طبقه‌بندی خودروهای گازسوز:

یکشنبه 13 بهمن 1392 07:52 ب.ظ

نویسنده : محمد علی

         به‌صورت اجمالی خودروهای گاز طبیعی، بسته به این که به چه صورت از گاز طبیعی استفاده می‌کنند، به سه دسته تقسیم می‌شوند. این تقسیم‌بندی عبارت ‌است ‌از:

         1) صددرصد گازسوز(Dedicated):

         این خودروها از ابتدا برای کار با سوخت گاز طراحی شده‌اند. از آنجا که طراحی این خودورها برمبنای گاز بوده، تمام مسائل و مشکلات سوخت گاز در طراحی آنها مد نظر قرار گرفته است. بنابراین این خودروها از کیفیت و راندمان بهتری نسبت به خودروهای مشابه بنزینی برخوردار می‌باشند.

         2) دوگانه‌سوز (Dual Fuel)

         این موتورها، موتورهایی هستند که اغلب از تبدیل یک موتور دیزل به گازسوز به ‌دست می‌آید. اساس کار موتورهای دوگانه‌سوز، سیکل  دیزل است و سوخت اصلی این موتورها گاز طبیعی می‌باشد. ولی طراحی آنها به‌ گونه‌ای است که از سوخت دیزل به‌عنوان سوخت کمکی برای شروع احتراق گاز استفاده می‌نماید.

         در این‌گونه موتورها، ابتدا گاز با نسبت 90 تا 95%  از کل انرژی وارد محفظه احتراق می‌شود. هنگامی‌ که مخلوط هوا و سوخت داخل محفظه احتراق تا حد مناسب فشرده و آماده احتراق شد، مقدار کمی گازوئیل توسط انژکتور پاشیده می‌شود. این فرایند باعث می‌شود تا احتراق، آغاز شده و موتور فعال شود. گازوئیل در اینجا به‌جای شمع عمل می‌کند و لذا به آن سوخت پیلوت و یا سوخت آتش‌زنه می‌گویند.

         چون در این موتورها فرایند احتراق ابتدا به‌صورت اشتعال تراکمی و سپس احتراق شبیه مخلوط پیش‌آمیخته می‌باشد، لذا دو نوع "اشتعال" و "سوختن" متفاوت رخ می‌دهد. به‌همین

خودروهای گازسوز

 

دلیل به این ‌گونه موتورها، موتورهای دوگانه‌سوز می‌گویند. در کلمه "دوگانه‌سوز" پسوند "سوز" بیان‌کننده سوختن است که در این موتورها دو نوع مختلف سوختن اتفاق می‌افتد.
در ضمن کلمه "
Dual" در انگلیسی به معنای دوتایی می‌باشد، بدین معنی که هر کدام از اجزا به یکدیگر وابسته بوده و بدون یکدیگر نمی‌توانند عمل کنند. به‌همین صورت پیشوند "Bi" در انگلیسی به معنای "دوتا" می‌باشد که هر کدام می‌توانند مستقل از دیگری عمل کنند. موتورهای دوسوخته (Bifuel) می‌توانند با هر کدام از سوخت‌ها به طور مستقل کار کنند. (در حال حاضر در صنایع خودروسازی، دو اصطلاح دوسوخته و دوگانه‌سوز سهواً به‌جای یکدیگر به‌کار برده می‌شوند.)
تبدیل موتور دیزل به موتور دوگانه‌سوز نسبتاً ساده می‌باشد. زیرا تغییراتی در نسبت تراکم، سرسیلندرها یا در سیکل کاری که موتور دیزل براساس آن کار می‌کند، صورت نمی‌پذیرد. حتی تکنولوژی سیستم کنترل کامپیوتری دو گانه‌سوز این موتورها به‌گونه‌ای در حال توسعه است که این سیستم را بتوان براحتی از موتور جدا نموده تا موتور به یک موتور دیزل معمولی تبدیل گردد.

 

انواع سیستمهای احتراق در موتورهای دوگانه‌سوز:

         بهطور كلی سه نوع سیستم احتراق در موتورهای دوگانه‌سوز استفاده میشود:

         موتورهای دوگانه‌سوز معمولی

         موتورهای دوگانه‌سوز با آلایندگی NOx

         موتورهای دوگانه‌سوز با پاشش مستقیم

         موتورهای دوگانه‌سوز معمولی:

         این نوع موتورها در ابتدا از نوع مكش طبیعی بودند و گاز به ‌وسیله كاربراتور با هوا تركیب میشد. اما امروزه از توربوشارژر استفاده می كنند و گاز درون راهگاه ورودی تزریق میشود. فشار تزریق گاز باید اندكی بالاتر از فشار مکش هوا باشد. بنابراین فشار تقریبی تزریق درحدود bar 5- 3 میباشد.

