طرح گاز سوز نمودن خودروها, از تئوري تا عمل

در اين اواخر، بحث­هاي تبديل خودروهاي بنزيني به گازسوز و اجراي پروژة CNG در كشور همواره مطرح بوده است. در مورد آشنايي با اين طرح و جزئيات اجراي آن در كشور و نيز اراية تحليلي در مورد ماهيت طرح كه به عقيدة برخي از كارشناسان، اجراي چنين كلان طرح­هايي با متقضيات كشور چندان مطلوب به‌نظر نمي‌رسد. مطلب زير از نظر شما مي­گذارد:

گاز طبيعي فشرده (CNG), گاز طبيعي فشرده‌شده‌اي است كه توسط يك كمپرسور توليد شده و در درجة حرارت معمولي در مخزني با فشار 200 تا 250 اتمسفر نگهداري مي­شود و قسمت اعظم آن گاز متان مي­باشد.




امروزه استفاده از CNG به­عنوان نيروي محركة وسائط نقليه، كاربرد نسبتاً فراواني يافته است. آرژانتين از جمله كشورهايي است كه استفادة گسترده­اي از CNG در بخش حمل­ و ­نقل خود نموده است. در اين كشور بر طبق آمارهاي سال 2000، در حدود 401 هزار وسيله نقلية گاز­سوز موجود است كه از CNG به عنوان سوخت استفاده مي‌كنند.

ماخذ:

Internationnal Natural Gas Vehicles Association, Reports, 2000

مزاياي CNG

CNG به­عنوان سوخت­ داراي برخي مزيت­­ها مي­باشد. اين سوخت در مقايسه با گازوييل داراي برتري‌هايي مي‌باشد. از جمله ميزان ذرات معلق منتشرشده در فضا توسط CNG به مراتب كمتر از گازوئيل است. همچنين طبق آزمايش‌هاي انجام شده, ميزان آلايندگي از نظر پخش گازهايي نظير NOx در سوخت CNG نسبت به سوختهايي نظير گازوييل كمتر است. همچنين سوخت گاز طبيعي ارزان­تر از ساير فراورده­ها و كاملاً در دسترس مي­باشد.

استفاده از CNG به­عنوان سوخت در ايران

از سال 1365، در شهر شيراز طرح گازسوز نمودن خودروها با گاز طبيعي CNG به­صورت آزمايشي با تبديل 1200 دستگاه سواري به مرحله اجرا درآمد. به­همين منظور، دو ايستگاه سوخت­گيري CNG براي سرويس­دهي به اين خودرو­ها ساخته شد كه به­دليل عدم تامين قطعات يدكي، يكي از اين ايستگاه­ها به حالت تعطيل درآمد.

در مشهد نيز پروژه­اي مشابه در سال 1367 انجام و طي آن، 1200 دستگاه خودرو به گاز­سوز تبديل شد و يك جايگاه سوخت­رساني نيز ساخته شد. دومين جايگاه سوخت­رساني اين شهر, در سال 1374 احداث شد.

البته, طرح بزرگي به منظور گاز­سوز نمودن خود­روها, توسط سازمان بهينه­سازي سوخت كشور براي اجرا مدنظر مي‌باشد. در اين طرح، 200 هزار خودرو (عمدتاً ناوگان سبك و عمومي) گاز­سوز مي­شوند و بدين‌منظور 150 ايستگاه درون شهري براي تامين سوخت مورد نياز خودروهاي گازسوز, در 15 شهر كشور ايجاد مي­گردد.

كل بودجة اين طرح در حدود 268 ميليون دلار برآورد گرديده است كه هزينة اين طرح از منابع داخلي تامين خواهد گشت. در اين طرح، 50 هزار خودروي جديد و 150 هزار خودروي فرسوده، گاز­سوز خواهند گرديد.

تحليل:

در بسياري از كشورهاي پيشرفته نظير آلمان، توسعة تكنولوژي در صنعت خودروسازي همه­جانبه مي­باشد و توسعة طرح خودروهاي گاز­سوز در كنار بسياري از گزينه‌هاي ديگر، مانند بهبود راندمان خودروهاي گازوييلي و بنزيني، اتومبيل­هاي برقي، خودروهاي پيل سوختي, خودروهاي خورشيدي و حتي استفاده از سوختهاي گازي ديگر مانند LNG در وسايط نقليه دنبال مي­شود و هيچ­گاه يك طرح، آن هم با گستردگي فراوان، در كشورشان به اجرا در نمي­آيد كه باعث شود تا تمام منابع مالي به منظور افزايش كارايي, براي يك طرح هزينه شود. خصوصاً آنكه آلودگي هوا صرفاً ناشي از خودرو نيست و بايد به صنايع ديگر نيز توجه نمود.


عوامل مهم ديگر از جمله فرسودگي وسايل نقليه عملكرد ناكاراي آنها، به‌كارگيري تكنولوژي سطح پايين در توليد و به روزنبودن آن، ناكارايي و عملكرد نامناسب وسايل مصرفي انرژي بخش­هاي خانگي و تجاري از قبيل وسايل گرمازا و حتي عدم برنامه‌ريزي صحيح فضايي (آمايش سرزمين) در آلودگي شهرها نقش دارند. از اين رو بعضي از كارشناسان عقيده دارند كه تحت يك شعار و آن هم كاهش آلودگي زيست محيطي، اجراي پروژه­هاي عظيم, مانند گاز­سوزنمودن خودروها در مقياس گسترده، تنها تلف‌نمودن منابع مالي يك كشور مي­تواند باشد.

موضوع مهم ديگر, مساله ايمني خودروهاي گازسوز مي­باشد كه به دليل پاسخ­هاي مختلف و متناقض، همچنان در هاله­اي از ابهام قرار دارد.

