بررسی آلاينده ها و روش های كنترل آنها
متاسفانه بنا به دلايل مختلفي ما ايرانيان با سهل انگاري و بي توجهي و عدم توجه به مباني تخصصي و علمي و همچنين از دست دادن حس شهروندي خودمان در تمام عرصه ها كشور خودمون رو دچار بحران ها و مشكلات پيچيده كرديم و با دست خودمون كشور خودمون رو به ويرانه تبديل كرديم و بعد هم هممون به راحتي دچار يه حس بي تفاوتي سرد شديم انقدر كه به خودمون هميشه ميگيم : بي خيال به من ربطي نداره مگه بقيه چي كار كردن كه من بخوام كاري بكنم...
يكي از اين موارد هم موتورهاي احتراق داخلي هستن و يكي از پارامترهاي بسيار مهم كاري اونها هم الاينده ها و ميزان الاينده بودن موتور هست و جنايتي كه ما در حق خودمون انجام داديم و داريم انجام ميديم هيچ توجيهي نداره و ايندگان بر ما نفرين خواهند فرستاد...
طراحي يك موتور پرقدرت و يا تيون كردن يك موتور بدون در نظر گرفتن و مهار الاينده ها فاقد هرگونه ارزشي مي باشد ولي وقتي كه طراحي يا تيون يك موتور پرقدرت همراه با مهار الاينده ها باشد نشان دهنده ي توانايي ها و ارزش هاي فني و تخصصي تيونر يا طراح مي باشد علاوه بر اين در حرفه اي ترين سطوح تيونينگ موتور هم يكي از ابزارهاي اصلي ما در ست اپ كردن موتور بررسي گازها و الاينده هاي خروجي از موتور هست ما ها هم بايد اين رو باور كنيم و...
و البته به خاطر همين دلايلي كه در بالا مطرح كردم مناسب ترين مكان رو براي اين تاپيك سكشن تيونينگ دونستم.
حدود 160 سال پيش در زمستان در لندن به علت نوزيدن باد موسمي دود بخاري ها در شهر جمع شد و شهر در حالت مه دود فرو رفت (بهش ميگن smog كه تلفيقي از لغات fog و smoke هست) و چندين هزار نفر در شهر كشته شدند و عده ي بسيار زيادي هم از شهر فرار كردند جالب انكه همزمان با اين حادثه در نيويورك هم به علت بلند بودن ساختمانها چنين حالتي ايجاد شد ولي مثل حادثه ي لندن تبديل به يك فاجعه ي انساني نشد...
لس انجلس شهري است كه از سه طرف در محاصره ي كوه ها است در سال 1935 مردم شهر شروع به عطسه و سرفه كردند و دچار اب ريزش شديد از چشم و بيني شدند و عده ي زيادي روانه ي بيمارستان ها شدند كه در اثر ايجاد گاز ازن بود در حقيقت گاز NO2 موجود در دود خودروها در مجاورت هيدروكربن ها باعث اين موضوع شده بود:
NO2 -----> NO + O
O + O2 ------> O3
و در حقيقت همين حوادث اهميت توجه به الاينده ها را براي دنيا مطرح كرد.
Blow by به نشتي مخلوط سوخته و نيم سوخته و نسوخته از بين پيستون و بوش و رينگهاي تراكم و روغني به طرف پايين و به محفظه ي ميل لنگ يا همون كارتر گفته ميشه.
تقريبا 60 درصد الودگي موتور مربوط به دود اگزوز ميشود ، 20 الي 25 درصد Blow by هست و بقيه هم مربوط به بخار سوخت درون باك ميشه بخصوص در صورتي كه سطح سوخت درون باك پايين باشه اين عامل تشديد خواهد شد...
استانداردهاي مختلفي براي الاينده ها وجود دارد كه در انها ميزان مجاز الاينده ها هم براي موتورهاي بنزيني و هم موتورهاي ديزل و... در انها مشخص شده است.
FTP
اين استاندارد در امريكاي شمالي استفاده مي شود.
