مقاله زیر شاید کمی سنگین تر از مقاله هایی باشد که تاکنون در خودروبلاگ چاپ شده است. اول تردید داشتم که آن را در وبلاگ قرار دهم، اما از آنجا که مخاطبان وبلاگ روز بروز مطالب فنی تری از ما طلب می کنند و همچنین نگاه کلی و جامع بکار رفته در این مقاله که توسط آقای پرفسور پیشینگر F. Pischinger، رئیس موسسه تحقیقاتی FEV وابسته به دانشگاه آخن آلمان، در مجله AutoTechnology به رشته تحریر در آمده است، مرا بر آن داشت که ترجمه ای آزاد از آن را در دو قسمت، خدمت دوستان عزیز ارائه نمایم. مجدداً لازم است از تاخیری که در بروز کردن وبلاگ در ماههای اخیر ایجاد شده است، از دوستان عزیز خواننده پوزش بطلبم و عذرخواهی بیشتر از بابت جوابهای داده نشده به ایمیل های فراوانی که به خودروبلاگ می رسد اما محدودیتهای زمانی (و نداشتن اطلاعات کافی) اجازه پاسخ دادن به آنها را نمی دهد.
مقدمه:
الزامات استانداردهای آلایندگی در آینده:
قوانین اروپایی روی آلاینده های خطرناک اگزوز که در سال 2000 نسبتاً سختگیرانه به اجرا در آمد بار دیگر در سال 2005 سختگیرانه تر خواهد شد. محدودیتهای استاندارد آلایندگی EURO IV برای آلاینده های HC و NOX و ذرات معلق حدود 50% سطح کنونی این گازهای مضر میباشد (استاندارد آلایندگی اروپا در سال 2004 مطابق با استاندارد EURO III است). مرحله بعد در استانداردهای اروپایی کهEURO V نامیده میشود احتمالاً با تمرکز روی ذرات معلق، به بهینه سازی بیشتری نیاز دارد.
از سوی دیگر در استاندارد آمریکایی TIER 2 کاهش مرحله به مرحله NMOG (گازهای اورگانیک غیر متان) و کاهش متوسط NOX ناشی از ناوگان اتوبوسرانی از سال 2004 تا 2007 مد نظر است . از سال 2003 به بعد در کالیفرنیا میبایستی حداقل 10% فروش هر سازنده اتومبیل، خودروهایی با آلایندگی صفر یا معادل آن باشد. نگرانی در مورد اثر گازهای گلخانه ای، خودروسازان اروپایی را وادار کرده است که تا سال 2008 خودروهایی تولید نمایند که متوسط CO2 منتشره از آنها زیر 140 gr/Km باشد. یعنی کاهش مصرف سوخت بایستی به میزان بیش از 25% در مقایسه با سطح تعیین شده در سال 1995 باشد. همچنین کاهش بیشتر به سطح 120 gr/Km تا سال 2012 نیز در سال 2003 تحت بحث و بررسی قرار گرفت.
از طرفی همزمان با طرح مباحث آلایندگی، مشتریان نیازمند ایمنی و آسایش بیشتری نسبت به سابق خواهند بود که این مساله تنها با افزایش وزن خودرو میسر خواهد شد و واضح است که این موضوع با مصرف کمتر انرژی منافات دارد. همچنین ضمن حفظ حداقل عملکرد خودرو، در عین حال نباید هزینه مالکیت خودرو افزایش یابد.
فن آوری آینده در موتورهای بنزینی:
هدف اصلی در توسعه موتورهای اشتعال جرقه ای، بهبود مصرف سوخت و در نتـیجه کاهش انتشار گاز CO2 میباشد. از دیدگاه ترمودینامیکی، دستیابی به راندمان بیشتر، با عملکرد موتور در بارهای زیاد و کاهش در افت تبادل گاز و حرارت در بارهای جزیی ممکن میباشد. راه حلهای فنی برای این منظور عبارتند از :کوچک سازی سایز موتورها و استفاده از سوپر شارژ، فن آوری سوپاپهای کاملاً متغیر و پاشش مستقیم.
کوچک سازی(DOWNSIZING )
یک استراتژی برای بهبود قابل توجه در مصرف سوخت، کاهش حجم جابجایی موتور با حفظ شکل منحنی گشتاور میباشد.با افزایش فشار تغذیه تا 2.5 بار و کاهش نسبت تراکم در بارهای زیاد می توان به این هدف دست یافت. در شکل شماره یک، منحنی های گشتاور و مصرف سوخت دو موتور یکی موتور 3 لیتری با تنفس طبیعی و دیگری موتور 1.5 لیتری با سوپر شارژ بالا، با یکدیگر مقایسه شده است. همانگونه که شکل نشان می دهد، مصرف سوخت ویژه در بارهای جزیی در حدود 2.5% بهبود یافته است. فن آوری جدید مورد نیاز برای این منظور در سمت راست شکل نشان داده شده است.
سوپر شارژهای مکانیکی با راندمان بالا دستیابی به گشتاورهای لحظه ای و بالا را فراهم می نماید. استفاده از سوپرشارژ منجر به پدیده ناک یا ضربه در بارهای زیاد می گردد. برای احتراز از این موضوع یک سیستم نسبت تراکم متغیر ابداع شده است (پایین سمت راست شکل) تا با کاهش نسبت تراکم، دستیابی به فرایند احتراق بدون ناک را در بارهای زیاد ممکن سازد؛ در حالیکه قادر است در بارهای جزیی، تراکم بهینه را حفظ نماید.
سیستم سوپاپ بندی کاملاً متغیر:
با سیستم سوپاپ بندی کاملاً متغیر می توان روشهای مدیریت سیلندر و سوپاپها را معرفی نمود. همانطور که در شکل دو نشان داده شده است، در حال حاضر سوپاپهایی ساخته شده اند که قادرند با استفاده از نیروی الکترومغناطیسی و یک بازو مابین فنرهای مکانیکی، هرگونه پروفیل باز و بسته شدنی را برای سوپاپها ایجاد نمایند. با کنترل جریان الکتریکی، بازو میتواند در موقعیت انتهایی خود نگه داشته شود بنابراین سوپاپ مطابق با نیاز میتواند باز یا بسته نگه داشته شود. از آنجائیکه زمانبندی سوپاپها میتواند بصورت آزادانه تنظیم شود، جرم هوای ورودی و گازهای باقیمانده را میتوان با سوپاپها تعیین نمود.
بدین وسیله میتوان از افت دریچه گاز اجتناب کرد و میزان تشکیل NOX را در بارهای جزئی کاهش داد. از انجاییکه در این روش زمان بندی هر سوپاپ برای هر سیلندر را می توان بصورت جداگانه تنظیم نمود، بنابراین فعال یا غیر فعال کردن هر سیلندر با این روش میسر میگردد(Cylinder Cut Off) . مکانهایی که در آنها سیلندرها غیر فعال میگردد یا سوپاپهای آنها باز میگردد در منحنی عملکردی موتور در شکل دو نشان داده شده است. اندازه گیری مصرف سوخت نمونه های ساخته شده بر اساس این تکنیک، کاهش مصرف سوخت تا 15% و در صورت بکارگیری فرایند غیر فعال سازی سیلندرها تا 20% را نشان می دهد.