در صورت اجراي چنين طرحي, هنوز بسياري از موارد از جمله پيش­بيني دقيق براي تامين ايستگاه­هاي سوخت­گيري در ساير شهرهاي كشور صورت نگرفته است و نيز اين سوال در ذهن به‌وجود مي­آيد كه آيا پتانسيل كافي براي ساخت تجهيزات و ايستگاه­هاي سوخت­گيري آن در كشور وجود دارد و يا اينكه بايد به واردات گسترده قطعات, كيت­هاي گازسوز و وسايل جايگاهي تامين سوخت دست زد؟

مورد مهم ديگر اين است كه خودروهاي كشور داراي عمر بسيار بالايي هستند و اكثر آنها ناوگان فرسودة دهه­هاي 1950 تا 1980 مي­باشند كه هنوز در كشور باقي مانده­اند و در جاده­ها در حال تردد هستند. آيا بهتر نيست برنامه­اي جهت از رده خارج‌نمودن خودروهاي فرسوده و جايگزين نمودن آنها با خودروهاي جديد, به جاي سرمايه­گذاري در گاز­سوزنمودن اين قبيل خودروهاي فرسوده اتخاذ نمود!

هزينة تبديل هر خودروي بنزيني جديد به گاز­سوز، در حدود يك هزار دلار و هزينة تبديل خودروي فرسوده به گازسوز در حدود 600 دلار مي­باشد. آيا براي ناوگان بسيار فرسوده كشور كه صاحبان آن عمدتاً اقشار كم­درآمد هستند، توان اقتصادي پرداخت اين هزينه وجود دارد؟

حتي در صورت توجيه اقتصادي تبديل خودروهاي بنزيني به گازسوز از لحاظ جبران هزينه­ها در بلندمدت, معمولاً اقشار كم­درآمد توان پرداخت يكبارة هزينه تبديل در كوتاه مدت را ندارند و اصولاً به منافع احتمالي كه در آينده به آنها مي­رسد, توجهي ندارند. از طرفي، پرداخت يارانه­ها در اين خصوص نيز موجب بروز اختلالاتي در نظام اقتصادي كشور مي­گردد و حتي تقسيط پرداخت اين هزينه در طول زمان مشكلات متعددي را به همراه دارد.

به هر حال، با وجود مزيت­هاي CNG نسبت به برخي سوخت­ها, تصميم­هاي عجولانه در مقياس­هاي گسترده چندان مطلوب به­نظر نمي­رسد. آنچه مشهود است، تجهيز خودروهاي عمومي نظير اتوبوس­ها به سيستم سوخت CNG، مي­تواند اولويت مناسبي در اجراي چنين طرحي ­باشد.

مآخذ:

1- لوح فشردة سازمان بهينه سازي سوخت كشور در بيان طرح CNG

2- www.cseindia.org/html/cmp/cngfacts.pdf

تحليلهاي مرتبط:

آيا گازسوز نمودن خودروها, راهكاري موثر در كاهش آلودگي هوا است؟

به نام ایزد یکتا

 

دیزل چیست؟

 

 

 

 

 

<< ديزل يعنی چـه ؟ >> 

?WHAT DIESEL

 

به نام ایزد یکتا

 

دیزل چیست؟

 

 

 

 

 

<< ديزل يعنی چـه ؟ >> 

?WHAT DIESEL

 

آقاي رودلف کريستين کارل ديزل در سال 1858 در پاريس به دنيا آ مد. رودلف فرزند  خانواده اي کم درآمد و پر جمعيت بود ولي سعي و تلاش و جديت در کار او را به مرتبه اي رساند که يکي از معروفترين محصولات ساخت بشر را به اسم او نام گذاري کردند.

ديزل خواهان راندمان احتراقي بالاتر و مصرف سوخت پايين تر در موتورهاي درون سوز بود. راه حل پيشنهادي ديزل بکار گيري يک موتور درون سوز با ضريب تراکم بالاتر و سوخت مصرفي سنگين تر بود. بر طبق قانون « بويل ـ ماريوت »، بين کاهش حجم و افزايش فشار گازها همواره نسبت ثابتي وجود دارد يعني هر چه گازها فشرده تر کنيم، بر فشار آنها افزوده ايم. وقتي فشار و جنبش مولکولي يک گاز افزايش پيدا کند بر حرارت آن نيز افزوده خواهد شد و اين دقيقاً پايه و اساس سيکل ديزل است. تفاوت عمده موتورهاي بنزيني و ديزل در نحوه احتراق سوخت آنهاست بدين شکل که در موتورهاي بنزيني مخلوط سوخت و هوا پس از فشرده شدن توسط جرقه شمع محترق مي شود ولي در موتورهاي ديزل هوا به تنهايي متراکم وگرم مي شود و سپس بر اثر پاشش يا تزريق گازوئيل، عمل احتراق صورت مي گيرد.

چهار سيکل اساسي در موتورهاي ديزل چهار زمانه عبارتند از :

 

مکش :
در اين سيکل پيستون در نقطه مرگ بالا قرار گرفته و سوپاپ هوا باز است. بر اثر پايين رفتن پيستون در سيلندر اختلاف فشار ايجاد شده و هوا به درون سيلندر مکيده مي شود.

تراکم :
در اين مرحله هر دو سوپاپ دود و هوا بسته شده اند و هوا درون سيلندر گير افتاده. براثر بالا آمدن پيستون هواي درون سيلندر فشرده و گرم مي شود.

انفجار يا احتراق :
در اين سيکل پيستون به نقطه مرگ بالا برگشته و هواي درون سيلندر کاملاً فشرده و گرم شده است. حالا گازوئيل به درون محفظه احتراق تزريق مي شود و بر اثر برخورد با توده هواي  گرم و فشرده محترق مي شود. عمل احتراق با افزايش ناگهاني فشار همراه است بنابراين پيستون با فشار زياد به پايين هل داده مي شود. در اين سيکل است که «کار مفيد » انجام مي شود.

تخليه :
کمي قبل از رسيدن به پيستون به نقطه مرگ پايين سوپاپ دود باز شده و دود حاصل از احتراق از سيلندر خارج مي شود.

