مقدمه
پس از جنگ جهانی دوم نقش اتومبيل ها در جوامع به طور چشمگیری افزوده شده است.با افزایش ظرفیت حمل و نقل مشکلات استفاده از اتومبيلها هم گسترش یافته است.دو مساله عمده دراین رابطه وجود داردٰ،یکی مسئله محیط زیست و دیگری کاهش منابع سوخت فسیلی و تغییرات آب و هوا.آلودگی هوا اولین اثر مستقیم احتراق سوخت های فسیلی در موتورهاب درونسوز است.طی 20سال گذشته تلاشهای گسترده ای جهت کنترل آلودگی هوا به عمل آمده است و فعالیت کشور های توسعه یافته در این زمینه چشمگیر بوده است . به طوری که از سال 1970 تا 1993 میلادی میزان آلودگی هوا در کشور های اروپایی به طور محسوسی کاهش یافته است
راهکارهای کنترل آلودگی هوا
راهكارهاي عملي انجام شده
از دور خارج کردن اتومبيل های قدیمی با مصرف سوخت بالا تحت یک برنامه منطقی و جایگزین کردن اتومبيل هایی با مصرف سوخت پایین و مطابق با استاندارد های جدید
کنترل بهتر گازهای آلاینده
بالا بردن کیفیت سوخت موتور
توسعه فن آوری موتور ( گاز سوز کردن یا الکتریکی کردن اتومبيل های درون شهری )
بهبود وضعیت ترافیک
تغییراتی در موتور های درونسوز
طرح محفظه احتراق
نسبت تراکم
تنظیم زمانی سوپاپ ها
طرح منیفولد
لایه بندی سوخت
برگشت دود
سیستم جرقه زنی
طرح محفظه احتراق
منبع اصلی انتشار هیدرو کربنها سوخت نسوخته ای است که با دیواره محفظه احتراق تماس پیدا می کند به همین سبب مساحت دیواره محفظه احتراق را باید تاحد امکان کم گرفت و پیچیدگی ان را به حداقل کاهش داد از لحاظ نظری کره شکل ایده آل دارد اما ساحت محفظه کروی عملی نیست سوختی که وارد سیلندر می شود باید حرکت گردابی داشته باشد تا بهتر و سریعتر بسوزد شاید مهمتر از آن تامین حرکت گردابی در اطراف شمع باشد بدین ترتیب مخلوط هوا و سوخت و آسانتر مشتعل می شود بهتر است شمع در مرکز محفظه احتراق قرار بگیرد بدین ترتیب با کاهش مسافتی که جبهه شعله می پیماید احتمال انفجار سوخت و کوبش کمتر می شود
نسبت تراکم
به طور کلی هر چه نسبت تراکم بالا باشد بازده گرمایی موتور نیز بیشتر خواهد بود در نتیجه عملکر آن بهتر و مصرف سوخت آن کمتر می شود دو عیب اصلی ناشی از افزایش نسبت تراکم عبارت اند از : افزایش آلایندگی هوا و افزایش احتمال کوبش موتور .
مسئله آلایندگی : با افزایش دما تولید مونوکسید نیتروژن افزایش می یابد
کوبش موتور : بالا رفتن دما احتمال خود سوزی و درنتیجه کوبش موتور را افزایش می دهد
تنظیم زمانی سوپاپ ها
اثر تنظیم زمانی سوپاپها و انتشار آلاینده ها می تواند کاملاً چشمگیر باشد یکی از عاملهای مهم قیچی سوپاپ است این عامل اثر چشمگیری بر دمای واکنش دارد ( هرچه دود بیشتری در سیلندر باقی بماند دمای واکنش پایینتر خواهد بود ) در نتیجه بر انتشار اکسید های نیتروژن اثر خواهد گذاشت
طرح منیفولد
جریان گاز در منیفولد هوا و دود موضوعی بسار پیچیده است علت اصلی این پیچیدگی تغییرات گذرا در جریان گاز است که نه تنها از تغییرات درور موتور بلکه از عمل تلمبه زنی سیلندر ها نیز ناشی می شود این عمل تلمبه زنی در منیفولد ها نوسان فشار ایجاد می کند اگر منیفولد ها و هردو سیستم مکش و تخلیه طوری طراحی شوند که موج فشار را درست رد لحظه مناسب باز گردانند بازده حجمی موتور بشدت افزایش می یابد امروزه بسیاری از اتومبيل ها به منیفولد مکش با طول قابل تنظیم مجهز اند در دور های پایین طول منیفولد افزایش و در دور هاای بالا طول منیفولد کاهش می یابد
لایه بندی سوخت
اگر بتوان مخلوط هوا و سوخت را به صورتی وارد سیلندر کرد که در اطراف شمع مخلوط غنی تری جمع شود آنگاه می توان مخلوط هوا و سوخت را در کل فقیر تر کرد بدین ترتیب مصرف سوخت به شدت کاهش می یابد اما مشکل تولید اکسید های نیتروژن به قوت خود باق است سوخت پاشی مستقیم مثال خوبی از بکار گیری این روش است
برگشت دود EGR
از برگشت دود بیشتر برای کاهش دمای اوج احتراق و بنابراین تولید اکسید های نیتروژن استفاده می شود این سیستم بخشی از دود را به سمت ورودی موتور برمی گرداند

