دانلود گزارش کارآموزی مکانیک خودرو

مکانیک خودرو

سیستم هیل بورن :

 در سال 1945 یک سیستم انژکتوری توسط یک آمریکایی به نام “ استوارت هیل بورن” برای اتومبیل فورد ساخته شد . به طوری که این سیستم فاقد هر گونه نوآوری بود . اما امتیاز آن کیفیت ساخت آن بود و در مقایسه با معروف ترین انواع کاربوراتوری آن زمان که اتسرومبورگ نام داشت به مراتب کارآیی بهتری داشت . فقط یکی از نقاط ضعف سیستم هیل بورن این بود که تمامی سوختی که از پمپ انژکتور به داخل کانال های ارتباطی پاشیده می شد به داخل موتور راه پیدا نمی کرد . فشار در داخل نازل های سیستم تزریق از طریق دو کانال ارتباطی نازک و باریک در حد متوسط تنظیم شده و مقدار اضافی بنزینی که از نازل پمپ پاشیده می شود از طریق این دو کانال به باک بنزین برگردانده می شود . در راه بازگشت میزان اضافی سوخت پاشیده شده یک دریچه کوچک قرار دارد که در هنگام به اصطلاح تخت گاز کردن بخشی از این سوخت برگردانده شده از طریق این دریچه مورد استفاده قرار گرفته تا مخلوط سوخت مورد نیاز حاصل شود . بعد از ورود طرح هیل بورن به بازار اظهار شد که چنین طرح سیستم تزریق سوختی برای استفاده در موتورهای خیابانی مناسب نیست . حقیقت این بود که این طرح به طور کلی طرحی مناسب برای اتومبیل های موتور بنزینی نبود .

سیستم روچستر :

بعد از چندی کمپانی جنرال موتورز سیستم انژکتوری روچستر را به عنوان جانشین برای کاربوراتورهای چهار دهنه خود معرفی کرد که متأسفانه این سیستم نتوانست باعث به وجود آمدن نیروی تولیدی بیشتری برای موتورها شود . اما اظهار می شود که اتومبیل با چنین سیستمی از شتاب بهتری برخوردار است . سیستم روچستر تا حدودی مشابه سیستم هیل بورن بود و در این سیستم تنظیم جریان سوخت با تغییر فشار سوخت انجام می گرفت .

متأسفانه برای روچستر و جنرال موتورز ، مشکلات سوخت رسانی در هنگام آهسته کار کردن موتور توسط مهندسین حل نگردید و نازل های اسپری کننده تا حدودی در این کار مؤثر بودند و این حقیقت را می شد از رنگ سیاهی که از اگزوز این گونه اتومبیل متصاعد می شد ، دریافت . کمپانی معظم بوش آلمان توانست تا حد زیادی مشکل قطرات سوخت را مرتفع کند با ابداع سیستم K-Jetronic مشکلات به طرز چشمگیری برطرف شد . این سیستم دارای توانایی و قابلیت بالایی بوده ولی در مقایسه با سایر سیستم های انژکتوری گران می باشد . برنامه تدارک و تنظیم میزان سوخت در سیستم K-Jetronic بسیار پیچیده می باشد .

اساس کار سیستم K-Jetronic  :

 این سیستم با تزریق دائم بوده و اندازه گیری سوخت در آن بطور مستقیم با جریان هوای مصرفی موتور انجام می شود . در این سیستم پمپ عامل جریان یافتن سوخت ، حجم هوای عبوری به موتور بوده و سیستم محرک مکانیکی نیست . نظر به این که هوای مصرفی موتور بطور مستقیم قابل اندازه گیری و کنترل میباشد ، طرح K-Jetronic برای کنترل گازهای خروجی اگزوز و استفاده از پس سوز نیز بسیار مناسب است . هوای مصرفی موتور پس از عبور از فیلتر هوا به صفحه اندازه گیر هوا برخورد می کند و آنرا به حرکت در می آورد . با حرکت صفحه اندازه گیر ، اهرم آن قرقره سوپاپ سوخت را حرکت داده و معبری از سوخت را متناسب با حجم هوا به موتور باز می کند . سوخت از باک توسط پمپ الکتریکی به آکومولاتور می رسد ، پس از ذخیره سازی در آن که برای نوسان گیری ضربان های سوخت ضروری است ، به فیلتر رسیده و سپس وارد قسمت توزیع کننده می شود .

یک رگلاتور اولیه در قسمت توزیع کننده فشار سوخت را در مقدار ثابتی نگه می دارد و از برگشت سوخت اضافی به باک و یا ارسال بیش از حد به موتور جلوگیری می کند .