 

راهکارهايي براي بهبود عملکرد موتورهاي ديزل :

به جرات مي توان کفت که تا کنون هيچ نوع موتور درون سوزي به اندازه موتورهاي ديزل مورد بازنگري و بهينه سازي قرار نگرفته.در اين بين « شمع گرمکن » ، «توربو چارجر» ، «انژکتور برقي» ، «اينتر کولر» و ده ها مورد ديگر نقش عمده اي در افزايش توان و کاهش مصرف سوخت موتورهاي ديزل داشته اند. بياييد اين موارد را به صورت جداگانه بررسي کنيم :

شمع گرمکن :

براي حصول احتراق يا همان اکسيداسيون سريع به سه عامل نياز داريم : هوا ( اکسيژن )، گرما و ماده سوختني. گفتيم که عمل احتراق در موتورهاي ديزل به واسطه پاشش گازوئيل بر روي توده هواي گرم و فشرده شده صورت مي گيرد. امروزه براي تصريع و بهبود عمل احتراق در موتورهاي ديزل از شمع گرمکن استفاده مي شود. شمع گرمکن عبارت است از يک المنت برقي کوچک که همانند شمع هاي معمولي موتورهاي بنزيني به سر سيلندر پيچ مي شود. سر اين شمع داراي يک المنت الکتريکي است و در محفظه احتراق جاي ميگيرد با روشن کردن سوئيچ، المنت مذکور سريعاً گرم مي شود. حال اگر موتور را روشن کنيد، گازوئيل به درون محفظه احتراق پاشيده مي شود ولي قبل از برخورد با توده هوا جبراً با المنت داغ برخورد کرده و دماي آن بالا مي رود. حال به جاي هواي گرم و گازوئيل سرد، هواي گرم و گازوئيل داغ داريم! به عبارتي شمع گرمکن باعث افزايش دماي گازوئيل ( در هنگام پاشيده شدن به درون محفظه احتراق )، تسريع عمل احتراق و کاهش هيدرو کربن هاي نسوخته مي شود.
 

توربو چارجرها :

گازوئيل به مراتب سنگين تر از بنزين است ( در حدود 5/1 برابر ) بنابراين براي محترق شدن به مقدار بيشتري هوا نياز دارد. ار طرفي اين تراکم هوا در درون سيلندر است که باعث افزايش فشار و دماي آن مي شود. در موتورهايي که فاقد توربو چارجر هستند ( چه بنزيني چه ديزل )، هواي وارد شده به درون سيلندر در زمان مکش فشاري معادل 9/0 تا 1 اتمسفر دارد که اين فشار در سيکل تراکم تا 16 اتمسفر ( بسته به ضرايب تراکم و نوع موتور ) بالا مي رود. اين ميزان تراکم فشار و دماي مورد نياز موتورهاي ديزل را نامين نمي کند پس بايد با کمک يک پمپ هوا جرم هواي ورودي را افزايش داد. در موتورهاي ديزل اين کار معمولاً با کمک دستگاهي به نام توربوچارجر صورت مي گيرد.

تور چارجر عبارت است از يک توربين که از فشار گاز اگزوز نيرو مي گيرد. تورجو چارجر داراي 2 پره اصلي است. يکي از اين پره ها بر اثر برخورد با گازهاي خروجي اگزوز دوران کرده و محور اصلي توربو چارجر را مي چرخاند. سر ديگر اين محور به پره کمپرسور متصل است. با چرخيدن پره کمپرسور هواي ورودي فشرده شده و جرم آن افزايش مي يابد. تور چارجرها قادرند تا 10 اتمسفر فشار ايجاد کنند ولي فشاري که معمولاً توسط توربو چارجرهاي اتومبيلهاي سواري ديزل ايجاد مي شود بيشتر از 5/1 يا 2 اتمسفر نيست. حال ببينيم با به کار گيري توربوچارجر چه اتفاقي مي افتد؟

گفتيم که فشار هواي ورودي توسط توربوچارجر از 5/1 تا 2 اتمسفر افزايش مي يابد. حال اگر هواي وارد شده به درون سيلندر به جاي 1 اتمسفر 5/1 اتمسفر فشار داشته باشد، پس از متراکم شدن( در نسبت 16 به 1 ) به جاي 16 اتمسفر، 24 اتمسفر فشار خواهد داشت و اين يعني جرم و حرارت بيشتر و در نتيجه احتراق بهتر و آلودگي کمتر.

توربوچارجرها نيز از جمله مواردي هستند که مورد بهينه سازي هاي بسياري قرار گرفته اند. بعضي از توربوچاجرها تا 120 هزار دور در دقيقه دوران مي کنند و داراي پره هايي با قابليت تنظيم شوندگي هستند.

انژکتور :

قبل از همه چيز بايد به اين نکته اشاره کنيم که ما موتور ديزلي کاربراتوري نداريم چرا که گازوئيل حتماً بايد به درون محفظه احتراق ( و نه حتي منيفولد ) پاشيده شود. عمل تزريق سوخت چه در موتورهاي بنزيني و چه در موتورهاي گازوئيلي باعث پخش شدن و ترکيب بهتر ذرات سوخت و هواي درون سيلندر مي شود. براي درک بهتر اين مطلب آزمايش زير را انجام دهيد :

کمي الکل را در÷ يک ليوان کوچک ريخته و آتش بزنيد. در اين وضعيت الکل به آرامي خواهد سوخت ولي اگر همان مقدار الکل را درون يک افشانه ريخته و به سمت يک شعله شمع بيافشانيد، شاهد احتراقي بهتر، کامل تر و سريع تر خواهيد بود. موتورهاي ديزل اوليه داراي انژکتورهاي مکانيکي بودند ولي امروز از انژکتورهاي برقي يا سلنوئيدي استفاده مي شود. سوزن انژکتورهاي جديد داراي چندين سوزاخ بسيار ريز هستند تا عمل پاشش گازوئيل و يونيزه شدن ( بصورت ذره درآمدن سوخت ) در آنها بهتر صورت گيرد.
 

اينتر کولر :

همان طور که ذکر شد تراکم بيشتر باعث بهبود عملکرد موتورهاي ديزل مي شود ولي از طرفي تراکم هوا باعث گرم شدن آن مي شود . گرما هم به نوبه خود باعث انبساط و کاهش جرم هوا مي شود. حال چاره کار چيست؟ استفاده از اينترکولر !