سیستم جرقه زنی
به دو طریق بر انتشار آلاینده ها اثر می گذارد
از طریق کیفیت جرقه تولیدی : ( کیفیت جرقه توانایی آن را برای مشتعل کردن مخلوط سوخت و هوا تعیین می کند عمر جرقه در هنگام مصرف مخلوط های فقیر مهم است هرچه جرقه قوی تر باشد احتمال تک کار کردن موتور کمتر است تک کار کردن موتور سبب افزایش شدید انتشار هیدرو کربن های نسوخته خواهد شد )
از طریق زمان جرقه تولیدی : (اهمیت آشکاری دارد اما در انجا تنظیم زمان سیستم جرقه زنی حاصل ایجاد تعادل بین توان و راندمان پذیری و مصرف سوخت و انتشار آلاینده است در نمودار بعدی تاثیر تنظیم زمانی سیستم جرقه زنی را بر انتشار آلاینده ها و مصرف سوخت نشان می دهد)

مرجع تخصصی خودرو و تیونینگ | پارس تیونینگ
آلاینده های موجود در خروجی موتور
چهار آلاینده اصلی موجود در دود که برای سلامتی زیان آورند به اختصار برسی می کنیم
مونوکسید کربن CO : مونوکسید کربن حتی در غلظت های کم بسیار خطر ناک است این گاز بو یا طعم ندارد و بی رنگ است و اگر شخصی گاز مونوکسید کربن استنشاق کند این گاز با گلبول های قرمز خون او ترکیب می شود و امکان حمل اکسیژن را از آن می گیرد و جذب بدن می شود و منجر به مرگش می شود.
اکسید های نیتروژن NOX : در هنگام خروج از موتور بی رنگ و بی بو هستند اما به محض ورود به جو و مخلوط شدن با مقدار بیشتر اکسیژن اکسید هایی از درجه بالاتر تشکیل می دهند که به رنگ قهوه ای مایل به سرخ اند و بوی تند و گزنده ای دارد این گاز در صورت استنشاق به دستگاه تنفس آسیب می رساند و وقتی با بخار آب ترکیب شود اسید نیتریک تشکیل می دهد که به نای و ریه ها آسیب می رساند
هیدروکربن های نسوخته HC : چندین نوع هیدرو کربن با دود از موتور خارج می شود که در حقیقت سوخت نیم سوخته یا نسوخته اند وقتی این هیدرو کربن ها با هوا مخلوط می شوند به تشکیل مه دوده کمک می کنند و اعتقاد بر این است که این هیدرو کربن ها ممکن است سرطان زا نیز باشند
ذرات جامد و آلاینده های دیگر : بخش عمده این دسته از آلاینده ها سرب و کربن را تشکیل می دهد برای سلامتی انسان زیان دارد و سبب آسیب های مغزی به ویژه در کودکان می شود
در شکل زیر نتایج نظری و عملی یک سوخت هیدرو کربنی مشاهده می شود
مرجع تخصصی خودرو و تیونینگ | پارس تیونینگ
درصد آلاینده های مختلف موجود در دود

