نقش وسايل نقليه در آلودگي هوا

[Amin 6457]

نقش وسايل نقليه در آلودگي هوا : (نویسنده و گردآورنده محمد رضا دانش بیات )

 

تاريخچه موتورهاي احتراق داخلي ، به سال 1876 باز مي گردد ، كه «نيكولاس اتو» (1891 – 1832 ) اوين موتور جرقه اي را ساخت . اين موتور در ابتدا بنابر سيكل ويژه اي كار مي كرد و با بازدهي حداكثر برابر با 11% ، داراي وزن زيادي بود . اتو با ارائه سيكل عملكرد 4 زمانه ، بازده را به 14% افزايش ، و در كنار كاهش حجم موتور ، وزن آن را نيز به كمتر از یک سوم حالت قبل كاهش داد . در سال 1884 ، امتياز ثبت شده يك شخص فرانسوي به نام «آلفونس بيودي روشاس» (1893-1815) مربوط به سال 1862 منتشر شد ، كه معلوم ساخت او قبل از اتو ، اصول سيكل 4 زمانه را شرح داده است . البته چون روشاس نتوانسته بود ايده هاي خود را عملي سازد ، در نتيجه امروزه اتو به عنوان مخترع موتور شناخته مي شود .

 

از آن پس اشخاص بسياري در اواخرقرن نوزدهم دست به ابداع موتورهاي ديگري دست زدند ، و جملگي به اين نتيجه رسيدند كه «نسبت تراكم» تاثير مستقيمي بر روي بازده موتور دارد ، ولي به دليل مشكل «كوبش» ، مقدار آن به كمتر از 4 محدود شده بود . در دهه 1880 ، با توسعه كاربراتور و سيستم جرقه ، سرعت موتورها افزايش يافت ، و امكان استفاده از موتور در اتومبيلها فراهم شد . در سال 1892 ، يك مهندس آلماني به نام «رودلف ديزل» (1913 – 1858) ، نوع جديدي از موتور را به ثبت رساند . در طرح وي ، در مرحله تراكم، تنها هوا متراكم ، و در انتهاي اين مرحله سوخت مايع به داخل هواي داغ پاشيده مي شد . از آنجايي كه در اين طرح ، هوا دچار كوبش نمي شود ، لذا وي توانست تراكم را بالا ببرد ، و بازده موتو را دو برابر كند . يكي از ديگر طرحهاي موتور ، موتور دوراني است ، كه اولين آنها توسط «فليكس وانكل» ، در سال 1957 به نتايج رضايتبخشي رسيد .

 

سوختها نيز تاثير فراواني در توسعه موتورها داشته اند . اولين موتورها با سوختن گار ، توان مكانيكي توليد مي كردند . بنزين در اواخر قرن نوزدهم ، براي استفاده از كاربراتورها مورد استفاده قرار گرفت . بنزينهاي اوليه كاملاً فرار بودند و در نتيجه ، امكان افزايش نسبت تراكم به بيش از 4 نبود ، ولي در عوض راه اندازي موتور (استارت زدن) راحت بود . «ويليام برتون» (1954 – 1865) توانست با «گراكينگ حرارتي» نفتهاي سنگين ، بنزيني توليد كند تا بتوان به تقاضاهاي روز افزون بنزين پاسخ داد . البته به دليل بالا بودن نقطه جوش ، استارت حالت سرد موتور مشكلتر بود ، كه اين مشكل نيز با اخترع «استارتر برقي» در سال 1912 حل شد . تاثير ضد كوبش « تترا اتيل سرب» ، در سال 1923 ، توسط شركت «جنرال موتورز» كشف شد و در دهه 1930، استفاده از كاتاليزو فعال به جاي كراكينگ حرارتي ، باعث توليد بنزينهاي داراي كيفيت بالا شد .