اينتر کولر عبارت است از يک خنک کننده که از دماي هواي فشرده شده ورودي مي کاهد. کاهش دماي هوا باعث متراکم شدن بيشتر و افزايش جرم آن مي شود ولي صبر کنيد، گفتيم که در موتورهاي ديزل بخشي از دماي مورد نياز براي احتراق از گرماي حاصله از تراکم هوا بدست مي آيد، حال اگر هواي فشرده شده خنک و فاقد گرماي کافي باشد چه ؟ نگران نباشيد، بکار گيري شمع گرمکن قوي تر باعث افزايش دماي گازوئيل تا 300 يا حتي 500 درجه سانتيگراد مي شود. اگر گازوئيل را با اين دما به روي يک توده هواي خنک و فشرده بپاشيم، صد در صد محترق خواهد شد. اينترکولرها داراي يک پمپ گرداننده مايع خنک کننده، لوله هاي انتقال مايع خنک کننده ( که معمولاً به دور کانال ورودي هوا پيچيده شده اند ) و رادياتور هستند. با گردش مايه خنک کننده به دور کانال هوا، گرماي هواي فشرده شده ورودي گرفته شده و پس از انتقال به رادياتور دفع مي شود. مايع دورن اينترکولر تقريباً شبيه به ضد جوش هاي معمولي است ولي توان تبادل گرماي آن بيشتر است. براي افزايش راندمان موتورهاي ديزل ده ها راهکار ديگر پيشنهاد شده و مي شود مثلاً طراحي محفظه احتراق به شکلي که باعث چرخش بهتر هوا ذر سيکل تراکم مي شود و يا استفاده از اطاق احتراق اوليه که در نماي برش خورده موتور ديزل نشان داده شده است.

 

 ـ مزاياي موتورهاي ديزل :

عدم نياز به سيستم جرقه زني :

 عمل احتراق در موتورهاي ديزل به واسطه پاشش گازوئيل داغ بر روي توده هواي فشرده شده صورت مي گيرد بنابراين نياز به دينام، کوئل، دلکو، واير و شمع منتنفي است .

 

فقير سوز بودن :

از آنجايي که سوخت مصرفي موتورهاي ديزل از نوع سنگين با عدد ستان ( تعداد اتم هاي کربن در مولکول سوخت ) بالاست، تزريق مقدار کمي سوخت براي محترق شدن کافي است از اين رو موتورهاي ديزل را فقير سوز مي نامند. مصرف سوخت موتورهاي ديزل تا 30 درصد کمتر از موتورهاي بنزيني با حجم و تعداد سيلندر مشابه است .

 

نيروي تورک بالا :

در موتورهاي بنزيني مخلوط فشرده شده هوا و بنزين توسط جرقه شمع محترق مي شود. اين احتراق بسيار سريع الوقوع است ولي در موتورهاي ديزلي احتراق کندتر صورت مي گيرد بنابراين نيروي حاصل از احتراق مدت زمان بيشتري ( اگر چه اين اختلاف زماني در حد هزارم ثانيه است ) بر روي پيستون نيرو وارد مي کند. نتيجه اين امر کاهش چشمگير سرعت دوران موتور ديزلي و افزايش فوق العاده نيروي کشش آن نسبت به موتورهاي بنزيني است. به همين علت است که موتورهاي ديزل شالو ده صنايع حمل و نقل زميني را تشکيل داده اند. 99 درصد تانک ها، نفربرها و ساير وسائط نقليه سنگين نيز به موتور ديزل مجهز شده اند.

 

قابليت استفاده از ساير انواع سوخت :

زماني که آقاي ديزل موتور خود را اختراع کرد هنوز گازوئيل وجود نداشت. وي اولين موتور ساخت خود را با گرد ذغال سنگ به کار انداخت بکار انداخت ولي بعداً به فکر استفاده از روغن هاي گياهي به عنوان سوخت افتاد. وي موتوري ساخت که با روغن بادام کار مي کرد. اين امر امروزه بسيار مورد توجه قرار گرفته چرا که استفاده از روغن گياهي و بيوديزل ( سوختي که از طبيعت بدست مي آيد و به جاي گازوئيل مورد استفاده قرار مي گيرد. ) باعث ميشود تا هيچ مقدار دي اکسيد کربن اضافي وارد هوا نشود. به عبارتي دي اکسيد کربن حاصل از احتراق روغن و يا سوخت گياهي همان دي اکسيد کربني است که قبلاً توسط گياه از هوا جذب شده و اين يعني يک چرخه قابل بازيافت و يک منبع طبيعي براي تامين سوخت .

 

 

نقش ديزل در آينده :

شنيدن کلمه ديزل بسياري از ما را به ياد ماشين دودي هاي فرسوده و غراضه اي مي اندازد که به تنهايي قادرند صد برابر يک اتومبيل معمولي دود کنند ولي کمي صبر کنيد، چرا که امروزه اين کلمه با معنايي صد در صد مثبت و خوش آيند همراه است. اتومبيل هاي ديزل امروزي بسيار کم مصرف، پر کشش و با صرفه هستند و حتي  ديگر از آن دود سياه و اگزوز دوده گرفته در آنها خبري نيست. در حدود بيست سالي مي شود که اتومبيل هاي سواري ديزل جاي پاي خود را خصوصاً در اروپا محکم کرده اند چنانچه کمتر خودروسازي را مي توان يافت که حداقل يک مدل اتومبيل سواري ديزل توليد نکند. الفارومئو، ب.ام.و، بنز، آئودي، فولکس واگن، تويوتا و ده ها خودروساز کوچک و بزرگ ديگر سرمايه گذاري عظيمي بر روي اين رده از موتورها انجام داده اند. امروزه پيشرفته ترين انژکتورها و توربوچارجرها در موتورهاي ديزل يافت مي شوند و اين خود بيانگر چشم اندازي روشن براي آينده اين موتورهاست .

