم��وزش ع��الي ، عل��وم وNGVبرنامه

ارتباطات كانادا در آن سال ها اولين كسي بود كه پارچه اي سفيد را روي لول��ه اگ��زوز اتوبوسي شهري قرار داد و با روشي نسبتا ساده ، به جاي استفاده از سوخت ديزل ، از گاز طبيعي استفاده مي كرد . وي به اين ت��رتيب نش��ان داد ك��ه س��وخت جدي��د در

1986مقايسه با موتور ديزل معمولي ، دوده ندارد و هوا را سياه نمي كند . در سال 1994 توسط دولت كانادا تأسيس شد و تا س��ال NGVنيز صندوق تحقيق و توسعه

بيش از پانزده ميليون دالر كان��ادا را ب��راي پروژه ه��اي تحقيق��اتي مختل��ف مرب��وط ب��هNGV . تخصيص داد

، ب�ه بهان�ه برگ�زاري نمايش�گاه ان�رژي كان�ادا در ونك�وور ، گ�روهي1986در ژويي��ه ، انجمن بين الملليNGV نف��ر ب��ه دلي��ل عالي��ق مش��ترك خ��ود ب��ه 35متش��كل از

( ، را تش��كيل دادن��د . در اواي��لIANGVخودروهاي گاز طبيعي با نش��ان اختص��اري ) ، گفتگوه��ايي را درب��اره راه��برد تجاري س��ازي جه��انيNGV ، طرفداران 1990دهه

NGV،آغ����از كردن����د . از آن ت����اريخ، ب����رخي از توليدكنن����دگان عم����ده خ����ودرو سرمايه گذاري هاي قابل ت��وجهي را ك��ه در مقايس��ه ب��ا اس��تانداردهاي ص��نعت خ��ودرو ن�اچيز ب�ود ب��ه تحقيق�ات و كاره�اي نمايش�ي اختص��اص دادن�د ت��ا ببينن��د آي�ا مي توانن��د خودروهايي توليد كنند كه با استفاده از سوخت گاز پاك و كارآمد، كار كنن��د و اين ك��ه آيا صنعت گاز از نيروي كافي براي توسعه بازار خودروها، كاميون ها و وانت ه��ايي ك��ه

64

با سوخت جديد كار مي كنند، برخوردار است؟ از آن پس انجمن هاي منطقه اي و مليNGV بتدريج شكل گرفتند . از جمله اين انجمن ها مي توان ب�ه تش�كيل مجم�ع NGV

( درENGVA ، انجمن خودروه��اي ب��ا س��وخت گ��از ط��بيعي اروپ��ا )1991ژاپن در و بس��ياري ديگ��ر از انجمن ه��اي مش��ابه در انگلس��تان، فرانس��ه و بع��دها در1994

استراليا و روسيه اشاره كرد .سياست ها و اقداماتي كه برخي از كشورهاي جهان ب��ه منظور گازسوز كردن خودروها اجرا كرده اند در بيشتر اوقات مؤثر بوده است ، ام��ا مسلم است تمام اين سياست ها نمي تواند براي كشور ما نيز مؤثر باشد و با توجه به موقعيت و نيازهاي ه�ر كش�ور ، باي�د سياس�ت هاي مرب�وط ،اج�را ش��ود . تجربي��ات و برنامه هاي ديگر كشورهامي تواند راهنماي خوبي براي برنامه ريزان و مجريان اين امر

در كشور باشد تا در صورت لزوم اين اقدامات را به كار برند .

نحوه ی عملکرد خودروهای گاز سوز:

طراحی ، پیش برد و بازاریابی خودروهای سبز ) سازگار ب��ا محی��ط زیس��ت ( چن��دان کار ساده ای نیست . بهترین شاهد این مدعا این است که همچنان خودروهای بنزینی

درص��د از مص��رف75بر جاده ها فرمانروایی می کنند وسوخت های فس��یلی تقریب��ا انرژی جهان را تشکیل می دهند.همزمان با باال رفتن قیمت ب��نزین و نگ��رانی درب��اره اثرات زیان بار آن ، خودروهای دو گانه سوز اهمیت ویژه ای می یابند.یک خودرو گ��از

نمونه ای کامل از یک خودرو دوگانه سوز است . به��ره وری س��وخت ،NGVسوز یا س��ازگاری ب��ا محی��ط زیس��ت و هزین��ه اش��تراک ب��ه نس��بت کم��تر ، از مزای��ای این

خودروهاست .

65

در حال سوخت گیری بادستگاه سوختCivic GXخودرو هوندا مدل گیری خانگی

کشف گاز طبیعی :

س��ال قب��ل از2000 ت��ا 6000بعضی از مححققان معتقدن��د ، م��ردم خاورمیان��ه بین میالد گاز طبیعی را کشف کرده بودند . آنها دی��ده بودن��د ک��ه وق��تی ص��اعقه ب��ه مناف��ذخ������روجی گ������از ط������بیعی از زمین برخ������ورد می کن������د ، گ������از ش������عله ور

سال قبل از میالد چینی ه��ا از س��وزاندن گ��از ط��بیعی ب��رای211می شود . در حدود خشک کردن سنگهای نمک موج�ود در س�نگ آه��ک اس�تفاده می کردن�د. آنه�ا همچ�نین اولین چاههای گاز طبیعی را ب��ا دی��رک ه��ایی از جنس ب��امبو )خ��یزران ( و ب��ا امکان��ات

فوت حفاری کنند گاز ط��بیعی هم500اولیه ساختند. البته فقط می توانستند تا عمق از ترکیبات موجودات زنده در باستان به وجود می آید ولی ب��ه ط��ور ط��بیعی ب��ه ج��ای حالت مایع ، ،شکل گازی به خود میگیرد و معموال همراه نفت خ��ام خ��ارج می ش��ود . گاز طبیعی هم از گیاهان زمین و هم از مواد آلی بدن ج��انوران آب��زی ب��ه وج��ود آم��ده است و روی سطح ذخایر نفتی و یا زی��ر آن ق��رار می گ��یرد . معم��وال ب��ه علت فش��ار باالی موجود در مخازن ، گاز در نفت خام حل می شود. البته مخازن گ��از ط��بیعی ک��ه فقط شامل گاز بوده و نفت خام ندارند نیز وجود دارد .ترکیبات پایه گاز طبیعی مت��ان

66

و چند هیدروکربن گازی دیگر است .هیدرو کربن ها ترکیباتی آلی هس��تند ک��ه فق��ط از دو عنصر کربن و هیدروژن تشکیل شده اند. هیدرو کربن های موج��ود در گ��از ط��بیعی جزو هیدرو کربن های سیر شده هستند چرا که در آن ه��ا ، اتم ه��ا ب��ا پیون��د یگان��ه ب��ه یکدیگر متصل شده اند. همانطور که در نمودار مشاهده می شود ، متان س��اده ت��رین هیدرو کربن سیر شده است همانند بنزین ، گاز طبیعی نیز قابل اشتعال است. یع��نی

از1930می تواند همچون بنزین ، در یک موت��ور اح��تراقی ب��ه ک��ار رود. ام��ا ت��ا ده��ه خودرو هایی که بتوانند از گاز طبیعی به عنوان سوخت استفاده کنند ، خبری نبود .

67

68

انتقال از میدان تا محل مصرف :

ما گاز طبیعی انباشته شده در مخازن زیر زمین را با حفاری ب��ه س��طح خ��اک منتق��ل می کنیم . یک چاه مدرن که به مته ه��ای ن��وک الماس��ه مجه��ز ش��ده باش��د ، توان��ایی

متر را دارا است .7600حفاری تا عمق حدود

69

پاالیش : و استخراج عملیات

بیشتر چاههای جدید ، همزمان نفت خام و گاز طبیعی استخراج می کنن��د . بعض��ی از گاز طبیعی بدون نیاز به عملیات پاالیش قابل استفاده اند . اما در بیش��تر م��وارد گ��از طبیعی به عملیات پاالیش احتیاج دارد . در این عملی��ات ان��واع هی��درو کربنه��ا و م��واد سیال از گاز طبیعی" مرطوب" تفکیک می شوند تا گ��از ط��بیعی "خش��ک" ب��ه دس��ت آی��د . گ��از ط��بیعی خش��ک ، مت��ان خ��الص اس��ت ک��ه در بس��یاری از م��وارد از جمل��ه خودروهای گازسوز به کار گرفته می شود .در تمام ط��ول ق��رن ن��وزدهم اس��تفاده از گاز طبیعی به کاربری های محلی محدود شده بود . چرا که راهی ب��رای انتق��ال حجم

ب��ا اخ�تراع اتص��االت1890عظیم گاز در مسیر های طوالنی وجود نداش��ت.در س��ال متراکم خط لوله ، امکان انتقال گاز به مایل ها دورتر از منبع به وجود آمد. پیشرفت هایی که در دو دهه بعد در صنعت لوله کشی به وجود آم��د ، انتق��ال گ��از در مس��افت

در آمریک��ا بیش از ده1931 تا1927های بس��یار ط��والنی را میس��ر ک��رد . از س��ال شبکه بزرگ انتقال گاز ساخته شد و به این ترتیب گاز طبیعی به عنوان یکی از من��ابع

،1970 و اوای��ل 1960انرژی پر کاربرد شناخته ش��د . کمب��ود نفت در اواخ��ر ده��ه باعث افزایش رغبت نسبت به استفاده از گاز به عنوان یک منبع سوخت به خص��وص برای اتومبیل ها شد . در قسمت بعدی ما در مورد چگونگی طراحی خودروه��ای گ��از

سوز بحث خواهیم کرد .

بیوگاز :

گازطبیعی تنها منبع متان نیست . متان همچنین می تواند از تخمیر مواد آلی همچ��ون کود کشاورزی ، در محیطی با اکسیژن کم به دس��ت آی��د . در این ش��رایط ، باکتریه��ا مواد مغذی موجود در کود را به عنوان غذا استفاده کرده و مت��ان و ک��ربن دی اکس��د به عنوان پسماند تولید می شود. این ن�وع مت��ان ک�ه ی�ک بی��و گ�از نامی��ده می ش��ود ،

میتواند به عنوان سوخت به کار رود .

70

با توجه به فرصت های موجود جهت کاهش روند رشد ب��االی مص��رف ف��رآورده ه��ای حمل و نقل ونفتی در بخش

اف��زايش ك��ارايي مص��رف س��وخت در بخش م��ذكور ن��يز مالحظ��ات زيس��ت محيطي، سازمان بهينه سازي مصرف سوخت سوز كردن خودروهاي كشور را در دس��تور ك��ار

كه طرحجاقرار داده است از آن CNG كشور از بدو تأسيس ، طرح تب��ديل س��وخت خودروه��ا ب��ه گ��از ط��بيعي ي��ك ط��رح فراس��ازماني و ملي مي باش��د، ضروري است تا همزمان با انجام امور اجرايي و ستادي مربوط به اين طرح، س��طح دانش واطالعات كارشناس��ان و محققين در اين بخش، ب��ا آخ�رين يافت��ه ه��اي جه��اني . يكسان گردد وفرهنگ سازي مربوط به آن در سطح جامعه و دانشگاه فراگير شودءو خودروه��اي گازس��وز ب��ه منظ��ور ارتقا )CNG( همزم��ان ب��ا برگ��زاري اولين

همايش سراسري سوخت جايگزينعناوین جلد تحت 5مجموعه اي در : CNG سطح دانش

عمومي در صنعت آلودگی .1 CNG2. ايستگاه هاي سوخت رساني CNG 3. كيت هاي تبديل CNG 4.

مخازن موتورهاي گازسوز .5 تهيه شده تا عالقه مندان و CNG آشنا گردند. در نگارش اين مجموعه ها سعي شده پژوهشگران گرامي با كليات مسائل مربوط به صنعت كه در ه��ر مجموع��ه، مط��الب به گونه اي بيان شوند تا خواننده پس از مطالعه آنها، به ي��ك دي��دگاه كلي از وض��عيت

. سوز آشنا گرددگازموجود رسيده و با معايب و مزاياي خوروهای

71

همچنين سعي شده تا از پرداختن به مطالب، ب��ه ص��ورت ص��رفا تخصص��ي خ��ودداري شود و بدين ترتيب مخاطبين بيشتري بتوانند از مجموعه حاضر استفاده نماين��د. امي�د است مجموعه حاضر بتواند قدمي مثبت در جهت باال بردن س��طح اطالع��ات و دانش ف��ني كارشناس��ان و محققين گ��رامي جهت اج��راي م��وفقيت آم��يز ط��رح ملي تب��ديل .سوخت خودروها به گاز طبيعي باشد

موتورهاي احتراق داخلي گازسوز، مدت ها به عنوان موتورهاي ث��ابت در كارخانج��ات استفاده مي شدند. امروزه استفاده از اين موتورها در وسايل نقليه مورد توجه ق��رار گرفتهاست. فراواني گاز طبيعي، كيفيت مطلوب و ارزان ب��ودن آن از عوام�ل اص��لي اس��تفاده از آن در موتوره��اي اح��تراق داخلي مي باش��ند. آل��ودگي كم��تر گ��از ط��بيعي نسبت به بنزين و گازوئيل نيز در اين امر موثر است موتورهايي كه هم اكنون ب��ا گ��از طبيعي كار مي كنند، تبديل يافتة موتوره��اي بنزي��ني ي��ا دي��زل هس��تند ك��ه از ط��راحي .بهينه براي اين سوخت فاصله دارند با توسعه روزافزون صنعت خودروسازي و افزايش تع��داد خودروه��اي در ح��ال ت��ردد، نياز به سوختي بهتر و با آلودگي كمتر، بيشتر نمايان مي شود. گاز طبيعي ب��ا خ��واص احتراقي خوب و آلودگي كمتر نسبت به ديگر سوخت هاي رايج، از بهترين انتخاب ه��ا براي تأمين انرژي در ايران مي باشد. عالوه بر اين، ذخ�اير گ�از ط��بيعي در اي�ران ب�ه وفور يافت مي شود و در مقايسه با ديگر سوخت ها از قيمت ارزان ت��ري برخ��وردار .است سوخت گاز مي تواند در هر دو نوع موتورهاي احتراق تراكمي، ك��ه ب��ر مبن��اي س��يكل ديزل مي باشند و احتراق جرقه اي، ك��ه برمبن��اي س��يكل ات��و ك��ار مي كنن��د، ب��ه ك��ار گرفته شود. با اين حال هيچ كدام از موتورهاي ديزل يا جرقه اي كه روي خودروه��اي معم��ولي وج��ود دارن��د، ب��راي اس��تفاده از س��وخت گ��از ط��بيعي، ط��راحي نش��ده اند. ب��دون ش��ك اص��لي ت��رين موض��وع م��ورد بحث در موتوره��اي اح��تراق داخلي، مس��ألة احتراق مي باشد. بيشتر مشخصات يك موتور درون س��وز ب��ه اح��تراق درون س��يلندر بستگي دارد. يك اح��تراق مناس��ب مي توان��د تم��امي مشخص��ات ي��ك موت��ور از قبي��ل

72

.راندمان، انتقال حرارت، آلودگي و ديگر مسائل آن را تحت تأثير قرار دهد براي داش��تن ي��ك درك كلي از عملك��رد گ��از ط��بيعي در موتوره��اي درون س��وز، الزم است تا مسائلي از قبيل سيكل هاي هوايي در موتور، خواص س��وخت و غ��يره م��ورد بررسي قرار گيرند. در ادامه، ابتدا ب��ه نك��اتي پ��يرامون بررس�ي س�يكل ه��اي موت�ور، خواص سوخت گاز طبيعي و مسأله احتراق مي پ��ردازيم. بع��د از آن نك��اتي پ��يرامون .سيستم هاي مختلف موتورهاي گازسوز و مسائل مربوط به آنها مطرح مي گردد دراينجا پيش از ورود به مبحث اصلي، ضروري است تا ب��ه نكت��ه اي اش��اره ش��ود. ب��ا بررسي كلي و اجمالي منابع و مراجع فارسي موجود در ارتباط با موتورهاي گازسوز كه توسط مؤلفين، محققين و مترجمين محترم كشور تهيه شده اند، مي توان ن��وعي عدم هماهنگي را در نحوة نام گذاري موتورهاي گازسوز مش��اهده نم��ود. از آنج��ا ك��ه الزم است تا در سطح ملي يك توافق همه جانبه درب�ارة تعري��ف ه��ر موت�ور گازس��وز وجود داشته باشد، لذا در اين مجموعه سعي شده تا اس��امي هرك��دام از موتوره��ا ب��ا .توجه به تعريف دقيق آنها در متن گنجانده شود

سيكل هاي استاندارد هوايي اتو و ديزل 2 اين س��يكل ه��ا بي��انگر چرخ��ه ه��اي ترمودين��اميكي در موتوره��اي رفت و برگش��تي ب��ا استفاده از سيستم هاي احتراق و سوخت متف��اوت مي باش��ند. در ادام��ه ب��ه توض��يح .سيكل هاي مختلف میپردازیم

سيكل استاندارد هوايي اتو 2-1 SI سيكل استاندارد هوايي اتو يكي از سيكل هاي مهم در موتورهاي احتراق داخلي مي باشد كه به سیکل .نيز معروف است بيشتر شبيه سيكل استاندارد اتو مي باشد. نسبت تراكم در اين سيكل، توسط عدد سيكل موتورهاي SI اکتان

نش��ان داده1سوخت و شرايط كاركرد موتور، محدود مي شود. اين سيكل در شكل شده است

73

:سيكل اتو از چهار فرايند تشكيل شده است كه عبارتند از: تراكم آيزنتروپيك2 تا 1فرايند .1

: افزودن گرما در حجم ثابت3 تا 2فرايند .2 : انبساط آيزنتروپيك4 تا 3فرايند .3

: گرفتن گرما در حجم ثابت1 تا 4فرايند .4 دقت شود كه در يك سيكل ايده آل، از مراحل مكش و تخليه صرف نظر مي شود.

: راندمان اين سيكل از رابطه زير به دست مي آيد

كه در آن r نسبت تراكم و γ . نسبت گرماهاي ويژه سيال عامل مي باشد در عمل با درنظر گرفتن مراحل مكش و تخليه، سيكل واقعي يك موتور به صورت

در می آید2شكل .

74

مراحل سيكل يك موتور چهار3شكل SI ::را نشان مي دهد. اين مراحل عبارتند اززمانه

الف: مرحله مكشب: مرحله تراكم

ج: مرحله انبساط يا قدرتد: مرحله تخليه

75

SI مراحل كاري چهارگانه يك موتور چهار زمانه3شكل :

سيكل استاندارد هوايي ديزل 2-2 يكي ديگر از سيكل هاي استاندارد هوايي، سيكل ديزل مي باشد. اين سيكل به

عنوان يكي از سيكل هاي بسيار مهم در موتورهاي احتراق داخلي مورد استفاده نشان داده شده4قرار مي گيرد. مراحل كار موتورهاي ديزل چهارزمانه در شكل

. است

76

: مراحل چهارگانه كار يك سيكل ديزل4شكل

سيكل ديزل احتياج به يك سوخت ب��ا خ��ود اش��تعالي ب��اال و زم��ان ت��أخير اش��تعال كم، دارد. كاركرد موتورهاي ديزل معموال بر مبناي سيكل استاندارد ه��وايي دي��زل اس��ت.

. سيكل استاندارد هوايي ديزل را نشان مي دهد5شكل

77

:مراحل اين سيكل عبارتند از: تراكم آيزنتروپيك2 تا 1فرايند .1

: اضافه كردن گرما در فشار ثابت3 تا 2فرايند .2 : انبساط آيزنتروپيك4 تا 3فرايند .3

: گرفتن گرما در حجم ثابت1 تا 4فرايند .4 :راندمان سيكل ديزل از رابطه زير به دست مي آيد

نسبت گرماهاي ويژه گاز مي باشد گاز ط��بيعي مي توان��د در ه��ر دو س��يكل مع��روف ديزل و اتو كار كند. نحوة عملكرد گاز در ه��ر ي��ك از اين س��يكل ه��ا در قس��مت ه��اي بعدي ارائه خواهدشد. با اين حال اين دو سيكل از نظر راندمان با يكديگر تفاوت هايي دارند. اگر نسبت تراكم در دو سيكل اتو و دي��زل مس��اوي باش��د، كه در آن

78

. γ نسبت ، و2 و 3حجم بين نقاط α

راندمان سيكل اتو بيشتر خواهد بود. اما از آنجايي كه در سيكل ديزل عمال نسبت تراكم باالتر است، راندمان موتورهايي كه با اين سيكل كار مي كنند SI .است باالتر از راندمان موتورهاي

تفاوت راندمان اين دو نوع سيكل را نشان مي دهد. هم��ان ط��ور ك��ه6نمودار شكل مشاهده مي شود، با افزايش نسبت تراكم، راندمان سيكل ها اف��زايش مي يابد.

79

پديدة كوبش 3 كوبش در محفظه احتراق به دلي��ل اش��تعال خودب��ه خ��ودي مخل��وط س��وخت و ه��واي پيش آميخته، قبل از رسيدن جبهه شعله به آن، به وجود مي SI اتفاق می افتد و هنگامی رخ می دهد که قسمتیآيد. اين پديده در موتورهاي از مخلوط سوخت و هوا كه هنوز جبهه شعله ب��ه آن نرس��يده اس��ت، ب��ر اث��ر گرم��اي ناشي از تراكم و پيشروي جبهه شعله، به طور خودبه خود منفجر شود اين انفجار بسيار شديد بوده و مي توان آن را كامال حجم ثابت ف��رض ك��رد. اين مس��أله ب��اعث افزايش ناگهاني فش��ار در قس��متي از محفظ��ه اح��تراق و ب��ه وج��ود آم��دن ي��ك م��وج

80

فشاري شديد و حركت آن در داخل محفظه احتراق مي شود. عوام��ل م��ؤثر در پدي��دة ك��وبش ب��ه دو :دسته تقسيم مي شوند

عوامل مربوط به موتور .1عوامل مربوط به سوخت .2

:عوامل موتوري كه باعث افزايش احتمال كوبش مي شوند عبارتند ازافزايش نسبت تراكم *

آوانس كردن زمان جرقه *افزايش دماي مكش *

كم بودن آشفتگي جريان در هنگام احتراق * كاهش دور موتور *

اثر نوع سوخت در بروز پديده كوبش، با ع��دد اكت��ان س��وخت ارتب��اط دارد. مق��اومت سوخت در برابر احتراق خود به خ��ودي را ب��ا ع��دد اكت��ان س��وخت نم��ايش مي دهيم. براي به دست آوردن عدد اكتان هر سوخت، قابليت تحمل هر سوخت در برابر پديدة خود اش��تعالي ب��ا س��وخت ه��اي اكت��ان و هپت��ان نرم��ال مقايس��ه مي ش��ود. مق��اومت

. قرار می دهیم100سوخت اكتان در برابر خوداشتعالي باالست و عدد اكتان آن را ازسوي ديگر، هپتان نرمال در برابر خود اشتعالي مقاومت بسيار كمي داش��ته و ع�دد.اكتان آن صفر اس��ت. بقي��ه س��وخت ه��ا عموم��ا بين اين دو س��وخت ق��رار مي گيرند

دارند. در مورد اين گون��ه100سوخت هاي گازي مانند گاز طبيعي، عدد اكتان باالي تعريف مي شود. عدد اكتان سوخت، نسبت تراكم موت��ور3سوخت ها شاخص متان

را محدود مي كند. به طور مثال بنزين در موتورهاي معمولي در نس�بت ت��راكم ه��اي كار مي كند، در حالي كه گاز مي توان��د در نس��بت ت��راكم ه��اي ب��االي10 تا 8حدود

نيز براحتي به عنوان سوخت مصرف شود. باال بردن نسبت12 تراكم به باال رفتن راندمان موتور CNG . این امکان را بهتر فراهم می کند مي انجامد كه استفاده از سوخت

81

طبيعي 4 گاز مشخصات سوخت هاي بسياري در موتورهاي معمولي مورد استفاده قرار مي گيرند كه اين امر بستگي زيادي به مشخصات جغرافيايي مح��ل اس��تفاده موت��ور و م��يزان ف��راواني آن سوخت در آن منطقه دارد. مشخصات تعدادي از گازهاي مورد اس��تفاده در موتوره��ا

آورده2 فهرست شده است همچنين خ��واص ب��رخي از گازه��ا در ج��دول 1در جدول شده است. گاز طبيعي اساسا از متان تشكيل شده است. بسته به محل جغرافي��ايي

درص��د ميباش��د. بن��ابراين98 ت��ا 80چاه گاز، مقدار متان موجود در گ��از ط��بيعي بين خواص اين گاز بسيار مشابه با گاز متان است. همچنين نسبت تركيبات ديگر گازه��ا

5/96نيز در عملكرد گاز ط��بيعي م��ؤثر مي باش��د. )گ�از ط��بيعي اي��ران تقريب��ا داراي .درصد متان است(

82

83

84

خواص شيميايي 4-1 فهرستي از تركيبات مختلف گاز طبيعي در چاه هاي گاز معروف دنيا3در جدول

آورده شده است. به غير از متان، مواد ديگر موجود در اين گاز به ترتيب اهميت: عبارتند از

درصد8 تا 1اتان بين .1 درصد2پروپان تا .2

بوتان و پنتان كمتر از يك درصد .3

85

نيز ممكن است در گاز طبيعي يافت شود. واضح است كه درص��دهاي بي��ان ش��ده ب��هCO( طور كلي صحيح مي باشند ولي براي هر چاه گاز ، باید ترکیب خ��اص آن را و

2دي اكسيدكربن ) )N ( 2همچنين موادي مانند نيتروژنCO2 درصد نی��تروژن25و بیش از 2 درص��د شناس��ايي40در پاكس��تان بيش از

كرد. به عنوان مثال در چاه گاز . وجود دارد

80شايان ذكر است كه براي استفاده در موتور خودروها، از گاز طبيعي ك��ه بيش از درص����������������������������د مت����������������������������ان دارد اس����������������������������تفاده مي ش��ود. البت��ه ب��ديهي اس��ت ك��ه از س��اير س��وخت ه��اي گ��ازي ن��يز مي ت��وان در موتورهاي گازسوز استفاده كرد، اما عموم��ا اين گازه��ا تحت عن��وان گ��از ط��بيعي كم . انرژي شناخته مي شوند

ارزش حرارتي سوخت 4-2 ارزش حرارتي يك سوخت كه بر واح��د ج��رم ي��ا حجم بي��ان مي ش��ود، بي��انگر مق��دار انرژي آزادشده مي شود، مي باشد. اگر در H2O ،به صورت مايع درنظر گرفته شودH2O اين واكنش شيميايي 5)GHV( 4 يا ارزش حرارتي كلي )HHV( مقدار انرژي آزادشده به نام ارزش حرارتي بااليي ناميده مي شود. اگر مقداري از انرژي آزادشده صرف تبديل آب مايع به بخار درنظر ،گرفته شود 7 )LHV( 6 يا ارزش حرارتي پائيني )NHV( به مقدار انرژي آزادشده ارزش حرارتي خالص . مي گوييم

86

87

88

در مورد گاز طبيعي، متداول است كه ارزش حرارتي برحسب كيلووات ساعت بر پاسكال و دماي صفر درجه101325مترمكعب شرايط نرمال فشار و دما )فشار

سانتي گراد( بيان شود. اما هنگامي كه از گاز طبيعي به عنوان سوخت موتور ياد مي شود ترجيح داده مي شود كه )NHV( و ارزش حرارتی کلی