مرجع تخصصی خودرو و تیونینگ | پارس تیونینگ

قوانین میزان انتشار آلاینده ها
اولین بار در سال 1975 قانونی برای میزان انتشار آلاینده ها تعیین گردید مقدار این مواد آلاینده برحسب گرم بر مایل می باشد حد مجاز هیدرو کربن ها 1.5 گرم ، منوکسید کربن 15گرم ، منوکسید نیتروژن 2 گرم مقرر گردیده است
در سال 1981 حد مجاز NOX به مقدار یک گرم تقلیل یافته است
مبدل های کاتالیستی
مبدل های کاتالیستی از سال 1960 در اتومبيل ها مورد استفاده قرار گرفت
طبق گزارش EPA در ایالات متحده امریکا متوسط نشر آلاینده ها از اگزوز انواع اتومبيل ها نسبت به سالهای گذشته به طور چشمگیری کاهش یافته است با توجه به نمودار تغییرات میزان متوسط نشر آلاینده ها از سال 1995 با وجود افزایش مقدار مسافت طی شده در این سالها به وسیله وسایل نقلیه کاهش یافته است و پیشبینی می شود در سالهای 2000 تا2010 همواره میزان نشر انواع هیدرو کر بن ها در حدود یک گرم بر مایل ثابت بماند
مرجع تخصصی خودرو و تیونینگ | پارس تیونینگ
مرجع تخصصی خودرو و تیونینگ | پارس تیونینگ
تاثیر کار برد مبدل های کاتلیستی در برخی از اتومبيل های سبک

مرجع تخصصی خودرو و تیونینگ | پارس تیونینگ
مبدل های کاتالیزوری از لحاظ واکنش شیمیایی
گاز های خروجی از اگزوز اتومبيل منبع اصلی نشر آلاینده ها در محیط است حدود 80 درصد از الوده کننده ها از اگزوز خارج می شوند بنا براین ساده ترین و سود مند ترین روش کنترل انتشار آلودگی از خروجی اگزوز است به همین منظور از مبدل های کاتالیزوی استفاده می شود که این نوع مبدل ها دارای چهار نوع اصلی هستند که در ذیل به شرح آن می پردازیم
مبدل کاتالیزوری اکسیداسیون OXIDATION
به طور ایده آل در این نوع مبدل ها آلاینده های HC و CO توسط اکسیداسیون به آب و دی اکسید کربن تبدیل می شود برای فعل و انفعالات شیمیایی در این مبدل ها هوای اضافی Excess Air وجود داشته باشد این هوای اضافی به وسیله Lean نمودن مخلوط با یک هوای ثانویه تامین گذاشته می شود در این نوع مبدل ها نمی توان NOX را کاهش داد برای اولین بار از این مبدل ها در سال 1975 در اتومبيل های امریکایی استفاده شد
مرجع تخصصی خودرو و تیونینگ | پارس تیونینگ

مبدل های کاتالیزوری دو بستری Dual bed
این نوع مبدل ها از دو بخش کاملاً مجزا به صورت متوالی در کنار هم قرار گرفته اند در بخش اول NOX پالایش می گردد و در بخش بعدی آلاینده های HC و CO کاهش می یابد برای اینکه مبدل ها بتوانند به خوبی عمل کنند بایید نسبت هوا به سوخت در موتور کمتر از 1 باشد (A/F<1) بنا بر این مقدار سوخت مصرفی و گاز کربنیک تولید شده زیاد می شود از آنجایی که در این مبدل ها موتور در حالت RICHکار می کند احتمال تولید بخار آمونیاک وجود دارد علاوه بر آن مقدار کاهش NOX در این نوع اندک است
مرجع تخصصی خودرو و تیونینگ | پارس تیونینگ

مبدل کاتالیزوری سه طرفه THREE WAY CATALYSD
این نوع مبدل از سه آلایند CO و HC و NOX مقدار زیادی کاهش می یابد در این نوع مبدل از یک سیستم نسبتاً پیچیده برای کنترل نسبت هوا به سوخت استفاده می شود اگر از این سیستم استفاده نشود میزان بازده تبدیل از 95٪ به 50٪ تنزل می یابد
مرجع تخصصی خودرو و تیونینگ | پارس تیونینگ


نمایش تغیرات راندمان عملکرد مبدل های کاتالیستی بصورت تابعی از نسبت اکی والانی هوا به سوخت
در شکل شرایط بهینه برای حداکثر راندمان مبدل کاتالیستی نشان داده می شود .زمانی که نسب اکی والانی هوا به سوخت برابر یک باشد در آن صورت تبدیل آلاینده ها توسط مبدل کاتالیستی حداکثر خواهد بود
مرجع تخصصی خودرو و تیونینگ | پارس تیونینگ

اصول عملکر مبدل های کاتالیستی
برای اینکه یک واکنش شیمیایی آغاز گردد باید مقدار انرژی فعال سازی به یک مقدار مشخص برسد مبدل کاتالیزوری مقدار انرژی لازم برای اکسیداسیون HC و CO و احیا NOX را پایین می آورد و نیز سرعت انجام واکنش را افزایش می دهد با استفاده از مبدل کاتالیزوری مقدار درجه حرارت لازم برای شروع واکنش ها به نحو چشمگیری کاهش می دهد
مرجع تخصصی خودرو و تیونینگ | پارس تیونینگ