واحد اندازه گیر هوا :

واحد اندازه گیر هوا شامل یک محفظه مخروطی است که در میان آن یک صفحه ای متصل به اهرم قرار گرفته است . تعادل وزنی صفحه واهرم را یک وزنه عهده دار است . این تعادل در حالت خاموش بودن موتور می باشد و در هنگام روشن بودن موتور به نسبت مصرف هوا ، تعادل صفحه اندازه گیر با دبی هوای مصرفی موتور بهم می خورد . البته بعداً توسط نیروی هیدرولیکی سوختی که به پلانجر کنترل سوخت تاثیر می کند ، نوعی تعادل در سیستم ایجاد می شود .در حقیقت موقعیت صفحه اندازه گیر با مقدار هوای عبوری از محفظه مخروطی تعیین می شود و حرکت آن توسط اهرم به پلانجر توزیع کننده سوخت منتقل می شود و آنرا بسمت بالا حرکت می دهد

شرح کامل سیستم K-Jetronic :

سوخت از باک توسط پمپ برقی به آکومولاتور می رسد و ضربان آن در این قسمت جذب می شود سپس به فیلتر رسیده و ناخالصی از سوخت جدا می شود .

سوخت وارد شده به سیلندر اندازه گیری کننده یا خارج شده از آن به کناره های مخالف صفحه نازک فولادی دیافراگمی منتقل می شود و این صفحه هنگامی که فشار پمپ بیش از فشار طرف بیرونی صفحه باشد ، راه های انتقال سوخت را به انژکتورهای میخی شکل مسدود می کند . هنگامی که بنزین وارده به سیلندر اندازه گیری کننده در وضعیتی باشد که فشار در هر دو طرف صفحه دیافراگمی یکسان با شد ، خطوط ارتباطی مفتوح شده و بنزین یا هر سوخت دیگر با فشار پمپ انژکتورها هدایت می شود  البته با باز شدن خطوط ارتباطی به انژکتورها ، فشار طرف بیرونی صفحه دیافراگمی افت پیدا کرده و بلافاصله باعث بسته شدن این خطوط می شود تا زمانی که دوباره فشار در دو طرف یکسان شود .

هدف تمامی این مجموعه ایجاد یک جریان سوخت مداوم و در عین حال متغیر با وجود یک فشار سوخت کمتر از فشار دیافراگم بود . سوخت به طرف بالای آن رانده می شد و سیستم  K-Jetronic کار می کرد . نحوه انتقال سوخت به طرف انژکتور به صورت امواج و دایره های بسته ای صورت گرفته و فرکانس این مربع با افزایش هوای ورودی به داخل موتور افزایش پیدا می کرد .

قسمت کنترل سوخت ارسالی به انژکتورها :

بین فیلتر هوا و دریچه گاز موتور واحد کنترل سوخت ارسالی قرار دارد . این قسمت شامل یک سنسور و کنترل دبی هوا و یک تقسیم کننده سوخت بین لوله های انژکتور ها ست . سنسور دبی سنج هوا ، در مقابل حجم هوای ورودی تغییر موضع داده وروی سوخت ارسالی تاثیر می گذارد ورود ، هوا مصرفی موتور از دهانه مخروطی شکل ، باعث حرکت صفحه حساس سنسور شده و در نتیجه اهرم متصل به صفحه اندازه گیر به بالا حرکت کرده و پلانجر کنترل سوخت نیز به سمت بالا هدایت می شود . با بالا رفتن پلانجر شیار خروجی آزادشده و سوخت بیشتری به انژکتور ها فرستاده می شود . هر چه هوای مصرفی موتور افزایش یابد ، پلانجر حرکت بیشتری به سمت بالا داشته و در نتیجه ارسال سوخت از شیار پلانجر به انژکتور ها زیادتر خواهد بود . وقتی موتور خاموش است ، صفحه اندازه گیر و پلانجر توسط وزنه تعادل و فنر برگردان در پایین ترین وضعیت قرار دارد . در این حالت سوخت ارسالی به انژکتور ها به صفر می رسد . هرگاه موتور حالت پس زدن شعله داشته و فشار مانیفولد گاز بالا رود ، صفحه اندازه گیر به سمت پائین حرکت کرده و دریچه را بزرگتر می کند تا تاثیر فشار منفی سیستم را معیوب نسازد .

 نحوه توزیع سوخت :

سوخت بطور یکنواخت برای هر سیلندر توسط شیار سوپاپ قرقره ای ارسال می شود . در بارل اندازه گیر که پلانجر حرکت می کند ، یک مجرای چهار گوش برای هر سیلندر پیش بینی شده که حرکت پلانجر در بارل ، تعدادی از این مجاری برای سیلندرها باز شده و سوخت از آنها به لوله های انژکتور ارسال می شود . در ابتدای لوله ورودی هر سیلندر ، در واحد اندازه گیر یک سوپاپ کنترل فشار وجود دارد که وظیفه اش ثابت نگهداشتن سوخت در لوله های انژکتور است .

انژکتورها :

انژکتورها بطور خودکار با فشار ثابت 3.6 bar باز شده و سوخت را به موتور تزریق می کند ، انژکتورها در سیستم K-Jetronic فقط تزریق سوخت را بعهده دارد ، نه اندازه گیری آنرا ، سوخت وارد شده در داخل انژکتور سوپاپ فشار آنرا باز کرده و ضمن ایجاد ارتعاش با فرکانس 1500 HZ کنترل دقیق در باز و بستن سوزن به وجود می آورد .     