مقادير ارزش حرارتي خالص . برحسب مگاژول بر كيلوگرم بیان شوند

)GHV( )NHV( براي برخي از گازهاي استخراجي از چاه های مختلف آمده 4در ج��دول مقادير ارزش حرارتي خالص

چگ��الي تااست. براي تبديل انرژي بر واحد حجم به انرژي ب�ر واح��د ج�رم، الزم است گاز را كه اغلب برحسب

% از10مي باشد، بدانيم. مقدار ارزش حرارتي ج�رمي خ�الص ، گ�از ط��بیعی ح�دود kg/m ارزش حرارتی جرمی خالص سوخت هاي مايع موجود بيشتر است . به همين دليل م��يزان مص��رف ج��رمي سوخت موتورهاي گازسوز نسبت ب��ه مص��رف ج��رمي س��وخت موتوره��اي مش��ابه ديگر، كمتر مي باشد. البته واضح است كه مقدار ارزش حرارتي خالص گاز با زياد 2 ( CO2 ،N . و غیره کاهش یابد)شدن درصد گازهاي بي اثر ارزش MJ/m( نيز بيان كننده حجم گاز مورد نياز براي دسترسي پارامتر هنگامی

3حرارتي حجمي خالص ) است كه يك موتور مي خواهد با گازهايي كه از لحاظ تركيب شيميايي متفاوت

هستند، كار كند. هرچه ارزش حرارتي خالص بر واحد حجم يك گاز كمتر باشد، بايد .حجم بيشتري از گاز به داخل موتور تزريق شود

89

Origin ofGas

Density in the

gaseous state

)kg/m3)

Stoichiometric

ratio

NHV

)MJ/kg) )kWh/kg) )MJ/Nm3) )kWh/Nm3)

Lacq 0.73 17.09 49.64 13.79 36.42 10.12Algeria)Fos)

0.76 16.77 48.89 13.58 37.06 10.29

Algeria)Montoir)

0.80 16.79 48.95 13.60 37.40 10.94

NORTH SEA

0.81 15.63 45.46 12.63 36.80 10.22

CIS 0.74 16.53 47.99 13.33 35.70 9.92Groningue 0.82 13.87 40.27 11.19 33.17 9.21

: ارزش حرارتي سوخت هاي چاه هاي مختلف4جدول

ارزش حرارتي حجم مخلوط استوكيومتريك 4-3 اين مشخصه بيان كنندة مقدار مخلوط مورد نياز ب��راي تولي��د ت��وان خ��روجي دلخ��واه مي باش��د. اين مشخص��ه از اهميت خاص��ي مخصوص��ا ب��راي موتوره��ايي ك��ه تنفس ط��بيعي دارن��د برخ��وردار مي باش��د، زي��را اين عام��ل ب��ه ط��ور مس��تقيم روي ق��درت خروجي در حالت بار كامل تأثير مي گذارد. اما در موتوره��اي توربوش��ارژ اهميت اين مشخصه كمتر مي شود و فقط جهت انطباق توربين و كمپرسور توربوش�ارژر اهميت

90

پيدا مي كند. ارزش ح��رارتي حجم مخل��وط اس��توکیومتری ب��راي هم��ه س��وخت ه��اي هيدروكربني مشابه است اما مقدار آن به طور قاب�ل مالحظ�ه اي در حض��ور گازه��اي

اين مشخص��ه ب��راي ان��واع گازه��اي ط��بيعي آم��ده4خنثي كاهش مي يابد. در ج��دول . است

خواص ضدكوبش 4-4 اين خاصيت، ميزان تمايل به اشتعال خودبه خودي يك گ��از را مش��خص مي كن��د. اين پارامتر بستگي به فشار محلي گاز جلوي جبهه شعله دارد. همچنين ساختار ش��يميايي .گاز در اين مشخصه از اهميت بااليي برخوردار است خوداحتراقي يك گاز بستگي زيادي به ساختار شيميايي آن دارد. به عنوان ي��ك قاع��ده كلي، گازهايي كه داراي زنجيره كربني بلند هستند، مق��اومت ض��دكوبش كمي دارن��د.اين مطلب به اين معني است كه گازهاي سنگين داراي4و CH . دارای خواص وبش هستند CO خاصيت ضعيف ضدكوبش مي باشند درحالي كه گازهاي مانند روش هاي زيادي براي بيان تمايل يك گاز به كوبش وجود دارد كه مت��داول ت��رين آنه��ا

گ���������������������از10مق���������������������دار ع���������������������دد مت���������������������ان مي باشد كه بسيار مشابه با عدد اكتاني است كه براي س��وخت ه��اي بنزي��ني ب��ه مي رود. هرچه عدد متان باالتر باشد مقاومت گاز در برابر كوبش بيشتر خواهد بود. اين

كه براي متان خالص درنظر گرفته100عدد باك عدد مرجع ( SI توسط شده است، سنجيده مي شود. تحقيقات وس��يعي ب��راي بررس��ي ت�أثير تركيب شيميايي گاز)در موتورهای

صورت گرفت��ه اس��ت. نت��ايج1994دو شركت مهندسي ريكاردو و گاز توكيو در سال حاصل از اين تحقيق نشان مي دهد كه عدد متان را مي توان ب��ه عن��وان ي��ك معي��ار خ��وب ب��راي ك��وبش درنظ��ر گرفت. اما مشاهده شده است كه مقدار توان خروجي براي دو گ��از ك�ه داراي ع�دد

91

.متان يكسان مي باشند، مي تواند اختالف چشم گيري داشته باشند دما و فشار در داخل محفظه احتراق نيز به عوامل بسيار زيادي از مشخصات موت��ور مانن��د دور موت�ور، قط�ر س�يلندر، نس�بت ت�راكم، ش��كل محفظ�ة اح�تراق و همچ��نين متغيرهاي اح��تراق مانن��د دم��اي ه��وا، زم��ان ش��روع اح��تراق، س��رعت ش��عله و غ��يره .بستگي دارند

تمايل به پيش اشتعالي 4-5 اين مشخصه بيان كننده تمايل سوخت ب��ه مش��تعل ش��دن در نق��اطي از محفظ��ه ك��ه

" مع��روف ان��د، مي باش��د. اين نق��اط11داراي دماي بااليي هستند و ب��ه "نق��اط داغ معموال در نزديك سوپاپ خروجي كه دم��اي ب��االتري دارن��د، ب��ه وج��ود مي آين��د و مي توان اثرات آنها را با طراحي مناسب محفظه احتراق و سيستم خنك ك��اري برط��رف نمود. به عنوان ي��ك قاع��دة كلي، گازه��ايي ك��ه داراي مق��اومت كمي دربراب��ر ك��وبش.هستند، زودتر دچار پيش اشتعالي مي شوند

شاخص وب 4-6 مشخصه اي است كه در طي ساليان متمادي براي مقايسه عملكرد حرارتي سيستم هاي احتراقي كه از گاز به عنوان سوخت استفاده مي )W( : از رابطه زیر بدست می آیدكنند به كار مي رود. شاخص وب

MJ/m 3ارزش حرارتي در دسترس برحسب :GHV d: چگالي نسبي گاز )نسبت به هوا(

مي W را با نسبت هوا به سوخت استوكيومتري ، As مقايسه نمود ، کاری که بینباشند. همچنين مي توان

توان احتراقي )سازندگان موتور بسيار متداول مي باشد(. براي انجام اين مقايسهپارامتري به نام

كه با PC نمايش مي دهند تعريف مي شود. اين توان معرف نسبت حجمی هوا و)Combustive power(

92

: و گاز به اين نسبت در مخلوط استوكيومتري مي باشد. اين رابطه عبارت است از

3به ترتيب چگالي هاي هوا و گاز برحسب kg/m مي باشند. با مروري بر جداول ρ g و ρ a كه در آن

جداول اطالعات حرارتي گازهاي مختلف مي توان به اين نتيجه رسيد كه نسبت هاي

تقريبا ثابت مي مانند، بنابراين

( خواهيم داشت1و از رابطه ) : PC=k.cte.GHV كه در آن

از آن جاكهمی باشد نتیجه نهایی عبارت است از :

اين رابطه نشان مي دهد كه نسبت هوا به سوخت استوكيومتري با افزايش ش��اخص وب افزايش مي يابد. اگر شاخص وب افزايش يابد )يعني گاز به عنوان س��يال عام�ل تغيير كند(، نسبت استوكيومتري و درنتيجه براي يك سيستم يكسان كه ب��راي ك��ار ب��ا گاز طراحي شده است، نسبت هوا به سوخت نسبي افزايش مي ياب��د. ب��راي آن ك��ه بت��وان از مخل��وط اس��توكيومتري اس��تفاده ك��رد، مخصوص��ا ب��راي آن ك��ه بخ��واهيم از عملكرد كاتاليس��ت س��ه منظ��وره اطمين��ان حاص��ل ك��نيم، مي باي��د در جري��ان س��يال تصحيحاتي اعمال كنيم. بنابراين براي س��ازندگان موت��ور، ش��اخص وب و مخصوص��ا تغييرات آن بين نمونه ه��اي مختل��ف گازه�ا جهت ط��راحي موت��ور و سيس��تم س��وخترس�����������������������������������������������������������������������������������������������������اني مهم

93

.مي باشد 4-7سرعت شعله

انرژي جرقه الزم براي احتراق متان بيشتر از هيدروكربن هاي ديگ��ر اس��ت. بن��ابراين در تبديل موتورهاي بنزيني معمولي به گازسوز، سيستم جرقه زني بايد قوي تر ش��ود

ميلي ژول انرژي توليد كند )ب��راي موتوره��اي بنزي��ني معم��ولي110 تا 100تا بتواند ميلي ژول مي باش��د.(. همچ�نين مت�ان ق�ابليت اش��تعال ب�االتري40 تا 30اين مقدار

نس��بت ب��ه هي��دروكربن ه��اي ديگ��ر دارد. اين موض��وع، ق��ابليت ك��ار ك��ردن موت��ور در .مخلوط هاي رقيق را باال مي برد سرعت احتراق متان پايين مي باشد. اين مسأله باعث كاهش بازده موت��ور ب��ه دلي��ل افزايش انتقال حرارت به ديوارة محفظه احتراق كه ناشي از افزايش م��دت اح��تراق است، مي شود. اين مشكل را مي توان با افزايش آشفتگي بهبود بخش��يد. علي رغم تمامي اين مشكالت، سرعت پايين احتراق متان باعث كاهش ن��ويز اح��تراق ب��ه علت

سرعت شعله آرام براي بعضي از سوخت7تغييرات كمتر فشار، مي شود. در شكل . ها برحسب نسبت هم ارزي نمايش داده شده است سوخت هايي مانند هيدروژن داراي سرعت شعلة ب��االيي مي باش��ند. س��رعت ش��عله آرام هيدروژن حدودا هفت برابر سوخت هايي مثل متان يا گاز Digester gas با نصف سرعت گاز طبیعی طبيعي مي باشد. درحالي كه . مي سوزد اگر در محفظة احتراق نقاط داغ ايجاد شود، ممكن است هنگامي كه س��وپاپ ورودي باز است، شعله درون ورودي كشيده شود. اح��تراق در گازه��ايي ك��ه داراي س��رعت شعله كم مي باشند، مانند گازهاي طبيعي ك��ه درص��د گازه��اي خن��ثي در آنه�ا ب�اال مي باشد، آن قدر به تأخير مي افتد كه سوپاپ دود باز شده و باعث اتالف ان��رژي بس��يار زيادي مي شود. حال اثر تمامي عوامل فوق در عملكرد يك موت�ور اح�تراق داخلي را

. آمده است، خالصه مي كنيم5به صورتي كه در جدول

94

مختلف 5 هاي سوخت شدة تمام قيمت مقايسة قيمت تمام شده سوخت براي مصرف كننده، از مهمترين معيارها براي مصرف

.كننده مي باشد:تعيين قيمت يك سوخت به پنج عامل زير بستگي دارد

)Production Cost( 1. هزينة توليد)Transportation Cost( 2. هزينة انتقال

)Refining Cost( 3. هزينة پااليش)Distribution Cost( 4. هزينة توزيع

)Compression Cost( 5. هزينة فشرده كردن

گاز طبيعي LPG گازوييل بنزين عمليات

1.8 3.0 3.0 3.0 استخراج

95

- 1.0 1.0 1.0 هزينه عمليات استخراج8.0 1.9 1.9 1.9 انتقال

- 3.5 605 12.5 پااليش- 0.1 0.1 0.3 هدر رفتن طي پااليش

0.5 1.0 0.5 0.5 توزيع6.0 - - - متراكم كردن

16.3 10.5 13.0 19.2 جمع كل

: درصد هزينه هاي مختلف در فيمت سوخت6جدول

پيامد عامل

CO ( 2كاهش دي اكسيد كربن * باال بودن نسبت هيدرو كربن

اشغال حجم ورودي هوا *كاهش راندمان حجمي و به تبع آن كاهش عملكرد موتور *عدم نياز به تبخير سوخت در لحظه راه اندازي )كاهش *

)آالينده ها

گازي شكل بودن سوخت

احتياج به دوره احتراق طوالني تر و لذا افزايش پيشرسي *جرقه

)Swirl( * احتياج به افزايش چرخش

پايين بودن سرعت شعله و نرخ سوختن

سوختن كاملتر و كاراتر و به تبع آن كاهش گاز مونواكسيد *)HC( و هيدروكربن هاي نسوخته )CO( كربن

كاهش سرو صدا و آرام سوزي موتور *وجود مخلوط يكنواخت در دماهاي پايين ورودي *

راه اندازي مطلوب تر *دور آرام مطمئن و دقيق تر *

شتاب ماليم تر *

اختالط بهتر و يكنواخت تر با هوا

لزوم افزايش مقاومت حرارتي و سايشي سوپاپ ها و *نشيمنگاه هاي آنها

احتماال افزايش اكسيدهاي نيتروژن *

حذف گرماي نهان و افزايش دماي محفظهاحتراق

لزوم افزايش قدرت جرقه * باال بودن تاخير در اشتعال

96

افزايش نسبت تراكم و به تبع آن ازدياد كارائي چرخه موتور *كاهش مصرف سوخت *

باال بودن عدد اكتان

عدم تجمع آن در اطراف وسيله نقليه * سبكتر بودن از هوا

لزوم بهبود روان كاري و مجموعه روغن كاري * خشك بودن و عدم خاصيت روان كاري وخنك كنندگي

كاهش اثر تشكيل گاز ازن نسبت به سوخت هاي بنزين و *گازوئيل

ميل به واكنش دهي پايين متان

عدم وجود رسوبات كربن و به تبع آن طوالني شدن عمر *شمع ها

عدم اختالط سوخت با روغن و لذا تأثير كمتر بر كاهش *لزجت )درنتيجه كاهش مصرف( روغن

پايين بودن كربن و تميزتر سوختن متان

: اثر خواص سوخت بر عملكرد موتور احتراق داخلي5جدول

درصد هريك از هزينه هاي فوق را از ك��ل قيمت تم��ام ش��ده س��وخت ب��ا هم6جدول مقايسه مي كند اين جدول براي اروپاي غربي با گاز تأمين ش�ده از الجزاي�ر و دري�اي .شمال مي باشد

درصد در موقعيت بهتري نسبت ب��ه ب��نزين16گاز طبيعي با هزينه فرآيند توليد حدود قرار دارد، با اين حال سوخت ديزل از اين دو ب��ه ص��رفه ت��ر اس��ت. ب��ا اين وج��ود در : سالهاي آينده، جايگاه گاز طبيعي به دو دليل بهتر خواهد شد1. پااليش هايي كه در زنجيرة انتقال-پخش-متراكم كردن انجام مي شود، مي توان��د

. درصد كاهش دهد12 به 16اتالف را از 2. قوانين محدودكنندة سخت گيرانه تري كه براي توليد ب��نزين و گازوئي��ل وض��ع مي گ����������������������ردد، منج����������������������ر ب����������������������ه تركيب����������������������اتي مي شود كه ك��اهش ان��رژي ح��رارتي و اف��زايش مص��رف اين س��وخت ه��ا را در پي .خواهد داشت

احتراق 6 بدون شك احتراق، مهمترين پدي��ده در موتوره��اي اح��تراق داخلي مي باش��د. اح��تراق هنگامي آغاز مي شود كه س��يال داخ��ل س��يلندر م��تراكم ش��ده و آم��ادگي اش��تعال را داشته باشد. در اين مرحله با زدن يك جرقه يا با انجام پاشش سوخت، اح��تراق آغ��از مي شود. عوامل بسيار زيادي در احتراق مؤثر مي باش��ند ك��ه از جمل��ه مي ت��وان ب��ه

97

ميزان اختالط س��وخت و ه��وا، م��يزان آش��فتگي س��يال داخ��ل س��يلندر، زم��ان ش��روع احتراق و غيره اشاره نمود. تأثير اين عوامل با تغيير س��وخت ب��ه گ��از ط��بيعي، تغي��ير مي كند. در اين قسمت به ط��ور اجم��الي ب��ه بعض��ي از اين عوام��ل اش��اره مي : كنيم

)λ( 6-1 نسبت هوا به سوخت نسبي نوع و مقدار آالينده هاي خروجي از يك موتور احتراق داخلي جرقه اي، بشدت با

نسبت هوا به سوخت تغییر اثر اين تغيير را به طور كلي نشان مي دهد معموال براي بيان8مي كند. شكل

غلظت مخلوط هوا وسوخت از که نسبت هوا به سوخت واقعی به نسبت هوا به سوخت استوکیومتری می باشد ،

كميت λاستفاده می کنند مي كنند كه به نسبت هوا به سوخت نسبي معروف مي باشد. عكس اين كميترا

نسبت هم ارزي مي نامند كه نشان داده می شود . موتورهای گازسوز جرقه ای معموال به سه دسته تقسیم می

معموال با φ: شوند )λ= 1 . 1موتورهاي با احتراق استوكيومتري )

)λ≥1/ 2. ( 5موتورهاي با احتراق رقيق سوز)1/1≤λ ≤ 1/ 3. ( 3موتورهاي بهينه شده براي مصرف سوخت كم

98

1/1جهت كاهش مصرف سوخت تنظیم میشدند ≤λ ≤ 1/3 در گذشته، موتوره�اي گازسوز در حالت كمي رقيق ، توليدي مي شد. اين گونه نگرش در كشورهايي که قوانین آلودگی سخت تری دارندNOx كه باعث افزايش كه قوانين آلودگي سخت تري دارند، نمي توان��د در خودروه��اي جدي��د م��ورد اس��تفاده قرار گيرد واستفاده از موتورهاي گازسوز در حالت استوكيومتري بيشتر مورد عالق��ه

و14است. موتورهاي استوكيومتري معموال با سيستم س��وخت رس��اني م��دار بس��ته مبدل كاتاليستي سه منظوره طراحي مي ش��وند ك��ه آل��ودگي بس��يار كمي تولي��د مي كنند. ميزان آاليندگي اين موتورها به ران��دمان كاتاليس��ت و سيس��تم س��وخت رس��اني . مداربسته بستگي دارد

99

فوايد احتراق استوكيومتريامكان رسيدن به آلودگي بسيار پايين .1

كاركرد موتور به صورت پايدار .2سيستم جرقه ساده و معمولي .3

BMEP .4 ) فشار متوسط مؤثر ترمزي( باال براي موتورهاي تنفس طبيعينقاط ضعف احتراق استوكيومتري

نياز به سيستم سوخت رساني مدار بسته و كاتاليست سه منظوره براي كنترل .1آلودگي

بار حرارتي زياد در مقايسه با ديزل و حالت رقيق سوز .2امكانات محدود براي استفاده از توربوشارژر .3

افزايش مصرف سوخت نسبت به حالت رقيق سوز در بعضي موارد .4نامناسب بودن براي سوخت هاي با مقاومت كوبش پايين .5

فوايد استفاده از احتراق رقيقمواد آاليندة قابل قبول .1

كنترل .NOx 2 در طي فرآيند احتراقتوان خروجي باال هنگام استفاده از توربوشارژر .3

بار حرارتي در حد موتورهاي ديزل .4

نقاط ضعف احتراق رقيقبراي رسيدن به توان باال حتما بايد از توربوشارژر استفاده كرد .1

پاسخ نامناسب حالت گذراي سيستم .2نياز به سيستم پيشرفته براي توليد جرقه .3

4تغيير زياد در سيكل هاي مختلف . .5باالبودن مقدار آالينده متان توليدي در هنگام استفاده از گاز طبيعي . .

HC و CO . 6نياز به كاتاليست براي كنترل آالينده هاي .

100

سيستم احتراق 6-2 يك سيستم احتراق سريع در موتورهاي گازسوز مي تواند راندمان موتور را اف��زايش دهد و از آلودگي بكاهد. اين سيستم مي تواند مدت زمان احتراق را كم كند و انتق��ال حرارت به ديواره را نيز كاهش دهد.سرعت احتراق گاز

60طبيعي بسيار كمتر از بنزين است. سرعت پيشروي شعله براي گاز طبيعي حدود درص�د س��رعت ش��عله ب�نزين اس��ت. بن��ابراين زم�ان اح�تراق در موتوره��اي گازس��وز افزايش مي يابد. اگر زمان بندي جرقه مانند موتور بنزيني ق��رار داده ش��ود، اح��تراق در دورهاي باال تا بازشدن سوپاپ دود ادامه مي يابد. بنابراين زمان بندي س��وپاپ ه��ا نيز بايد در سيستم هاي گازسوز تبديل يافت��ه، تغي��ير كن��د. ب��ا اين ح��ال ب��ا تغي��ير دادن زمان جرقه و نسبت تراكم براي باال، بردن راندمان موتور، محدوديت هايي به وج��ود

نشان داده شده اند. اين محدوديت ها ب��اعث12و11 و10مي آيد كه در شكل هاي . محدود شدن افزايش راندمان موتور مي شوند

101

احتراق رقيق 6-3

استفاده از احتراق رقيق در موتورهاي ديزل تبديل شده به NOxپایین ، مورد توجه گازسوز به علت راندمان باال و

قرار گرفته است. چون در احتراق رقيق، سوخت با هواي اضافه سوزانده مي شود

102

، درصد هواي اضافه(60)حدود دماي NOxکاهش می یابد . عالوه بر این در حالت رقیق سوز می توان به نسبت

حداكثر سيكل و در نتيجه مقدار.تراكم هاي باالتري رسيد، چون در مخلوط هاي رقيق، احتمال كوبش كاهش مي يابد با اين وجود استفاده از احتراق رقيق معايبي نيز در بر دارد. در مخل��وط ه��اي رقي��ق، سرعت انتشار شعله نيز كاهش مي يابد. در اين گون��ه مخل��وط ه�ا، ب�ا سيس�تم ه��اي جرقه زني ساده، به احتراق كامل و پايداري نمي توان دست ي��افت زی��اد می باش��د .HC برای احتراق رقیق ، احتراق با آشفتگی ب��اال ، ط��راحی ك��ه نتيج��ه آن ران��دمانو پائين، قدرت كم .محفظه احتراق با مسير حركت شعله كم و جرقه با انرژي باال، مناسب مي باشند

توربوشارژرها معموال در موتورهاي رقيق سوز به كار مي روند. با طراحي درست سيستم توربوشارژر مي توان به تواني در حد موتور ديزل رسيد. اين در حالي است

كه استفاده از توربوشارژر باعث افزايش دماي ورودي و افزايش می شود . در چگالي مخلوط و آمادگي بيشتر براي ايجاد پديدة NOx برخی از موارد می توان

كوبش و نيز افزايش.با استفاده از خنك كن مياني، دماي ورودي را كاهش داد

معموال احتراق رقي��ق بيش��تر م��ورد توج��ه توليدكنن��دگان خ��ودرو ق��رار مي گ��يرد. اين موضوع به دليل كمتر بودن بار حرارتي و امكان دست يابي به توان خ��روجي بيش��تر، مي باشد. استفاده از ح��الت اس��توكيومتري معم��وال ب��ا تغي��يراتي در م��واد و ط��راحي .قطعات موتور همراه است كه هزينة تبديل موتور را باال مي برد

λ موجب كاهش سرعت احتراق می شود . یعنی اگر تغي��ير در ن��وع س��وخت، ب��اعث تغيير سرعت احتراق و نيز افزايش يك موت��ور ب��راي اح��تراق اس��توكيومتري تنظيم ش��ده باش��د، درص��ورت رقي��ق ك��ردن مخل��وط س��وخت و ه��وا باي��د موت��ور را آوانس ك��رد. اس��تفاده از ب��ازخوراني گازه��اي .خروجي باعث رقيق شدن مخلوط و كاهش سرعت احتراق مي شود

.توربوشارژر اين مسأله را جبران مي كند

103

غني سازي به وسيله ي هيدروژن 6-4

يكي از اصالحاتي كه روي گاز ط�بيعي فش�رده معم�ولي ي�ا ب�ه عب�ارتي مت��ان خ�الص انجام مي گيرد، افزودن درصدي از گاز هيدروژن به آن مي باشد كه بنابر نوع ك�اربرد وسيلة نقليه و شرايطي كه موتور خودرو در آن ق��رار مي گ��يرد، اين درص��د متف��اوت .خواهدبود

اضافه كردن هيدروژن با درصد هاي باال، آلودگي منتشرش��ده از موت��ور خ��ودرو را ب��ه طور قابل مالحظه اي در مقايسه با سوخت هاي گازوئيلي پايين مي آورد ب��ه ط��وري كه عالوه بر كاهش دوده، اكسيد نيتروژن نيز به حدود صفر مي رسد. اگرچه افزودن هيدروژن سبب كاهش آلودگي و اف��زايش ب��ازده موت��ور مي ش��ود، ام��ا در كن��ار اينه��ا سبب باالرفتن قيمت سوخت و كاهش قدرت خروجي موتور نيز مي گردد. از آنجا كه پايين نگه داشتن آلودگي موتور خودرو در حالت هاي گذرا مسألة دشواري اس��ت، در هنگام تست سوخت هاي رقيق از آن صرف نظر مي شود. هنگامي افزودن هيدروژن موفقيت آميز محسوب مي شود كه آلودگي به ميزان قابل مالحظه

اي از لحاظ کاتالیست های NO x 17 NMHC و CO كاهش يابد و درضمن، اين كاهش بدون درنظر گرفتن تأثير

اگزوز سنجيده مي شود. مطلب مهم ديگ��ري ك��ه در م��ورد هي��دروژن ب��ه عن��وان ي��ك افزاينده به گاز طبيعي، مي توان يادآور شد آن است كه هيچ گونه توس��عة تكنول��وژي جديدي براي احتراق آن نياز نيست و تعمير و نگهداري موت��ور و تجه��يزات اح��تراق از .لحاظ زيربنايي دستخوش تغيير نمي شوند پرسش ديگري كه ممكن است در مورد افزودن هيدروژن مطرح گ��ردد، ت��أثير آن ب��ر پايداري شعله در حالت مخلوط هاي رقيق سوخت و هوا است. براي مشخص ك��ردن تأثير هيدروژن بر پايداري احتراق در ح�الت مخل��وط س�وخت و ه�واي رقي�ق، مق�ادير مختلفي از هيدروژن به مخل��وط ه��وا و مت��ان اف��زوده ش��ده و ان��دازه گ��يري پاي��داري شعله در هر

Tad=1170K مورد تكرار شده است. به عنوان مثال نتايج يك آزمايش نشان مي

104

دهد كه وقتي دماي آدياباتيك7تغییر یابد . در جدول Tad=1058 K هيدروژن سبب مي گردد كه اين دما به مقدار

41است، افزودن % نيز13كاهش آالينده ها پس از افزودن هيدروژن به گاز آورده شده است. در شكل

مقايسه اي بين ميزان آلودگي توليد شده توسط موتورهاي بنزين سوز و گاز طبيعي.غني شده با هيدروژن ارائه شده است