Euro
Euro I -1992
Euro II -1996
Euro III-2000
Euro IV - 2005
Euro Y -2009
Euro VI - 2014
كه در ان مشخص شده است كه هر استاندارد براي تا چه سالي مي باشد.
در ادامه در بحثي به بررسي الاينده ها در موتور و عوامل موثر در توليد انها و روش هاي جلوگيري از توليد انها و روش هاي كاهش و درمان انها خواهيم پرداخت.
موتورهاي بنزيني:
موتورهاي بنزيني داراي سه منبع توليد كننده ي الودگي هستند كه عبارتند از :
1:كاربراتور و هواكش باك بنزين
2:هواكش كارتر
3:لوله ي اگزوز
مواد الوده كننده ي دو منبع اول رو ميشه به راحتي مهار كرد و اونها رو جمع اوري كرد و به درون اتاق احتراق يا همون سيلندر فرستاد تا در اونجا محترق بشوند. بنابراين منبع الوده كننده ي اصلي همان لوله ي اگزوز باقي خواهد ماند، نكته اي كه وجود داره اينه كه در صورت انجام شدن احتراق كامل درون سيلندر محصولات احتراق همه غير سمي خواهند بود و علاوه بر اون هيچ گونه دوده و يا ذرات معلقي نيز بوجود نخواهد امد ولي احتراق كامل درون سيلندر اتفاق نخواهد افتاد بنابراين گازهاي حاصله داراي خواص سمي و مضرري مي باشند كه اين گازها عبارتند از:
1:گاز CO
اين گاز زماني توليد خواهد شد كه مخلوط سوخت و هوا غني باشد و لذا اكسيژن كافي درون سيلندر براي انجام احتراق كامل و توليد CO2 موجود نباشد و لذا CO توليد خواهد شد البته زماني كه مخلوط رقيق باشد نيز مقداري CO به علت تعادل شيميايي در دماهاي بالا توليد خواهد شد كه البته قسمتي از اون در مراحل بعدي سيكل با كاهش دما با اكسيژن تركيب شده و تبديل به CO2 ميشود و لذا از بين ميرود.
2:اكسيدهاي نيتروژن NOx
كه شامل گاز NO2 و گاز NO مي باشد. در خلال احتراق واكنش هاي شيميايي زير به وقوع مي پيوندند:
O + N2 <-----------> NO + N
N + O2 <-----------> NO + O
N + OH <-----------> NO + H
بيشترين مقدار NOx در مراحل انتهايي احتراق و در دماهاي بالا بوجود مي ايد ولي هنگامي كه دماي گازهاي اگزوز كاهش پيدا مي كند مقداري از انها تجزيه ميشوند و فقط مقدار بسيار كمي از انها باقي مي مانند.
هرچه اكسيژن موجود در سيلندر بيشتر بوده و دماي سيلندر بالاتر باشد مقدار NOx هاي توليدي بيشتر خواهد بود. لذا در مخلوط هاي غني NOx كمتري ايجاد خواهد شد.
هيدروكربن ها:
اگر مخلوط سوخت و هوايي كه سيلندر با ان شارژ ميشود كاملا همگن باشد و ميكس به صورت كامل انجام شده باشد و لذا قبل از جرقه ي شمع مخلوط درون سيلندر كاملا همگن باشد احتمال بوجود امدن هيدروكربن ها (نيم سوخته) خيلي كم است ولي به علت اينكه در هنگام جرقه ي شمع مخلوط در گوشه اي از سيلندر رقيق تر هست و در گوشه اي دگير غني تر و به صورت كامل همگن نيست در دود خروجي از اگزوز هيدروكربن هاي نيم سوخته نيز يافت مي شوند البته مقدار زيادي از اونها در مرحله ي تخليه و در لوله و يا لوله هاي داغ اگزوز اكسيد خواهند شد و ميسوزند ولي در صورتي كه دماي لوله ي اگزوز و مقدار اكسيژن موجود در ان به اندازه كافي بالا نباشد مقداري هيدروكربن نيم سوخته نيز در دود خارج شده از اگزوز يافت مي شود. مقدار مينيمم هيدروكربن هاي نيم سوخته زماني خواهد بود كه مخلوط كمي غني تر از نسبت استكيومتري يعني 14.7 باشد (دماي ماكزيمم) البته در صورتي كه مخلوط غني تر شود دوباره مقدار هيدروكربن هاي نيم سوخته رو به افزايش خواهد گذاشت. لذا در RPM هاي بالا كه توربالانس زياد ميشود مقدار هيدروكربن هاي نيم سوخته نيز كاهش خواهد يافت.