اجزاء تشکیل دهنده سیستم K-Jetronic :

1 . باک

2 . پمپ بنزین برقی

3  . آکومولاتور

4  . فیلتر سوخت

5  . واحد کنترل کننده مخلوط سوخت

5.1  . صفحه حساس در مسیر هوا

5.2 . سوپاپ فشار

5.3 . مدار اولیه فشار سنج

6 . انژکتور

7 . سوپاپ حالت استارت

8 . وسیله ارسال هوای اضافی دور آرام

9 . کلید تایمر گرمایی

10. کنترل کننده حرارتی

سیستم سوخت رسانی KE – Jetronic :

این سیستم نسبت به سیستم K – Jetronic گران بوده ولی دارای انعطاف بیشتری است . و تجهیزات اضافی آن عبارتند از :

1 . حسگر تعیین کننده مقدار هوا مصرفی موتور

2 . سوپاپ کنترل فشار که مقدار سوخت ارسالی را تحت کنترل دارد

3 . رگلاتور تنظیم فشار که فشار مدار اولیه را ثابت نگاه می دارد و نیز در هنگام خاموش کردن موتور سوخت را کاملاً قطع می کند .

اجزاء سیستم  KE– Jetronic در شکل زیر نشان داده شده است :

1 . پمپ برقی

2 . آکومولاتور سوخت

3 . فیلتر سوخت

4 . رگلاتور فشار سوخت

5 . انژکتور

6 . سوپاپ سوخت رسانی استارت

7 . توزیع کننده سوخت

8 . اندازه گیر جریان هوا

9 . کلید ترمو تایم

10 . سوپاپ هوای اضافی

11 . سنسور گرمایی موتور

12 . سوئیچ دریچه گاز

13 . سنسور لامبدا

14 . واحد کنترل مرکزی  ECU

طرز کار :

در این سیستم سوخت پس از فیلتر شدن به دو قسمت تقسیم می شود ، یک قسمت به رگلاتور و قسمتی دیگر وارد تقسیم کننده می شود . خروجی رگلاتور تنظیم فشار روی پلانجر کنترل سوخت تاثیر گذارده و حرکت آنرا کنترل می کند . در حالیکه در سیستم K – Jetronic عمل کنترل سوخت بعهده یک صفحه دیافراگمی است . سوخت خارج شده از رگلاتور از یکطرف به پلانجر و از طرف دیگر به سوپاپ کنترل فشار الکتروهیدرولیکی تاثیر می کند این سوپاپ از نوع الکترومگنتی است و موازی با مدار محفظه پلانجر قرار گرفته است .

سوپاپ استارت سرد Bosch در سیستم K و KE – Jetronic :

سوپاپ استارت سرد یک سوپاپ با عمل کننده مغناطیسی است . و به دمای موتور وابسته است . و مقداری سوخت اضافی برای یک دوره محدود به درون محفظه پیش بینی شده تزریق می کند .

اجزاء :

1 . اتصال الکتریکی

2 . سوخت اعمال شده با صافی

3 . سوپاپ ( آرمیچر الکترومغناطیسی )

4 . سیم پیچ

5 . نازل چرخشی

6 . نشیمنگاه سوپاپ

سیستم سوخت رسانی L-Jetronic

اساس کار :

هوای ورودی به موتور از اندازه گیر هوا یا دبی سنج عبور کرده و با انحراف دریچه آن ، علائم الکتریکی مناسبی به واحد کنترل ارسال میدارد . دریچه گاز نیز دارای سنسور تعیین وضعیت بوده که مقدار باز بودن آن به واحد کنترل گزارش می شود . انژکتورها مگنتی هستند و در صورت فعال بودن انژکتور ، سوخت متناسبی  را بداخل مانیفولد هوا روی دریچه گاز تخلیه می کنند . انژکتورها نسبت بهم موازی قرار داشته و دارای فشار ثابتی هستند . که بین 2.5 تا 3.5 آتمسفر می باشد مقدار سوخت تزریق شده به زمان باز بودن انژکتور ها بستگی دارد . در هر انژکتور یک رگلاتور کنترل فشار بکار رفته است که از نوع دیافراگمی فنردار بوده و وظیفه دارد فشار تزریق در انژکتور ها را ثابت نگهدارد .

دستگاه اندازه گیر هوا :

جریان هوای ورودی موتور از اندازه گیر هوا عبور می کند ، با عبور هوا صفحه اندازه گیر منحرف شد ه و فنر برگشت دهنده آن متراکم می شود . انحراف این صفحه در پتانسیومتر حرکت به وجود آورده و تغییرولتاژی در مدار آن تولید می شود این تغییر ولتاژ  طول زمانی پالس های الکتریکی در واحد کنترل را تغییر می دهد . سنسور حرارت سنج هوا نیز وجود دارد که تغییرات وزن مخصوص هوا با تغییرات دما را مشخص می کند .