سري مي زنيم به مهد موتورهاي ديزل يعني کشور آلمان. جايي که نابغه علم مکانيک و ترموديناميک، آقاي رودلف کريستين کارل ديزل به دنيا آمد . طبق آخرين آمار، خودروهاي ديزل با رشد خزه گونه خود در حال کنار زدن اتومبيل هاي بنزيني هستند. ميل نردم به خريد اتومبيل هاي ديزل روز به روز افزايش مي يابد و البته روز به روز به کيفيت اتومبيل هاي ديزل افزوده مي شود. آينده ديزل چگونه خواهد بود؟ آيا روزي شاهد يک پورشه يا فراري ديزل خواهيم بود؟ آيا ويروس ديزل به اتومبيل هاي فرمولاوان سرايت خواهد کرد؟ آيا شاهد عرض اندام يک اتومبيل ديزل قل چماغ در مسابقات لمان خواهيم بود؟ حداقل پاسخ مورد آخر يک « بله » شيرين و کمي غيره منتظره است. آلمان ها دو گام موثر در جهت اثبات توانايي ها و ظرفيت هاي فوق العاده موتورهاي ديزل برداشته اند. يکي از اين گام ها توسط مرسدس بنز برداشته شده و کمي محتاطانه است ولي گام دوم که متعلق به آئودي است، تا دلتان بخواهد جسورانه است. چند سال پيش مرسدس بنز از پيشرفته ترين مورد هشت سيلندر دنيا پرده برداري کرد. يک موتور هشت سيلندر به حجم چهار ليتر با 32 سوپاپ و دو توربو چارجر که سيستم تزريق سوخت آن از نوع CDI ( ريل مشترک ) بود. با نصب اين موتور بر روي شاسي مرسدس S کلاس يکي از بهترين، چابک ترين و البته کم مصرف ترين سدان هاي مدرن پا به عرصه وجود گذاشت s400CDI با گشتاور فوق العاده خود از شتاب گيري باور نکردني برخوردار است در حالي که مصرف سوخت آن از 9 ليتر درصد کيلومتر فراتر نمي رود. اگر همين اتومبيل را به جادوگران برابوس بسپاريد، شاهد عملکرد بهتري هم خواهيد بود. نصب رينگ هاي 20 انچي آلومينيومي، دستکاري موتور و اعمال اندکي کاهش وزن باعث خواهد شد تا اين سدان شاخ برادر 12 سيلندر خود يعني 600 S بنزيني را به راحتي خرد کند. گشتاور اين مدل به بيش از 700 نيوتن متر مي رسد که اين امر شتاب ثانويه اي بهتر از يک پورشه را به دنبال دارد. به دنبال کسب اين موفقيت مرسدس بنز بر آن شده تا همين موتور را بر روي مرسدس بنز [SL]  نصب کند.

 

گامي محتاطانه !

به عقيده مرسدس بنز موتورهاي ديزل براي کلاس SL گزينه مناسبي نيستند ولي همان طور که گفته شد مصرف کم، تورک فوق العاده و هزينه نگهداري مقرون به صرفه مرسدس بنز را وادار به معرفي يک مدل مطالعاتي SL با موتور ديزل کرده است. اگر با اين SL به پشت يک چراغ قرمز رسيديد، گيربکس را در دنده يک قرار داده و دور موتور را به هزار دور در دقيقه برسانيد. به محض اين که چراغ سبز شد پدال گاز را تا انتها فشار دهيد. خواهيد ديد که شتاب گيري SL400CDI حتي از SL55AMG هم سريع تر صورت مي گيرد. به لطف نيروي 311 اسبي و گشتاور 539 پوند فوتي اين موتور، شتاب 0 تا 100 کيلومتر SL400CDI در 8/5 ثانيه بدست مي آيد که تقريباً يک ثانيه سريع تر از S600 دوازده سيلندر و SL55AMG پر مدعاست.

 

داستان ما زماني عجيب تر مي شود که در مورد [SLK320CDI] بشنويد. اين رودستر کوچولو به تنها موتور ديزلي مجهز شده که رسماً از سه دستگاه توروبوچارجر کمک مي گيرد! موتور شش سيلندر خورجيني اين رودستر 2/3 ليتر حجم دارد و داراي سه توربوچارجر است که دو عدد آن در سمت چپ و راست و يکي در فضاي ميان بلوک هاي سيلندر جا خوش کرده است. توان اين موتور 282 اسب بخار خواهد بود ولي از گشتاور آن اطلاعي در دست نيست. با توجه به اين امر که اين موتور با اتکا به تنها يک دستگاه توربوچارجر 376 پوند فوت گشتاور توليد مي کند، با بکار گيري سه دستگاه توربوچارجر حتماً بيش از 440 پوند فوت گشتاور خواهد داشت.    شتاب 0 تا 100 کيلومتر اين مدل 5/0 ثانيه بهتر از [SL400CDI]  است.

همين نکته مهندسين صنعت ديزل را نسبت به آينده اتومبيل هاي اسپرت ديزل خوش بين تر کرده چرا که با کاستن از وزن اتومبيل هاي ديزل مي توان به بهترين رکوردها دست يافت.
توليد انبوه اين رودستر هنوز قطعي نشده ولي مي توان از توليد انبوه مرسدس بنز [ML] ديزل با يک موتور شش سيلندر ديزل اطمينان کامل داشت

 

 

آقاي رودلف کريستين کارل ديزل در سال 1858 در پاريس به دنيا آ مد. رودلف فرزند  خانواده اي کم درآمد و پر جمعيت بود ولي سعي و تلاش و جديت در کار او را به مرتبه اي رساند که يکي از معروفترين محصولات ساخت بشر را به اسم او نام گذاري کردند.

ديزل خواهان راندمان احتراقي بالاتر و مصرف سوخت پايين تر در موتورهاي درون سوز بود. راه حل پيشنهادي ديزل بکار گيري يک موتور درون سوز با ضريب تراکم بالاتر و سوخت مصرفي سنگين تر بود. بر طبق قانون « بويل ـ ماريوت »، بين کاهش حجم و افزايش فشار گازها همواره نسبت ثابتي وجود دارد يعني هر چه گازها فشرده تر کنيم، بر فشار آنها افزوده ايم. وقتي فشار و جنبش مولکولي يک گاز افزايش پيدا کند بر حرارت آن نيز افزوده خواهد شد و اين دقيقاً پايه و اساس سيکل ديزل است. تفاوت عمده موتورهاي بنزيني و ديزل در نحوه احتراق سوخت آنهاست بدين شکل که در موتورهاي بنزيني مخلوط سوخت و هوا پس از فشرده شدن توسط جرقه شمع محترق مي شود ولي در موتورهاي ديزل هوا به تنهايي متراکم وگرم مي شود و سپس بر اثر پاشش يا تزريق گازوئيل، عمل احتراق صورت مي گيرد.

چهار سيکل اساسي در موتورهاي ديزل چهار زمانه عبارتند از :

 

مکش :
در اين سيکل پيستون در نقطه مرگ بالا قرار گرفته و سوپاپ هوا باز است. بر اثر پايين رفتن پيستون در سيلندر اختلاف فشار ايجاد شده و هوا به درون سيلندر مکيده مي شود.