         برای تبدیل یك موتوردیزل به دوگانه‌سوز، سیستم تزریق بهجز اصلاحاتی كه ممكن است روی پمپ انژكتور و شكل نازل‌ها ایجاد شود، احتیاج به تغییر خاصی ندارد. با توجه به ترکیب گاز مورد استفاده، نسبت تراكم ممكن است پایینتر بیاید تا پدیده كوبش اتفاق نیفتد. اما این مقدار نباید تا حدی باشد که خاصیت خود اشتعالی گازوئیل بیاثر شود. كمترین نسبت تراكم درحدود 11 تا 12 میباشد. حداکثر قدرت خروجی معمولاً 10 تا 20 درصد کمتر از موتور دیزل مشابه می‌باشد. این كاهش با خاصیت كوبش سوخت محدود میشود و به عدد متان گاز بستگی دارد.

         در بارهای كم و هنگام راهاندازی، موتور روی سوخت گازوئیل كار میكند و هنگامیكه نیاز به قدرت بیشتری میباشد، میزان سوخت گازوئیل كمتر شده (كه تقریباً برابر حالت کارکرد درجا یا حتی كمتر از آن) و توان اضافی مورد نیاز با غنی کردن مخلوط ورودی (افزایش مقدار گاز) تـأمین میگردد. در این مرحله كاهش قدرت موتور نیز با رقیق کردن مخلوط ورودی (کاهش مقدار گاز) صورت میگیرد. نهایتاً مخلوط هوا و گاز توسط یك افشانه کاملاً اتمیزه شده سوخت دیزل، كه حدود 5 تا 8 درصد سوخت در حالت بار کامل را شامل میشود، مشتعل میگردد.

         با تنظیم سیستم كنترلی حاكم، می‌توان کاری کرد که موتور در حالت بار كامل هم بهصورت یك موتور دوگانه‌سوز کار کند یا این‌که فقط سوخت دیزل مصرف کند. همچنین اگر گاز تمام شده باشد میتوان موتور را روی سوخت دیزل تنظیم كرد كه در اینصورت موتور به یك موتور دیزل كامل تبدیل میشود. این امر بسیار مهم است زیرا در موتورهای دوگانه‌سوز ممکن است كه مخزن گاز، تخلیه گردد و موتور روی سوخت گازوئیل به‌تنهایی به حركت ادامه دهد.
 موتورهای دوگانه‌سوز با آلایندگی
NOx کم:
موتورهای دوگانه‌سوز با آلایندگی NOx کم، رقیق‌سوز می‌باشند، در نتیجه در این موتورها دمای بیشینه احتراق پایین آمده ومیزان تولید NOx نسبت به موتورهای دیزل  کاهش می یابد.
مقدار
NOx تولید شده بستگی به مقدار گازوئیل پیلوت دارد. دستیابی به NOx خیلی كم نیازمند آن است كه نسبت هم‌ارزی بسیار پایین (درحدود 4/0) باشد. كم شدن نسبت هم‌ارزی بهمعنای نیاز بیشتر به انرژی پیلوت (گازوئیل)، برای ایجاد احتراق مناسب و خوداشتعالی است. اما افزایش مصرف سوخت پیلوت (گازوئیل) به مفهوم افزایش NOx میباشد. امروزه بعضی از شركتهای موتورسازی، سیستمهایی طراحی كردهاند كه طی آن مصرف سوخت پیلوت بسیار كم میباشد. که باعث كاهش آلاینده NOx شده‌است.
برای داشتن یك احتراق كامل و مطمئن، حداقل 5% سوخت گازوئیل در حالت بار کامل به‌عنوان سوخت پیلوت نیاز می‌باشد. اما با بهینه کردن سیستم تزریق سوخت پیلوت، می
توان این میزان را تا حدود 2% كاهش داد كه این کار به طور چشمگیری در كاهش NOx، مؤثر میباشد. بهینهكردن پاشش سوخت پیلوت به‌معنای بالا بردن فشار تزریق و كاهش قطر سوراخ انژكتورها میباشد كه باعث بالا رفتن قدرت نفوذ و اتمیزه شدن سوخت میباشد. درنتیجه یك سوخت با انرژی مناسب دركل محفظه احتراق، آمادگی اشتعال خواهد داشت.
موتورهای دوگانه‌سوز با پاشش مستقیم:


از دیگر سیستم‌هایی که در آن از گاز طبیعی در موتورهای دیزل استفاده می‌شود، موتور دوگانه‌سوز با پاشش مستقیم می‌باشد که در آنها گاز و سوخت پیلوت (آتش‌زنه) توام با هم و به‌ طور مستقیم، به ‌داخل سیلندر توسط انژکتور تزریق می‌شوند. اگرچه مفهوم طراحی این موتورها ساده می‌باشد، اما در عمل این موتورها با مشکلات و پیچیدگی‌های خاص خود همراه هستند. این

        

نوع موتورهای  دوگانه‌سوز به موتور "دیزل- گاز" معروف هستند.
برای شروع عمل احتراق، سوخت گازوئیل پیلوت همانند موتورهای دوگانه‌سوز معمولی به‌ داخل سیلندر تزریق می‌شود. مقدار سوخت پیلوت تزریق ‌شده لازم در حدود 3 تا 5 درصد می‌باشد. میزان
NOx تولید شده همانند موتورهای دوگانه‌سوز می‌باشد. از آن‌ جا که احتراق در این موتورها از نوع پخشی  است و نه پیش‌‌آمیخته، مشکلاتی مانند کوبش و کنترل نسبت هوا به سوخت در حالت بار جزئی تا حد زیادی خود‌به‌خود مرتفع شده‌است. همچنین راندمان بار جزئی و قدرت (BMEP) حالت تمام بار با تغییر وضعیت موتور از دیزل به دوگانه‌سوز با پاشش مستقیم تا حد زیادی بدون تغییر باقی می‌ماند و به تغییرات کیفیت گاز حساس نمی‌باشد.
شکل زیر نحوه پاشش گاز و گازوئیل رابه  داخل سیلندر درانتهای زمان تراکم  نشان‌ می‌دهد:
در این سیستم به دلیل تزریق مستقیم گاز به داخل محفظه احتراق، فشار پاشش خیلی بالایی نیاز می باشد (در حدود
bar 350-250)که این موضوع دارای تبعاتی است، که برخی از آن‌ها عبارتند از:
هزینه کمپرسور مورد نیاز برای پاشش سوخت بسیار زیاد خواهد شد که قسمت عمده افزایش قیمت این‌گونه موتورها از همین امر ناشی می‌شود.
برای به حرکت درآوردن این کمپرسور، چیزی حدود 5% از قدرت موتور صرف می‌شود.
سیستم ایمنی لازم برای این کمپرسور بسیار پرهزینه می‌باشد.
قدرت خروجی و راندمان بیشتر این موتور باعث بالا رفتن قیمت آن می‌گردد.
برای تزریق گاز و گازوئیل از انژکتور استفاده می‌شود که یک نمونه از این انژکتورها با نازل دوگانه (برای پاشش هم‌ زمان گاز و گازوئیل) در شکل زیر نشان داده شده است. نازل مخصوص گازوئیل به ‌گونه‌ای طراحی شده ‌است که هم مقادیر کم سوخت پیلوت را به‌ صورت مناسبی اتمیزه کرده و قطرات آن را به اندازه مناسب درمی آورد، هم این‌ که برای حالت تمام بار با سوخت دیزل، کارایی مناسب را دارد.

کاربرد و مزایای موتورهای دوگانه‌سوز:
استفاده از موتورهای دوگانه‌سوز در بسیاری از نقاط دنیا در حال توسعه می‌باشد. پرهزینه‌ترین و کارآمدترین سیستم‌های کنترل کامپیوتری این موتورها در آمریکای شمالی و استرالیا در حال معرفی است و در اروپا نیز این سیستم‌ها در حال آزمایش برای ورود به بازار می‌باشند. ولی استفاده از آنها در دیگر نقاط دنیا مانند آمریکای لاتین، هند، پاکستان، چین و دیگر قسمت‌های آسیا در حال توسعه می‌باشد و از این موتورها بیشتر در اتوبوس‌ها و ماشین‌های سنگین استفاده می‌کنند. ولی در موتور خودروهای دیزلی سواری نیز می‌توانند کارآیی داشته باشند.
در مجموع مزایای موتورهای دوگانه‌سوز را می‌توان به‌ صورت زیر خلاصه نمود:

تولید دود و ذرات معلق کمتر
امکان تغییر وضعیت به حالت دیزل و استفاده از قدرت موتور دیزل
عدم نیاز به اصلاحات در اجزای داخلی موتور
هزینه کمتر سوخت مصرفی
گشتاور بالاتر موتور
موتورهای دیزل اختصاصا گازسوز:

برای تبدیل خودروهای دیزلی به خودروهای گازسوز،علاوه بر دوگانه سوزکردن که در قسمتهای قبل توضیح داده شد، می توان آنها را به خودروهای اختصاصا گازسوز نیز تبدیل کرد.
در این روش بر خلاف روش قبل باید تغییرات بسیار زیادی را در موتور ایجاد کرد.
برای این کار باید سیستم سوخت رسانی گازوئیل(مخازن، پمپ انژکتور و انژکتورها) را برداشته و به جای آن سیستم احتراق جرقه ای را به موتور اضافه کرد. این امر به دلیل آن است که گاز طبیعی، یک سوخت خودسوز نیست و دمای خوداشتعالی آن بالا است. گاز طبیعی با عدد ستان 2 باید تا دمای
oC1000 گرم شود تا خودبه‌خود منفجر شود و این به معنی نسبت تراکم 32 در سیکل دیزل است که عملاً امکان‌پذیر نیست.
همچنین برای جلوگیری از پدیده کوبش با تراشکاری سرسیلندر و پیستونها، باید نسبت تراکم را
تا حدود 14 کاهش داد.
موتورهای تبدیل یافته به این روش نسبت به موتورهای دیزلی منحنی گشتاور مناسبتری را ایجاد می کنند. چون در طراحی موتورهای دیزلی، برای ایجاد احتراقی کاملتر ومحدود نمودن میزان انتشار دود، همیشه 25 درصد هوای اضافی در نظرگرفته می شود، در حالی که هنگام استفاده از سوخت گاز در گازهای خروجی هیچ دودی وجود ندارد، و از نظر تئوری همیشه 25 درصد هوای اضافی وجود دارد، که این امر باعث تولید میزان گشتاور بیشتری می شود. در عمل به این میزان گشتاور نمی توان رسید، لکن انعطاف پذیری در شکل منحنی گشتاور وجود دارد.
از معایب این موتورها می توان به کاهش توان خروجی به علت کاهش نسبت تراکم وهمچنین افزایش مصرف ویژه سوخت نسبت به موتورهای دیزل اشاره کرد.البته با تنظیم مناسب آوانس جرقه(
MBT) و استفاده از انژکتور برای پاشش گاز به درون سیلندر می توان میزان کاهش توان را تا حدودی بهبود بخشید.
 3) موتورهای دوسوخته (
Bifuel):
خودروهای دوسوخته، به آن دسته از خودروهایی اطلاق می‌شود که با استفاده از کیت تبدیل، از بنزین‌سوز به گازسوز تبدیل شده‌اند. در واقع طراحی اولیه این خودروها برمبنای سوخت بنزین بوده است. نحوه عملکرد این خودروها بدین گونه است که با استفاده از کیت گازسوز می‌توان به هنگام نیاز، سوخت را از بنزین به گاز تغییر داد. چون در این موتورها از دو نوع سوخت (بنزین یا گاز) استفاده می‌شود به این موتورها دو‌سوخته می‌گویند.
این مسأله که این موتورها برای کار با گاز طراحی نشده‌اند، بزرگترین مشکل آنها می‌باشد. زیرا در احتراق آنها مشخصات یک موتور گازسوز دیده نشده‌ است و لذا به‌ هنگام کار با سوخت گاز معمولاً بین 8 تا 20 درصد افت توان به‌ وجود می‌آید. اصلی‌ترین دلیل این امر، حجم حدود 10 درصد از هوای ورودی است که به ‌وسیله گاز اشغال می‌شود. بعلاوه اثر تبخیر سوخت که باعث کاهش دمای ورودی و افزایش چگالی می‌شود، در سوخت گازی وجود ندارد. موارد دیگری مانند زمان‌بندی جرقه و سوپاپ‌ها، طراحی منیفولد و طراحی محفظه احتراق، از جمله مسائلی می‌باشند که در هنگام تغییر نوع سوخت از بنزین به گاز باعث کاهش راندمان می‌شوند.




دیدگاه ها : () 




آخرین ویرایش: - -



شبکه اجتماعی فارسی کلوب | Buy Mobile Traffic | سایت سوالات