در ضمن در این سیستم از کلید الکتریکی دریچه گاز استفاده شده که دو وضعیت را مشخص می کند یکی مربوط به بسته بودن دریچه دردور آرام ودیگری مربوط به حالت تمام بار ، در هر دو وضعیت علائمی به واحد کنترل ارسال شده وروی زمان باز بودن انژکتورها تاثیر می گذارد . همچنین با توجه به سنسور حرارت سنج موتور ، متناسب با گرم شدن موتور ، زمان باز بودن انژکتورها کمتر می شود .

اجزاء سیستم L– Jetronic در شکل زیر نشان داده شده است :

1 . پمپ سوخت الکتریکی

2 . فیلتر سوخت

3 . تنظیم کننده فشار سوخت

4 . انژکتور

5 . سنسور جریان هوا

6 . سوئیچ گرمایی

7 . تنظیم کننده هوای کمکی

8 . سوئیچ سوپاپ دریچه گاز

9 . سنسور لامبدا ( Lambda )

10 . ECU

طریقه پاشش انژکتورها در سیستم L– Jetronic  :

دلکو در این سیستم دارای دو دست پلاتین میباشد  ، یک دست پلاتین مانند دلکو های معمولی مربوط به قطع و وصل مدار اولیه و دست دوّم مربوط به علامت دادن به دستگاه الکترونیکی میباشد . هرگاه این پلاتین ها جریان الکتریکی در مدار تولید کنند . دستگاه کنترل مرکزی نصف انژکتورهای موتور را فعال می کند .

حسگر فشار سنج هوا :

در این حسگر از دو کپسول توخالی روی محور آن وجود دارد که داخل کپسولها خلا نسبی وجود دارد . در فشار زیاد محیط سطوح خارجی کپسولها مقعر و در فشار کم محیط سطوح خارجی آنها محدب می شود . حرکت ناشی از انبساط و انقباض کپسولها میله میانی را حرکت داده و در سیم پیچ آن ولتاژی القاء می شود تغییر حوزه و ایجاد ولتاژ در آن علامتی به دستگاه کنترل کننده الکتریکی ارسال می کند

سیستم LH – Jetronic :

تفاوت اساسی این سیستم با سیستم L-Jetronicدر روش اندازه گیری هوای ورودی به موتور ونوع دبی سنجی آن است . در سیستم LH-Jetronic از یک سیم داغ الکتریکی برای اندازه گیری دبی هوا مصرفی موتور استفاده شده است . در این سیستم یک واحد کنترل دیجیتالی وجود دارد که نسبت سوخت به هوا را با توجه به بار و دور موتور تغییر می دهد و بهترین نسبت سوخت ویژه را با توجه به علائمی که از اگزوز دریافت می کند تهیه می نماید . واحد کنترل الکترنیکی با دریافت علائم از سنسور های مختلف ، زمان باز بودن انژکتورها را با توجه به شرایط موجود تنظیم می کند . در واحد کنترل یک میکرو کامپیوتر بکار رفته که شامل حافظه برنامه ریزی شده بوده و مقادیر مختلف را ضبط می کند

تفاوت اساسي اين سيستم با سيستم L-Jetronicدر روش اندازه گيري هواي ورودي به موتور ونوع دبي سنجي آن است . در سيستم LH-Jetronic از يك سيم داغ الكتريكي براي اندازه گيري دبي هوا مصرفي موتور استفاده شده است . در اين سيستم يك واحد كنترل ديجيتالي وجود دارد كه نسبت سوخت به هوا را با توجه به بار و دور موتور تغيير مي دهد و بهترين نسبت سوخت ويژه را با توجه به علائمي كه از اگزوز دريافت مي كند تهيه مي نمايد . واحد كنترل الكترنيكي با دريافت علائم از سنسور هاي مختلف ، زمان باز بودن انژكتورها را با توجه به شرايط موجود تنظيم مي كند . در واحد كنترل يك ميكرو كامپيوتر بكار رفته كه شامل حافظه برنامه ريزي شده بوده و مقادير مختلف را ضبط مي كند

اجزاء سيستم LH-Jetronicدر شكل زير نشان داده شده است :

1 . پمپ الكتريكي

2 . فيلتر سوخت

3 . رگلاتور تنظيم فشار سوخت

4 . لوله هاي توزيع سوخت مشترك

5 . سيستم سيم داغ الكتريكي

6 . سنسور حرارت سنج موتور

7 . سوپاپ هواي اضافي دور آرام

8 . كليد رئوستاي دريچه گاز

9 . سنسور لامبدا

10 . ECU

دستگاه اندازه گير دبي هوا :

اين دستگاه از يك سيم حرارتي داغ تشكيل شده كه هواي مصرفي موتور از اطراف آن عبور داده مي شود جريان لازم براي ثابت نگهداشتن درجه حرارت اين سيم داغ به حجم هواي عبور كرده از اطراف آن بستگي دارد جريان الكتريكي براي گرم نگهداشتن سيم داغ كه با هواي ورودي تغيير مي كند ، تغيير ولتاژ در مقاومت آن به وجود مي آورد . به علاوه دور موتور با حجم هواي مصرفي ارتباط داشته و علامتي هم از دور سنج ارسال مي شود .