تراکم :
در اين مرحله هر دو سوپاپ دود و هوا بسته شده اند و هوا درون سيلندر گير افتاده. براثر بالا آمدن پيستون هواي درون سيلندر فشرده و گرم مي شود.

انفجار يا احتراق :
در اين سيکل پيستون به نقطه مرگ بالا برگشته و هواي درون سيلندر کاملاً فشرده و گرم شده است. حالا گازوئيل به درون محفظه احتراق تزريق مي شود و بر اثر برخورد با توده هواي  گرم و فشرده محترق مي شود. عمل احتراق با افزايش ناگهاني فشار همراه است بنابراين پيستون با فشار زياد به پايين هل داده مي شود. در اين سيکل است که «کار مفيد » انجام مي شود.

تخليه :
کمي قبل از رسيدن به پيستون به نقطه مرگ پايين سوپاپ دود باز شده و دود حاصل از احتراق از سيلندر خارج مي شود.

 

راهکارهايي براي بهبود عملکرد موتورهاي ديزل :

به جرات مي توان کفت که تا کنون هيچ نوع موتور درون سوزي به اندازه موتورهاي ديزل مورد بازنگري و بهينه سازي قرار نگرفته.در اين بين « شمع گرمکن » ، «توربو چارجر» ، «انژکتور برقي» ، «اينتر کولر» و ده ها مورد ديگر نقش عمده اي در افزايش توان و کاهش مصرف سوخت موتورهاي ديزل داشته اند. بياييد اين موارد را به صورت جداگانه بررسي کنيم :

شمع گرمکن :

براي حصول احتراق يا همان اکسيداسيون سريع به سه عامل نياز داريم : هوا ( اکسيژن )، گرما و ماده سوختني. گفتيم که عمل احتراق در موتورهاي ديزل به واسطه پاشش گازوئيل بر روي توده هواي گرم و فشرده شده صورت مي گيرد. امروزه براي تصريع و بهبود عمل احتراق در موتورهاي ديزل از شمع گرمکن استفاده مي شود. شمع گرمکن عبارت است از يک المنت برقي کوچک که همانند شمع هاي معمولي موتورهاي بنزيني به سر سيلندر پيچ مي شود. سر اين شمع داراي يک المنت الکتريکي است و در محفظه احتراق جاي ميگيرد با روشن کردن سوئيچ، المنت مذکور سريعاً گرم مي شود. حال اگر موتور را روشن کنيد، گازوئيل به درون محفظه احتراق پاشيده مي شود ولي قبل از برخورد با توده هوا جبراً با المنت داغ برخورد کرده و دماي آن بالا مي رود. حال به جاي هواي گرم و گازوئيل سرد، هواي گرم و گازوئيل داغ داريم! به عبارتي شمع گرمکن باعث افزايش دماي گازوئيل ( در هنگام پاشيده شدن به درون محفظه احتراق )، تسريع عمل احتراق و کاهش هيدرو کربن هاي نسوخته مي شود.
 

توربو چارجرها :

گازوئيل به مراتب سنگين تر از بنزين است ( در حدود 5/1 برابر ) بنابراين براي محترق شدن به مقدار بيشتري هوا نياز دارد. ار طرفي اين تراکم هوا در درون سيلندر است که باعث افزايش فشار و دماي آن مي شود. در موتورهايي که فاقد توربو چارجر هستند ( چه بنزيني چه ديزل )، هواي وارد شده به درون سيلندر در زمان مکش فشاري معادل 9/0 تا 1 اتمسفر دارد که اين فشار در سيکل تراکم تا 16 اتمسفر ( بسته به ضرايب تراکم و نوع موتور ) بالا مي رود. اين ميزان تراکم فشار و دماي مورد نياز موتورهاي ديزل را نامين نمي کند پس بايد با کمک يک پمپ هوا جرم هواي ورودي را افزايش داد. در موتورهاي ديزل اين کار معمولاً با کمک دستگاهي به نام توربوچارجر صورت مي گيرد.

تور چارجر عبارت است از يک توربين که از فشار گاز اگزوز نيرو مي گيرد. تورجو چارجر داراي 2 پره اصلي است. يکي از اين پره ها بر اثر برخورد با گازهاي خروجي اگزوز دوران کرده و محور اصلي توربو چارجر را مي چرخاند. سر ديگر اين محور به پره کمپرسور متصل است. با چرخيدن پره کمپرسور هواي ورودي فشرده شده و جرم آن افزايش مي يابد. تور چارجرها قادرند تا 10 اتمسفر فشار ايجاد کنند ولي فشاري که معمولاً توسط توربو چارجرهاي اتومبيلهاي سواري ديزل ايجاد مي شود بيشتر از 5/1 يا 2 اتمسفر نيست. حال ببينيم با به کار گيري توربوچارجر چه اتفاقي مي افتد؟

گفتيم که فشار هواي ورودي توسط توربوچارجر از 5/1 تا 2 اتمسفر افزايش مي يابد. حال اگر هواي وارد شده به درون سيلندر به جاي 1 اتمسفر 5/1 اتمسفر فشار داشته باشد، پس از متراکم شدن( در نسبت 16 به 1 ) به جاي 16 اتمسفر، 24 اتمسفر فشار خواهد داشت و اين يعني جرم و حرارت بيشتر و در نتيجه احتراق بهتر و آلودگي کمتر.

توربوچارجرها نيز از جمله مواردي هستند که مورد بهينه سازي هاي بسياري قرار گرفته اند. بعضي از توربوچاجرها تا 120 هزار دور در دقيقه دوران مي کنند و داراي پره هايي با قابليت تنظيم شوندگي هستند.