: كاهش در ميزان آالينده ها پس از افزودن هيدروژن7جدول

: مقايسه بين ميزان آلودگي بنزين و گاز طبيعي فشرده غني13شكل شده با هيدروژن

طبقه بندي خودروهاي گازسوز 7 به صورت اجمالي خودروهاي گ��از ط��بيعي، بس��ته ب��ه اين ك��ه ب��ه چ�ه ص��ورت از گ��از طبيعي استفاده مي كنند، به سه دسته تقسيم مي ش��وند. اين تقس��يم بن��دي عب��ارت :است از

: صددرصد گازسوز .1 اين خودروها از ابتدا براي كار با سوخت گاز طراحي شده اند. از آنج��ا ك��ه ط��راحي

105

اين خودورها برمبناي گاز بوده، تمام مسائل و مشكالت سوخت گاز در ط��راحي آنه��ا مد نظر قرار گرفته است. بنابراين اين خودروها از كيفيت و راندمان خوبي برخوردار مي باشند

: دوسوخته .2 خودروهاي دوسوخته، به آن دسته از خودروهايي اطالق مي ش��ود ك��ه ب��ا اس��تفاده از كيت تبديل، از بنزين سوز به گازس��وز تب��ديل ش��ده ان��د. در واق��ع ط��راحي اولي��ه اين خودروها برمبناي سوخت بنزين بوده است. نحوة عملكرد اين خودروه��ا ب��دين گون��ه است كه با استفاده از كيت گازسوز مي توان به هنگام نياز، س��وخت را از ب��نزين ب��ه گاز تغيير داد. چون در اين موتورها از دو نوع س��وخت )ب��نزين ي��ا گ��از( اس��تفاده مي .شود به اين موتورها دو سوخته مي گويند

اين مسأله كه اين موتورها براي كار با گاز طراحي نشده اند، بزرگترين مش��كل آنه��ا مي باشد. زيرا در احتراق آنها مشخصات يك موتور گازسوز ديده نش��ده اس��ت و ل��ذا باعث پ��ايين آم��دن ران��دمان ب��ه هنگ��ام ك��ار ب��ا س��وخت گ��از مي ش��ود. البت��ه ب��رخي تمهيدات براي غلبه بر مشكالت فوق به عمل آم��ده اس��ت ك��ه ت��ا ح��دي عملك��رد اين موتورها را قابل قبول .مي كند

: دوگانه سوز .3 اين موتورها، موتورهايي هستند كه اغلب از تبديل يك موت��ور دي��زل ب��ه گازس��وز ب��ه

% از ك��ل ان��رژي95 ت��ا 90دست مي آيد. در اين گونه موتورها، ابتدا گاز ب��ا نس��بت وارد محفظة احتراق مي شود. هنگ��امي ك��ه مخل��وط ه��وا و س��وخت داخ��ل محفظ��ة احتراق ت�ا ح�د مناس��ب فش�رده و آم�ادة اح�تراق ش�د، مق�دار كمي گازوئي�ل توس�ط انژكتور پاشيده مي شود. اين فرايند باعث مي شود تا اح��تراق، آغ��از ش��ده و موت��ور فعال شود. گازوئيل در اينجا به جاي شمع عمل مي كند و لذا به آن سوخت پيل��وت و يا سوخت آتش زنه مي گويند. چون در اين موتورها فرايند اح��تراق ابت��دا ب��ه ص��ورت اشتعال تراكمي و سپس احتراق ش��بيه مخل��وط پيش آميخت��ه مي باش��د، ل��ذا دو ن��وع "اشتعال" و س��وختن" متف��اوت رخ مي ده��د. ب��ه همين دلي��ل ب��ه اين گون��ه موتوره��ا،

106

موتورهاي دوگانه سوز مي گويند. در كلمة "دوگانه سوز" پسوند "س��وز" بي��ان كنن��دة .سوختن است كه در اين موتورها دو نوع مختلف سوختن اتفاق مي افتد

درانگلیسی به معنای دوتایی می باشد ، بدین معنی که هر کدام از اجزا به یکدیگر"Dual" در ضمن كلمة

وابسته بوده و بدون يكديگر نمي توانند عمل كنند. به "Bi"در انگلیسی به معنای دوتا همين صورت پيشوند

مي باشد كه هر كدام مي توانند مستقل از ديگري عمل )Bifuel( می توانند با هرکامكنند. موتورهاي دوسوخته

. از سوخت ها به طور مستقل کار کنند دو روش اول م��ورد اس��تفاده در خودروه��اي س��بك ب��وده و روش س��وم مخص��وص

مجموع��ا ي��ك ميلي��ون دس��تگاه خ��ودروي1999خودروهاي سنگين مي باشد. تا سال گازسوز در جهان با روش هاي فوق توليد شده اند. بدون شك بهترين وض��عيت ب��راي يك خودروي گازسوز اين است كه موتور از ابتدا براي سوخت گاز طبيعي ط��راحي و توليد گردد. اما با استفاده از كيت ه��اي تب��ديل ن��يز مي ت��وان ي��ك خ��ودرو را گازس��وز .نمود

موتورهاي OEM8 و موتورهاي تبديل يافته موتورهايي كه در خود كارخانة سازندة موتور، تجهيزات گازسوز روي آن نصب شده

باشد، خواه به صورت اختصاصا گازسوز و خواه ب هصورت OEM ناميده می شوند . تفاوت های بسیار زیادی

دوسوخته يا دوگانه سوز، موتورهاي و موتورهاي تبديل CNG : وجود دارد که دو مورد زیر ، از مهمترین آنها می باشند

بين موتورهاي OEM شدهخزن گاز در اين خودروها به طور مناسب جاسازيم * موتورهای تبدیل یافته به

شده است و مشكالتي كه در مي آيد، در اين موتورها وجود ندارد. بعالوه با حذف يا كوچك كردن مخزن بنزين

107

)بسته به اين كه موتور اختصاصا گازسوز يا دوسوخته باشد(، جانمايي اين مخزن ها.در خودرو بهتر مي شود

تفاوت دوم در نسبت تراكم اين موتورها مي * OEM اختصاصا گازسوز ، سازنده باشد. چون در موتورهاي

مي تواند موتور را بر مبناي نسبت تراكم بهينه كند، راندمان اين موتورها نسبت به موتورهاي تبديل يافته بسيار بهبود مي يابد. تغيير ساختار وسايل نقلية ديزلي و

مي گوييم. هرچند تبديل 23بنزيني به گازسوز را تبديل NGV : پرهزينه مي باشد، ولي به سه دليل اين تبديل صورت مي گيرد كه عبارتند از

وسايل نقليه بهافزايش هزينه هاي سوخت هاي متداول *

افزايش آلودگي هوا و مسايل زيست محيطي * تنوع و زياد بودن منابع انرژي گاز طبيعي *

هر دو نوع موتورهاي ديزل و بنزيني مي توانند به موتور گازسوز تبديل ش��وند. تب��ديل از موتور بنزيني به گازسوز بسيار ساده است و تنها احتياج ب��ه ي��ك كيت تب��ديل ب��راي سيس�������������تم س�������������وخت رس�������������اني دارد. در اين تب�������������ديل، تنها قسمت هاي بسيار كمي از موتور تغيير مي كنن��د و در بعض��ي م��وارد تغي��يري اعم��ال .نمي گردد براي تبديل موتور ديزل به موتورهاي جرقه اي گازس��وز باي��د سيس��تم جرق��ه زني در

باي��د ت��ا دم��اي2سرسيلندر دماي خوداشتعالي آن باال است. گاز طبيعي با عدد س��تان در32درجه گرم شود تا خودبه خود منفجر شود. اين به مع��ني نس��بت ت��راكم 1000

. سيكل ديزل است كه عمال امكان پذيرنیست بنزين سوز و گازسوز در خودروهاي مشابه، موتورهاي گازسوز از راندمان باالتری

OEM در مقايسه بين موتورهاي در130برخوردار هستند. چون عدد اكت��ان س��وخت گ��از ب��االتر از ب��نزين مي باش��د )

(، نسبت تراكم موتورهاي گازسوز از بنزين سوز باالتر مي باشد، كه منج��ر95برابر تا5به افزايش راندمان حرارتي اين موتورها مي شود. اين اف��زايش ران��دمان ح��دود

108

. درصد مي باشد10

درصد در اين موتوره��ا10با اين حال به علت ماهيت سوخت گازي، افت توان حدود مشاهده مي شود. اما با توجه به بهبود راندمان، خودروهاي بهينه شده براي س��وخت گاز، عملكرد مشابهي ش��تاب، گش�تاور و ح�داكثر س��رعت( نس��بت ب�ه خودروه��اي ب��ا سوخت بنزين دارند. بايد توجه داشت كه موتورهاي گازسوز به علت ماهيت س��وخت گازي، درحالت گ��ذراي موت��ور مش��كالتي ج��زئي دارن��د. ولي مس��ايلي مانن��د ش��رايط استارت سرد و گرم شدن موتور كه در موتورهاي بنزي��ني ب��ه وج��ود مي آي��د، در اين موتورها حذف مي شود. تفاوت هاي ديگري نيز بين اين دو نوع خودرو

. ذكر شده اند8وجود دارد كه در جدول

موتورهاي اختصاصا گازسوز كه براي خودروهاي سنگين استفاده مي ش��وند، معم��وال از سيستم سوپرشارژ به همراه احتراق رقيق اس��تفاده مي كنن��د. ب��ا اس��تفاده از اين سيستم مي توان به راندمان و تواني در حدود موتورهاي ديزل هم حجم دست يافت.

. مقايسه بين دو موتور ديزل و گاز طبيعي را نشان مي دهد9جدول

مقدار اثر تغييرات

قابل توجه كاهش فضاي دردسترسبراي ذخيره سازي

افزايش حجم ذخيرهسازي انرژي

قابل توجه بهبود مصرف سوخت،افزايش راندمان موتور

سوخت با اكتان باالتر

قابل صرف نظر افزايش كم در ساييدگيالستيك ها و

مصرف سوخت

افزايش وزن خودرو بهعلت وزن مخازن سوخت

40بيش از % صرفه جويي در مصرفسوخت

قيمت سوخت

قابل توجه روغن تميز تر صرفه جويي در تعميرموتور

109

OEM : اثر تغيير از بنزين به گازسوز8جدول

نوع سوختگاز طبيعيمشخصات سوخت و متغيرهاي كاري گازوئيل

49100 42800 NHV )kJ/kg)

1260 1400 )rpm)سرعت1000 1180 )N-m)گشتاور پيشينه185 173 )kW) توان0.61 0.56 نسبت هم ارزي

186 204 ESFC )g/kWh)

39.4 41.2 )%( راندمان كلي

: مقايسه دو موتور با سوخت هاي گاز طبيعي و ديزل9جدول

دوسوخته 9 موتورهاي همان طور كه ذكر شد، موتورهاي OEM . و هم به صورت تبدیل یافته ، باشد

دوسوخته مي توانند هم به صورت وقتي يك موتور بنزيني با سيستم مكش معمولي، به موتور گازسوز تبديل مي ش��ود،

درصد افت توان به وج��ود مي آي��د. اص��لي ت��رين دلي��ل اين ام��ر،15 تا 8معموال بين درصد از هواي ورودي است كه به وسيله گاز اشغال مي شود. بعالوه10حجم حدود

اثر تبخ�ير س�وخت ك�ه ب�اعث ك�اهش دم�اي ورودي و اف�زايش چگ�الي مي ش�ود، در سوخت گازي وجود ندارد. موارد ديگري مانند زمان بندي جرقه و سوپاپ ها، طراحي

110

منيفولد و طراحي محفظة احتراق، از جمله مسائلي مي باش��ند ك��ه در هنگ��ام تغي��ير نوع سوخت از بنزين به گاز باعث كاهش ران��دمان مي ش��وند. تف��اوت ه��اي اص��لي و

فهرس��ت ش��ده10اثرات آنها در هنگام تبديل از بنزين سوز ب��ه گ��از س��وز در ج��دول .است

مقدار اثر تغييرات در تبديل از بنزين سوز بهگازسوز

كاهش قدرت درصد15تا 8 تغيير در سوخت

و بيشتر 40% كاهش برد چگالي كمتر انرژي سوخت

زياد كاهش فضاي خودرو افزايش حجم ذخيره سازي سوخت

قابل توجه كاهش شتاب افزايش وزن ذخيره سازي

زياد بهبود آالينده ها بهبود به دليل استفاده از سوختمتان

يا بيشتر 30% صرفه جويي درقيمت سوخت

قيمت سوخت

قابل توجه روغن تميزتر و عمربيشتر

صرفه جويي در تعمير موتور

: اثرات اصلي در تبديل موتور از بنزين سوز به گازسوز10جدول

هنگام تبديل يك موتور بنزيني به گازسوز، باي��د ب��ه ن��وع سيس��تم س��وخت رس��اني آن توج��ه خاص��ي مب��ذول داش��ت. اص��وال موتوره��اي بنزي��ني ب��ه دو دس��ته ك��اربراتوري و انژكتوري تقسيم مي شوند. بسته به اين كه موتور در كدام دسته باشد بايد نوع كيت.مخصوص به خودش را اختيار نمود. كيت ه��ا از قطع�ات مختلفي تش��كيل مي ش��وند

:اين قسمت ها عبارتند از

111

مخزن * شيرها * لوله ها * رگالتور *

وئيچ تبديلس * ميكسر *

سيستم هاي كنترلي *پيش انداز جرقه *

شبيه ساز *مبدل هاي كاتاليستي *

سيستم هاي سوخت رساني در موتورهاي دوسوخته 9-1 انواع روش هاي سوخت رساني در موتورهاي دوسوختة گازسوز مورد استفاده قرار

مي گيرند كه:شامل موارد زير مي باشد

سيستم هاي كاربراتوري .1سيستم هاي ميكسري .2

سيستم هاي تك نقطه اي پاشش سوخت .3سيستم هاي چند نقطه اي پاشش سوخت .4

ن��يز ي��ك15 شماتيك سيستم هاي ميكسري مش��اهده مي ش��ود. ش��كل 14در شكل طرح شماتيك از سيستم پاشش چند نقطه اي را نشان مي دهد. تفاوت سيستم هاي كاربراتوري و ميكسري در اين است كه در نوع كاربراتوري براي اختالط گاز و هوا از همان كاربراتور كه براي تأمين مخلوط بنزين و هوا تعبي��ه ش��ده اس��ت، اس��تفاده مي گردد. اما در نوع ميكسري براي اين كار از ميكسر استفاده مي كنند. توض��يحات ه��ر يك از اجزاي سيستم و نحوة عملكرد آنها در مجموعة كيت ه��اي گ��از س��وز ب��ه ط��ور

. مقايسه اجمالي اين سيستم ها را مي بينيم11كامل آورده شده است. در جدول

112

: سيستم سوخت رساني ميكسري14شكل

: سيستم سوخت رساني پاشش چند نقطه اي15شكل

113

Cost

Carburetor Mixer Single-pointinjection

Multipointinjection

Mechanical Variableelectronic

++ + + - -Transientoperation

-- - - + +

Distributionbetweencylinders

-- -- -- -- ++

Intakepressurereduction

-- -- - - +

Flashbackrisk

-- -- -- -- +

+: Advantage; -: Disadvantage

: مقايسه بين سيستم هاي مختلف سوخت رساني11جدول

موتورهاي بنزيني تبديل شده به دوسوخته 9-2 براي تبديل موتورهاي بنزيني معم�ولي ب�ه گازس�وز باي�د سيس�تم س�وخت رس�اني را اصالح كنيم. بر مبناي اين تغييرات، راندمان و آلودگي اين موتورها نيز تغي��ير مي كن��د .كه در ادامه بحث، به آن مي پردازيم

موتورهاي اشتعال-جرقه اي كه با بنزين كار مي كنند با كمي اصالحات، قابليت كار با گاز طبيعي را ن��يز ب��ه دس��ت مي آورن��د. ب��ه همين دلي��ل بيش��تر خودروه��اي گازس��وز اش��تعال-جرق��ه اي هس��تند. در اين موتوره��ا سيس��تم ه��اي تزري��ق س��وخت ب��راي دو سوخت بنزين و گاز طبيعي تفاوت چن��داني ندارن��د. تغي��ير سيس��تم ت��أمين س��وخت از بنزين سوز به گازسوز با كيت هاي تبديل ميسر مي ش��ود ك��ه آنه��ا را ب��ه چه�ار نس��ل .مختلف تقسيم مي كنند

114

: نسل اول30در اين نسل، سيستم سوخت رساني بر مبناي تنظيم سوخت ب��ه كم��ك ميكس��ر .كار مي كند و هيچ كنترلي بر مقدار نسبت سوخت به هوا وجود ندارد

: نسل دوم در اين نسل مانند سيستم هاي نسل اول، سوخت به كمك يك ميكسر كه در راهگاه هاي ورودي تعبيه مي شود و مكشي كه در پايين دس��ت ب��ه وج��ود مي آي��د ب��ه داخ��ل ونتوري ميكسر مكيده شده و با هوا مخلوط مي گ�ردد. در اين سيس�تم ب�راي كن�ترل مدار بستة نسبت هوا به سوخت از يك موتور پله اي بر سر راه مسير گاز به ميكسر .و نزديك حسگر اكسيژن استفاده مي شود

: نسل سوم در اين نسل پاشش سوخت به وس��يلة انژكتوره��ا انج��ام مي ش��ود. ل��ذا ب��ه ص��ورت الكترونيكي و با دقت باال قابل كنترل است. در اين ن��وع سيس��تم ه��ا ممكن اس��ت از يك يا چند انژكتور استفاده شود. همزماني توزيع يا پاشش گاز از ويژگي ه��اي اص��لي اين نسل از كيت هاي تبديل است. با اين نسل از سيستم ه��اي س��وخت رس��اني مي .توان كنترل مدار بستة دقيقي بر نسبت هوا به سوخت اعمال نمود

: نسل چهارم اين نسل از كيت هاي تبديل كه پيشرفته ترين نوع آنهاست امكان كنترل مداربس��ته بسيار دقيقي بر ميزان پاشش سوخت را فراهم مي كنن��د. در اين سيس��تم ب��ه تع��داد

31سيلندرهاي موتور انژكتور پاشش سوخت وجود دارد كه نحوة پاشش آنه��ا نوب��تي است. يعني هر انژكتور جداگانه كنترل مي شود و مقدار سوخت پاش��يده ش��ده از آن مستقل از ساير انژكتورهاتعيين مي گردد. ب��ا ح��ركت از نس��ل اول ب��ه نس��ل چه��ارم،

نمون��ه اي از16آالينده ها كاهش و در ازاي آن هزينه ها افزايش مي ياب��د. در ش��كل يك انژكتور كه در موتورهاي گازسوز به كار مي رود، ديده مي شود. البته شايان ذكر است كه در سيستم هاي كاربراتوري براي اختالط سوخت و هوا به جاي كاربراتور از .ميكسر استفاده مي شود

115

: يك نوع انژكتور كه در موتورهاي گازسوزاستفاده ميشود16شكل .

با تغيير موتور بنزيني CO توليدي نسبت به سوخت بنزين کاهش مسی یابد که دلیلبه موتور گازسوز ، آاليندة

آن كمتربودن كربن موجود در متان HC به شرایطکارکرد موتور بستگی (هیدروکربن) است. تغيير ميزان آاليندة

دارد. در دورهاي باال به)گاز، احتراق تا باز شدن سوپاپ دود ادامه مي يابد كه منجر علت سرعت پايين احتراق

به افزايش HC می شود درصدآالینده85حدود HC. در این موتورها متان می باشد در موتورهاي گازسوز افزايش مي يابند. اين به علت دماي باال وزیاد بودن زمان زیاد

)NOx( اكسيدهاي نيتروژن بودن زمان احتراق است. متان نسبت گرم��اي وي��ژة ب��االيي دارد ك��ه منج��ر ب��ه ب��االتر بودن دماي مخلوط سوخت و هوا در پايان مرحلة تراكم نسبت به ساير سوخت ه��اي متداول مي باشد. بعالوه، آوانس ك��ردن موت��ور ب��راي گ��رفتن ت��وان و ب��ازدة ح��رارتي .باالتر منجر به دماهاي باالتر مي شود

موتورهاي ديزل تبديل شده به اختصاصا گازسوز 9-3 به دليل نسبت تراكم باال در موتورهاي ديزل و بازده بهتر سيستم جرق��ه اي گازس��وز

116

در تمامي محدودة كاري، موتورهاي ديزل معموال به سيستم هاي جرقه اي مجهز مي شوند تا ب�راي ك��ار ب��ا س��وخت گ�از ط��بيعي آم�اده ش��وند. اين موتوره�ا بيش�تر ب��راي خودروهاي سنگين و نيمه سنگين مورد اس��تفاده ق��رار مي گيرن��د. آل��ودگي اين گون��ه تقريبا مانند موتورهاي بنزيني تبديل NOx . موتورهاشده است به جز در مورد موتورهاي گازسوز در حالت مخلوط هاي استوكيومتري و كمي رقيق، بيشتراز حالت

آاليندة NOx . رقیق است امر به دليل افزايش دما و فشار بيشينه داخل سيلندر است. همچ��نين، آوانس ك��ردن .زمان جرقه و افزايش سرعت آزاد شدن گرما، دماي بيشينه را افزايش مي دهد

هزينة تبديل 9-4 هرچند هزينة استفاده از گاز طبيعي از سوخت ه�اي مت��داول كم�تر اس��ت ام�ا هزين�ة تبديل هم، قابل توجه مي باشد. هزينة تبديل خودروهاي سبك به خودروه��اي گازس��وز :به سه عامل بستگي زير دارد

نوع سوخت .1سطح تكنولوژي به كار گرفته شده .2

اندازه و كيفيت مخازن سوخت .3 دالر متغير است. الزم به1000 تا 250اين هزينه بسته به نوع كيت به كار رفته بين

ذكر است كه پرهزينه ترين قسمت در تبديل يك خودرو به خودروي گازسوز، مخازن.آن مي باشد

اثر استفاده از گاز طبيعي بر راندمان موتورهاي 9-5جرقه اي اشتعال

آلودگي و راندمان يك موتور احتراق داخلي وابسته به مشخصات س��وخت مي باش��د. اين مشخصات عبارتند از: احتراق خوب، سرعت احتراق مناسب، مق��اومت در براب��ر كوبش و انرژي حرارتي زياد مخلوط سوخت و ه��وا. هنگ��امي ك��ه از گ��از ط��بيعي ب��ه :عنوان سوخت استفاده مي كنيم، موارد زير در راندمان موتور مؤثر هستند

117

چگالي سوخت *ارزش حرارتي سوخت *

نسبت سوخت به هوا در حالت استوكيومتري *مقاومت در برابر كوبش *

انرژي داخلي مخلوط سوخت λ مشخص مي شود. تعيين λ مناسب در شرایط کاریو هوا بر مبناي نوع سوخت و موتور منجر به آلودگي كمتر و راندمان بهين��ه موت��ور مي ش��ود. رس��يدن ب��ه ران��دمان باالتر، با افزايش نسبت تراكم امكان پذير است كه نيازمند سوختي ب��ا مق��اومت ب��اال در برابر كوبش مي باشد. مقاومت گاز طبيعي در برابر كوبش از بنزين بيشتر است. موتورهايي كه براي استفاده از گاز طبيعي طراحي شده اند، با نسبت ت��راكم ب��االتر، راندمان بيشتري دارند. براي بررسي ران��دمان موتوره��اي گازس��وز باي��د ن��وع موت��ور، مورد ارزيابي قرار گيرد. موتوره��اي گازس��وز ی�ا ب��ه ص��ورت کارگ�اهی ب�ه موتوره�ای)OEM( مي توانند به صورت گازسوز در كارخانة سازنده توليد شده باشند

: گازسوز تبديل شده باشند. موتورهاي تبديل شده بر دو نوع مي باشندموتورهاي بنزيني تبديل شده *

موتورهاي ديزل تبديل شده * درصد22نتايج نشان مي دهد كه موتورهاي بنزيني تبديل شده به گازسوز حداكثر تا

كاهش توان و راندمان حرارتي از خود نشان مي دهند. داليل اين امر را مي توان به:صورت زير بيان كرد

چون اين موتورها هم با بنزين و هم با گاز كار مي كنند )نه به طور هم زمان( و به .1 عبارتي دوسوخته هستند، نسبت تراكم آنها براي حالت بنزين س��وز حف��ظ مي ش��ود، .كه اين خود يكي از داليل افت توان اين موتورها در حالت گازسوز است

2. چگالي گاز بسيار كمتر از بنزين است، بنابراين گاز طبيعي نسبت به بنزين فض��اي .بيشتري را اشغال مي كند3. ارزش حرارتي گاز طبيعي نسبت به بنزين در ح�الت اس��توكيومتري، كم�تر اس�ت.