دود و ذرات معلق:
ذرات معلق موادي هستند كه باعث دودي و كدر رنگ شدن گاز اگزوز مي شوند و معمولا به صورت جامد و مايع هستند. ذرات جامد به علت دي هيدروژنه شدن (يعني خارج شدن مولكول هيدروژن از هيدروكربن) ، پليمريزه شدن (تشكيل هيدروكربن هاي سنگين تر) و اگلومره شدن (تركيب و تجمع مولكول هاي مختلف) توليد مي گردند. ازمايشات مختلف نشان مي دهند كه به هنگام تشكيل اين ذرات ، اغلب استيلن يعني C2H2 به عنوان يك محصول مياني توليد مي گردد و سپس با پليمريزه شدن و دي هيدروژنه شدن ان ذرات كربن حاصل مي گردند.
موتورهاي ديزل:
مواد الوده كننده اي كه موتورهاي ديزل توليد مي كنند عبارتند از:
1:گاز CO
در موتورهاي ديزل يكي از مشكلاتي كه وجود دارد مشكل ميكس هست كه اين مشكل در موتورهاي ديزل بسيار بحراني تر از موتورهاي بنزيني هست چون در موتورهاي بنزيني مخلوط سوخت و هوا وارد موتور ميشه و عملا اين مخلوط از زمان شروع تنفس تا جرقه (با در نظر گرفتن اوانس سوپاپ هوا و اوانس جرقه) چيزي در حدود 330 الي 360 درجه ي ميل لنگ درون محفظه ي احتراق فرصت خواهد داشت تا به خوبي ميكس بشه ولي در موتورهاي ديزل چون فقط هوا وارد موتور ميشه و از زمان پاشش انژكتور ممكنه كلا فقط چيزي بين 20 الي 40 درجه ميل لنگ زمان موجود باشه تا ميكس صورت بگيره و براي همين هم هست كه در موتورهاي ديزل راه هاي بسيار زيادي براي برطرف كردن مشكل ميكس در نظر گرفته ميشه(كه البته بحث در مورد اون مفصل هست) نتيجه اينكه در موتورهاي ديزل مخلوط سوخت و هوا خيلي ناهمگن هست و در قسمتهايي از اسپري سوخت اكسيژن كافي وجود نخواهد داشت لذا CO در ان قسمتها تشكيل مي گردد كه البته قسمتي از اين CO توليدي در دماهاي بالا هنگامي كه از كنار قسمتهاي غني از اكسيژن عبور مي كند به CO2 تبديل مي گردد البته در صورتي كه دما به مقدار لازم بالا نباشد (براي مثال در بارهاي كم) مقداري CO از لوله ي اگزوز خارج مي شود.
كه البته با افزايش بار موتور و افزايش دما كاهش مي يابد نكته ي ديگر اينكه در حالت تمام بار و يا در حالت بار بيش از حد يعني همون فول لود و اورلود مقدار CO دوباره رو به افزايش مي گذارد و اين هم به علت ناكافي بودن اكسيژن در قسمتهاي مختلف در اين حالت ها هست.