انژکتور :

قبل از همه چيز بايد به اين نکته اشاره کنيم که ما موتور ديزلي کاربراتوري نداريم چرا که گازوئيل حتماً بايد به درون محفظه احتراق ( و نه حتي منيفولد ) پاشيده شود. عمل تزريق سوخت چه در موتورهاي بنزيني و چه در موتورهاي گازوئيلي باعث پخش شدن و ترکيب بهتر ذرات سوخت و هواي درون سيلندر مي شود. براي درک بهتر اين مطلب آزمايش زير را انجام دهيد :

کمي الکل را در÷ يک ليوان کوچک ريخته و آتش بزنيد. در اين وضعيت الکل به آرامي خواهد سوخت ولي اگر همان مقدار الکل را درون يک افشانه ريخته و به سمت يک شعله شمع بيافشانيد، شاهد احتراقي بهتر، کامل تر و سريع تر خواهيد بود. موتورهاي ديزل اوليه داراي انژکتورهاي مکانيکي بودند ولي امروز از انژکتورهاي برقي يا سلنوئيدي استفاده مي شود. سوزن انژکتورهاي جديد داراي چندين سوزاخ بسيار ريز هستند تا عمل پاشش گازوئيل و يونيزه شدن ( بصورت ذره درآمدن سوخت ) در آنها بهتر صورت گيرد.
 

اينتر کولر :

همان طور که ذکر شد تراکم بيشتر باعث بهبود عملکرد موتورهاي ديزل مي شود ولي از طرفي تراکم هوا باعث گرم شدن آن مي شود . گرما هم به نوبه خود باعث انبساط و کاهش جرم هوا مي شود. حال چاره کار چيست؟ استفاده از اينترکولر !

اينتر کولر عبارت است از يک خنک کننده که از دماي هواي فشرده شده ورودي مي کاهد. کاهش دماي هوا باعث متراکم شدن بيشتر و افزايش جرم آن مي شود ولي صبر کنيد، گفتيم که در موتورهاي ديزل بخشي از دماي مورد نياز براي احتراق از گرماي حاصله از تراکم هوا بدست مي آيد، حال اگر هواي فشرده شده خنک و فاقد گرماي کافي باشد چه ؟ نگران نباشيد، بکار گيري شمع گرمکن قوي تر باعث افزايش دماي گازوئيل تا 300 يا حتي 500 درجه سانتيگراد مي شود. اگر گازوئيل را با اين دما به روي يک توده هواي خنک و فشرده بپاشيم، صد در صد محترق خواهد شد. اينترکولرها داراي يک پمپ گرداننده مايع خنک کننده، لوله هاي انتقال مايع خنک کننده ( که معمولاً به دور کانال ورودي هوا پيچيده شده اند ) و رادياتور هستند. با گردش مايه خنک کننده به دور کانال هوا، گرماي هواي فشرده شده ورودي گرفته شده و پس از انتقال به رادياتور دفع مي شود. مايع دورن اينترکولر تقريباً شبيه به ضد جوش هاي معمولي است ولي توان تبادل گرماي آن بيشتر است. براي افزايش راندمان موتورهاي ديزل ده ها راهکار ديگر پيشنهاد شده و مي شود مثلاً طراحي محفظه احتراق به شکلي که باعث چرخش بهتر هوا ذر سيکل تراکم مي شود و يا استفاده از اطاق احتراق اوليه که در نماي برش خورده موتور ديزل نشان داده شده است.

 

 ـ مزاياي موتورهاي ديزل :

عدم نياز به سيستم جرقه زني :

 عمل احتراق در موتورهاي ديزل به واسطه پاشش گازوئيل داغ بر روي توده هواي فشرده شده صورت مي گيرد بنابراين نياز به دينام، کوئل، دلکو، واير و شمع منتنفي است .

 

فقير سوز بودن :

از آنجايي که سوخت مصرفي موتورهاي ديزل از نوع سنگين با عدد ستان ( تعداد اتم هاي کربن در مولکول سوخت ) بالاست، تزريق مقدار کمي سوخت براي محترق شدن کافي است از اين رو موتورهاي ديزل را فقير سوز مي نامند. مصرف سوخت موتورهاي ديزل تا 30 درصد کمتر از موتورهاي بنزيني با حجم و تعداد سيلندر مشابه است .

 

نيروي تورک بالا :

در موتورهاي بنزيني مخلوط فشرده شده هوا و بنزين توسط جرقه شمع محترق مي شود. اين احتراق بسيار سريع الوقوع است ولي در موتورهاي ديزلي احتراق کندتر صورت مي گيرد بنابراين نيروي حاصل از احتراق مدت زمان بيشتري ( اگر چه اين اختلاف زماني در حد هزارم ثانيه است ) بر روي پيستون نيرو وارد مي کند. نتيجه اين امر کاهش چشمگير سرعت دوران موتور ديزلي و افزايش فوق العاده نيروي کشش آن نسبت به موتورهاي بنزيني است. به همين علت است که موتورهاي ديزل شالو ده صنايع حمل و نقل زميني را تشکيل داده اند. 99 درصد تانک ها، نفربرها و ساير وسائط نقليه سنگين نيز به موتور ديزل مجهز شده اند.

 

قابليت استفاده از ساير انواع سوخت :

زماني که آقاي ديزل موتور خود را اختراع کرد هنوز گازوئيل وجود نداشت. وي اولين موتور ساخت خود را با گرد ذغال سنگ به کار انداخت بکار انداخت ولي بعداً به فکر استفاده از روغن هاي گياهي به عنوان سوخت افتاد. وي موتوري ساخت که با روغن بادام کار مي کرد. اين امر امروزه بسيار مورد توجه قرار گرفته چرا که استفاده از روغن گياهي و بيوديزل ( سوختي که از طبيعت بدست مي آيد و به جاي گازوئيل مورد استفاده قرار مي گيرد. ) باعث ميشود تا هيچ مقدار دي اکسيد کربن اضافي وارد هوا نشود. به عبارتي دي اکسيد کربن حاصل از احتراق روغن و يا سوخت گياهي همان دي اکسيد کربني است که قبلاً توسط گياه از هوا جذب شده و اين يعني يک چرخه قابل بازيافت و يک منبع طبيعي براي تامين سوخت .

