تاثیر نوع و کیفیت سوخت و حذف کاتالیست بر عملکرد موتور اشتعال جرقه ای و میزان آلاینده های آن

در عصر حاضر یکی از مهمترین چالش های جوامع مختلف، افزایش روزافزون میزان آلاینده های موجود در هوا است. یکی از منابع تولید کننده این آلاینده ها موتورهای احتراق داخلی مورد استفاده در وسایل نقلیه هستند. بر اساس مطالعه های انجام شده سهم خودروها در تولید آلاینده ها حدود 70 درصد است[1]. امروزه اهداف عمده در پژوهش های صورت گرفته بر روی موتورهای احتراق داخلی و فرایندهای پالایش خروجی موتور شامل دو مورد زیر است: • کاهش مصرف سوخت • کاهش آلایندگی خروجی از موتور با توجه به هزینه و محدودیت سوخت های فسیلی در جهان، کاهش مصرف سوخت در موتورهای احتراق داخلی اهمیت بسیاری دارد. این الزام با توجه به اثرات گلخانه ای گاز co2 بر گرمایش زمین اهمیتی دو چندان می یابد. بنابراین استفاده از موتورها با مصرف سوخت، آلایندگی کمتر و بازده بیشتر با استقبال جهانی روبه رو شده است [2]. ضرورت کاهش آلودگی محیط زیست و مصرف بهینه انرژی و توجه بیش از پیش به استفاده از مبدل های کاتالیستی در خودروها، اهمیت بررسی شرایط بهینه کارکرد این مبدل ها و سهم آن ها در کاهش آلودگی هوا را دو چندان نموده است. مبدل کاتالیستی قطعه ای است که جهت کاهش میزان آلاینده های خروجی از اگزوز خودروها به کار می رود. مبدلهای کاتالیستی بر سر راه گازهای خروجی از موتور قرار می گیرند و با ایجاد محیط شیمیایی فعال، واکنش های احتراق درون سیلندر را کامل می کنند. به این معنی که آلاینده های co و hc اکسید شده و آلاینده مضر nox احیا می شوند. اما گاهی این قطعه برای دستیابی به توان بالاتر حذف می شود و یا زودتر از زمان پیش بینی شده از بین می رود. 1-2- شرح مختصری بر کارهای انجام شده در سال های اخیر و به ویژه در قرن 21 میلادی، تلاش های فراوانی جهت کاهش آلایندگی موتورهای احتراق داخلی انجام شده است که به برخی از این فعالیت ها در این پژوهش اشاره شده است. محققان زیادی بر روی تأثیرات هندسه و شکل عمومی مبدلهای کاتالیستی در افزایش راندمان آن، تأثیرات سوخت بر عملکرد و آلایندگی موتورها فعالیت نموده اند. با این حال اطلاعات کمّی اندکی در مورد تأثیرات سوخت های رایج و مبدلهای کاتالیستی مرسوم خودروهای ایرانی در عملکرد و آلایندگی آن ها وجود دارد. 1-3- اهداف پروژه در این پژوهش سعی شده است تا اطلاعات دقیقی راجع به میزان اثر سوخت و حضور مبدل کاتالیستی در گشتاور خروجی و آلاینده های ناشی از احتراق یک موتور تک سیلندر ارائه شود. این امر از طریق آزمایش و مدلسازی سوخت های رایج در ایران و همچنین یک نمونه از مبدلهای کاتالیستی مصرفی در خودروهای ایرانی انجام شده است. هدف این پژوهش بررسی تجربی و عددی تأثیر سوخت و حضور مبدل کاتالیستی در گشتاور خروجی و آلاینده های ناشی از احتراق است. هدف دیگر این پژوهش بررسی و مقایسه ی نتایج آزمایش های تجربی انجام شده با نتایج حاصل از مدلسازی مبدل کاتالیستی است. از طرف دیگر تأثیرات عوامل هندسی مانند چگالی حفره ها و طول مبدل کاتالیستی در میزان پیشرفت واکنش های آن بررسی شده است. در این پژوهش اطلاعات آماری تجربی در مورد میزان اثر مبدل کاتالیستی بر روی آلودگی و همچنین توان خروجی، به طور همزمان بررسی خواهد شد که معیار مناسبی جهت اثربخشی مبدل کاتالیستی به دست می دهد. مورد اخیر در پژوهش های مورد مطالعه در ادبیات تحقیق دیده نمی شود. 1-4- مراحل انجام کار در سیر مراحل این پژوهش، پس از انجام مطالعات اولیه، هماهنگی های لازم جهت انجام آزمایش های آلایندگی و گشتاور، برای سوخت های پیش بینی شده صورت گرفته است. در این پژوهش ابتدا دو نوع سوخت بنزین معمولی و سوپر در دستگاه آزمایش موتور تک سیلندر بنزینی جهت تعیین میزان آلاینده ها و گشتاور آن استفاده و سپس آزمایش ها برای سوخت های فوق با حضور مبدل کاتالیستی در مجرای خروجی گازهای گرم در موتور انجام شده است. در مرحله ی بعد مبدل کاتالیستی استفاده شده در آزمایش ها، در نرم افزار مدلسازی شده و نتایج حاصله از آزمایش بنزین معمولی بدون استفاده از مبدل کاتالیستی، به ترتیب به عنوان ورودی نرم افزار مورد نظر در نظر گرفته شده است. سپس خروجی آن با نتایج حاصل از آزمایش بنزین معمولی با استفاده از مبدل کاتالیستی مقایسه و گزارش های آماری مربوط ارائه شده است. در انتها با تغییر عوامل هندسی مبدل کاتالیستی، مانند طول و چگالی حفره ها، در نرم افزار، میزان تغییرات پیشرفت واکنش در مبدل کاتالیستی، به طور تئوری بررسی شده است. 1-5- جمع بندی ساختار رساله در فصل اول ضمن معرفی موضوع رساله به بیان اهداف و مراحل انجام این پژوهش پرداخته شده است. در فصل دوم این پژوهش تاریخچه ای در مورد موتور های احتراق داخلی، روند تغییرات ساختار آن ها، روند تغییر در سوخت های مصرفی این موتورها و همچنین پیشینه مدلسازی مبدل کاتالیستی بیان شده است. در فصل سوم مفاهیمی راجع به موتورهای احتراق داخلی و همچنین منابع و انواع آلاینده های زیست محیطی بحث شده است. فصل چهارم به بیان ویژگی های سوخت پرداخته و ویژگی های سوخت های رایج ایران را تشریح می کند. در فصل پنجم مفاهیمی مربوط به مبدلهای کاتالیستی و انواع آن ارائه شده است. در فصل ششم آزمایش های تجربی و مدلسازی انجام شده تشریح شده و نمودارهای حاصل از این آزمایش ها و مدلسازی ترسیم شده است. در فصل هفتم نتیجه گیری ها و پیشنهاد هایی برای ادامه کار این پژوهش ارائه شده است.