. نشان داده شده است12اين موضوع در جدول

118

سرعت احتراق در گاز طبيعي كمتر است .MBT 4 بهترین زمان بندی جرقه به كه اين امر باعث تغيير نقطة به منظور حص��ول ب��االترين گش��تاور مي ش��ود. پس اگ�ر آوانس جرق��ه در موتوره��اي

. % افت توان خواهيم داشت10گازسوز تغيير نكند، حدود

Petrol CN

Density [kg/m3] 750 0.75-0.85

LHV )Hi) [MJ/m3] 33 32-40

LHV )Hi) [MJ/kg] 44 40-50

Mixture heating value )stoich)

[MJ/kg]

2.826 2.20-2.80

Mixture heating value )stoich)

[MJ/m3]

3.6738 3.25-3.45

Combustion limit [/] 0.7<lambda<1.15 0.9<lambda<1.6

: مقايسه انرژي داخلي بنزين و سي ان جي12جدول

بهبود بخشيدن به راندمان موتورهاي بنزيني تبديل شده با تغييرات ساده اي در اين. موتورها امكان پذير است

و نسبت تراكم و استفاده از انژكتورهاي گاز، ازجمله این تغیرات هستند وتنظیمMBT به طور مثال تنظيم

ساده ترين راه در باال بردن راندمان است. در يك موتور گازسوز ، درجا آوانس بایددرجه18 تا 7حدود MBT

بيشتر باشد تا به شرايط موتور بنزيني برسد. دلي��ل اين ام�ر، س�رعت اح�تراق پ�ايين زمان بيشتري براي رسيدن به NOx . متان است، كه باعث مي شود است قلة فشار نياز باشد. البته اثر منفي آوانس كردن، افزايش باال بردن نسبت تراكم، به افزايش توان و ران��دمان ح��رارتي مي انجام��د. چ��ون ع��دد

15متان براي گاز طبيعي باال است، اين سوخت مي تواند نسبت تراكمي ت��ا ح��داكثر را تحمل كند. با اين حال چون موتورهاي بنزي�ني نمي توانن�د نس�بت ت�راكم ب�االيي را

119

تحمل كنند، تبديل اين موتورها ب��ا ك�اهش ت��وان هم��راه خواه��د ب��ود. اف��زايش نس��بت NOx و HC . تراكم باعث می شود

باالرفتن آالينده هايموتور دارد. امروزه با استفاده از انژكتورهاي گازي تأثير زيادي در حالت گذراي

افزايش طول منيفولدهاي ورودي، كنترل حالت هاي گذراي موتورهاي گازسوزي كه با سيستم هاي ميكسري كار مي كنند، بسيار مشكل شده است. با استفاده از

.انژكتور گاز، پاسخ حالت گذراي موتور بهبود مي يابد راندمان موتورهاي ديزل تبديل شده به اختصاصا 9-6

گازسوز توان خروجي از موتور ديزل تب��ديل ش��ده ب��ه گازس��وز را مي ت��وان ب��ه هم��ان ان��دازة موتور ديزل رساند، به شرطي كه تغييري در نسبت تراكم ايجاد نش��ود. ام��ا ب��ه علت

ك�اهش ياب�د )توج�ه كني�د ك�ه در14پديدة كوبش، نس�بت ت�راكم اين موت�ور باي�د ب�ه موتورهاي ديزل تبديل شده به علت وجود جرقه و ايجاد شعله، گ��از زودت��ر ب��ه دم��اي خود اشتعالي خواهد رسيد(. بنابراين توان خروجي موت��ور گازس��وز نس��بت ب��ه دي��زل كاهش مي يابد. همچنين مصرف ويژة س��وخت ن��يز در موت��ور گازس��وز اف��زايش مي .يابد

عامل مهم ديگر، نسبت هوا λ مي باشد. راندمان موتور براي λ .هاي بيشينه استبه سوخت نسبي يعني

/ واقع30 تا 1متأسفانه در اين محدوده مقدار / NOx 1. خروجی افزایش می یابد 05در محدودة بين

عالوه بر تغييراتي كه در موتور MBT و استفاده از سيستم انژکتور گاز می تواندديزل ايجاد مي شود، تنظيم

راندمان اين موتورها را افزايش دهد. در زمينة بهينه كردن احتراق نيز مي توان.استراتژي هاي خاصي را به كار برد

موتورهاي دوگانه سوز 10

120

امروزه شمار روبه رشدي از خودروهاي دوگانه سوز ك��ه س��وخت مص��رفي آنه��ا گ��از طبيعي و سوخت ديزل است، در سراس��ر دني��ا م��ورد اس��تفاده ق��رار مي گيرن��د. اين خودروه��ا ج��ايگزيني نس��بتا آس��ان و كم هزين��ه ب��راي موتوره��اي دي��زلي موج��ود ك��ه آاليندگي بااليي دارند، محسوب مي شوند. ميزان بازدهي اين موتوره��ا ب��ه اس��تراتژي هاي موج�ود ب�ر كن��ترل س��وخت بس��تگي دارد. ب��ا اين وج�ود ك�ارآيي اين موتوره�ا در بسياري از كشورهاي دنيا معلوم گشته و سرمايه گذاري در اين زمينه، به خصوص در .مناطقي كه آاليندگي سوخت ديزل مطرح باشد، در حال توسعه است

اساس كار موتورهاي دوگانه سوز، سيكل ديزل است و س��وخت اص��لي اين موتوره��ا گاز طبيعي مي باشد. ولي طراحي آنه�ا ب�ه گون�ه اي اس�ت ك�ه از س��وخت دي�زل ب�ه عنوان سوخت كمكي براي شروع احتراق گاز استفاده مي نماي��د ش��ماتيكي از چه��ار

. نشان داده شده است17مرحلة كار يك موتور دوگانه سوز، درشكل اساس احتراق در اين موتورها گرم��اي حاص��ل از ت��راكم اس��ت و اين موتوره��ا داراي شمع نمي باشند. اين موتورها همچنين مي توانند تنه��ا ب��ا س��وخت دي��زل )ب��دون گ��از طبيعي( كار كنند. موتور در هنگام استارت و در حالت بار سبك بايد با س��وخت دي��زل كار كند زيرا مخلوط هوا و سوخت گازي در اين ح��الت بس��يار رقي��ق اس��ت و امك��ان انتشار شعله در اين مخلوط وجود ندارد. هنگامي كه خودرو شروع به حركت مي كند با زياد شدن بار اعمالي بر موتور نسبت گاز ط��بيعي ب��ه س��وخت دي��زل اف��زايش مي

ب��رخي از18 % و بيش��تر ن��يز مي رس��د )ش��كل80ياب��د ت��ا آنج��ا ك��ه اين نس��بت ب��ه موتورهاي دوگانه سوز، دريچة گاز دارند و در مواقع نياز به سرعت هاي باالتر م��يزان گاز طبيعي را افزايش مي دهند. در برخي ديگ��ر از موتوره��اي دوگان��ه س��وز، نس��بت بهينة گاز و سوخت ديزل با توجه به عملكرد و بار موتور، توسط كامپيوتر كن��ترل مي شود. عملكرد و آاليندگي اين موتورها، بس��ته ب��ه ش��رايط ك��اري و كارآم��دي سيس��تم كنترل متفاوت مي باشد، ولي عموما از ميزان آاليندگي بسيار كمتري در مقايس��ه ب��ا

د ذرات معل����ق، برخ����وردار مي باشنظموتوره����اي دي����زل، ب����ه خص����وص از لحا .

NOX

121

الف: مرحله تراكم ب: مرحله تراكم

ج: مرحله احتراق د: مرحله تخليه

: چهار مرحله كار يك موتور دوگانه سوز17شكل

تبديل موتور ديزل به موتور دوگان��ه س��وز نس��بتا س��اده مي باش��د. زي��را تغي��يراتي در نسبت تراكم، سرسيلندرها يا در سيكل كاري كه موت��ور دي��زل براس��اس آن ك��ار مي كند، صورت نمي پذيرد. حتي تكنولوژي سيس��تم كن��ترل ك��امپيوتري دوگان��ه س��وز اين

122

موتورها به گونه اي در حال توسعه است كه اين سيستم را بت��وان براح��تي از موت��ور شماي كلي19جدا نموده تا موتور به يك موتور ديزل معمولي تبديل گردد. در شكل

.اين موتورها نشان داده شده است

: اثر افزايش مقدار گاز طبيعي در موتورهاي دوگانه سوز18شكل

: شماي كلي از يك موتور دوگانه سوز19شكل

10- سوز دوگانه موتورهاي کاربرد استفاده از موتورهاي دوگانه سوز در بسياري از نقاط دنيا در حال توسعه مي باش��د. پرهزينه ترين و كارآمدترين سيستم هاي كنترل ك��امپيوتري اين موتوره��ا در آمريك��اي ش��مالي و اس��تراليا در ح��ال مع��رفي اس��ت و در اروپ��ا ن��يز اين سيس��تم ه��ا در ح��ال آزمايش براي ورود به بازار مي باشند. ولي استفاده از آنها در ديگر نقاط دني��ا مانن��د

123

آمريكاي التين، هند، پاكستان، چين و ديگر قسمت هاي آسيا در حال توسعه مي باشد و از اين موتورها بيشتر در اتوبوس ها و ماشين هاي سنگين اس��تفاده مي كنن��د. ولي در موتور خودروهاي ديزلي س��واري ن��يز مي توانن��د ك��ارآيي داش��ته باش��ند. درنه��ايت :مزاياي موتورهاي دوگانه سوز را مي توان به صورت زير خالصه نمود

توليد دود و ذرات معلق كمتر .1امكان تغيير وضعيت به حالت ديزل و استفاده از قدرت موتور ديزل .2

عدم نياز به اصالحات در اجزاي داخلي موتور .3هزينة كمتر سوخت مصرفي .4

گشتاور باالتر موتور .5سيستم هاي احتراق در موتورهاي دوگانه سوز 10-2

به طور كلي سه نوع سيستم احتراق در موتورهاي دوگانه سوز استفاده مي شود. هركدام از اين سيستم ها نسبت به سيستم هاي ديگر داراي مزايا و معايبي مي

21 و عملكرد اين طرح ها از نظر 20باشند. در شكل هاي BMEP وآاليندة NOX با موتورهاي ديزلي و SI . مشابه مقايسه شده است

: مقدار بي ام اي پي متداول براي برخي از موتورها20شكل

124

: مقدار ان او ايكس متداول براي برخي از موتورها21شكل

موتورهاي دوگانه سوز معمولي 10-2-1 اولين موتورهاي دوگانه سوز، از نوع مكش طبيعي بودند و گاز به وسيله كاربراتور ب��ا هوا تركيبمي شد. اما موتورهاي دوگانه س��وز ام��روزي، از توربوش��ارژر اس��تفاده مي كنند و گاز درون راهگاه ورودي تزريق مي شود. فش��ار تزري��ق گ�از می باش��د.ب��رای بايد اندكي باالتر از فشار مكش هوا باشد. بنابراين فشار تقريبي تزريق bar تبدیل یک

5-3درحدود موت�ور دوگان�ه س��وز، سيس�تم تزري�ق ب�ه ج�ز اص�الحاتي ك�ه ممكن اس�ت روي پمپ انژكتور و شكل نازل ها ايجاد شود، احتياج به تغيير خاصي ندارد. با توج��ه ب��ه ت��ركيب گاز مورد استفاده، نسبت تراكم ممكن است پ��ايين ت��ر بياي��د ت��ا پدي��دة ك��وبش اتف��اق نيفتد. اما اين مقدار نبايد تا حدي باش��د ك��ه خاص��يت خ��ود اش��تعالي گازوئي��ل بي اث��ر

مي باش��د. ح��داكثر ق��درت خ��روجي12 ت��ا 11شود. كمترين نس��بت ت��راكم درح��دود درصد كمتر از موتور ديزل مشابه مي باشد. اين كاهش با خاص��يت20تا 10معموال

.كوبش سوخت محدود مي شود و به عدد متان گاز بستگي دارد

Üدر باره��اي كم و هنگ��ام راه ان��دازي، موت��ور روي س��وخت گازوئي��ل ك��ار مي كن��د و هنگ���������������امي ك���������������ه نيازب���������������ه ق���������������درت بيش���������������تري

125

مي باشد، ميزان سوخت گازوئيل كمتر شده )كه تقريبا برابر حالت ك��اركرد درج��ا ي��ا حتي كمتر از آن( و توان اضافي مورد ني��از ب��ا غ��ني ك��ردن مخل��وط ورودي )اف��زايش مقدار گاز( تأمين مي گردد. در اين مرحله كاهش قدرت موت��ور ن��يز ب��ا رقي��ق ك��ردن مخلوط ورودي كاهش مقدار گاز صورت مي گيرد. براي ثابت نگه داشتن نس��بت هم .ارزي نياز است تا يك كنترل كننده بر اساس دماي اگزوز خروجي تعبيه گردد نهايتا مخلوط هوا و گاز توسط يك افشانة كامال اتميزه شدة سوخت ديزل، كه ح��دود

تا درصد سوخت در حالت بار كامل را شامل مي شود، مشتعل مي گردد. با تنظيم5 سيستم كنترلي حاكم، مي توان كاري كرد كه موتور در حالت بار كامل هم به صورت يك موتور دوگانه سوز كار كند يا اين كه فقط سوخت ديزل مصرف كند. همچنين اگر گاز تمام ش�ده باش��د مي ت�وان موت�ور را روي س��وخت دي�زل تنظيم ك�رد ك�ه در اين صورت موتور به يك موتور ديزل كامل تبديل مي شود اين امر بسيار مهم است زيرا در موتورهاي دوگانه س��وز ممكن اس��ت ك��ه مخ��زن گ��از، تخلي��ه گ��ردد و موت��ور روي سوخت گازوئيل به تنهايي به حركت ادامه دهد. از آن جايي كه اين موتورها معموال داشته مي شود تا از كاهش قدرت در اث��ر / توربوش��ارژ هس��تند، نس��بت هم ارزي در

/ كوبش جلوگيري شود6حدود .

موتورهاي دوگانه سوز با پاشش مستقيم 10-2-3 از ديگر سيستم هايي كه در آن از گاز طبيعي در موتورهاي ديزل استفاده مي ش��ود، موتوردوگانه سوز با پاشش مستقيم مي باشد كه در آنها گاز و سوخت پيل��وت )آتش زنه( به طور مستقيم و توأم به داخل سيلندر توسط انژكتور تزريق مي شوند )ش��كل

(. اگرچه مفهوم طراحي اين موتورها ساده مي باشد، اما در عم��ل اين موتوره��ا22 با مشكالت و پيچيدگي هاي خاص خود همراه هس��تند. اخ��يرا در ب��رخي مراج��ع مانن��د

[ به اين نوع موتور دوگانه سوز، "ديزل- گاز اطالق مي شود3مرجع ] . سوخت گازوئيل پيلوت براي ش��روع عم��ل اح��تراق، همانن��د موتوره��اي دوگان��ه س��وز مي ش��ود. مق��دار س��وخت NOx معمولي به داخل سيلندر تزريق تولید ش��ده همانند

درصد مي باشد. ميزان5 تا 3پيلوت تزريق شده الزم در حدود

126

موتورهاي دوگانه سوز مي باشد. از آن جاكه احتراق در اين موتوره��ا از ن��وع پخش��ي است و نه پيش آميخته، مشكالتي مانند ك��وبش و كن��ترل نس��بت ه��وا ب��ه س��وخت در

تا حد زيادي خود به خود مرتفع شده حالت تمام بار با تغییر وضعیت حالت بار جزئي است. همچنين راندمان بار جزئي و قدرت )BMEP( موتور از دیزل به دوگانه سوز با پاشش مستقيم تا حد زيادي بدون تغيير ب��اقي مي مان��د و ب��ه تغي��يرات كيفيت گ��از

نحوة پاشش گاز و گازوئي��ل را در داخ��ل س��يلندر نش��ان22حساس نمي باشد شكل مي دهد. باي��د اين مس��أله را درنظ��ر داش��ت ك��ه كيفيت گ��از مص��رفي در موتوره��اي دوگانه سوز با پاشش مستقيم تأثير بيشتري بر راندمان، نسبت به موتورهاي دوگان��ه .سوز معمولي دارد

: نحوه پاشش گاز و گازوئيل در داخل سيلندر22شكل

اما اين نوع سيستم بدون مشكل هم نخواهد بود. تزريق مستقيم گاز داخ��ل محفظ��ة احتراق نيازمند آن است كه باشد که این موضوع دارای تبعاتی می باشد که برخی ازا350-250فشار پاشش خيلي باال باشددر حدود bar آنها

127

:عبارتند از

هزينة كمپرسور مورد نياز براي پاشش سوخت بسيار زياد خواهد شد كه قسمت .1.عمدة افزايش قيمت اين گونه موتورها از همين امر ناشي مي شود

% از قدرت موتور صرف5براي به حركت درآوردن اين كمپرسور، چيزي حدود .2 .مي شود

سيستم ايمني الزم براي اين كمپرسور بسيار پرهزينه مي باشد .3 قدرت خروجي و راندمان بيشتر اين موتور باعث باال رفتن قيمت آن مي گردد اما .4

عمال در مناطقي كه سوخت گاز بمراتب ارزان تر از سوخت گازوئيل مي باشد،ساخت

اين گونه موتورها مقرون به صرفه خواهد بود. براي تزريق گاز و گازوئيل از انژكت��ور استفاده مي شود. يك نمونه از اين انژكتورها با نازل دوگانه )براي پاش��ش هم زم��ان

. مشاهده مي گردد24 و 23گاز و گازوئيل( و موقعيت قرارگيري آن در شكل هاي

تزريق گاز توسط يك مدار الكترونيكي كنترل مي گردد. اين كنترل كننده فرمان خ��ود را به يك شير هيدروليكي مي فرستد تا عمل مورد نظر كه هم��ان ب��از و بس��ته ش��دن شير مي باشد صورت گيرد. نازل مخصوص گازوئيل ن��يز ب��ه گون��ه اي ط��راحي ش��ده است كه هم مقادير كم سوخت پيلوت را به صورت مناسبي اتميزه ك��رده و قط��رات آن به اندازه مناسب درآورد، هم اين كه براي حالت تمام بار با سوخت ديزل، كارايي .مناسب را داشته باشد

128

: موقعيت قرارگيري شير هيدروليكي گاز23شكل

:انژكتور دوگانه تزريق كننده گاز و سوخت مايع24شكل

129

نتيجه گيري براي درك مفاهيم مرتبط با موتورهاي احتراق داخلي گازسوز و مس��ألة اح��تراق گ��از طبيعي مي بايست طيف گسترده اي از مسائل را مورد توجه و بررسي قرار داد. در اين مجموعه سعي شده تا ب��ه ب��رخي از اين نك��ات ك��ه از اهميت بيش��تري برخ��وردار هستند، به صورت مختصر اشاره شود. بعالوه در مورد خواص سوخت گاز طبيعي نيز به صورت اجمالي نكاتي مطرح گرديد. از آنجا كه مسائل مربوط به آلودگي ناشي از موتورهاي گازسوز، به صورت مش��روح در مجموع�ة مرب��وط ب�ه آل�ودگي م�ورد بحث قرار گرفته است، در اينجا فقط به صورت كوتاه به اين مطلب .پرداخته شده است كيفيت گاز طبيعي مورد استفاده در خودروهاي گازسوز ن�يز مي بايس�ت م�ورد توج�ه دقيق قرار گيرد. به عنوان مثال، وجود درصد باالي رطوبت و گ��وگرد در گ��از ط��بيعي موجب تخريب سريع سيستم گازسوز خواهد شد. ذك��ر اين نكت��ه ض��روري اس��ت ك��ه بايد از گاز طبيعي در خودروها به بهترين نحو استفاده شود. اس��تفاده از گ��از ط��بيعي

)درحالي كه براي گاز طبيعي10در خودروهايي با موتورهاي با نسبت تراكم كمتر از افزايش يابد( حقيقتا به معني اسراف اين گ��از مي باش��د.14اين نسبت مي تواند تا

در آينده بهتر است موتورهاي دوسوختة خودروهاي گازسوز بر پاية سوخت گاز طراحي شوند كه راننده اكراه داشته باشد با سوخت بنزين كار كند، مگر . در م���واردي ك���ه ب���راي رس���يدن ب���ه احتی���اج ب���ه س���وخت ب���نزین داش���ته باشدCNG ايستگاه هاي سوخت گيري، معموال خودروهاي گازسوز دو مشكل مهم افت توان و ب��رد كم را دارن��د. ب��ه مس��ألة افت توان��در اين مجموع��ه ب��ه ط��ور كام��ل پرداخت��ه ش��ده اس��ت. ام��روزه ب��ا توس��عة تكنولوژي هاي جديد در صنعت موتورهاي احتراق داخلي، اين مشكل ب��ه ط��ور كام��ل رفع شده اس��ت. مش��كل دوم ك��ه ب��رد كم اين گون��ه خودروه��ا مي باش��د، ب��ا توس��عة تكنولوژي هاي جديد در ذخيره سازي سوخت و مخ��ازن، درح��ال رف��ع ش��دن اس��ت و .استفاده از اين گونه خودروها ديگر با اين مشكالت همراه نخواهد بود با توجه به فراواني گاز طبيعي در كشور ما، گازسوز كردن خودروها، مخصوصا ب��راي

130

خودروه��اي حم��ل و نق��ل عم��ومي، مزاي��اي زي��ادي را در ب��ر دارد. گازس��وز ك��ردن خودروهاي موجود با اس��تفاده از كيت تب��ديل، امك��ان پ��ذير مي باش��د. ذك��ر اين نكت��ه ضروري است كه در كش�ور م�ا، در ح�ال حاض�ر تولي��د موتوره�اي گازس��وز اك�ثرا ب�ه ص��ورت تب��ديل مي باش��د. ب��راي به��ره ب��رداري از مزاي��اي ف��راوان گازس��وز ك��ردن خودروها، مي بايست هنگام تبديل، اصول فني و علمي تبديل را مورد توجه قرار داد. براي حصول به اين هدف عالوه بر نياز به باال بردن آگاهي عمومي و ارتق��اي فرهن��گ جامعه، نياز است تا اهرم ها و بسترهاي الزم جهت كنترل كيفيت توليدات مرتب��ط ب��ا .صنعت گازسوز كردن خودروها، ايجاد شود

طراحی خودرو های گازسوز

اصول کلی خودرو های گاز سوز همان قواعد خودروه��ای بنزی��نی اس��ت . ب��ه عب��ارت دیگر سوخت ) در اینجا گاز طبیعی ( با هوا در یک موتور چهار زمانه مخل��وط ش��ده و با جرقه شمع مشتعل می شود تا پیستون را ب��ه ب��اال و پ��ایین ح��رکت ده��د . ه��ر چن��د تفاوت هایی بین بنزین و گاز از نظر اشتعال پذیری و دمای احتراق وجود دارد )جدول

زیر ( ، ولی اساس طرز کار خودروهای گاز سوز مشابه خودروهای بنزینی است .

گtttttttttازدیزلمشخصاتطبیعی

بنزین

قابلیت اشttتعال ) درصttد حجمدر هوا (

0.6-5.55-151.4-7.6

446842572(F°)  دمای خودسوزی 372934233591(F°)  حداکثر دمای شعله

البته هنوز تغییراتی برای بهبود عملکرد خودروهای گاز س��وز احتی��اج اس��ت. ب��ه ط��ورکلی این تغییرات در تانک ذخیره سوخت ، موتور و بدنه خودرو اعمال می شود .

ذخیره سازی سوخت :

131

CNG )compressedبیشتر خودرو های گاز س��وز از گ�از ط��بیعی فش�رده ش��ده natural gas( استفاده می کنند تا مخ��زن حجم کم��تری را اش��غال کن��د . در ی��ک

پوند بر اینچ مربع متراکم شدهt-3000 3500جایگاه سوخت رسانی ، گاز با فشار و درون مخ��زن اس��توانه ای ش��کل ب�ا فش��ار ب��اال پمپ می ش��ود . مخ��زن معم�وال در صندوق عقب یا جلو و یا در زیر بدنه خودرو قرار می گیرد . مخ��ازن ذخ��یره در ابت��دا بزرگ بوده و بیشتر فضای مربوط به بار را در خودرو اشغال می کردند . ام��ا بع��دها استوانه های سبکتر موسوم به مخازن ی��ک پارچ��ه تولی��د ش��دند . مخ��ازن ی��ک پارچ��ه استوانه هایی از مواد مختلط ) کامپوزیت ها ( هستند که در داخل، شامل یک ص��فحه پشم شیشه و اسفنج ضربه گیر برای محافظت در تص��ادفات اس��ت . همچ��نین قط��ر استوانه ها کمتر شده ، به گونه ای که فضای اش��غال ش��ده توس��ط س��ه مخ��زن گ��از

معادل فضایی است که باک یک خودرو بنزینی به طور معمول اشغال می کند .

اصالحات در موتور :

132

وقتی که موتور یک خودرو گاز سوز ش��روع ب��ه ک��ار می کن��د ، جری��ان گ��از از مخ��زن استوانه ای به ریل سوخت حرکت می کند . نزدیک موتور ، برا ی کاهش فشار ، گ��از وارد یک شیر تنظیم فشار می شود . سپس سیستم تزریق س��وخت چن��د نقط��ه ای ، سوخت را به درون سیلندرها هدایت می کند. حسگرها و کامپیوتره��ا نس��بت ه��وا ب��ه سوخت را در مخلوط تنظیم می کنند تا در هنگام جرقه شمع، کارکرد گاز بهتر باشد. یک موتور گاز طبیعی عالوه بر این ، پیستون هایی متراکم و از آلومینیوم ریخته گ��ری دارد. نشیمنگاه سوپاپ دود از جنس سخت آلیاژ نیکل - تنگستن بوده و دارای مب��دل

کاتالیزوری مخصوص متان است .

تغییرات در شاسی و بدنه :

ممکن است اصالحاتی در یک خودرو گاز سوز مورد نیاز باشد ت��ا فض��ای ک��افی ب��رای مخزن سوخت وجود داشته باشد در عقب خودرو ممکن است سیس��تم تعلی��ق نیم��ه دنباله جایگزین حلقه ی عرضی سیستم شود که این در بسیاری ازخودرهای گازس��وز به عنوان استاندارد شناخته شده اس��ت . این ک��ار فض��ای بیش��تری در ص��ندوق عقبخ���������������������������������������������������ودرو ب���������������������������������������������������از می کن��د و در عین ح��ال س��واری راحت وهم��واری را ارائ��ه می ده��د. در این ن��وع از

133

خودرو های گازسوز همچنین الستیک زاپاس و جک که برای یک پنچری پیش بینی می شود، حذف شده است . به همین منظور الستیک هایی استفاده می شود که با وجود

ب��ه این ت��ایر ه��ا Run-flatپنچ��ری میت��وان م��دتی را ب��ا آنه��ا رانن��دگی نم��ود می گویند.

گیری : سوخت در ها تفاوت

سوخت گیری یک خ��ودرو گ��از س��وز کمی متف��اوت اس��ت. دریچ��ه س��وخت گ��یری آن Honda Civicمعموال در جلو خودرو است . البت�ه در بعض�ی از م�دل ه�ا همچ�ون

GXاین دریچه در عقب قرار دارد . مدت زمان سوخت گیری گاز با ی��ک پمپ س��ریع تقریبا مشابه زمان سوخت گیری بنزین یا گازوئیل است.اما در صورت به ک��ار گ��یری

ساعت پر ک��ردن مخ��زن زم��ان می ب��رد . روش دیگ��ر ،8 تا 5یک پمپ کند، گاز بین استفاده از گاز خانگی برای سوخت اتوموبیل است ک��ه توس��ط ش��رکت هون��دا ارائ��ه

134

می شود و سوخت گیری تمام شب ط��ول می کش��د .در قس��مت بع��دی ب��ه بررس��یمزایا و معایب خودرو های گازسوز نسبت به خودروهای بنزینی می پردازیم .

معایب و مزایا

بزرگترین مزیت خودروهای گازسوز ، کاهش اثرات زی��ان ب��ار حاص��ل از اح��تراق ، در 93محیط زیست است . خودروهای گازسوز در مقایس��ه ب��ا خودروه��ای بنزی��نی ، ت��ا

درصد کاهش تولی��د33درصد کربن مونوکسید کمتری تولید می کنند . دست یابی به درصد هی��دروکربنهای سیرنش��ده ، ازدیگ��ر مزای��ای50اکسیدهای مختلف نیتروژن و

خودروهای گازسوز در کاهش آلودگی هواست . عالوه بر اینه خودروهای گازس��وز درآزادک���������������������������������������������������������������������������������������ردن ذرات معلق

( )PM10 امتیاز بیشتری کس��ب می کنن��د . ذرات PM10 ب��اعث رس��وب و انتق��ال ذرات س���������������������������می موج���������������������������ود در ه���������������������������وا

کم��تری PM10 براب��ر ذرات 10می شوند . خودروهای گاز سوز در کاربرد دیزل تا تولید می کنند .

معایب :

یکی از بیشترین شکایاتی که در مورد خودروهای گازس�وز مط�رح اس��ت ، این اس�ت که این خودروها به اندازه خودروهای بنزینی جادار و وسیع نیس��تند. دلی��ل آن اینس��ت که در خودروهای گازسوز به ناچار حجم قابل توجهی از قسمت بار و صندوق ماشین برای جاسازی سیلندرهای ذخیره گ��از اختص��اص می یاب��د .عالوه ب��راین ، ط��راحی و ساخت این سیلندرها گران است و باعث می ش��ود ک��ه ب��ه ط��ور کلی ، قیمت تم��ام ش����ده ی����ک خ����ودرو گازس����وز نس����بت ب����ه ن����وع بنزی����نی آن ب����االتر باش����د .