 

 

نقش ديزل در آينده :

شنيدن کلمه ديزل بسياري از ما را به ياد ماشين دودي هاي فرسوده و غراضه اي مي اندازد که به تنهايي قادرند صد برابر يک اتومبيل معمولي دود کنند ولي کمي صبر کنيد، چرا که امروزه اين کلمه با معنايي صد در صد مثبت و خوش آيند همراه است. اتومبيل هاي ديزل امروزي بسيار کم مصرف، پر کشش و با صرفه هستند و حتي  ديگر از آن دود سياه و اگزوز دوده گرفته در آنها خبري نيست. در حدود بيست سالي مي شود که اتومبيل هاي سواري ديزل جاي پاي خود را خصوصاً در اروپا محکم کرده اند چنانچه کمتر خودروسازي را مي توان يافت که حداقل يک مدل اتومبيل سواري ديزل توليد نکند. الفارومئو، ب.ام.و، بنز، آئودي، فولکس واگن، تويوتا و ده ها خودروساز کوچک و بزرگ ديگر سرمايه گذاري عظيمي بر روي اين رده از موتورها انجام داده اند. امروزه پيشرفته ترين انژکتورها و توربوچارجرها در موتورهاي ديزل يافت مي شوند و اين خود بيانگر چشم اندازي روشن براي آينده اين موتورهاست .

سري مي زنيم به مهد موتورهاي ديزل يعني کشور آلمان. جايي که نابغه علم مکانيک و ترموديناميک، آقاي رودلف کريستين کارل ديزل به دنيا آمد . طبق آخرين آمار، خودروهاي ديزل با رشد خزه گونه خود در حال کنار زدن اتومبيل هاي بنزيني هستند. ميل نردم به خريد اتومبيل هاي ديزل روز به روز افزايش مي يابد و البته روز به روز به کيفيت اتومبيل هاي ديزل افزوده مي شود. آينده ديزل چگونه خواهد بود؟ آيا روزي شاهد يک پورشه يا فراري ديزل خواهيم بود؟ آيا ويروس ديزل به اتومبيل هاي فرمولاوان سرايت خواهد کرد؟ آيا شاهد عرض اندام يک اتومبيل ديزل قل چماغ در مسابقات لمان خواهيم بود؟ حداقل پاسخ مورد آخر يک « بله » شيرين و کمي غيره منتظره است. آلمان ها دو گام موثر در جهت اثبات توانايي ها و ظرفيت هاي فوق العاده موتورهاي ديزل برداشته اند. يکي از اين گام ها توسط مرسدس بنز برداشته شده و کمي محتاطانه است ولي گام دوم که متعلق به آئودي است، تا دلتان بخواهد جسورانه است. چند سال پيش مرسدس بنز از پيشرفته ترين مورد هشت سيلندر دنيا پرده برداري کرد. يک موتور هشت سيلندر به حجم چهار ليتر با 32 سوپاپ و دو توربو چارجر که سيستم تزريق سوخت آن از نوع CDI ( ريل مشترک ) بود. با نصب اين موتور بر روي شاسي مرسدس S کلاس يکي از بهترين، چابک ترين و البته کم مصرف ترين سدان هاي مدرن پا به عرصه وجود گذاشت s400CDI با گشتاور فوق العاده خود از شتاب گيري باور نکردني برخوردار است در حالي که مصرف سوخت آن از 9 ليتر درصد کيلومتر فراتر نمي رود. اگر همين اتومبيل را به جادوگران برابوس بسپاريد، شاهد عملکرد بهتري هم خواهيد بود. نصب رينگ هاي 20 انچي آلومينيومي، دستکاري موتور و اعمال اندکي کاهش وزن باعث خواهد شد تا اين سدان شاخ برادر 12 سيلندر خود يعني 600 S بنزيني را به راحتي خرد کند. گشتاور اين مدل به بيش از 700 نيوتن متر مي رسد که اين امر شتاب ثانويه اي بهتر از يک پورشه را به دنبال دارد. به دنبال کسب اين موفقيت مرسدس بنز بر آن شده تا همين موتور را بر روي مرسدس بنز [SL]  نصب کند.

 

گامي محتاطانه !

به عقيده مرسدس بنز موتورهاي ديزل براي کلاس SL گزينه مناسبي نيستند ولي همان طور که گفته شد مصرف کم، تورک فوق العاده و هزينه نگهداري مقرون به صرفه مرسدس بنز را وادار به معرفي يک مدل مطالعاتي SL با موتور ديزل کرده است. اگر با اين SL به پشت يک چراغ قرمز رسيديد، گيربکس را در دنده يک قرار داده و دور موتور را به هزار دور در دقيقه برسانيد. به محض اين که چراغ سبز شد پدال گاز را تا انتها فشار دهيد. خواهيد ديد که شتاب گيري SL400CDI حتي از SL55AMG هم سريع تر صورت مي گيرد. به لطف نيروي 311 اسبي و گشتاور 539 پوند فوتي اين موتور، شتاب 0 تا 100 کيلومتر SL400CDI در 8/5 ثانيه بدست مي آيد که تقريباً يک ثانيه سريع تر از S600 دوازده سيلندر و SL55AMG پر مدعاست.

 

داستان ما زماني عجيب تر مي شود که در مورد [SLK320CDI] بشنويد. اين رودستر کوچولو به تنها موتور ديزلي مجهز شده که رسماً از سه دستگاه توروبوچارجر کمک مي گيرد! موتور شش سيلندر خورجيني اين رودستر 2/3 ليتر حجم دارد و داراي سه توربوچارجر است که دو عدد آن در سمت چپ و راست و يکي در فضاي ميان بلوک هاي سيلندر جا خوش کرده است. توان اين موتور 282 اسب بخار خواهد بود ولي از گشتاور آن اطلاعي در دست نيست. با توجه به اين امر که اين موتور با اتکا به تنها يک دستگاه توربوچارجر 376 پوند فوت گشتاور توليد مي کند، با بکار گيري سه دستگاه توربوچارجر حتماً بيش از 440 پوند فوت گشتاور خواهد داشت.    شتاب 0 تا 100 کيلومتر اين مدل 5/0 ثانيه بهتر از [SL400CDI]  است.

همين نکته مهندسين صنعت ديزل را نسبت به آينده اتومبيل هاي اسپرت ديزل خوش بين تر کرده چرا که با کاستن از وزن اتومبيل هاي ديزل مي توان به بهترين رکوردها دست يافت.
توليد انبوه اين رودستر هنوز قطعي نشده ولي مي توان از توليد انبوه مرسدس بنز [ML] ديزل با يک موتور شش سيلندر ديزل اطمينان کامل داشت