دبي سنج :

در اين سيستم دبي سنج از خاصيت گردابي هوا پيچشي استفاده كرده و امواج صوتي مافوق صوت ارسال مي دارد . مقدار فركانس ايجاد شده به مقدار هواي عبور كرده بستگي دارد . فركانس از يك اميتر پخش شده و در يك جذب كننده دريافت شده و تبديل به پالس الكتريكي شده وبه واحد كنترل ارسال مي شود .

سيستم Mono - Jetronic :

در اين سيستم يك انژكتور وجود دارد كه سوخت مورد نياز هر چهار سيلندر موتور را متناوباً در مانيفولد هوا تزريق مي كند به اين سيستم تزريق يك نقطه اي Injection = SPI ) Single – Point  ) يا تزريق مركزي ( Central – Fule – Injection = CFI ) ويا تزريق در دريچه گاز گويند ( Throttle Body Injection = TBI )

واحد انژكتور:

در اين سيستم انژكتور درست در بالاي دريچه گاز نصب مي شود و به اين ترتيب سوخت يكنواختي در مدار تخليه مي كند . دستور تزريق سوخت الكترونيكي بوده و فرمان آن از واحد كنترل و سيستم جرقه تامين مي شود  .

اجزاء سيستم Mono - Jetronic در شكل زير نشان داده شده است :

1 . پمپ سوخت الكتريكي

2 . فيلتر سوخت

3a . پتانسيومتر سوپاپ دريچه گاز

3b . تنظيم كننده فشار

3c . انژكتور

3d . كابل اتصال با محفظه دماي هوا

3e . محرك سوپاپ دريچه گاز در هنگام درجا كار كردن

4 . سنسور دماي موتور

5 . سنسور لامبدا (  Lambda )

6 . ECU

نتيجه گيري :

سيستم هاي سوخت رساني انژكتوري بنزيني انواع مختلف دارند كه در اين مقاله سعي شده كه اولاً يك تاريخچه از نحوه به وجود آمدن و مراحل توسعه اين سيستم ها شرح داده شود . و ثانياً مختصري از هر سيستم شامل شكل ، اجزاء تشكيل دهنده آن و فرق سيستم هاي موجود با هم توضيح داده شود .

فصل سوم

پردازنده هاي سوخت چگونه کار مي کنند؟

اگر مقاله مربوط به سلولهاي سوختي (fuel cells) را خوانده باشيد، مي دانيد که اين سلولها از هيدروژن و اکسيژن الکتريسيته توليد و تنها بخار آب ساتع مي کنند. مشکل اصلي سلولهاي سوختي هيدروژني ، ذخيره و توزيع هيدروژن است. براي اطلاعات بيشتر قسمت " how the hydrogen economy works" را ملاحظه بفرماييد.

هيدروژن، گازي با دانسيته انرژي زياد نيست؛ يعني در مقايسه با يک سوخت مايع مثل بنزين يا متانول انرژي کمي در واحد حجم دارد. لذا قرار دادن مقدار کافي هيدروژن در سلول سوختي يک ماشين هيدروژني به منظور طي مسافتي معقول و منطقي دشوار به نظر مي رسد. هيدروژن مايع، دانسيته انرژي خوبي دارد ، اما بايد در دماي بسيار پايين و فشار زياد نگهداري و ذخيره شود که نگهداري و حمل آن را مشکل مي سازد.

سوختهاي رايج و معمولي مثل گاز طبيعي ، پروپان ، بنزين وسوختهاي  غير رايج مانند متانول و اتانول ، همه در ساختار مولکوليشان هيدروژن دارند. اگر يک فناوري وجود داشت که هيدروژن را از اين سوختها جدا و از آن براي سوخت رساني به سلول سوختي استفاده مي کرد مي توان گفت مشکل ذخيره و توزيع هيدروژن به کلي برطرف مي شد.اين فنا وري در حال توسعه پردازنده سوخت يا مبدل (Reformer ) نام دارد. در اين قسمت مي آموزيم که مبدل گازي (Steam Reformer ) چگونه کار مي کند.

هدف پردازنده هاي سوخت

وظيفه پردازنده هاي سوخت، تأمين هيدروژن خالص وابسته براي سلول سوختي ، با استفاده از يک سوخت است که آماده و دردسترس بوده و براحتي قابل حمل است. پردازنده هاي سوخت بايد قادر باشند که اين عمل را به روش بهينه و کارآمد با کمترين آلودگي انجام دهند؛ در غير اين صورت آنها مزاياي استفاده از سلول سوختي را از بين مي برند.

براي اتومبيلها، مسأله اصلي ذخيره انرژي است.. براي اجتناب از مخزنهاي سنگين و فشرده ، يک سوخت مايع به گاز ارجحيت دارد. شرکتهاي مختلف روي پردازنده هايي براي سوختهاي مايع مانند بنزين و متانول کار مي کنند. بهترين سوختي که در کوتاه مدت توصيه مي شود متانول است. در حال حاضر اين سوخت بسيار شبيه بنزين، ذخيره و توزيع مي شود.