135

سیلندرهای جا سازی شده در قسمت زیرین خودرو

مشکل دیگر ، محدود بودن مسافت قابل طی ک��ردن در خودروه��ای گازس��وز اس��ت. که تقریبا نصف یک خودرو بنزی��نی ک��ارایی دارد . ب��ه عن��وان مث��ال ، خ��ودرو گازس��وز

Civicشرکت هوندا مدل GXمای��ل ب��دون س��وخت گ��یری220 می تواند تا حداکثر مای��ل ب��دون نی��از ب��ه س��وخت350حرکت کند . در حالی که نوع بنزینی آن تقریبا ت��ا

گیری به حرکت خود ادامه می دهد. اگر یک خودرو که صرفا از گاز به عنوان سوخت استفاده می کند ، در جاده سوختش تمام ش��ود ،ب��ه ناچ��ار بای��د ی��ا ت��ا م��نزل ص��احب خودرو و یا یک جایگاه س��وخت گ��یری محلی گ��از ب��رای س��وخت گ��یری ی��دک کش��یده شود ، که احتماال سخت تر از یافتن ی��ک پمپ ب��نزین ب��ه ط��ور ع��ادی اس��ت .در آخ��ر

136

بایست متذکر این نکته شد که ،گاز طبیعی همانند بنزین یک سوخت فس��یلی اس��ت وج������������زو من������������ابع غ������������یر تجدی������������د پ������������ذیر محس������������وب می شود.هر چند ذخایر گاز موجود در جهان هن��وز مق��دار قاب��ل ت��وجهی اس��ت ، ام��ا نباید فراموش کرد که این مقدار ن��یز ب��االخره روزی ب��ه پای��ان خواه��د رس��ید . طب��ق

سال دیگر وجود خواهد داشت .67.1بعضی پیش بینی ها منابع گاز طبیعی کافی تا ، در سال های آتی نیز ادامه یابد .2003البته با این فرض که میزان تولید در سال

با وجود مزایای زیاد خودروهای گازسوز ، انتظار می رود در دو دهه آینده اس��تفاده از خودروهای گازسوز عمومیت بیشتری پیدا کند . ب��ه وی��ژه ب��ا ب��اال رفتن قیمت نفت.در

این صورت کمک بزرگی به داشتن محیط زیستی پاک تر خواهد شد.

سیستم حمل ونقل عمومی گازسوز :

استفاده از گاز طبیعی در ناوگان حمل و نقل عم��ومی ، یع��نی تاکس��ی ه��ا ، اتوب��وس ه��ای داخ��ل ش��هری ، س��رویس ه��ای م��دارس و خودروه��ای جم��ع آوری زبال��ه رواجبیش������تری دارد . تع������داد زی������اد خ������ودرو در این سیس������تم ه������ا ب������اعث می شود که خرید خودروهای نوع گازسوز یا تبدیل م��دل ه��ای دیگ��ر ب��ه ن��وع گ��ازی ، مقرون به ص��رفه ت��ر باش��د . عالوه ب��ر این ، وج��ود ی��ک واح��د نگه��داری و تعم��یرات مرکزی و همچنین مساله سوخت گیری ساده تر و کاربردی تر، باعث رون��ق سیس��تم گازسوز در ناوگان های حمل و نقل عمومی است .بسیاری از کامیون ه��ای ج��اده ای

یا گاز ط��بیعی م��ایع اس��تفاده LNGو اتوبوس ها از نوع دیگری از گاز طبیعی به نام فارنهایت و م��تراکم260می کنند. گاز مایع از سرد کردن گاز طبیعی تا دمای منهای

شدن آن تا حالت مایع به وجود می آید . گاز مایع چگال تر اس��ت و بن��ابر این نس��بت به فضایی که اشغال می کند مقدار بیشتری انرژی ذخیره شده دارد.این ب��دان مع��نی

است که با حجم فضای ثابت ، میتوان مقدار بیشتری انرژی ذخيره كرد .

بطttورکلی ، سttه عttاملی کttه مttیزان آالینttده هttای موتورهttای گازسوز را تعیین می کنند ، عبارتند از :

137

سیس��تم اح��تراق ، سیس��تم س��وخت رس��انی و فن آوری اس��تفاده از کاتالزوره��ا ، موتورهای احتراقی با سوخت گاز را میتوان بر اساس نسبت سوخت به هوا ، به سه

دسته تقسیم کرد :

موتورهای استوگیومتری موتورهای کم مصرف موتورهایی ک��ه مص��رف س��وخت آنه��ابهینه سازی شده است ؛ اما میزان آالینده های آنها هنوز باالست .

در گذشته ، بیشتر موتورهای گازسوز طوری تنظیم می شدند ت��ا ب��ا ح��داقل مص��رف سوخت کارکنند که این امر بن��ابراین در کش��ورهایی ک��ه ق��وانین مرب��وط ب��ه گازه��ایآالین������ده حاص������ل از خودروه������ا بس������یار مش������کل می باش������د ، دیگ������ر

نمی توان از چنین روش هایی سود جست .

دو روش برای کنترل آالینده ه�ای تولی�د ش��ده توس��ط خودروه�ا وج�ود دارد . اساسا روش نخست ، استفاده از کاتالیزورهای سه گانه است؛ به این ترتیب که ی��ک موت��ور

مجه�زTWC که به سیس�تم س��وخت رس��انی حلق�ه بس�ته و سیس�تم �استوگیومتری آالینده های کمتری تولید می کند . از این سیستم در بیشتر خودروه��ای س��بک� است

امروزی و هم چنین بعضی از خودروهای سنگین استفاده میش��ود . راه دوم اس��تفاده از احتراق با مصرف کم سوخت اس��ت . در این روش ، تولی��د اکس��یدهای نی��تروژن ، توسط روند احتراق کنترل میشود . منواکسیدکربن و هیدروکربورها ، بیش تر توس��ط کاتالیزور اکسیداکسیون کن��ترل می ش��وند . روش اح��تراق ب��ا مص��رف کم س��وخت ،

روشی مناسب و متداول در موتور خودروهای سنگین است .

138

آنچه در موتورهای استوگیومتری و موتورهای کم مصرف اهمیت دارد ، کن��ترل دقی��ق سوخت به منظور حصول اطمینان از عملک��رد ص��حیح موت��ور و م��یزان تولی��د آالین��ده هاست . از طرح های آین�ده ب�رای موتوره�ای گازس��وز ، اس�تفاده از سیس�تم تزری�ق سوخت چند مرحله ای است که در آن ، برای هر ی��ک از موتوره��ای اس��توگیومتری و

کم مصرف ، یک سیستم کنترل حلقه بسته در نظر گرفته شده است .

ک��ه ب��ه تش��خیص���در ایاالت متحده ، نصب سیستم های عیب یابی بر روی خودروها ���عیوب و عملکرد موت��ور و سیس��تم کن��ترل گازه��ای خ��روجی از اگ��زوز ق��ادر باش��د

الزامی است و این کار بزودی در اروپا نیز رایج و الزامی خواه��د ش��د . تنه��ا مش��کل گسترش سیستم های عیب یاب این است که اساسا برای موتورهای بنزینی ط��راحی شده اند و با موتورهایی که از سایر سوخت ها اس��تفاده می کنن��د ، ب��ه درس��تی ک��ار

نخواهد کرد.

قوانین موجود در ایاالت متحده ، خودروهایی را که با سوخت های جای گزین کار می ملزوم کرده است . ب�ه این ت��رتیب ک�ه ب�ه هنگ��امOBD IIکنند ، به تبعیت از قوانین

استفاده از سوخت های جای گزین ، همواره عیب یاب موتور باید روشن باشد .

میالدی ، سازندگان سیستم های سوخت با سوخت های جایگزین2004البته تا سال می توانند از نصب این گونه عسب یاب ها معاف شوند . بر این اساس ، باید عس��ب یاب ها به گون�ه ای تنظیم ش�وند ک�ه ب�ه هنگ�ام اس�تفاده از این گون�ه س��وخت ه�ا از

فعالیت باز بمانند .

در ح��ال وض��ع ش��دنEOBDدر اروپا نیز قوانین مشابهی در ارتباط با سیس��تم ه��ای اس��ت و احتم��ال دارد ک��ه س��ازندگان اروپ��ایی ن�یز از نص��ب سیس�تم ه�ای عیب ی�اب

EOBD معاف شوند ؛ چرا که این گونه سیستم ها به هنگام استفاده از سوخت های EOBDج��ایگزین مطمئن عم��ل نمی کنن��د .بنظ��ر می رس��د در آین��د ه سیس��تم ه��ای

دس��ت یابن��د . این ام��رOBD هستند ،می توانند به کلیه توانایی های OEMتنگاتنگ با

139

به معنای پایان گازسوز کردن خودروهای گازوییلی و بنزی��نی در بازاره��ایی اس��ت ک��هقوانین و مقررات سختی درباره آالینده های گازی اعمال می کنند .

اخیرا قوانین جدیدی درباره مقابله آالینده های گ�ازی تولی��د ش��ده توس��ط خودروه��ای سنگین و سبک در اروپا تعیین شده است . طبق این قوانین ، در خودروه��ای س��نگین هیچ تفاوتی میان سوخت های هیدروکربوری و سوخت های هیدروکربوری فاقد مت��ان در نظر گرفته نشده است . این امر برای خودروهای گازس��وط مش��کل س��از خواه��د

بود .

و گاز طبیعی ، هر دو در قوانین آالینده های گ��ازیLPGامروزه موتورهای با سوخت پیش بینی شده و آزمایش هایی نیز برای آالینده های تولید شده توسط این خودروه��ا در نظر گرفته شده اس��ت . موتوره��ای دی��زل ب��دون سیس��تم تص��فیه دود اگ��زوز می

مطابقت داشته باشند ؛ اما� قابل اجراست 2000 که از سال �توانند با قوانین اروپا نص��ب سیس��تم تص��فیه دود��� به اجرا درخواه��د آم��د 2005 که از سال �قوانین اروپا

اگزوز را برای خودروهای دیزل ضروری می داند و در این راستا ، میزان تولید آالینده در هر کیلو وات ساعت در نظر گرفته شده است ک��ه02/0ها توسط این خودروها ،

بسیار کم است . وضع این قوانین جدید می تواند به نفع موتوره��ای گازس��وز باش��د ؛ مط��ابقت کام��ل2008 و 2005چرا که این موتوره��ا می توانن��د ب��ا ق��وانین س��الهای

داشته باشند .

قوانین مربوط به آالینده ها در ایاالت متحده ، مجموعه ای عظیم از انواع مختلف خودروها و سوخت ها را در نظ��ر گرفت��ه اس��ت . ق��وانین ای��الت کالیفرنی��ا ، ب��رای خودروهای متوسط ، الگوی جدیدی در نظر گرفته است ؛ طبق این الگو، آالیندگی این گونه خودروها باید بسیار پایین باشد . طبق مقررات در نظر گرفته شده برای

میزان و تولید شده توسط این خودروها ، باید2004خودروهای سنگین ، در سال . گرم در ساعت اسب بخار باشد5/2 -4/2

140

امروزه خودروه��ای گازس��وز ب��ه تکام��ل نس��بی خ��ود رس��یده ان��د . س��ازندگان عم��ده ( تأمین کننده قطعات مورد نیاز خودروهای سبک و سنگین گازسوزOEMتجهیزات )

در سراسر جهان مشغول ساخت تجهیزات برای خودروه��ای1998هستند . در سال عدد از آنها در حال ساخت موتورهای گازسوز برای خودروه��ای11گازسوز بودند که

سنگین و تعدادی نیز موتورهای زمینی می ساختند .

کرایسلر ، فیات ، فورد ، هوندا ، میتسوبیشی ،�کارخانه هایی چون بی ام و ، دایملر نیس��ان ، تویوت��ا و ول��و در فهرس��ت س��ازندگانی هس��تند ک��ه قطع��ات الزم را ب��رای خودروهای سبک گازسوز تإمین می کنند . عملکرد موتوری که با سوخت گاز ط��بیعی کار می کند ، تا حد زیادی به پیچیدگی موتور و نیز به این مسأله بستگی دارد ک��ه آی��ا موتور از ابتدا برای سوخت گاز طراحی شده است یا خیر . به هنگام گازسوز ک��ردن خودروهای سبک ، به دلی��ل ک��اههش غلظت ترکس��ب س��وخت ، ف��ات ق��درتی مع��ادل

% قابل پیش بی�نی اس��ت . البت��ه در بیش�تر م�وارد ، ب�ه هنگ�ام ک�ارکرد موت�ور ب�ا10سوخت گاز طبیعی ، قدرت کافی برای عملکرد رضایت بخش موتور وجود دارد .

141

% بیش��تر از10بسته به نوع خودرو ، خودروهای با سوخت سی ان جی ، از صفر ت��ا خودروهای بنزینی مصرف دارند ولی میزان گازه��ای گلخان��ه ای تولی��د ش��ده توس��ط خودروهای گاز سوز به مراتب کمتر است . در موتورهای ساده ت��ر تب��دیل س��وخت از

بنزین به گاز طبیعی ، باعث کاهش نسبی و مطلق گازهای گلخانه ای میشود .

با بهره گیری از فن آوری موجود ، خودروه��ای شخص��ی و ن��یز ک��امیون ه��ای س��بک و متوسط می توانند با استفاده از سوخت ، براح�تی ب�ا اس��تانداردهای ای�الت کالیفرنی��ا

% هیدروکربن های موج�ود در دود اگ�زوز ، ناش�ی از90منطبق شوند . از آنجایی که سوخت متان است ، این م��اده می توان��د در ک��اهش تولی��د و موج��ود در دود اگ��زوز ،�نقش مؤثری داشته باشد . در موتورهای بنزینی ، به علت وجود مکمل های سوخت

هی��دروکربورهای موج��ود در دود���که برای استارت در هوای سرد موتور ضروری اند اگ����زوز زی����اد ب����وده و ب����ه همین دلی����ل ، اینگون����ه موتوره����ا ب����ه س����ختی می توانند خود را با محدودیت های تطبیق دهند

) البت��ه این ام��ر ی��ر ممکن . ) نیست

Normal 0 false false false MicrosoftInternetExplorer4 برای استارت موتور در هوای سرد ، سوخت های گازی بر بنزین برتری دارند . بیشتر موتورهای گازسوز ، در دماهای نسبتا پایین بخ��وبی ک��ار می کنن��د . بعض��ی از خودروه��ای دو سوخته طوری طراحی شده اند که همیشه با ب��نزین اس��تارت می زنن�د ؛ این ام��ر

142

ب��اعث اف��زایش تولی��د گازه��ای آالین��ده توس��ط این خودروه��ا در دم��ای متع��ارف که به سیس��تم ه�ای رایان��ه ای�میشود . در حالیکه خودروهای دوسوخته پیشرفته

بخ��وبی ب�ا س��وخت اس��تارت می زنن��د و مانن��د خودروه�ای ب��ا��منس�جم مجهزن�د س��وخت ، گازه��ای آالین��ده کمی تولی��د می کنن��د و در عین ح��ال ، می توانن��د در کشورهایی که هنوز بعنوان سوخت رواج پیدا نکرده است ، کارایی داشته باش�ند . به غیر از آمریکاری شمالی ، در سایر بازارهای جهان ، عرضه قطعات م��ورد نی��از برای تبدیل موتور خودروهای بنزینی با محدودیت های بسیاری مواج��ه اس��ت . ب��ه همین دلیل ، برای تأمین موتورهای گازسوز خودروهای سنگین باید تا حد زیادی بر تبدیل این گونه موتورها تکی�ه ک�رد . بزرگ�ترین مش�کل موتوره�ای گازس��وز ش�ده دیزلی ، کنترل درجه ح�رارت موت��ور و کن��ترل گازه��ای خ�روجی اس��ت . از لح��اظ مقاومت و دوام موتور نیز ، موتورهای کم مصرف عموما برتر از بقیه هستند ؛ در حالیکه ترکیبی از موتورهای احتراقی استوگیومتری و ، از آالیندگی کمتر و ق��درت بیشتری برخوردار است . با تبدیل سوخت موتورها از گازوئیل به گاز ، ح��داقل ب��ا فن آوری فعلی می توان انتظار داشت که میزان قابل توجهی از حجم آالینده های تولید شده کاسته شود . احتراق مخلوط همگن و رقیق سوخت در موتورهای گ��از سوز سبب میشود که این موتورها کمتر از موتورهای دیزلی ، گ��ازی تولی��د کنن��د . در موتورهای استوگیومتری این امکان وجود دارد که با استفاده از فن آوری ، این. م���������������������������یزان ب���������������������������ه ح���������������������������داقل برسد

143

هزينه خريداري و نصب تجهttيزات جايگttاه سttوخت رسttاني گttاز طttبيعيچقدر است؟

دالر)ب��راي10،000بسته به ن��وع ط��راحي جايگ��اه، تجه��يزات جايگ��اه مي توان��د بين دالر )جايگاهه��اي ب��زرگ( هزين��ه در ب��ر داش��ته400،000كمپرسورهاي كوچ��ك( ت��ا

1،000،000 دقيقه( ت��ا 3باشد . جايگاههاي اتوبوسي با سيستم سوختگيري سريع )دالر هزين���ه خواه���د داش���ت . بط���ور كلي ب���راي تع���يين هزين���ه اح���داث جايگ���اه ، مي توان با توجه به ظرفيت جايگاه سوختگيري، به ازاي هر خ��ودرو هزين��ه اي ح��دود

دالر را در نظر گرفت .2000 تا 1000

چه بازارهايي براي خودروهاي گازسوز مناسب هستند؟

  آيا ميتوان انتظار داشت تمام خودروهاي سواري گازسوز شوند؟

در اروپا ناوگان صنعتي ، ملي و محلي نامزدهاي اصلي گازسوز ش��دن مي باش��ند. در ميليون خودرو در سرتاسر اروپا را مي ت��وان بص��ورت كارگ��اهي10حال حاضرحدود

144

ميلي��ون خ��ودروي ديگ��ر موج��ود در اين ناوگ��ان ن��يز ميت��وان40گازسوز نمود . بقيه بصورت موفقيت آميز تبديل نمود . بخ��اطر ع��دم توس��عه ش��بكه گازرس��اني ، هن��وز جايگاهها بطور مناسبي در ايتاليا گسترده نشده است . تبديل خودروهاي شخص��ي در برنام����ه ه����اي اتي اروپ����ا ق����راردارد . ش����ركتهاي ب����زرگ تولي����د كنن����ده مانندDaimlerChrysler, IVECO, FIAT, ERF, Opel, SAAB, Honda,

BMW, Volvo ,و Fordدر حال توليد خودروهاي گازسوز كارخانه اي مي باشند خواهد كرد .NGVو اين مساله كمك بسياري به گسترش بخش

آيttا تكنولttوژي حttال حاضttر خودروهttاي گازسttوز مي توانttد بttا سttرعت پيشرفت صنعت اتومبيل پيشروي نمايد؟

صورت گرفته اس��ت ك��ه ص��نعتNGVامروزه پيشرفتهاي مهمي در خصوص صنعت خودروسازي آن را ادامه خواهد داد و تكنولوژي ه��اي پيش��رفته توس��ط خودروس��ازان در حال ايجاد مي باشند . امروزه خودروهاي گازسوز كامال قابل رقابت با خودروه��اي انژكتوري پيشرفته مي باشند . تكنولوژي جديدي در حال شكل گ��يري اس��ت ك��ه ب��ر اساس آن گاز ط��بيعي مس��تقيما ب��ه محفظ��ه اح�تراق تزري��ق ميش��ود و ب��دين ت��رتيب تعويض سوخت از گاز به ب��نزين ي��ا بلعكس بص��ورت لحظ��ه اي اتف��اق خواه��د افت��اد .

Close سيستمهاي گازسوز در حال حاض��ر Loopب��وده و نس��بت ه��وا ب��ه س��وخت ورودي و شرايط كاركرد موتور در هر لحظه تحت تاثير سنسورهايي مي باشند كه از

منتق��ل مي كنن��د . ب��دين ت��رتيب موت��ور درECUاطالع��ات گازه��اي خ��روجي را ب��ه هرلحظه مناسبترين عملكرد را خواهد داشت.

145

موتوره���������اي گازس���������وز)Dedicatedبر پاي��ه تكنول��وژي )

دي��زل س��اخته ميش��وند ولي اين موتوره��ا ب��ر خالف موتوره��اي دي��زل داراي ش��مع مي باش��ند. اين موتوره�����ا در خودروه�����اي سنگين به كار برده مي ش��وند و تكنول����وژي آنه����ا ن����يز رو ب����ه

ب�ا توج�ه ب�هپيشرفت مي باش�د سهم قابل مالحظه اي كه ب��راي

( درCNGگاز ط��بيعي فش��رده ) س��بد مص��رف ان��رژي كش��ور در نظ��ر گرفت��ه ش��ده اس��ت ايج��اد

( در كش��ور بايس��تي باس��رعت بيش��تري انج��امCNGجايگاه هاي سوختگيري خودرو ) شود تا نسبت تعداد خودروهاي گازسوز توليدي به تعداد جايگاه ها متعادل گردد . ه��ر جايگاه عمومي بسته به تع�داد ن��ازل س��وخت دهي فع�ال موج�ود درآن جايگ��اه تع�داد متف�اوتي خ�ودرو را درش�بانه روز مي توان�د س�وخت دهي كن�د . ه�ر ن�ازل تن�دكار در

خ��ودرو را در ش��بانه روز س��رويس م125جايگاه هاي عمومي بطور متوسط ح��دود نازل تندكار باشد ظ��رفيت آن جايگ��اه ح��دود8يدهد . بنابراين اگر جايگاهي مجهزبه

خودرو در شبانه روز خواهد بود .1000

20الي 10به دليل تعميرات كلي و گاهي بدليل شرايط بد نگهداري هميش��ه ح��دود درصد جايگاهها خارج از سرويس مي باشند كه تاثير قابل مالحظه اي در كاهش ارائه خدمات دارد . طرح ايجاد جايگاهه��اي متوس��ط وكوچ��ك مي توان��د راه ح��ل مناس��بي براي جبران اين كاهش خدمات به شمار رود . حتي اگر نصب وبهره برداري جايگاهها در كشور طبق برنامه هم انجام شود و صد در صد آنها هم هميشه در سرويس باشند باز هم الزم است براي صف ه��اي ط��والني جايگ��اه ه��ا دركش��ور چ�اره اي انديش��يد .

146

بنظر مي رسد افزودن جايگاه هاي متوسط ب��ه اين مجموع��ه به��ترين چ��اره انديش��يباشد .

( معموال به يك يا دو نازل س��وختگيري مجه��ز هس��تند ك��هCNGجايگاه هاي متوسط ) تمام قطعات و بخش ها ي آن در ي�ك ك�ابينت )ك�انوپي( جم��ع آوري ش��ده و ابع�اد آن نسبت به جايگاه هاي عمومي بسيار كوچكتر است و نياز ب��ه فض��اي كوچك��تري ب��راي نصب و بهره برداري دارند. اين جايگ��اه ه��ا قاب��ل نص��ب و به��ره ب��رداري در پاركين��گ س��اختمان ه��اي مجتم��ع ه��اي مس��كوني ، اداري و ص��نعتي هس��تند و مي توانن��د ك��ار سوختگيري را در مواقع استراحت راننده و پارك خودرو در پاركين��گ انج��ام دهن��د ك��ه باعث افزايش راندمان كار و صرفه جويي در وقت وهزينه ن��يز خواه��د ش��د . جايگ��اه هاي متوسط احتياج به اپراتور ندارن��د و ب��ا آم��وزش مختص��ري ك��ه ب��ه رانن��دگان و ي��اص��������������������������������������������احبان خ��������������������������������������������ودرو داده

مي شود مي توان نياز به اپراتور و هزينه هاي آن را برطرف نمود .

متوسط وكوچك رامي ت��وان ب��ه دون��وع عم��ده تقس��يمCNGجايگاه هاي سوختگيري كرد نوع مخزن دار و نوع بدون مخزن . نوع مخزن دار كه به نوع س��ريع ن��يز ش��ناخته مي شود بسته به اينكه ظرفيت مخزن ذخيره جايگ��اه چن��د م�ترمكعب گ�از باش��د اين قابليت را دارد كه با سرعت بيشتري مخزن سوخت خودرو را پر كند و بنابراين تعداد خودرو بيش��تري را در ش��بانه روز نس��بت ب��ه ن��وع ب��دون مخ��زن س��وخت دهي كنن��د . جايگاه هاي مخزن دار احتياج به فضاي بيشتري نسبت به جايگاه هاي بدون مخزن ي��ا جايگاه هاي كند دارند و البت�ه قيمت آنه�ا هم بهم�ان نس�بت بيش�تر اس�ت . همچ��نين

نگهداري آنها به مراتب پرهزينه تر است .

147

ظرفيت اس��مي ومص��رف كلي جايگ��اه هاي نوع بدون مخزن طب��ق اس��تاندارد

م��ترمكعب در س��اعت و40 ت��ا 10از 250 ت����ا 40ن����وع مخ����زن دارآن از

م����ترمكعب در س����اعت مي باش����د . 10جايگ��اه ه��اي ب��ا مص��رف كم��تراز

مترمكعب اصوال جايگاه محس��وب نمي ش��وند و ب��ه آنه��ا دس��تگاههاي خ��انگيگفت����������������������������������������������ه مي شود كه فعال بدليل مش��كالت ف��نيو ايم������ني ك������ه در ك������اربرد دارن������د هن������وز در كش������ور م������ا اس������تاندارد

نگرديده اند . استفاده از جايگاه هاي مخزن دار در س��اختمانها ب��ا مح��دوديت ه��اي ف��ني واقتص��ادي روبرو بوده و در اغلب آنها مقرون ب��ه ص��رفه نيس��ت ل��ذا در بيش��ترموارد بايس��تي از جايگاه هاي بدون مخزن استفاده نمود . مالكان ي��ا م��ديران س��اختمان ه��ايي ك��ه مي

CNGخواهن��د در پاركين��گ س��اختمان هايش��ان از جايگ��اه ه��اي متوس��ط س��وختگيري استفاده كنند بايستي به اين موضوع توجه كنند كه قبل از تصميم گيري حتما بررس��ي هاي فني و اقتصادي و حتي ايم��ني الزم را بعم��ل آورن��د و س��پس نس��بت ب��ه خري��د و

نصب جايگاه موردنظر تصميم گيري نمايند . بنا برهمين نگرش شركت ملي گ��از ب��ر آن ش��د ت��ا جهت بررس��ي دقي��ق ت��ر موض��وع وارزيابي هاي فني واقتص��ادي ك��اربرد جايگاهه��اي متوس��ط در پاركين��گ مجتم��ع ه��اي اداري و مسكوني يك پروژه پژوهشي را در اين زمينه تعريف و اجرا نمايد. اين پروژه با عنوان "امكان سنجي فني- اقتصادي، نصب و بهره برداري از جايگاه هاي س��وخت

تعريف و توسط مركز تحقيقات خودرو،1388 درسال CNGگيري مقياس متوسط اين پ��روژه دو م��دل جايگ��اه متوس��ط و سوخت و محيط زيست به اجرا در آم��د . در

كوچك خريداري و در دو پاركينگ مختلف نصب و راه ان��دازي گردي��د و ك��اركرد آن ب��ه

148

ماه مورد مطالعه قرارگرفت . هر دو مدل اين جايگاه ها ازنوع بدون مخ��زن6مدت ولي با ظرفيت سوخت دهي متفاوت انتخاب و عملكرد آنها مورد ارزيابي قرارگ��رفت

.نتايج حاصل از اين پروژه عبارت بود از :

" الزام��ات جايگ��اه س��وختگيري گ��از12141تهيه پيش��نويس اس��تاندارد ملي ش��ماره طبيعي فشرده نوع متوسط"

ن��رم اف��زار بررس��ي اقتص��ادي خري��د ، نص��ب و به��ره ب��رداري از جايگ��اه متوس��ط در پاركينگ مجتمع هاي مسكوني ، اداري و صنعتي پيشنويس استاندارد فوق ال��ذكر پس ازتصويب دركميته ملي سازمان استانداردها در سايت سازمان استاندارد و تحقيق��ات صنعتي ايران قرار داده شد كه كارشناسان و عالقمندان مي توانند با مراجع��ه ب��ه آن

از مشخصات فني اين نوع جايگاهها و ويژگي هاي آن مطلع شوند .