2:NOX
غلظت NOX ها بستگي مستقيم به غلظت اكسيژن و دماي محل دارد و نرخ تشكيل انها در مخلوط هاي غني بيشتر از مخلوط هاي رقيق است (دقيقا برعكس موتورهاي بنزيني) همچنين اين اكسيدهاي ازت در مرحله ي انبساط و تخليه به طور كامل و كافي تجزيه نمي شوند به همين دليل بيشترين درصد اين NOX ها در گازهاي خروجي از اگزوز در بارهاي بالا وقتي كه نسبت سوخت به هوا غني مي باشد خواهد بود.
3:بو
بوي نامطبوع اگزوز در موتورهاي ديزل به علت تركيبات نيم سوخته و در گاهي موارد سوخت محترق نشده مي باشد. اين تركيبات از جمله عبارتند از الكيل بنزن و اروماتيك هاي اكسيژنه شده و همچنين تركيبات گوگرد و در زماني كه مخلوط هاي رقيق به كار مي رود بوي بيشتري توليد مي شود.
4:الدئيدها:
درموتورهاي ديزل در خلال پريود تاخير (در نمودار فشار درون سيلندر بر حسب زاويه ي ميل لنگ، ما به فاصله ي زاويه اي بين زمان شروع پاشش انژكتورها تا زماني كه به طور ناگهاني شيب منحني شديدا زياد ميشود(به عبارت ديگر زماني كه نرخ افزايش فشار درون سيلندر شديدا زياد ميشود) پريود تاخير يا همون DP مي گوييم كه يكي از مهمترين پارامترهاي كاري موتورهاست...) يك واكنش شيميايي كند بوجود مي ايد كه حاصل ان بعضي از الدئيدها به عنوان محصولات مياني احتراق مي باشد در بعضي از قسمتهاي اسپري كه مخلوط خيلي غني يا خيلي رقيق باشد اين الدئيدها پس از احتراق باقي خواهند ماند كه در دماهاي بالا و در مجاورت اكسيژن در مراحل بعدي اكسيد مي گردند ولي در صورتي كه بار موتور زياد باشد به علت كمبود اكسيژن اين الدئيدها را مي توان در دود خروجي از اگزوز يافت.
5:هيدروكربن ها:
هيدروكربن هاي نسوخته و نيم سوخته از برخورد سوخت به جداره ي اتاق احتراق (به علت سرد شدن سوخت) و همچنين به مقدار خيلي زياد در قسمت هاي مياني اسپري بوجود مي ايند. مقدار اين الودگي در حالت دور ارام و يا در حالت نميه بار موتور بيشترين مقدار خواهد بود زيرا تشكيل هيدروكربن ها در منطقه ي خارج از شعله به علت پايين بودن دما زياد خواهد بود (علاوه بر ان به علت رقيق بودن مخلوط در اين ناحيه و پايين بودن دما واكنش اكسيداسيون بسيار كند خواهد بود). با افزايش بار موتور نسبت سوخت به هوا افزايش مي يابد و مقدار سوخت پاشيده شده به جداره ها افزايش خواهد يافت و همچينين در ناحيه ي مياني اسپري كه در اين حالت بزرگتر شده است غلظت سوخت خيلي زياد خواهد بود و لذا مقدار زيادي هيدروكربن نيم سوخته بوجود خواهد امد اما به علت بالا بودن دما قسمت اعظم ان اكسيد مي گردد و مقدار موجود در گازهاي خروجي از اگزوز كاهش مي يابد در حالت تمام بار يا بار بيش از حد بر روي موتور مقدار اين هيدروكربن هاي نيم سوخته افزايش مي يابد و اگرچه دما خيلي بالاست اما به علت نبودن اكسيژن به مقدار كافي اكسيداسيون انها به صورت كامل انجام نخواهد شد و مقدار انها در گازهاي خروجي از اگزوز افزايش خواهد يافت. نكته ي مهم در اينجا اين است كه زمان بندي تزريق بر روي مقدار هيدروكربن هاي نيم سوخته تاثير مي گذارد به عبارت ديگر اوانس زياد تزريق از انجا كه باعث مي شود پريود تاخير افزايش يابد باعث افزايش مقدار انها مي گردد.