براي خانه ها و ايستگاههاي توليد برق، سوختهايي چون گاز طبيعي و پروپان مناسبترند. بسياري از خانه ها و ايستگاههاي توليد برق قبلاً به منابع گاز طبيعي، لوله کشي و متصل شده اند. بعضي خانه ها نيز که لوله کشي نشده اند ، مخزن پروپان دارند.

بنابراين معقول به نظر مي رسد که اين سوختها را به هيدروژن تبديل کرده تا در سلولهاي سوختي ساکن استفاده شوند.

متانول و گاز طبيعي هردو مي توانند در يک مبدل گازي (steam reformer) به هيدروژن تبديل شوند.ن فناوري در حال توسعه، پردازنده سوخت يا مبدل (reformer) نام دارد. در اين قسمت مي آموزيم که مبدل گازي (steam reformer) چگونه کار مي کند.

مبدل گازي (steam reformer)

دو نوع مبدل گازي وجود دارد؛ يکي متانول و ديگري گاز طبيعي را بازسازي مي کند.

بازسازي متانول

فرمول مولکولي متانول CH3OH است. هدف مبدل اين است که حداکثر هيدروژن (H) ممکن را از اين مولکول جدا کند طوري که ميزان نشر آلاينده هايي چون کربن مونواکسيد را به حداقل برساند.اين فرآيند با تبخير متانول مايع و آب آغاز مي گردد. گرمايي که در فرآيند بازسازي توليد شده بود، براي اين منظور (تبخير) استفاده مي شود. ترکيب بخار آب و متانول (متانول گازي) از يک اتاقک داغ حاوي کاتاليزگر عبور داده مي شود.

هنگامي که مولکول هاي متانول به کاتاليزگر برخورد مي کنند به مونواکسيد کربن (CO) و گاز هيدروژن (H2) تجزيه مي شوند:

CH3OH => CO + 2H2

بخار آب نيز به گاز هيدروژن و اکيسژن تجزيه مي شود. اين اکسيژن با CO ترکيب مي شود تا CO2 بسازد. با اين روش، مقدار بسيار کمي CO آزاد مي شود چرا که بيشتر آن به CO2  تبديل شده است:

H2O + CO => CO2 + H2

بازسازي گاز طبيعي

گاز طبيعي که بيشترين ماده ترکيبي آن متان(CH4) است ، با عملکردي مشابه پردازش مي گردد. متان موجود در گاز طبيعي با بخار آب واکنش داده و گازهاي مونواکسيد کربن وهيدروژن، آزاد مي‌کند:

CH4 + H2O => CO + 3H2

همانند عملي که در بازسازي متانول انجام شد، بخار آب به گاز هيدروژن و اکسيژن تجزيه مي شود. اکسيژن با CO ترکيب شده و CO2 حاصل مي گردد:

H2O + CO => CO2 + H2

هيچ کدام از اين ترکيبها ايده آل نيستند؛ مقداري از متانول يا گاز طبيعي و مونواکسيد کربن بدون اينکه واکنش دهند باقي مي مانند. اين مواد در مجاورت يک کاتاليزگر با مقدار کمي هوا(براي تأمين اکسيژن) سوزانده مي شوند. اين عمل، بسياري از ملکولهاي CO باقي مانده را به CO2 تبديل مي کند.

بسياري روشهاي ديگر ممکن است استفاده شود تا آلاينده هاي ديگري همچون گوگرد که ممکن است در گاز اگزوز باشند را پاک کنند.

به دو دليل حذف کردن مونواکسيد کربن از گاز اگزوز اهميت دارد: اول اينکه اگر CO از سلول سوختي عبور کند ، کيفيت عملکرد و طول عمر سلول سوختي کاهش مي يابد . دوم اينکه اين گاز يک آلاينده کنترل شده است که بسياري از ماشينها مجازند تنها مقدار بسيار کمي از آن را توليد کنند.

پردازنده سوخت و سلول سوختي

براي توليد برق، سيستم هاي مختلفي بايد با هم کار کنند تا جريان الکتريکي خروجي را تأمين نمايند. يک سيستم معمولي از يک مصرف کننده الکتريکي (مثل اتاق خودرو يا موتور الکتريکي) يک سلول سوختي و يک پردازنده سوخت تشکيل شده است.

خودرويي که با سلول سوختي کار مي کند را بررسي مي کنيم. وقتي که شما پدال گاز(هيدروژن) را فشار مي دهيد، فعل و انفعالاتي به طور همزمان رخ مي دهند.

● کنترل کننده موتور الکتريکي شروع به برقراري جريان در موتور الکتريکي کرده  و موتور الکتريکي نيز گشتاور بيشتري ايجاد مي کند

● در سلول سوختي، هيدروژن بيشتري واکنش مي دهد، الکترونهاي بيشتري توليد شده، در موتور و کنترل کننده الکتريکي جريان مي يابند و نياز بيشتر به انرژي را برطرف مي کنند.