نرم افزار مورد بحث نيز به نحوي تنظيم شده تا كاربران بتوانند اطالعات اوليه نظير قيمت برق و گاز مصرفي را در آن وارد و برنامه را اجرا نمايند . اطالعات وارد شده توسط نرم افزارمورد تجزي��ه و تحلي��ل و محاس��به ق��رار گرفت��ه و نتيج��ه خ��روجي آن شرايط بهينه و مقرون به ص��رفه ب��ودن ي��ا نب��ودن نص��ب و به��ره ب��رداري از اين ن��وع جايگاهها را براي كاربر مشخص مي نمايد تا كاربر يا مالك ساختمان بتواندنس��بت ب��ه

آن تصميم گيري نمايد .

چرا خودروهاي گازسوز افت قدرت دارند ؟

خودرو هاي گازسوز شتاب و کشش مناس�بي ندارن�د ، در س�ر ب�االيي ه�ا کم آورده و پيش مي آي��د وCNGنمي توانند بارهاي سنگين را حمل کنند . البته اين موارد ب��راي

سوخت مناس��بي نيس��تCNG چنين حالتي را ندارد .عده اي معتقدند LPGگاز مايع و نمي توان از آن ب��راي تم��امي خ��ودرو ه��ا اس��تفاده ک��رد . همچ��نين بس��ياري آن را

سوخت بس��يار خ��وبي اس��ت ک��هCNGسوختي با ارزش حرارتي کم مي دانند ، اما ارزش حرارتي بسيار بااليي دارد .اکتان يا بهسوزي اين سوخت از بنزين بسيار ب��االتر

149

است و قدرت بسياربيشتري توليد مي کند ، اماچرا مصرف آن در خ��ودرو ه��ا ب��اعث افت ق��درت و ش��تاب مي ش��ود ؟ اين س��وال دالي��ل مختلفي دارد ک��ه مهم��ترين آن طراحي موتور يبشتر خودرو ها بر اساس بنزين است .تمامي خودرو ها اتومبيل هاي بنزين سوز هستند که بعدا تحت شرايط خاصي تبديل به خ��ودرو ه��اي گازس��وز ش��ده اند .بنزين سوخت مايعي است که چگالي بسيار باالتري نسبت ب��ه گ��از دارد و وق��تي توسط انژکتور درون سيلندر پاشيده مي شود تبديل به بخار بسيار غليظ مي شود که مقدار آن نسبت به همان ميزان گاز بسيار بيشتر است ، يعني اگر اتاق احتراق را ب��ا بخار بنزين پر کنيم ، ميزان بنزين بخار شده در اين ناحي��ه بيش�تر از گ��ازي اس��ت ک�ه محفظه را پر مي کند .به زبان ساده تر اگر تعداد مولکول هاي گاز ک��ه ات��اق اح��تراق

عدد باشد ، تعداد مولکول هاي بخار بنزين که اتاق احتراق را پ��ر150را پر مي کند ع��دد اس��ت .در اين مث��ال س��اده مي ت��وان دي��د ک��ه در اين300مي کن��د نزدي��ک ب��ه

شرايط بنزين به علت چگالي باالتر مي تواند قدرت بيشتري توليد کند .اما اين سوال پيش مي آيد که چرا گاز نمي تواند اتاق احتراق را خوب پر کن��د ؟ دلي��ل اين مس��اله باز هم طراحي موتور بر اساس بنزين است .تمامي مج��اري ورود س�وخت ب�ه داخ�ل اتاق احتراق براي ب��نزين ط��راحي ش��ده ان��د. بط��ور مث��ال مانيفول��د ورودي ، مج��اري هواي سر سيلندر ، قطر سوپاپ ها ، همگي بر اساس ورود ه��وايي ک��ه ب��نزين ني��از دارد طراحي شده اند .اگر اين مجاري ب��ر اس��اس گ��از بخواهن��د ط��راحي ش��وند باي��د قطر بيشتري داشته و ورود هوا بسيار آسان تر هم مي ش��ود . همچ��نين م��يزان گ��از ورودي به سيلندر بايد افزايش يابد .در اين شرايط شکل اتاق اح��تراق ن��يز تغي��ير مي کند و براي احتراق گاز شکل مي گيرد .همچنين گاز مش��کالت ب��نزين را ن��دارد. يع��ني احتياج به تغيير حالت از مايع به بخار را نداش��ته و خمچ��نين در ش��رايط س��رد تقط��ير نمي شود و در نتيجه اختالط سوخت با هوا بسيار بهتر مي شود .يکي ديگر از مزاياي

CNG آلودگي بسيار پايين ان است . سوخت CNGدر مقابل بنزين بس��يارپاک و کم بس��يارCO و NOXآالينده تر است که پس از س��وختن در س��يلندر گ��از ه��اي س��مي

کمتري توليد مي کند .

150

در اين حالت احتياج به کاتاليست بسيار کم شده و در نتيجه وزن خودرو پايين مي آيد . مصرف سوخت کاهش يافته و استهالک کم مي شود .اگرکمي دقت کنيم مي بينيم که تم�امي اين محاس�ن ب�ا ط��راحي موت�ور ه�اي گ�از س��وز قاب�ل دس�ترس هس�تند . امروزه در کشور موتور هاي گ�از س�وززياد ب�وده ، ام�ا موت�وري ک�ه ط�راحي آن ب�ر اساس گاز باشد و بر پايه گازسوزي ط��راحي ش��ود ، بس��يار کم اس��ت .ب��ا اين وج��ود موتور ملي ساخته شده در کشور در اين شرايط به سر مي ب��رد و ات��اق اح��تراق ب��ر اساس گاز طراحي شده است اماتيراژ توليد آن بسيار پايين اس��ت .همچ��نين جايگ��اه هاي سوخت گيري گاز کافي نيستند . بسياري از از رانندگان از پايين بودن فشار گ��از ش��کايت مي کنن��د .کش��ور ه��اي ديگ��ري چ��ون ايتالي��ا ، روس��يه و .. هم خ��ودرو ه��اي گازسوز دارند اما هرگز به سمت تک محوري کردن گ�از پيش نرفت��ه ان�د . گازويي�ل و موتور هاي ديزلي ، خودرو هاي هيبريدي که مي توانن��د ج��ايگزين خ��ودرو ه��اي فق�ط بنزي��ني ش��وند .اين مس��ائل مش��کالت و م��وانعي هس��تند ک��ه ب��ر س��ر راه خودروه��اي گازسوز وجود دارند . براي حل آن بايد ابتدا موتور هاي پايه گازسوز گسترش يابند ، توليد آنها به تيراژ باال برسد و ت��امين گ��از آنه��ا ب��ه س��هولت انج��ام پ��ذيرد .در مجم��وع

CNGرا بايد سوخت پاک و پر ق��درتي نامي��د ک��ه اس��تفاده از آن ب��راي حم��ل و نق��ل بسيار وق��رون ب��ه ص��رفه اس��ت و باي��د اس��تفاده از آن گس��ترش ياب��د .سيس��تم ه��اي استفاده از اين سوخت در خودروه�ا روز ب�ه روز در ح�ال تکام�ل هس�تند و مي توان�د بازده و قدرتي زياد حتي باالتر از بنزين توليد کنند .اما بايد اين نکته را يادآور ش��د ک��ه تمامي اين سوخت ها فسيلي هستند و زماني به پايام مي رسند پس باي��د ب��ه س��مت

منبعي نا محدود و قابل تجديد پيش رفت .

برنامه هاي ژاپن براي گازسوز كردن خودروها

اولين اق��دام ژاپن ب��راي گازس��وز ك��ردن خودروه��ا ، ش��ناخت زمينه ه��اي مناس��ب ب��ه ( ب��ود . در ژاپن زمينه ه��ايCNGمنظور توليد انبوه خ��ودرو ب��ا س��وخت گ��از ط��بيعي )

مناس��ب ب��راي گازس��وز ك��ردن خودروه��ا ب��ه ت��رتيب ش��امل : اتوبوس ه��اي ش��هري ،كاميون هاي حمل زباله، كاميون هاي شركت حمل و نقل و خودروهاي تجاري است .

151

، به منظور پيشگيري از افزايش انتشار ذرات معلق حاص��ل از1999دولت ژاپن در احتراق گازوييل در خودرو و حفظ محيط زيس��ت ، برن��امه اي را ط��راحي ك��رد . دولت

گروه خ��ودرو ب��ا ن��ام خودروه��اي4 نوع سوخت خودرو را براي 4ژاپن در اين برنامه وLPG ، خودروه��اي ب��ا س��وخت CNGبنزي��ني كم آالين��ده ، خودروه��اي ب��ا س��وخت

را اخ��ذ كرده ان��د پيش��نهادDPFهمچنين خودروهاي ديزلي كه توسط دولت ، گ��واهي كرد كه بااستانداردهاي جدي��د مط�ابقت داش��تند و م��ردم را ب��ه اس��تفاده از اين چه��ار

گزينه ترغيب كرد .

ب��ه CNGديگر سياست هاي انجام شده در ژاپن براي اف��زايش خودروه��اي گازس��وز شرح زير است :

ايجاد اطمينان شركت هاي خودروساز از تقاضا براي خودروهاي گازسوز در آينده

تنوع بخشي به انواع خودرو و كاهش بيشتر بهاي خودروها

يارانه هاي قوي و اقدامات حمايتي

CNGوضع قيمت هاي سودآور براي

توسعه زيرساخت ها در سراسر ژاپن

كاهش هزينه هاي تسهيالت سوخت گيري

تجربه كره جنوبي

ه��زار اتوب��وس ب��ا س��وخت گ��از20هدف وزارت محيط زيست ك��ره،ج��ايگزين ك��ردن ك��هCNG سال بوده است . برنامه 7 شهراصلي در طول 9طبيعي فشرده شده در

در كره انجام شده، شامل نكات مهم زير است :

در كارخانه هاي كره اي CNGقابليت دسترسي آسان به فناوري موتورهاي

152

وجود زيرساخت هاي خطوط لوله گاز طبيعي در سراسر كشور

تمايل سياسي به تجديد نظر در قوانين موجود

انگيزش هاي مالياتي و ديگر محرك هاي مالي براي تشويق در مورد خريد اتوبوس هايجديد و ساخت جايگاه هاي سوخت گيري

CNGدر چند كشور آسيايي

در كشورهاي آسيايي از جمله بنگالدش ، چين ، هند ، اندونزي ، م��الزي ، پاكس��تان ، فيليپين و ويتنام ، برنامه هايي براي گازسوز ك��ردن خودروه��ا ب��ه اج��را گذاش��ته ش��ده اس��ت .توج��ه بيش��تر اين كش��ورها ب��ه آث��ار زيس��ت محيطي ناش��ي از آل��ودگي ه��وا ، وابستگي هر چه بيشتر اين كشورها به واردات سوخت هاي معمول از جمل��ه ب��نزين و گازوييل و همچ��نين اف��زايش فش��ار ه��ر چ��ه بيش��تر س��ازمان ها و گروه ه��اي طرف��دار محيط زيست مبني بر استفاده از گاز طبيعي به عنوان سوخت پاكيزه و تميز از جمل��ه موارد اجرا شده در اين كشورهاست . البته بايد توجه داشت استفاده از گ��از ط��بيعي

CNGدر بخش حمل و نق��ل ، در آخ��رين مرحل��ه ق��رار دارد و اص��وال كش��ورهايي در گازسوز كردن خودروها موفق ترند ك��ه ابت��دا در ص��نايع كوچ��ك و ديگ��ر كاربرده��ا گ��از

طبيعي را به كار گرفته باشند .

خشك كن هدف از به كار گيري خشك كن در ايستگاه سوخت رساني ، كاهش بخار آب موج��ود در گاز ايستگاه و رساندن آن به سطح قابل قبول مي باشد . ميزان بخار موجود باي��د درحدي باشد كه ن�ه تنه�ا در عملك�رد خ�ودرو ايج�اد مش�كل ننماي�د ، بلك��ه در س�يلندر خودرو ، مخازن ايستگاه ، لوله كشي ها و ديگر تجه��يزات موج��ود در ايس��تگاه ن��يز از

لحاظ خوردگي مشكلي ايجاد نكند .

خشك كن ها مي توانند در قسمت كم فشار يا در قس��مت پرفش��ار كمپرس��ور نص��ب

153

گردند . بيشتر خشك كن ها به منظور جذب بخار آب از يك غربال مولك��ولي اس��تفاده را نش��انCNG يك نمونه خشك كن قاب��ل ك��اربرد در ايس��تگاه 14مي نمايند . شكل

مي دهد .

CNGكيفيت

ب��ا درنظ��ر گ��رفتن عملك��رد مناس��بCNG  مشخص��ات الزم ب��راي كيفيت مناسب خودرو ، خوردگي در انواع تجهيزات آن و تجهيزات ايستگاه ، در س��ه اس��تاندارد آم��ده

باي��د درح��دCNGاست . بر طبق هريك از سه اس��تاندارد مق��دار بخ��ارآب موج��ود در محدود و قابل قبولي باشد . ميزان مجاز بخار آب مربوط به هري��ك ازاس��تانداردها در

ادامه آورده شده است :

بايد به اندازه ايCNG  ميزان بخار آب در :CARB Specification استاندارد

154

Fباشد كه نقطة شبنم آن حداقل %99 پايين تر از 10 ◦ دماي ط��راحي زمس�تان ASHRAE . باشد

1616Jاستاندارد SAE م�يزان بخ��ار آب در : CNGباي�د ب��ه ان��دازه اي باش��د ك�ه پايين تر از كمترين دماي خشك ماهانه ايستگاه باشد .F ◦ 10نقطة شبنم آن حداقل

پوند در هر ميليون مترمكعب7ميزان بخار آب بايد كمتر از  : NFPA52استاندارد گاز باشد .

دماي نقطة شبنم

يك گاز دمايي است كه در آن دما بخار موجود در يك حجم معين و دماي نقطة شبنم فشار معلوم شروع به تقطير مي كند . اگر دماي گاز باالتر از دماي نقطة شبنم باشد ، گاز حالت مافوق گرم داشته و ميزان بخار آن از حالت نقطة شبنم كمتر مي باشد . در نقطة شبنم، گاز بيشترين مقدار بخار آب را در خود دارد و پايين تر از نقطة ش��بنم بخار موجود شروع به تقطير مي كند .دماي نقطة ش��بنم ب��ا اف��زايش فش��ار زي��اد مي شود . يعني در مكان ه��اي پرفش��ار بع��د از كمپرس��ور و در تجه�يزات خ�ودرو براح�تي

ممكن است به دماي نقطة شبنم برسيم و شاهد تشكيل قطرات آب باشيم .

155

روند افزايش دماي نقطة شبنم با فشار

پوند در ميليون م��تر مكعب گ��از7 با ميزان بخار آب CNGبه عنوان مثال اگر يك گاز خواهدبود . بهF ◦ 52، دماي نقطة شبنم psig 3600را درنظر بگيريم ، در فشار

Fاين معني كه اگر گاز در اين فشار به دماي برسد ، بخارهاي آب در مخ��ازن52 ◦ خودرو ، ايستگاه و لوله كشي ها تشكيل مي شود . بخار آب مي توان��د در اث��ر ه��واي سرد زمستان يا بر اثر انبساط در مجاري باريك سوخت رساني ، منجم��د ش��ود و ب��ه اين ترتيب موجب انسداد لوله ها گ�ردد . عالوه ب�ر اين قط�رات آب تش�كيل ش��ده در

S وCO 2گاز مي تواند با 2Hموجود ، ت��ركيب ش��ده و اس��يدهاي گ�وگرد و كربني�ك را تشكيل دهند . وجود اين اسيدها در گاز مي تواند بشدت خ��وردگي در ان��واع تجه��يزات

را فزوني بخشد .

معيارهاي طراحي

و جلوگ��يري از مش��كالتCNGب��ه منظ��ور ح��ذف پتانس��يل تش��كيل قط��رات آب در متعاقب آن ، گاز بايد تا اندازه اي خشك گردد كه در مخازن )محل بيشترين فش��ار( ،

156

پايين تر از كمترين دماي ممكن محيط باشد . به طور مثال اگرF ◦ 10  نقطة شبنم ايستگاه در مك��اني بن��ا ش��ده ك��ه در زمس��تان دم��اي آن ت��ا ح��د ص��فردرجة فارنه��ايت

را ت��ا ح��دي خش��ك نماي��د ك��ه در مك��انCNGبرسد ، دستگاه خشك كن بايستي گاز باشد . F ◦ 10هايي با بيشترين فشار دماي نقطة شبنم كمتر از

انواع روش هاي نم گيري

در دس��تگاهCNGسه روش عمده و متداول به منظور خشك نم��ودن گ��از ط��بيعي و هاي خشك كن به كار گرفته مي شود :

درص��ورت اس��تفاده از  CNG كمترين نقطة شبنم : خشك كن هاي سرمايشي خواهد بود. بنابراين فقط در مناطقي قابل كاربرد استF ◦ 35اين نوع خشك كن

نباشد.  F ◦ 45كه حداقل دماي آن در طول سال كمتر از

عم��ل ك��رده و ت��اCNG كه بر اساس جذب آب موجود در خشك كن هاي جاذب : حد معيني مي توان نقطة شبنم گاز را كاهش داد . در اين حالت بايد توج��ه ش��ود ك��ه

مواد جاذب به كار رفته در اين نوع بسيار خورنده و خطرناك مي باشند .

ميCNG معمول ترين نوع خشك كن در ايس��تگاه ه��اي خشك كن هاي نم گير : و  توس��ط غرب��ال مولك��ولي CNGباشند . در اين نوع، ميزان رطوبت موجود در گاز

مواد خشك كننده ، كاهش مي يابد . غربال مولكولي)در ابعاد آنگس��ترومي( بخ��ار آب را در شبكه متخلخل خود گرفتار مي كند و سپس از اشباع ش��دن توس��ط گرم��ا ، آب جذب شده را به بيرون دفع مي نمايد . به وسيلة اين نوع از خشك كن ها مي توان تا

نيز رسيد . - F ◦ 150نقطة شبنم

محل نصب خشك كن

دستگاه هاي خشك كن مي توانند در قسمت كم فشار )ورودي( يا پرفشار )خروجي( كمپرسور نص��ب گردن��د . اگ��ر دس��تگاه خش��ك كن را در قس��مت پرفش��ار )خ��روجي(

157

كمپرسور نصب نماييم مادة خشك كنن��ده در مع��رض فش��ار بس��يار عظيم و همچ��نين نوس��انات دبي جري��ان ق��رار خواه��د گ��رفت ك��ه ممكن اس��ت م��وجب تخ��ريب غرب��ال مولكولي گردد . عالوه ب�ر اين ، نوس�انات مي توانن�د ب�ر عملك�رد م�ادة خش�ك كن و درنتيجه دماي شبنم نهايي تأثير بگذارد . بنابراين توصيه مي شود دستگاه هاي خش��ك

كن در قسمت كم فشار)ورودي( كمپرسور نصب گردند .

انواع خشك كن ها

از دو ن��وع خش��ك كن اس��تفاده مي ش��ود . يكيCNGبه طوركلي در ايس��تگاه ه��اي كه بر اس��اس تغي��يرات فش�ار ك�ار مي كنن�د و ديگ��ري PSAدستگاه هاي خشك كن مي باشند كه بر اساس تغييرات دمايي ك��ار مي كنن��د .TSAدستگاه هاي خشك كن

در هر دو نوع ، از ي��ك م��ادة ج��اذب مانن��د غرب��ال مولك��ولي جهت ج��ذب بخ��ار آب از جريان گاز استفاده مي ش��ود . مهم��ترين تف��اوت بين دو روش را مي ت��وان در نح��وة

دوباره فعال سازي يا خشك كردن ، ماده جاذب دانست .

PSAدستگاه خشك كن

ب��ه منظ��ور غ��ني س��ازي ي��ا تخليص م��ادةPSA به طوركلي دستگاه هاي خش��ك كن به كار برده مي شوند . در ك��اربرد خ��اص مي ت��وان از آن ب��ه عن��وانCNGخاص در

خشك كن نيز استفاده نمود . در اين حالت گاز اشباع شده در فشار كم را مي ت��وان دارايPSAبه اتمس��فر تخلي��ه نم��ود ي��ا اين ك��ه آن را س��وزاند. اس��تفاده از سيس��تم

قيمت پاييني مي باشد ولي از معايب آن مي توان ب��ه از دس��ت دادن مق��داري گ��از و را در فش��ار پ��ايينA جدا ش��دن م��ادة زیرافزايش بار كمپرسور اشاره نمود . شكل

نشان مي دهد .

158

PSAخشك كن نوع

TSAدستگاه خشك كن

در اين سيستم از يك گرم كن به عنوان بازيابندة غربال مولكولي استفاده مي شود .TSA  مدار عملكرد خشك كن نوع 16شكل را نشان مي دهد . اين سيستم معموال

داراي دو نوع تك برجي )گرم كن خ��ارجي( و دوب��رجي مي باش��د . سيس��تم از ن��وعTSA. دو برجي مي تواند در قسمت خروجي كمپرسور نصب گردد

مدار كاركرد خشك كن نوعTSA

159

تک برجی :TSAخشک کن نوع

م��اه ،6 ت��ا 1، داراي گرم كن خارجي بوده و هر   تك برجيTSAسيستم خشك كن يك بار احتياج به بازيابي دارد . در برخي اوقات يك بازيابن��دة متح��رك م��ورد اس��تفاده ق��رار مي گ��يرد . سيس��تم ت��ك ب��رجي داراي امتي��ازاتي نظ��ير قيمت پ��ايين ، ق��ابليت اطمين��ان ب��اال ، هزين��ة تعم��يراتي كم )ج��دا از هزين��ة بازي��ابي( اس��ت و بعالوه تم��ام

دو نمون�ه خش�ك كن17امتيارات سيس��تم دو ب��رجي را ن�يز دارا مي باش��د . ش��كل TSAتك ب��رجي را نش��ان مي ده��د . اين سيس��تم داراي مع��ايبي نظ��ير هزين��ة ب��االي

بازيابي و كمبود ن��يروي متخص��ص بازي��اب در منطق��ة مش��خص، مي باش��د . همچ��نينمسائل جوي و شرايط آب وهوايي نيز بايد مساعد بازيابي باشند .

160

دو نمونه از خشك كن نوعTSA تک برجی

دو برجی :TSAخشك كن نوع

دوب��رجي داراي چن��دين ن��وع ط��راحي مي باش��ند :TSAسيس��تم ه��اي خش��ك كن داخلي با پ��اك كنن��دة داخلي ي��ا خ��ارجي و سيس��تم بازي��ابي حلق��ه بس��ته در گرمايش

دو برجي ، مي توان بدون آن ك��هTSAطراحي مناسب و درست سيستم خشك كن س��ال3 تا 2به سيكل بازيابي نياز داشته باشيم ماد ة جاذب و خشك كن را در حدود

161

به طور ممتد به كار گرفت . چرخة كاري بلند مدت اين سيستم مي تواند هزينه ه��اي تعميراتي را بشدت كاهش ده��د . همچ��نين در اين سيس��تم م��ادة خش��ك كن ب��ازدهي بيشتري خواهد داشت و براي مدت طوالني تري مي تواند به كار گرفته ش�ود. ش�كل

دو برجي را نشان مي دهد . TSA نمونه هايي از خشك كن 18

خشك كن نوعTSA دو برجی

پيشنهادات

14( ، در ح��التي ك��ه رط��وبت گ��از كم��تر از scfm150 در دبي كم جريان )كمتر از TSAپوند در هر ميليون متر مكعب گاز باشد ، اس��تفاده از دس��تگاه ه��اي خش��ك كن

ت�������ك ب�������رجي از لح�������اظ اقتص�������ادي مق�������رون ب�������ه ص�������رفه ت�������ر مي باشد . در اين حالت حتما بايد دقت نمود كه امكان��ات مرب��وط ب��ه س��رويس دهي بازيابي و همچنين شرايط جوي مناسب براي آن فراهم باشد . به خصوص در ح��التي كه در يك منطقة خاص تعداد ايستگاه ها زياد باشند استفاده از اين نوع خشك كن ها

توصيه مي شود .

دوب��رجي اس��تفادهTSAدر شرايطي غير از شرايط فوق بهتر اس��ت ك��ه از سيس��تم نمود . در اين سيستم ، هزينة اولية مربوط به پاك كنندة خارجي ، از پاك كنن��ده ه��اي

هزين��ة اولي��ة كم��تري68داخلي كمتر مي باشد و هر دو نوع ، از سيستم حلقه بسته

162

دارند . ولي در حالتي كه در كل استفاده از پاك كننده ها بهينه نباشد ، بهتر اس��ت ازسيستم حلقه بسته استفاده شود .

نگاهي به وضعيت مصرف انرژي در كشور مصرف انرژي در بخشهاي مختلف اقتصادي كشور در سالهاي گذشته ، روندي رو

1380 ت��ا 1373ماره��ا نش��ان مي ده��د ك��ه طي س��الهاي آ. تبه رشد داشته اس است .افزايش يافته درسال %1/4 مصرف نهايي انرژي با رشد متوسطي برابر

بيشترين رشد مربوط به گاز ط��بيعي اس��ت،بين مصرف انواع حاملهاي انرژي در كه ناشي از اجراي برنامه هاي توسعه گازرساني و سياستهاي ج��ايگزيني مص��رف

ورده هاي نفتي بوده است . طي همين دوره، مصرف نفتآگاز طبيعي به جاي فر ورده هاي نفتي را دارا بوده است و ب��نزين ب��اآگاز باالترين سهم از كل مصرف فر

در سال ، بيشترين رش��د مص��رف را در مقايس��ه ب��ا%6/5 رشد متوسطي برابر به بع�د1380ساير فراورده هاي نفتي داشته كه متاسفانه اين روند طي سالهاي

.نيز به شكل بغرنج تري ادامه يافته است

در جدول زیر، آمار وضعيت مصرف انرژي در بخشهاي مص��رف كنن��ده طي س��ال . ارايه شده است1381

مقدار به ميليون بشكه()معادل نفت خام

ارزش

)به ميليون دالر(

163

27/2324/4749خانگي

تجاري، خدماتيو عمومي

75/5723/1634

21/20373/6758نقل حمل و

70/21954/3734صنعت

22/2945/1185كشاورزي

75/246/210ساير

خوراكپتروشيمي

03/4870/304

93/79250/18577جمع كل

مصرف انرژي ، از يك آمار مقايسه اييدركارايي بهره برداري ارزبابي براي استفاده مي شود كه در آن شدت صرف انرژي در ايران ، با چند كشور در حال

توسعه و صنعتي جهان مقايسه شده است . اين اطالعات نشان مي دهد كه دربوده 1037، شاخص شدت مصرف انرژي 1998حاليكه در ايران در سال

. بوده است274 و در متوسط جهاني 258است ، اين رقم در منطقه آسيا

برنامه ها و طرحهاي بهينه سازي مصرف انرژي گام اول : تعيين شاخصها و استانداردهاي مصرف سوخت

اجتم��اعي و ف��رهنگي ق��انون برنام��ه س��وم توس��عه اقتص��ادي،121اساس م��اده جمهوري اسالمي اي��ران و آيين نام��ه ه��اي اج��رايي آن ، وزارت نفت موظ��ف ب��ه

تدوين و به تصويب رسانيدن معيارها و مشخص��ات ف��ني مرتب��ط ب��ا مص��رف تهيه، فرايندها و سيستمهاي مصرف كننده سوخت است به ترتي��بي انرژي در تجهيزات،

164

كه كليه مصرف كنندگان ، توليد كنندگان و واردكنندگان اين تجه��يزات، فراين��دها و سيستمها ملزم به رعايت اين مشخصات و معيارها باشند. در اين راس��تا س��ازمان

ينابهينه سازي مصرف س��وخت كش��ور از ط��رف وزارت نفت عه��ده دار اج��راي وظيفه گرديده و مسئوليت تهيه و تدوين معيارها، ضوابط و آيين نامه هاي اجرايي الزم براي ساماندهي صرف سوخت در بخش��هاي مختل��ف ب��ه عه��ده اين س��ازمان .قرار داده شده است

نام طرح

نسك

ن و مساختما

تدوين استانداردهاي تعيين مشخصات فني وگونه بندي عايقهاي حرارتي

تدوين استانداردهاي تعيين مشخصات فني روشهاي تعيين ضرايب هدايت حرارتي و انتقال

يحرارت مصالح ساختمانيلوازم خانگ

طرح تدوين و تجديد نظر در استانداردهاي لوازم

انجام آزمونهاي راندمان و معيارهاي مصرفانرژي )برچسب(

تدوين استاندارد برچسب انرژي لوازم خانگيگازسوز

ح م

تدوين استاندارد و مميزي جايگاههاي سوختگيري

165

لل و نق آناليز تعيين كيفيت سوخت

تدوين معيارهاي مصرف سوخت در بخش حملو نقل

CNG تدوين استاندارد ملي در مورد

تشويق و تنبيه بر مبناي استانداردهاي تعيين شدهگام دوم: در مرحل��ه اول ب��ه منظ��ور تش��ويق ص��نايع جهت ارتق��اء ب��ازده تجه��يزات و ل��وازم

اق��دام ب��ه نوس��ازي و اص��الح ص��نايع ل��وازم خ��انگي و،مص��رف كنن��ده س��وخت هاها و نيروگاهخودروس�����ازي ، خط�����وط تولي�����د كارخانج�����ات، پااليش�����گاه مي گردد. براين اساس صنايع مل��زم ب��ه رع��ايت اس��تانداردها و معياره��اي ت��دوين

مصرف سوخت در مدت زمان تعيين شده براي آنها مي باش��ند . در مرحل��هةشد در جهت بهبودوض��عيت مص��رف س��وختيدوم، اق��دام ب��ه اعم��ال سياس��ت تن��بيه

مي شودمحصوالت توليدي ، خطوط توليد و تجهيزات انرژي بر آنها .

نظارت مستمر بر رعايت استانداردها گام سوم:

يكي از فعاليتهاي مهم اين سازمان براي ص��رفه ج��ويي همانگونه كه عنوان شد ، ةمصرف انرژي ، نظارت مستمر بر رع��ايت اس��تانداردها و معياره��اي ت��دوين شد

مص���رف س���وخت مي باش���د. از ابزاره���اي مهم جهت تحق���ق اين ام���ر اح��داث . آزمايشگاههاي متعدد لوازم و تجهيزات مصرف كننده انرژي است

وازم خانگي درلبه اين منظور سازمان اقدام به احداث آزمايشگاههاي منطقه اي استان كشور و يك آزمايشگاه ملي به عنوان مرجع نظ��ارت ب��ر آزمايش��گاههاي4

. منطقه اي كرده است

166

عالوه بر اين ، اقدام به ارتق��اء كيفيت ادوات و تجه��يزات آزمايش��گاههاي ل��وازم و . تجه�����يزات مص�����رف كنن�����ده ان�����رژي موج�����ود در كش�����ور ش�����ده است

پرخوران بنزینی درایران

موتور پرخوران نیز براساس برنامه ریزی ه�ای ص�ورت گرفت��ه ق��رار اس��ت س��ال با پایه گاز سوز بر روی خودروی سورن عرضه شود. ب��ا این ک��ه ق��رار ب��ود1389

موتور پرخوران با پایه گاز سوز عرضه شود ، اما باالخره مسووالن شرکت ای��ران خودرو تصمیم گرفتند که فعال از گزینه گاز صرف نظ��ر ک��رده و از س��وخت ب��نزین استفاده کنند ؛ اگرچه پایه گاز سوز این موتور نیز به گفت��ه مس��ووالن ایران خ��ودرو نیز تولید خواهد شد .پدرام اسالمی نژاد ، مع��اون ش��رکت ایپک��و در خص��وص علت صرف نظر کردن از تولید موتور پرخوران با پایه گاز سوز به دنیای خودرو می گوید : همان طور که می دانید این موتور بر روی خودروی سورن که خودرویی ل��وکس و گران قیمت است نصب می شود ، مطالعات بازار نشان داد که فعال این خودرو نیازی به مشتری گاز سوز ندارد وی با تاکید بر این که موتور ملی پرخ��وران قطع��ا با پایه گاز سوز نیز تولید می شود و هیچ مشکلی نیز از این بابت وجود ندارد ادام��ه می دهد : مطالعاتی که گروه بازار ایران خودرو در مورد بازاریابی خودروی سورن با موتور پرخوران )توربوشارژ( انجام داد ، حاکی از این بود که برای خری��دار این نوع خودرو، مهم نیست که حتما بای��د از س��وخت گ��از اس��تفاده کن��د .اس��المی نژاد البته می گوید: مطالعات بازار نشان می دهد که اگر سورن ب��ا موت��ور پرخ��وران ب��ا پای��ه گازس��وز عرض��ه ش��ود، ب��ا اس��تقبال چن��دانی از س��وی خری��داران مواج��ه نمی شود .مطالعات صورت گرفته در مورد استقبال از خودروی س��ورن ب��ا موت��ور پرخوران )توربوشارژ( با پایه بنزین یا گاز در حالی ام��روز ب��ر عالق��ه مش��تری ها از سوخت بنزین تاکید می کند که از همان ابتدای طراحی قرار ب��ود ب��ا پای��ه گازس��وز به مشتری ها عرضه شود . اما بعد از سه سال رونمایی ، حال ک��ه کم��تر از ش��ش ماه دیگر وارد فاز صنعتی می شود ، گفته ش��ده این موت��ور ب��ا پای��ه ب��نزین عرض��ه می شود .یکی از دالیل مخالفت با تولید موتور پرخوران با پایه گاز سوز در فاز اول

167

، نداشتن توجیه فنی و اقتصادی از سوی ایران خودرو اعالم شده اس��ت ؛ چراک��ه ایران خودرو معتقد است از آنجا که سورن یک خودروی اسپرت و ل��وکس اس��ت ، بنابراین اقتصادی نیست که فعال با پایه گاز سوز عرضه ش��ود .این در ح��الی اس��ت ک��ه ب��رخی ش��نیده ها ن��یز ح��اکی از این اس��ت ک��ه نگ��رانی از کمب��ود س��ی ان جی ، صف های طوالنی برای گ��از زدن ب��ه خ��ودرو و کمب��ود جایگاه ه��ای عرض��ه س��وخت سی ان جی مهم ترین دلیل عدم انتخاب این گزینه با وجود دارا بودن م��زیت بیش��تر

اس��ب بخ��ار155آن است .از جمله ویژگی های موتور پرخوران ) توربوشارژ ( ک��ه سی س��ی اس��ت می ت��وان ب��ه ک��اهش 1648قدرت داشته و حجم موت��ور آن ن��یز

مصرف سوخت این خودرو اشاره کرد، ضمن این که هم حجم موت��ور کوچ��ک می شود و هم این که می توان آن را روی خودروه��ای ب��زرگ نص��ب ک��رد. از آنج��ا ک��ه اس��تفاده از این موت��ور ب��ر روی خ��ودرو در ای��ران ک��امال جدی��د اس��ت و ب��ر روی خودروی سورن نیز نصب خواهد شد ، بنابراین این نگاه که موتور پرخوران مورد استفاده خودروهای اسپرت است در بین بازاریابان ایران خودرو ب��اعث ب��روز ی��ک نوع چالش میان گروه مهندسی طراحی این موتور و بازاریابان شده است .گ��روه بازاریابی معتقد اس��ت از آنج��ا ک��ه س��ورن ی��ک خ��ودروی اس��پرت اس��ت بن��ابراین فروش آن هم کم خواهد بود ، و هزینه ساخت قطع��اتش ن��یز ب��ه م��رور اف��زایش می یابد . به این ترتیب توجیه فنی و اقتصادی ندارد که از هم��ان ابت��دا این موت��ور را با پایه گاز سوز در اختیار مشتری ها قرار داد. این درحالی است که اسالمی نژاد در این ارتب���������������������������������������������������������������������������������������������اط می گوید: بررسی های گروه مطالعات بازار نشان می دهد ک��ه ب��ه محض ورود این خودرو به بازار ، با استقبال مشتری ها مواج��ه خواه��د ش��د و نگ��رانی از این ب��ابت وجود ندارد . یکی از مهم ترین مولفه ها در طراحی موتور ملی توجه ب��ه ارتف��اع و عرضه یک خودروی قوی تر بدون افزایش مصرف سوخت و حجم موت��ور اس��ت ،

درصد مناطق ایران روی فالت ق��رار دارد ، ارتف��اع ش��هرهای اص��لی t 80چرا که متر است . ب��ه این1200کشور هم بیش از هزار متر و شهر تهران نیز بیش از

درصد از قدرت موتور کم می شود .ب��ا این ک��ه ب��ه12ترتیب به ازاء هر هزار متر

168

گفته طراحان موتور پرخوران ، قدرت این موتور در صورت اس��تفاده از س��وخت گاز بسیار بیشتر از بنزین بوده و حتی قابلیت رانندگی با آن نیز افزایش می یاب��د ؛ اما زمانی که پای سود و هزینه به میان می آید باید قی��د مص��رف کم��تر و اف��زایش . قابلیت رانندگی را زد

تحليل و ارزيابي اثرگذاري سيستم توربوشارژ بر مصرف سوخت و ميزان آالينده هاي خروجي اتوبوس هاي گازسوز

نمونه منتخب »شرکت واحد اتوبوسراني تهران«70%براساس مطالعات انجام شده سهم خودروها در انتشار آالينده ها در حدود

است و اين سهم نيز عمدتا ناش��ي از س��وخت ه��اي فس��يلي اس��ت . ب��ا توج��ه ب��ه مشکالت روزافزون آلودگي هوا و عواقب زيست محيطي آن به دلي��ل اس��تفاده از س��وخت ه��اي دودزا )گازوئي��ل و ب��نزين و...( ک��ه حجم عم��ده اي از اين آل��ودگي توسط وسايل نقليه شخصي يا عمومي توليد مي گردد ، استفاده از س��وخت گ��از طبيعي به دليل توليد حداقل گازهاي آلوده کننده در ص��در اول��ويت ه��اي دولته��ا از جمله کشور ايران جهت جايگزين نمودن اين سوخت با ديگر سوخت هاي موج��ود در وسايل نقليه ق��رار دارد . در اين راس��تا ، الزم اس��ت تحقيق��اتي در جهت بهين��ه سازي فناوري گازسوز نمودن خودروها انجام گيرد که يکي از جنبه هاي تحقيقاتي، تاثير توربوشارژ بر ميزان آاليندگي و مصرف سوخت خودروهاي گازس��وز اس��ت . در اين تحقيق سعي شده است تاثير توربوش��ارژ در م��يزان آالين��ده ه��ا و مص��رف

)يکي از اتوبوس��هاي گازس��وز ش��رکت واح��د( ب��ه355سوخت اتوب��وس گازس��وز کمک داده هاي آزمايشگاهي و تحليلهاي آماري بررس��ي ش��ود. در اين پ��ژوهش ب��ا الهام از نتايج و داده هاي آزمايشگاهي موجود ، ابت��دا ت��وان مناس��بي ب��ا توج�ه ب��ه

ک�ه ب�ه عن�وان اتوب�وس مبن�ا355تاثير نوع توروشارژ ب�ر روي اتوب�وس گازس�وز جهت آزمايش در نظر گرفته شده است ؛ انتخاب شد و سپس ميزان آالين��ده ه��ا که ابتدا با استفاده از اصول و مقادير پايه ترموديناميک و اح��تراق محاس��به ش��ده،

مق��ادير ب��ا مقايسه گرديد و در مرحله بعدي اين آزمايش بر روي اتوبوس گازسوز

169

ميزان استاندارد آاليندگي اروپا- که م��يزان آالين��ده ه��اي اس��تاندارد از اس��کانيا ک��ه موفق به کسب استاندارد آاليندگي اروپا شده است ، لحاظ گرديده مقايسه ش��ده و در نهايت توربوشارژي که بيشترين ت��اثير را جهت س��ازگاري ب��ا اين اس��تاندارد و حداقل سازي آالينده ها و مص��رف س��وخت داش��ته اس��ت؛ ب��ه عن��وان توربوش��ارژ مدل Garrett منتخب معرفي مي شود که در اين پروژه تحقيقي ، توربوشارژGt37بهترين توربوشارژ سازگار با اين اتوبوس گازسوز چه از لحاظ قدرت و چ��ه . از لحاظ تاثير بر ميزان آالينده ها و مصرف سوخت معرفي مي شود

، جابجایی عظیم کاال و مسافر اس��ت ک��ه ب��ا اس��تفاده ازهدف اصلی حمل و نقل وسایل حمل و نقل و با تحرک بسیار صورت می گیرد و الزمه این فعالیته��ا وج��ود انرزی و سوخت فراوان است . به همین منظور اتالف و اص��راف س��وخت در این بخش بیشتر صورت گرفته و برای جلوگیری از آن ، اتخاذ تصمیمات ج��دی و ع��زم همگانی ضرورت داشته و یکی از دغدغه های اصلی برنامه ریزان کشور می باشد.

برای دستیابی به این هدف ، صرفه ج��ویی مص��رف س��وخت و ع��دم اتالف آن ب��ه یکی از ابزاره��ای اف��زایش ک��ارایی و به��ره وری س��وخت از یکس��و و همچ��نین استفاده بهینه از منابع مازاد حاصله برای رشد و شکوفایی اقتصاد از س��وی دیگ��ر مورد توجه مسئولین کشور قرار گرفت��ه و ب��ا س��وق نیروه��ا و امکان��ات و تص��ویب قوانین مرتبط ، س��عی در اص��الح و بهب��ود روش��های اس��تفاده از س��وخت در هم��ه . ارکان جامعه بویزه حمل و نقل را دارند

براساس مطالعات انجام شده سهم خودروها در تولید و انتشار آالینده های ه��وای است و این سهم نیز عمدتا ناشی از سوخت ه��ای فس��یلی%71تهران در حدود

است . با توجه به مشکالت روزافزون آلودگی ه��وا و ع��واقب زیس��ت محیطی آن به دلیل استفاده از سوخت های دودزا )گازوئی��ل وب��نزین و . . . ( ک��ه حجم عم��ده ای از این آل��ودگی توس��ط وس��ایل نقلی��ه شخص��ی ی��ا عم��ومی تولی��د می ش��ود ، استفاده از س��وخت گ��از ط��بیعی ب��ه دلی��ل ح��داقل گازه��ای تولی��د کنن��ده در ص��در

170

اولویتهای دولتها از کشور ایران جهت ج��ایگزین ک��ردن این س��وخت ب��ا س��وختهای دیگر موجود در وسایل نقلیه دارد . البته در راس��تا الزم اس��ت تحقیق��اتی در جهت بهینه سازی فن��اوری گازس��وزنمودن خودروه��ا انج��ام گ��یرد ک��ه یکی از جنب��ه ه��ای تحقیق�اتی ، ت�اثیر توربوش��ارژ ب�ر م�یزان آالین��دگی و مص�رف س��وخت خودروه�ای . گازسوز می تواند باشد

در این تحقیق سعی شده است تاثیر توربوشارژ در میزان تولی��د و انتش��ار آالین��ده ) یکی ا ز اتوب��وس ه��ای335ه��ای ه��وا و مص��رف س��وخت اتوب��وس گازس��وز

گازسوزسوز شرکت واحد ( بررسی شود تا بت��وان از طری��ق این پ��روژه تحقیقی، می��ان موض��وع ج��ایگزینی س��وخت گ��از ط��بیعی در اتوب��وس ه��ای ش��رکت واح��د ) گازسوز کردن اتوبوس ها ( و توربوشارزها به عن��وان یکی از تکنولوژیه��ای برت��ر در راستای کاهش میزان تولید و انتشار آالینده های هوا و مص��رف س��وخت ب��رای دس��تیابی ب��ه حم��ل و نق��ل پای��دار ، ارتب��اط م��وثری ایج��اد نم��وده و پای��ه ای ب��رای . استاندارد سازی انتخاب توربوشارژ ارائه شود

آالینده های حاصل از خودروهای گازوئیلی

tآالینده های هوا برحسب وضعیت فیزیکی شان که به دو ص��ورت گ��از و ی��ا ذرات 1 معل������������������ق اس������������������ت . گازه������������������ا ش������������������امل

, SOx, H2o , oX تبخیر از مسیر سیستم سوخت( HC ( که بجز آب هر کدام به

CO2 , CO،HC

سوء بر محیط زیست دارند و ذرات معل��ق ب��ه ص��ورت ک��ربن ه��ای ش��کل گرفت��ه، منگ��نز، نیک��ل ،هنگام احتراق ناقص طریقی اث��رات س��وخت از قبی��ل س��رب

باریم ، فسفر و کادمیم می باشد 2 tآالینده های هوا بر اساس مرحلة تشکیل که به دو گروه آالینده های اولیه و آالینده های ثانویه تقسیم بندی می شوند . آالینده ه��ای اولی��ه آن دس��ته از آالین��ده هایی هستند ک��ه مس��تقیما از لول��ة اگ��زوز خ��ودرو خ��ارج می ش��ود و آن دس��ته از

171

ی می باشند که از واکنش و تغییر حالت آالینده های نوع اول در محی��طآالینده های واکنش انرژی خورشیدی بر روی برخی ترکیب��ات ب��ه دس��ت می آیند و در حضور .

O3 ک��ه از موتوره��ای دی��زلی خ��رجاز جمله مود آالین��ده آالینده های ثانویه همچون : می شود میتوان به مورد یل اشاره نمود

: الف ( هیدروکربن ها

سوخت نسوخته و روغن موتور به صورت هیدروکربن در اگزوز پایدار می ش��وند . مؤسسات مسئول تدوین هیدروکربن مقررات در کالیفرنیا هیدروکربنها را ترکیبات آلی ف��رار می نامن��د ؛ طرف��داران س��وختهای جانش��ین ت��رجیح می دهن��د ن��ام هیدروکربن های غیر متانی را به کار ببرند و بعضی از مؤسس��ات دول��تی اس��تفاده از نام ترکیب��ات آلی ف��رار ت��رجیح می دهن��د . ام��ا ه�ر ن��امی ک��ه روز این ترکیب��ات بگ��ذاریم ، هی��دروکربن ه��ا هم س��رطان زا هس��تند و هم س��بب ایج��اد م��ه دود فتوشیمیایی می شوند . هیدرو کربن ها هنگ��امی ک��ه از س��یلندر خ��ارج می ش��وند مخلوط هوا � سوخت چنان فقیر یا غنی باشد که نسوزد . مخلوط ه��وا ��� س��وخت بسیار فقیر بر اثر جداشدن قطره های سوخت از افشانه و پخش آن در سرتاس��ر محفظۀá احتراق ایجاد می شود . مخلوط حاصل نمی تواند ازاحتراق پشتیبانی کند و سوخت تبخیر شده از اگزوز خارج می شود . این پدیده غالبا زیر بارهای سبک و در دورهای پایین رخ می دهد . وقتی بر اثر ورود سریع هوا ی��ا در نتیج��ة تم��اس ب��ا دیواره های نسبتاسردسیلندر ، شعله به شدت سرد می شود،ب��از هم هی��دروکربن .انتشار می یابد

: ب ( ذرات جامد

ذرات جامد ریز سبب بدنامی موتورهای دیزل در نزد عامة مردم شده اند . وق��تی موتور دیزل تازه روشن شده است ، ی��ا در هنگ��ام گ��از دادن ، ذرات جام��د را می توان به صورت دود سیاه دید و بوی تند و گزندۀá آن را حس کرد . مردم ب��ه ط��ور غریزی از این ذرات جامد گریزانند و غریزۀá آنها اشتباه نمی کند . ذرات جام��د ک��ه عمدتا از ذرات ریز و کروی دوده تشکیل می ش��وند ؛ س��رطان زا و مهلکن��د ؛ ه��ر

172

چند ماهیت این تأثیر آنها هنوز کامال شناخته نشده است و هنوز مکانیسم زیس��ت شناختی آسیب رسانی ذرات جامد مشخص نیس��ت و مطالع��ه کنن��دگان بین ذرات جامد حاصل از کار موتور دیزل ، گرد و غبار و دود توتون تم��ایز قائ��ل ش��ده ان��د . . اما بین استنشاق ذرات جامد و مرگ زودرس آمار محکمی برقرار است

بخش هیدروکربنی ذرات جامد که آن را بخش آلی محول می نامند از محصوالت جنبی احتراق ، روغن موتور و سوخت نسوخته تش��کیل می ش��ود . این مخل��وط شیمیایی پیچیده حاوی چند مادة سرطان زای مهلک است که در ابنالء به سرطان . ریه مؤثر می باشد

دوده ، ک��ه حام��ل بخش آلی ف��رار اس��ت در ن��واحی کم اکس��یژن دنبال��ة افش��انة سوخت تشکیل می ش��ود . بیش��تر ذرات دوده در طی ح��رکت انبس��اط اس��ید می شوند ، مگر در حالت تخت گاز )که فرصت ب��رای اکس��ایش مح��دود اس��ت ( و در دورة پس افت توربوشارژ در هنگام گاز دادن ناگهانی ، وقتی توربوش��ارز دور می گیرد ، اکسیژن دوباره موازنه می شود و دود خ��روجی دوب��اره ش��فافیت پی��دا می . کند

: ج ( اکسیدها نیتروزن

. و ساير اكسيدهاي نيتروژن است( در شرايطي متفاوت توليد ميشودNONO2 )كه نام عمومي NOX

دوده و هيدروكربنها در محيطهاي كم اكسيژن و هنگامي كه دماي احتراق پايين ميشود . حاصل دماي باال و محيط غني از اكسيژن است كه درتوليداست

NOX . لبه ي جلو افشانه سوخت مشاهده ميشود

دوده در اوايل فرايند احتراق تشكيل مي شود، يعني زماني كه سوختبخش عمده انباشته شده در نتيجة پس

افت اشتعال، مشتعل مي شود و گرما و فشار زيادي توليد مي كند. زياد بودن بار،هواي ورودي در تشكيل دوده سهم دارند. دماي هواي باال بودن دور و باال بودن دماي

سطح زمين سهم دارد؛ اوزوندر تولید اوزون درورودي در تشكيل دوده سهم دارند

173

ماده اي شيميايي است كه زمينه ساز بارش بارانهاي اسيدي است و خود نيزخاصیتسمي

. دارد

د(: مونوكسيدكربن

طبق مقررات زيست محيطي م��يزان مونوكس��يدكربن منتش��ر ش��ده از موتوره��ا ن��يز محدود شده است؛ اما اين پارامتر

تأثير مس��تقيمي در ط��رح موتور ندارد

گاز طبيعي همانطور كه گفته شده مصرف بي رويه سوختهاي فسيلي در خودروها موجب باال رفتن آلودگي هوا در شهرهاي بزرگ جهان ش��ده اس��ت . يكي از راهه��اي ك��اهش آلودگي هوا در اين شهرها، جايگزيني خودروهاي

ديزلي به گاز طبيعي است .

174

درصدمواتشكيل د دهنده

مواد

64/98 متان

63/0 اتان59/0 نيتروژن1/0 پروپان02/0 ايزويوتان01/0 ايزوپنتان01/0 دي اكس�����يد

كربن

( : تركيب گاز طبيعي1جدول )

گاز طبيعي كه حاص��ل از تجزي��ه م��واد آلي در الي��ه ه��اي زي��ر زمي��ني اس��ت در مخازن بزرگ هيدروكربني زيرزمين تشكيل و تجمع مي يابد اين گ��از س��بكترين بخش تركيبات نفتی است و دارای مواد تشکیل دهنده زیر می باش��د. اين گ��از

مايع شده ال ان جی و ج��ذب ش��ده به سه طريق متراكم شده سی ان جی ، توسط جذبها ای ان جی به عن��وان س��وخت در خودروه��ا م��ورد اس��تفاده ق��رار ميگ��يرد ك��ه در ح��ال حاض��ر اس��تفاده از گ��از ط��بيعي م��تراكم بس��يار مت��داول است .خودروهايي كه موتور آن فقط ب��ا گ��از س��ی ان جی ك��ار مي كنن��د م��واد آالينده كمتري نسبت به خودروهاي تبديل ش��ده ايج��اد مي كنن��د، ام��ا از هزين��ه توليد باالتري برخوردار مي باشند. تبديل به گازسوز نمودن نادرس��ت خوردوه��ا به گاز سی ان جی و استفاده از كيت و سيلندر نامرغوب مهم��ترين مس��ئله در كشورهاي درحال توسعه مي باشد و ممكن است ط��رح تب��ديل خودروه��ا را ب��ا شكست مواجه نمايد

گاز از استفاده محاسن طبيعيمهمترين انتشار آالينده هاي كمتر، قيمت ارزانتر، عمليات آرام و بي ص��داي موت��ور نس��بت ب��هSO2 موتورهاي ديزلي، كاهش

مهمترين معايب استفاده از گاز طبيعي

هزينه باالي پخش و ذخيره سازي گاز، هزينه باالي خريد اين نوع خودروها، كوتاهترشدن برد حركت، نياز به

تانك سوخت بسيار سنگين...و

175

اثرات تبديل خودروها بهگاز سوزسي ان جي

تغييرات ناشي از تبديلخودروها به

گازسوز سي ان جيتغيير سوخت درصد كاهش قدرت15تا 8

كاهش كيلومتر پيمايش دانسيته پايين انرژي سوختكاهش فضا در دسترس افزايش حجم مخزن سوخت كاهش شتاب و افزايش

مصرفافزايش وزن مخزن سوخت

كاهش ميزان آالينده بهبود احتراق : آثار تبدبل خودروها به گازسوز2جدول

توربوشارژ از لحاظ تكنولوژيكي هرگاه موضوع قدرت و عملك��رد ب��االتر و بيش��تر م��ورد بحث قرار گيرد، ممكن است توربوشارژها، به عن��وان گزين��ه اي ب��راي ح��ل اين مس��ئله مطرح گردند توربوشارژ، آسانترين و ارزانترين روش ارتقاي عملكرد موتور نيز » سبز « است. توربوش��ارژ ك��ردن بخش��ي از تكنول��وژي هس��ت، زي��را در ص��ورتيكه موتور توربوشارژ نداشته باشد؛ بخشي از انرژي ت��راكم ب��ه ص��ورت گرم��اي دود و صدا تلف مي ش�ود. توربوش��ارژها در ي�ك گس�ترة وس�يعي از موتوره�ا و وس�ايل نقليه استفاده مي شوند. يك توربوشارژبه طور عمده مي تواند قدرت خ��روجي و

با تأمين سوخت كارايي يك موتور را بدون افزايش وزن وسيلة نقليه افزايش دهد اضافي، متناسب با هوايي كه توربوشارژ تأمين مي كند، توان موت��ور اف��زايش مي

و در موتورهايي كه زير بار ث��ابت ك��ار مي كنن��د مي ت��وان اين وض��عيت را ب��ه يابد صرفه جويي در مصرف سوخت براساس اسب بخار در ساعت نيز اف��زايش مي .يابد ام��ا م��زيت اص��لي هنگ��امي حاص��ل مي ش��ود ك��ه ب��ا توج��ه ب��ه فش��ارهاي ب��االي سوپرشارژ، بتوان سرعت پيستون را كاهش داد. در موتورهاي بزرگ دري��ايي، ك��ه

اسب بخار، يا بيشتر، توان دارند از اين رهيافت استفاده١٠٠٠به ازاي هر سيلندر

176

درصد عايد شود. رهيافت سوم در موتورهاي اتومبيل٥٠مي شود تا بازده گرمايي و يا كاميونهاي سبك بيشتر متداول است؛ اين موتورها معموال زير ب��ار متغ��ير ك��ار مي كنند و به ندرت از توان نامي

آنه��ا اس��تفاده مي ش��ود. عام��ل م��ورد نظ��ر در اين موتورها گشتاور است

توربوشارژ مزاياي اف��زايش ق��درت وج��ود توربوش��ارژ روي موت��ور ب��اعث اف��زايش .قدرت آن مي گردد

درصد قدرت موتور بدون توربوش��ارژ ب��ا هم��ان٥٠ تا ٤٠این افزایش قدرت در حدود ط��راحي مي باش��د. اين اف��زايش ق��درت ناش��ي از ارس��ال ه��واي اض��افه ب��ه داخ��ل سيلندرها و تقويت احتراق س��وخت مي باش��د. نس��بت ت��وان وزني در ج��رم و ان��دازة موتور نيز ان��دكي اف��زايش مي ياب��د. مص��رف اقتص��ادي س��وخت س��رعت موت��ور ب��ا افزايش مصرف س��وخت بيش��تر مي ش��ود. توربوشارژس��بب رع��ايت نس��بت دقيق��ترس�����وخت- ه�����وا و اح�����تراق به�����تر و بهين�����ه ش�����دن مص�����رف س�����وخت مي گرددكاهش دودچون توربوش��ارژ ه��واي ك��افي و )اكس��يژن( ب��راي اح��تراق كام��ل سوخت تأمين مي كند، دود سياهبه طور قابل مالحظه اي ك��اهش مي ياب��د. اگ��ر ه��وا كافي نباشد، سوخت كامال نسوخته و در نتيجه موتور دود مي كند. ج��بران افت ت��وان موت��ور در ارتفاعاتتوربوش��ارژ در تغي��ير ارتف��اع، توان��ايي ج��بران افت موت��ور را دارد. قدرت موتوري كه توربوشارژ دارد،تقريبا در هنگام كار در ارتفاع��ات ث��ابت مي مان��د؛ چون چگالي ه��وا ب��ا اف��زايش ارتف��اع ك��اهش مي ياب��د،در نتيج��ه، مق��اومت ه��وا روي توربين كاهش يافته و توربين مي توان��د آزادان��ه ت��ر چرخي��ده و كمپرس��وررا س��ريعتر بچرخاند و كمپرسور فشار بيشتري مهيا مي س��ازد. در نه��ايت، ه��واي بيش��تري ب��راي موتور ت��أمين ش��ده و نس��بت س��وخت - ه��وا حف��ظ مي ش��ود. ك��اهش ص��داي موت��ور توربوشارژ به كاهش صداي موت�ور در زم�ان اح�تراق كم�ك مي كن�دويژگيهاي ص�وتي موتور ديزل، كه به عنوان ضربة موتور ياد مي شود؛ نتيجة افزايش فش��ار درمحفظ��ة احتراق است. هواي با چگ��الي بيش��تر و ب��ا فش��ار و ح��رارت بيش��تر در موت��ور س��بب

177

احتراق بهترو افزايش نرمي كاركرد موتور و در نهايت كاهش صداي موتور می شود .