● پردازنده سوخت، متانول بيشتري را درون سيستم - که هيدروژن توليد مي کند- پمپ مي کند. پمپ ديگري  جريان هيدروژني را که به سلول سوختي مي رود افزايش مي دهد.

فعل و انفعالات متوالي مشابه اي نيز هنگامي که دراتاق، مصرف انرژي بالا مي رود رخ مي دهد. مثلاً وقتي سيستم تهويه روشن مي شود برق خروجي سلول سوختي بايد سريعاً افزايش يابد وگرنه چراغها کم نور مي شوند تا اينکه سلول سوختي نياز انرژي را تأمين کرده و افت ولتاژ را جبران نمايد.

جنبه هاي منفي پردازنده هاي سوخت

پردازنده هاي سوخت زيانهايي نيز دارند. زيانهايي همچون آلودگي و تأثير روي بازده کلي.

آلودگي

اگرچه پردازنده هاي سوختي مي توانند گاز هيدروژن را براي سلول سوختي با آلودگي بسيار کمتر از يک موتور درون سوز تأمين نمايند، مقدار قابل توجهي دي اکسيد کربن (CO2) توليد مي کنند. اگرچه اين گاز يک آلاينده کنترل شده نيست، گمان مي رود که در گرم شدن زمين (global warming) نقش داشته باشد.

اگر در يک سلول سوختي هيدروژن خالص استفاده شود ، تنها محصول فرعي آن ، آب (بخار آب) است. CO2  يا هيچ گاز ديگري توليد نمي شود. اما چون خودرو هايي با پردازنده هاي سوخت از سلول سوختي انرژي مي گيرند، مقدار کمي از آلاينده هاي کنترل شده (مثل مونواکسيد کربن) را توليد مي کنند، نمي توان نام وسايل نقليه پاک و غير آلاينده (ZEVs : zero emission vehicles) را با با توجه به قوانين آلودگي کاليفرنيا بر آنها نهاد. هم اکنون فناوري هاي اصلي که تحت عنوان ZEV ها شناخته مي شوند ، خودرو هاي الکتريکي با باتري و خودرو هاي هيدروژني هستند.

به جاي تلاش در جهت بهبود پردازنده هاي سوخت براي حذف آلاينده هاي کنترل شده از آنها، برخي شرکتها روي شيوه هاي جديدي براي ذخيره يا توليد هيدروژن در وسيله نقليه کار مي کنند. Ovonic روي مخزني از جنس هيدريد فلزي کار مي کند تا هيدروژن را مثل اسفنجي که آب را جذب مي کند، جذب کند. با اين وسيله نيازي به مخزنهاي پرفشار نيست و مي توان ظرفيت هيدروژن وسيله نقليه را افزايش داد.

Powerball Technologies درنظر دارد از گلوله هاي پلاستيکي کوچکي که مملو ازسديم هيدريد مي باشند استفاده کند. اين توپها وقتي باز شده و به داخل آب انداخته شوند هيدروژن توليد مي کنند. محصول فرعي اين واکنش سديم هيدرواکسيد مايع بوده که يک ماده شيميايي صنعتي رايج است.

بازده

زيان ديگر پردازنده هاي سوخت اين است که بازده کلي ماشيني که با سلول سوختي کار مي کند را کاهش   مي دهند. پردازنده سوختي ازگرما وفشاربراي کمک به انجام واکنشهايي که هيدروژن آزاد مي کنند استفاده مي کند.

بسته به نوع سوختي که به کار مي رود و بازده سلول سوختي و پردازنده سوخت، بهبود بازده روي خودرو هاي بنزيني معمولي به طور آشکار کم است. اين مقايسه بازده هاي ماشين بنزيني و ماشين با سلول سوختي و ماشين برقي را ملاحظه بفرماييد.

فصل چهارم

گاز بهتر است يا بنزين؟

گاز طبيعي سوختي با احتراق پاک، تميز و بهينه است که سبب افزايش عمر موتور و کاهش تعميرات آن مي‌شود.

تعويض شمع در موتورهاي بنزيني تا 32هزار کيلومتر دوام دارد ولي در موتورهاي گازسوز اين عدد به 120هزار کيلومتر افزايش مي‌يابد.

اين سوخت قابليت انتقال و مکش از مخزن را ندارد و بدين ترتيب احتمال سرقت سوخت به صفر مي‌رسد و اين در حالي است که با توجه به سهميه‌بندي بنزين، احتمال سرقت بنزين از باک خودروها وجود دارد.

زمان سوخت‌گيري سريع در پمپ گاز بين 5 تا 6 دقيقه و آهسته آن 5 تا 8ساعت طول مي‌کشد.