توربوشارژ معايب دو ثانيه طول مي كشد كه گازهاي خروجي بعد از شتاب اوليه ايجاد گردند. اين نقص مي تواند با ساختن توربوشارژ كوچكتر و سبكتر تا حدي برطرف نمود يك توربوشارژ كوچك ممكن است بتواند مسئلة ديگري با خراب شدن خود، هنگامي كه قدرت مورد نياز در سرعتهاي باالتر توسط گردش بسيار سريع بايد فراهم گردد، ايج��اد نماي��د ك��ه اين ام��ر ب��ه علت مق��دار اف��زايش يافت��ه گازه��اي خ��روجي در هنگ��ام ش��تاب است ناكارايي توربوش�ارژ ب�ه علت ق�درت م�ورد ني�از ب�راي چرخان�دن ت�وربين توربوش�ارژ است. همانگونه كه قبالاشاره شد، توربين بايد تحت جريان گازه��اي خ��روجي ح��ركت داده شود. اين بدين معنا است؛ كه به موتور فشار آورده مي شود تا كمي ب��ا ش��دت بيشتري كار كند تا عالوه بر اينكه گازهاي خروجي دفعي باعث حركت توربين گردند، مقداري غير سودمند نيز ايج�اد گردندس�رانجام ب�ا اض�افه نم�ودن ي�ك توربوش��ارژ ب�ه وسيلة نقليه، نياز خواهد بود كه مقدار سوخت پمپ شده نيز افزايش يابد. ماشينهاي قديمي تر، با كاربراتورها به طور طبيعي، باعث افزايش مقدار جريان س��وخت ب��راي متناسب شدن با افزايش جريان هواي ورودي به سيلندر مي شدند ماشينهاي جدي��د، با سيستمهاي پاشش سوخت مدرن نيز همين كار را انج��ام خواهن��د داد. سيس��تمهاي پاشش سوخت، مبتني بر سنسورهايي هستند كه مش��خص مي نن��د آي��ا مق��دار ه��وا و

مقدارسوخت در سیلندر متناسب است یا نه ؟ اندازه گیری آالینده های OM 335با توجه به تاثیر توربوشارژ

خروجی و مصرف سوخت اتوبوس گازسوز

همانطور كه قبال اشاره شد هدف اين تحقيق, بررسي ميزان توليد آالينده ها و مصرف سوخت حاصل از اتوبوس گازسوز با توجه ب��ه ت��اثير توربوش��ارژ نص��ب

از ميان توربوش��ارژهاي انتخ��ابي اس��ت. در شده, جهت تعيين بهترين توربوشار اين راستا، داده هاي حاصل از تست آزمايشگاهي از قبيل توان موتور, گشتاور

178

موتور, مصرف سوخت و چهار محصول خروجي تست بايد بررسي شده ش��ده و بهترين توربوشارژ از ميان چهار توربوشارژ تست شده انتخ��اب گردي��ده و در نهايت با توجه ب�ه درص�د ه�واي اض�افي در ح�الت مطل��وب ب�ا مق�ادير تئ�وري- حاصل از اصول پايه احتراق و ترمودینامیک محاسبه شده نیز ، مقایس��ه گردند.

روند تحليلي پژوهش

در اين پژوهش س��عي ش��ده اس��ت ك��ه ب��ا اله��ام از نت��ايج و داده ه��اي آزمايش��گاهي موجود, ابتدا، توان مناسبي با توجه به تاثير نوع توربوشارژ بر روي اتوب��وس گازس��وز

كه به عنوان اتوبوس مبن�ا جهت آزم�ايش در نظ�ر گرفت�ه ش�ده اس�ت؛ انتخ�اب335 گردد. سپس ميزان آالينده ها با ميزان ستاندارد آاليندگي اروپا كه ميزان آالينده ه��اي استاندارد از آزمايش بر روي اتوبوس گازسوز اسكانيا كه موفق به كس��ب اس��تاندارد

اروپا ش��ده اس��ت, لح��اظ ش��ده، مقايس��ه ش��ود و توربوش��ارژي ك��ه2 يوروآاليندگي داراي بيش��ترين ت��اثير جهت س��ازگاري ب��ا اين اس��تانداردوحداقل س��ازي آالين��ده ه��ا و

از لح��اظمص��رف س��وخت اس��ت؛ ب��ه عن��وان توربوش��ارژ منتخب مع�رفي مي ش��ود. تكنولوژيكي هرگاه موضوع قدرت و عملكرد ب��االتر و بيش��تر م��ورد بحث ق��رار گ��يرد، ممكن است توربوشارژها، به عنوان گزين��ه اي ب��راي ح��ل اين مس��ئله مط��رح گردن��د توربوشارژ، آسانترين و ارزانترين روش ارتقاي عملكرد موت��ور ن��يز » س��بز « اس��ت. توربوشارژ كردن بخش�ي از تكنول�وژي هس��ت، زي��را در ص�ورتيكه موت�ور توربوش��ارژ نداشته باشد؛ بخشي از انرژي تراكم به صورت گرم��اي دود و ص��دا تل��ف مي ش��ود. توربوشارژها در يك گسترة وسيعي از موتورها و وسايل نقليه استفاده مي شوند. يك توربوشارژ،به ط��ور عم��ده مي توان��د ق��درت خ��روجي و ك��ارايي ي��ك موت��ور را ب��دون افزايش وزن وسيلة نقليه افزايش دهد. با تأمين سوخت اضافي، متناس��ب ب��ا ه��وايي كه توربوشارژ تأمين مي كند، توان موتور افزايش مي يابد و در موتوره�ايي ك�ه زي��ر بار ثابت كار مي كنند مي توان اين وضعيت را به ص��رفه ج��ويي در مص��رف س��وخت براساس اسب بخار در ساعت نيز افزايش مي يابد. اما مزيت اصلي هنگامي حاص��ل

179

مي شود كه با توجه به فشارهاي باالي سوپرشارژ، بتوان سرعت پيس��تون را ك��اهش اسب بخ��ار، ي��ا بيش��تر،١٠٠٠داد. در موتورهاي بزرگ دريايي، كه به ازاي هر سيلندر

درص��د عاي��د ش��ود.٥٠توان دارند از اين رهيافت استفاده مي شود ت��ا ب��ازده گرم��ايي رهيافت سوم در موتورهاي اتومبيل و يا كاميونهاي س��بك بيش��تر مت��داول اس��ت؛ اين موتورها معموال زير بار متغير كار مي كنند و به ندرت از توان نامي آنها اس��تفاده می . شود عامل مورد نظر در این موتورها گشتاور است

180

181

182

183

184

بررسي گشتاور و توان مناسب با توجه به تاثير نوعتوربوشارژ

از جمل��ه اتوبوس��هاي فع��ال در ناوگ��ان٣٥٥از آنج��ايي ك��ه اتوبوس��هاي گازس��وز اتوبوسراني تهران جهت برداشت مس��افر اس��ت؛ از اين رو اين اتوبوس��ها باي��د داراي گشتاور و توان مناسب در هنگام افزايش ب��ار و داش��تن مس��افر باش��ند. پس يكي از اولين پارامترها, جهت انتخاب توربوشارژ مناسب براي اين نوع از اتوبوسها توج��ه ب��ه توان و گشتاور حاصله از موتور است به منظور بررسي تغييرات توان, تغي��ير المب��دا )درصد هواي اضافي( مي تواند پارامتر مناسبي جهت انجام تغييرات باش��د. در نتيج��ه با افزايش المبدا از طريق كاهش ميزان نسبت سوخت به هوا كه با توجه به گ��ردش پيچ كنترل روي منيفول��د گ��ازورودي ب��ه ميكس��ر )قس��مت مخل��وط كن گ��از و ه��وا در موتورهاي گازسوز( به سمت قسمت حالت رقیق سوز انجام میشود ؛ میتوان کاهش توان حاصله از موت��ور و پ��یرو آن ت��ا lean حدی کاهش میزان .االینده ها را مورد بررسی قرار داد از میان توربوشارژهای Garrett GT37،Garrett GT40 قدرت و گشتاور باالیی داشته

انتخابی توربوشارژ

185

توانسته توان بااليي را براي اين موتور Garrett GT37 در آزمایشهای انجام گرفته ايجاد کنند . توربو شارژ

كار كردن توربوشارژ در اين وضعيت, توان بسيار بااليي را ايجاد نمود؛ تا حدي كه با قسمت توربين توربوشارژ به صورت گداخت��ه مش��اهده ش��د و ك��اركرد زي��اد آن در آن

ب��ودن ح��الت رقی��قوضعيت مناسب نبود, بدين ترتيب سعي شد تا ق��ابليت اف��زايش ت��وان Lean سوز مورد بررسی قرار داده تا از آنجا توان مناس��بتر و م��یزان آالین��ده

هاي كمتر موتور آزمايش شود در حقيقت توربوشارژ مناسب ب��راي اين آنرا به سمت )با توجه به آلي��اژ تش��كيل دهن��ده بل��وك موت��ور و٣٥٥نوع از موتورهاي گازسوز مدل

ساختار موتور( توربوشارژي است كه قدرت بااليي مطابق با ساختار موتور ايج��اد كند و به منظور كاهش ميزان آالينده ها و دوام موت�ور و توربوش��ارژ, ق��ابليت ك�اهش .قدرت ) قدرت مناسب( و كاركرد در قدرت بهينه مناسب را مهيا كند از بررسي نمودارهاي توان و گشتاور چهار توربوشارژ انتخ��ابي و همچ��نين توج��ه ب��ه ج�������������داول و تحليله�������������اي ص�������������حيحتر دس�������������ت ي�������������افت :نيز مي توان به نتايجي به شرح ذيل جهت انتخاب

Garrett GT371- از ميان نمودارهاي توان-دور چهار توربوشارژ انتخابي در نمودار مربوط به توان- دور

ماكزيمم توان حاصله اين توربوشارژ بيشتر از ساير توربوشارژها و تقريبا حدود . كيلووات بود١٣٩

از مقايسه ميان نمودارهاي گشتاور چهار توربوشارژ انتخابي)نصب شده بر موتور -2و اتوبوس مبنا(, نيز چنانكه

Garrett GT37 مشخص است ماكزيمم گشتاور حاصله در نمودار گشتاور دور مربوط به توربوشارژ

ايجاد گرديد. توجه به اين مسئله نيز در انتخاب توربوشارژ مناسب حائز اهميت در دور پایینتری ایجاد می شوداست كه ماكزيمم گشتاور حاصله

.Garrett GT37 در توربو شارژر

186

در حالي كه Garrett GT40 ؛که از لحاظ گشتاور ماکزیمم اولویت دوم را دارا بود توربو شارژر

Garrett GT37 گشتاور ماكزيمم را در دور باالتري ايجاد مي نمايد. بنابراين مي توان توربو شارژر

گشتاور توانسرعتنوع توربو شارژ سرعت

45 50 55 60 65 45 50 55 60 65310

2314

6321

2317

9308

072 82 92 98 10

0HOSTEL

3537

4004

4329

4389

4114

84 104

128

134

133

GARRETTGT40

4510

4609

4846

4620

3966

110

116

135

139

130

GARRETTGT37

3757

4208

4400

4285

3768

84 108

123

130

124

GARRETTGT37

3487

3905

4125

4070

3636

82 98 116

123

120

GARRETTGT37

4906

2866

2871

2932

2932

113

75 80 95 105

KKK4LGZ

( : مقايسه توان و گشتاور چهار نوع توربوشارژ انتخابي نصب4جدول) 355شده بر موتور اتوبوس گازسوز

187

را توربو شارژري با قدرت باال كه مي تواند قدرت باال را ب��ا م��اكزيمم گش��تاور ممكن . ایجاد می کند معرفی کرد355دوری پایینتر در اتوبوس گازسوز در

برسی میزان آالینده های خروجی متناسب با تاثیرنوعئ توربوشارژ

همانطور که قبال اشاره شد از میان چهار نوع توربوشارژ انتخابی ، دو نوع توربوشارژGarrettانتخابی،توانستند توانئ باالیی را ایجادمی کنند :اما نکت��ه ای ک��ه ح��ائز اهمیت

است:توجه همزمان به تاثیر توربوشارژ بر میزان آالینده ها است و توربوش��ارژی ک��ه اروپا )نتایج حاصله از تستدینامومتر EURO3 مرجع میزان آالینده های آن از استاندارد

(کم��تر باش��د355شاسی بر روی موتور گازسوز اسکانیا نصب شده بر روی اتوبوس ی���������������ا ب���������������ا آن انطب���������������اق داش���������������ته باش���������������د:را

می توان به عنوان توربوشارژ بهینه معرفی نمود.

garrettاز میان دو نوع توربوشارژ GT37وgarrett GT40توربوش��ارژهایی ک��ه توانس��ته( بودند توان باالیی را ایجاد کنند(با توج�ه ب�ه بررس�ی ه�ا وتحلی�ل ه�ای آم�اری ص�ورت

اروپا،نتایج زیر حاص��لeuro2گرفته و مقایسه انجام گرفته با مبنای استانداردآالیندگی گردید:

garrett ،به ترتیب توربوش��ارژهایco.از لحاظ میزان آالیندگی 1 GT40 وgarrett GT37

اروپ��اEURO2کم��ترین م��یزان آالین��دگی و بیش��ترین تط��ابق را ب��ا اس��تاندارد آالین��دگی داشتند.

garrettتوربوش��ارژ HC.از لح��اظ م��یزان آالین��دگی 2 GT37کم��ترین م��یزان آالین��دگی و اروپا را داست.euro2بیشترین تطابق را با استاندارد آالیندگی

کم��ترین م��یزان و بیش��ترین تط��ابق را ب��اkkk4lgzتوربوش��ارژo2.از لح��اظ م��یزان3اروپا داشت.EURO2 استاندارد آالیندگی

188

garrett توربوشارژco2.از لحاظ میزان 4 GT37کمترین میزان و بیشترین تطابق را ب��ا اروپا داشت.EURO2 استاندارد آالیندگی

garrett توربوش��ارژدر مجم��وع،ب��ا توج��ه ب��ه تس��تها و تحلی��ل ه��ای ص��ورت گرفت��ه

GT37و بیشترین تطابق را با استاندارد آالین��دگیکمترین میزان آالیندگی EURO2اروپ��ا داشت.

45 50 55 60 65 70 سرعت

115 122 130 136 145 145 توان9280 8700 8500 8230 8150 8100 نيرو5104 4785 4675 4527 4483 4455 گشتاور

چرخ36 37 40 30 27 25 HC

0/02 0/01 0/02 0/02 0/02 0/02 % CO7/13 7/13 7/1 6/81 6/82 6/95 % O2

9/13 9/11 9/1 10/11 10/12 9/82 % CO2

( : گزارش تست دينامومتر شاسي بر روي موتور اسكانيا5جدول )

اروپا2داراي استاندارد آاليندگي يورو

مصرف سوخت100در هر

كيلومترنوع توربوشارژ

مصرف سوخت100در هر

كيلومترنوع توربو شارژ

189

41 M3 GARRETTGT37 41 M3 HOSTEL

39 M3 GARRETTGT37 43 M3 GARRETTGT40

37 M3 GARRETTGT37 44 M3 KKK4LGZ

( : مقايسه مصرف سوخت چهارنوع توربو شارژ انتخابي نصب8جدول ) شده بر موتور اتوبوس گازسوز

HC %COسرعتنوع توربو شارژ سرعت

45 50 55 60 65 45 50 55 60 6535 35 36 36 31 0 0 0/05 0/0

50/01 HOSTEL

117 104 94 85 82 0/02

0/02

0/02 0/02

0/02 GARRETTGT40

70 63 59 53 57 0/03

0/03

0/03 0/03

0/04 GARRETTGT37

100 94 94 92 115 0/02

0/02

0/02 0/02

0/04 GARRETTGT37

38 29 25 24 24 0/03

0/02

0/02 0/02

0/03 GARRETTGT37

76 66 66 67 69 1/13

0/44

0/95 1/19

0/56 KKK4LGZ

36 37 40 30 27 0/02

0/01

0/02 0/02

0/02موتورگازسوز

اسكانيا مجهز به توربو شارژGARRET GT40

190

مقايسه آالينده هاي سي او و هاش سي چهارنوع توربو شارژانتخابي( :6جدول ) 355نصب شده بر موتور اتوبوس گازسوز

%CO2 %O2

سرعتنوع توربو شارژ سرعت

45 50 55 60 65 45 50 55 60 658/08

8/17

8/25

8/21 8/22 5/8 5/6 5/5 5/6 5/6 HOSTEL

8/5 8/53

8/56

8/69 8/24 25/6

25/6

25/6

25/6 25/6

GARRETTGT40

7/98

7/98

8/01

7/99 7/65 5/8 5/8 5/8 5/8 6/5 GARRETTGT37

7/69

7/73

7/7 7/62 7/29 6/3 6/2 6/3 6/5 7 GARRETTGT37

7/42

7/6 7/62

7/74 7/63 7/1 6/8 6/8 6/7 6/9 GARRETTGT37

9/13

9/87

9/53

9/28 9/6 2/1 1/7 1/8 2 2/4 KKK4LGZ

9/13

9/11

9/1 10/11

10/12

7/13

7/13

7/1 6/81 6/82

موتورگازسوز اسكانيامجهز به توربو شارژGARRET GT40

(7جدول)

191

ارزیابی میزان و نوع تاثیر توربوشارژ منتخب در355اتوبوس گازسوز

افزایش گشتاور و توان*(30.45متوسط درصد افزایش با توجه به تاثیر توربوشارژمنتخب)

مصرف اقتصادی سوخت*(12.20متوسط درصد کاهش با توجه به تاثیر توربوشارژمنتخب)

(95.100با توجه به تاثیر توربوشارژ منتخب ) co*کاهش میزان آالینده

(1.5با توجه به تاثیر توربوشارژ منتخب) hc متوسط درصد کاهش آالیندهکاهش میزان محصوالت خروجی از اگزوز*

(60.70با توجه به تاثیر توربوشارژ منتخب) o2 متوسط درصد افزایش(2.6با توجه به تاثیر توربوشارژ منتخب) co2متوسط درصد افزایش

در آزمایشات انجام گرفته و با توجه به روند طی شده در این تحقیق،می توان را از نظر میزان آالیندگی و مصرف سوخت از میان چهارgarrett GT37توبوشارژ

توبوشارژ انتخابی،بهترین توربوشارژ دانست که بیشترین تاثیر را در جهت کاهش داشته355میزان آالینده ها و کم نمودن مصرف سوخت بر موتور اتوبوس گازسوز

باشد .

برخی نکات منتج شده در این تحقیق به شرح ذیت می باشد:

خ�روجی ازNOxدر این تحقیق با توجه به امکان��ات آزمایش��گاهی،ان��دازه گ�یری مق��دار مجهز به توربوشارژ،مس��یر نش��ود:ام از آنج��ایی ک��ه355اگزوز اتوبوس های گازسوز

دارد می ت���وان تحلیلی از م���یزانnoxدرص���د ه���وای اض���افی ارتب���اط مس���تقیم ب���ا noxخروجی داشت.هرچه درصد هوای اضافی )مقدار المبدا(بیشتر گردد،به تبع آن نیز

ب��وده و سیس��تم گ��رمیrichبه تدریج مق��دار اکس��یژن بیش��تر ش��ود،سیس��تم در ابت��دا

192

نیز افزایش می یاب��د ت��ا ج�ایی ک��ه ب��ه نقط��ه ای خ��واهیمnoxخواهیم داشت.در نتیجه رسید که با افزایش المبدا)افزایش درصدهوای اض��افی و ب��ه تب��ع آن اف��زایش درص��دمقدار اکسیژن(،سیس�تم رفی�ق س�وز گردی�ده و سیس�تم خنک�تری خ�واهیم داش�ت و

noxنیز روند نزولی خواهید یافت. در یک نقطه مقدار آالینده ه��ا ب��ه چ��ایین ت��رین ح��د مجددا شروع به باال رفتن می کند.noxمی رسد که ازآنجا به بعد مقدار

الزامیست که جهت کنترل ق��درت و آل��ودگی،مق��دارLean-Burnبرای موتورهای 1 المب��دا ب��ه ط��ور دقی��ق تعری��ف ش��ود.چنانچ��ه مخل��وط س��وخت خ��روجی ازاگزوزخیلی غلیظ شود باعث ایجاد لرزش شدید و ب��دنبال آن اف��زایش آل��ودگی

noxمیگردد همچنین اگر مخل��وط خیلی رقی��ق ش��ود م��وجب ک��اهش در کش��ش می گردد.hcحرکت اولیه و افزایش آلودگی

(قبل از پایداری دمایی در محفظه احتراق یک تاخیرLoadدر لحظه افزایش بار)2 (ب��اعث اف��زایش آل��ودگیLoadزمانی بوجود می آید که در این حالت تغییر ب��ار)

noxب��دلیل اف��زایش بیش از ح��د درج��ه ح��رارت محفظ��ه اح��تراق ی��ا گ��از ه��ای در ش��روعnoxخ��روجی اگ��زوز خواه��د ش��د ب��ه این مع��نی ک��ه مق��دار آل��ودگی

(کمتر از پایداری درجه حرارت می باشد.Loadافزایش بار) اکسیدهای نیتروژن که فقط در اگزوز موتور یافت در دمای ب��اال واکنش نش��ان3

می دهند.بنابراین،دمای باالودر دس��ترس ب��ودن اکس��یژن دو علت اص��لی ب��رای هستند.هنگامی که مقدار مناسبی اکس��یژن در دس��ترس باش��د،ه��رnoxتشکیل

بیشتری تشکیل می شود.noxچه اوج دمای اشتعال بیشتر باشد، در اگ�زوز تحت ت�اثیر ط�راحی موت�ور و ط�رز ک�ار خ�ودرو ق�رار میnoxغلطت4

گیرد.نسبت هوا-سوخت و آوانس جرق��ه دو عام��ل مهمی هس��تند ک��ه ب��ه ط��ورتاثیر می گذارند .noxعمده بر

افزایش آوانس جرقه ب��ه ک��اهش اوج دم��ای اش��تعال و اف��زایش دم��ای اگ��زوز5در اگزوز ختم شود.noxمنجر می شود. که باعث افزایش غلظت

193

اگر شروع احراق زودتر اتفاق اتد،درج��ه ح��رارت در محفظ��ه اح��تراق ب��اال می6 خواهد بود و اگر شروع احراق خیلی دیرnoxرود که همراه با افزایش در مقدار

انجام پذیرد،احتراق ناقص صورت می پذیرد و موجب خروج هی��دروکربنهای نیمسوخته می شود.

اگر هوای اضافی به مقدار زیاد باشد،اح��تراق س��وخت در محفظ��ه اح��تراق ب��ه7 طور کامل تر انجام می یابد ودر ترکیبات گاز اگزوز منوکسید کربن و دوده در غلظت بس��یار پ��ایین خواهن��د ب��ود. این ه��وای اف��زوده در محفظ��ه اح��تراق ب��ا

افزایش مقدار سوخت کاهش می یابد. ع���واملی ک���ه روی کمیت دوده و ذرات بس���یار ری���ز در اگ���زوز اث���ر مثبت8

و صدای اگ��زوز ت��اثیر منفی بج��ایnoxدارند،بیشتر اوقات روی مصرف سوخت،می گذارند.

منوکسیدکربن در اگزوز موتور وجود دارد.منواکسید کربن تولید اشتعال ن��اقص9 به خاطر نا کافیبودن میزان هوا در مخلوط هوا-سوخت یا نا کافی ب��ودن زم��ان در دوچرخه موتور برای اش��تعال کام��ل اس��ت.پ��ایین ب��ودن دم��ای اح��تراق ن��یز

ممکن است باعث تشکیل منواکسیدکربن شود. انتشار یا ایجاد منواکسیدکربن هنگامی که موتور به صورت آزاد کار می کن��د و10

هنگام کاهش شتاب خیلی باال است.این آالینده ه��ا هنگ��ام ش��تاب گ��رفتن و درسرعتهای پایدار به کمترین میزان خود می رسند.

194