گاز طبيعي از بنزين ايمن‌تر است. چون گاز طبيعي برخلاف بنزين در زمان تصادف و حوادث پيش‌بيني نشده در هوا پراکنده مي‌شود ولي بنزين روي زمين حوضچه‌هايي ايجاد مي‌کند که هر لحظه ممکن است به آتش‌سوزي‌هاي مهيب منجر شود. کپسول‌هاي ذخيره گاز هم بسيار محکم‌تر از تانک‌هاي سوخت بنزيني هستند. طراحي اين کپسول‌ها منوط به اجراي شديدترين آزمون‌هاي ايمني نظير حرارت، فشارهاي بسيار زياد، تيراندازي و برخورد‌هاي شديد است.

يک کيلوگرم گاز معادل 33/1ليتر بنزين و 22/1ليتر گازوئيل است.

رانندگي در ارتفاعات

در ارتفاعات، هوا رقيق‌تر شده و موتور با ترکيب سوخت غني‌تري (نسبت بيشتري از سوخت به هوا) کار مي‌کند. به همين خاطر قدرت موتور به دليل کاهش تنفس موتور و تامين اکسيژن کمتر و همچنين جريان غني‌تر و شديدتر سوخت افت مي‌کند. در اين حالت چون موتور گازسوز به علت اينکه گاز در حدود 12درصد حجم ورودي را تشکيل داده و با کاهش چگالي هوا بر اثر رقيق‌تر شدن آن، حجم سوخت نيز پايين مي‌آيد، توان موتور 12 تا 14درصد افت مي‌کند. پس در صورت دوگانه‌سوز بودن وسيله نقليه بهتر است در ارتفاعات از سوخت بنزين استفاده شود.

عوامل موثر بر بازده سوخت

مقادير ارزش حرارتي خالص بنزين، گازوئيل، LPG و CNG به ترتيب 46، 43، 45 و 44 است. تفاوت زيادي بين ارزش حرارتي خالص آنها وجود ندارد اما مقادير ارزش حرارتي به ميزان زيادي به ترکيب سوخت بستگي دارد.

در بسياري از کشورها CNG داراي بهترين ارزش است. پس از آن گازوئيل، LNG و در نهايت بنزين قرار دارند.

چنانچه يک موتور بنزيني به سوخت CNG تبديل شده باشد به بالاترين بازده دست پيدا نخواهد کرد چون ضريب تراکم در سطح مورد نياز براي سوخت بنزين باقي مي‌ماند. بنابر اين دستيابي به بالاترين راندمان فقط در خودروهاي با موتورهاي اصلي سوخت LNG امکان پذير است. عموما احتمال آتش سوزي در شرايط عادي کارکرد، بسيار کم است. به علت سبک‌تر بودن گاز CNG نسبت به هوا، در فضا پراکنده مي‌شود. اما بخار LPG از هوا سنگين‌تر است و به تشکيل حوضچه در نزديکي زمين تمايل دارد. بر حسب قدرت، وسايل نقليه دو گانه سوز (CNG) در حدود 10تا12درصد قدرت خود را به علت اينکه گاز طبيعي جاي اکسيژن در محفظه احتراق موتور را مي‌گيرد، از دست مي‌دهند.

موتور گاز سوز داغ‌تر از بنزين

موتورهاي گاز سوز که از عملکرد بنزيني تبديل به موتور گاز سوز شده‌اند داراي اگزوزهايي با درجه حرارت بيشتر هستند. از طرفي در موتورهاي بنزيني، بنزين تاثير خنک کننده‌اي در سيستم مکش سوخت و سيلندرها دارد. اين مساله در مورد گاز اتفاق نمي‌افتد. بايد توجه داشت که يک مخلوط گازي تمايل به احتراق آهسته‌تري نسبت به بنزين دارد و ممکن است به هنگام عبور و خروج از سوپاپ‌ها باز هم در حال سوختن باشد.

کوبش موتورهاي گازسوز

کارکرد موتور در شرايط جوي با درجه حرارت بالا، زمان‌بندي نادرست، احتراق تغييرات آناليز و ترکيب شيميايي گاز مهمترين علل کوبش در موتورهاي گاز سوز هستند.

بنابراين اين گاز طبيعي بادرصد متان بالا، کوبش موتورهاي گاز سوز را تا حد زيادي کاهش مي‌دهد.

سوالات عمومي در مورد CNG

اين پرسش‌ها توسط مردم در هنگام سوخت‌گيري از پمپ گاز مطرح شده‌اند. پاسخ به اين پرسش‌ها در جهت هر چه سريعتر شدن روند گازسوز کردن خودروها خالي از لطف نخواهد بود.

فرق گاز طبيعي با CNG چيست؟

CNG همان گاز طبيعي است که ما روزانه آن را در خانه، محل کار خود و يا کارخانجات با فشار پايين استفاده مي‌کنيم. بديهي است ذخيره‌سازي گاز در چنين فشاري به واسطه حجم زياد مورد نياز به صرفه نيست. از طرفي به خاطر تراکم آن در صورت استفاده در خودرو، زمان‌هاي تجديد سوخت‌گيري فوق‌العاده کوتاه خواهد شد. در صورتي که گاز طبيعي (NG) تا فشار حدود 3600PS تراکم شود، ما CNG خواهيم داشت.