 

مساله آلودگي هوا در دهه 1940 در لس آنجلس بروز كرد . در سال 1952، كشف شد كه مشكل «مه دود» ، از واكنش مابين اكسيدهاي نيتروژن و تركيبات هيدروكربني در مجاورت نور خورشيد صورت مي گيرد ، كه موتورها از عوامل اصلي آن هستند . موتورهاي ديزل نيز منبع اصلي دوده و ذرات ريز هستند . لذا براي حفظ محيط زيست ، در كشورهاي پيشرفته ، استانداردهايي در زمينه محدود ساختن آلاينده هاي خروجي موتور ارائه شد . همچنين در موتور از تجهيزاتي مانند«مبدلهاي كاتاليزوري» ، و در سوخت از مواد افزودني براي بهبود كيفيت آن و حذف سرب ، براي اين مهم استفاده شد. از دهه 1970 ، به دليل افزايش بهاي فراورده هاي نفتي ، براي كاهش مصرف موتور ، تلاش زيادي براي بالا بردن بازده صورت گرفت. البته بايد در نظر داشت كه كنترل آلودگي موتور ، باعث بالا رفتن مصرف سوخت مي‌شود .

 

تلاش بسياري نيز درباره سوختهاي جايگزين بنزين و گازوييل صورت گرفته ، كه از بين آنها مي توان به گاز طبيعي ، متانول و اتانول اشاره كرد . هيدروژن ، بنزين و گازوييل مصنوعي حاصل از سنگهاي نفتي و زغال سنگ ، نيز جايگزينهايي بلندمدت محسوب مي شوند .

 

بعد از گذشت بيش از يك قرن ، ممكن است به نظر برسد كه موتورها به حداكثر توسعه خود رسيده اند ، ولي در عمل موتورها همچنان به توان و بازده بالاتر و آلودگي كمتري مي رسند . استفاده در موارد جديد باعث كاهش وزن ، قيمت و تلفات حرارتي شده است .

 

تزريق سوخت يکی از ايده های مدرن و با تکنولوژی بالا بوده و در صورتيکه بخواهيم بيشترين بازدهی ر ا د اشته باشيم استفاده از آن يک پيش نياز می باشد .ولی در حقيقت تزريق سوخت چندين دهه است که مورد استفاده قرار گرفته و از قبل از جنگ جهانی دوم روش استاندارد تحويل سوخت به موتور می باشد .

 

 

 

با بررسي كوتاهي در نقش وسايل نقليه بخصوص سيستم سوخت رساني آنها در آلوده كردن هوا اهميت و سهم قابل توجه آنها در آلودگي هوا (بويژه شهرهاي بزرگ) پي مي بريم .

 

با تحقيق در مورد‌آلاينده هايي كه به اين صورت به محيط زيست ما انسان‌ها وارد مي شوند ضرورت اصلاح وسايل نقليه و بطور خاص به ضرورت تصحيح سيستم سوخت رساني پي خواهيم برد .انژكتوري كردن سيستم هاي سوخت رساني در راستاي بهينه كردن مصرف سوخت و در نتيجه كاهش گازهاي آلاينده‌ي خروجي از اگزوز مي‌باشد .

 

برگرفته از سایت پارسی خودرو

[Amin 6457]

نقش سوخت موتورها در رابطه با آلودگی هوا:(نویسنده و گردآورنده محمد رضا دانش بیات )

 

سوخت بيشتر اتومبيلها منبع فسيلی دارند و هنگام احتراق به مقدار زيادی هوا را آلوده می کنند . برای کاهش آلاينده های ناشی از احتراق موتورها بهتر است گاز مايع را جايگزين سوختهای فسيلی کرد و يا اينكه سيستم سوخت رساني تصحيح شود كه در اين راستا از بهبود كيفيت كاربراتورها گرفته و تا اين اواخر استفاده از تكنولوژي سيستم سوخت رساني الكترونيكي (EFI) ، حركت هايي بسيار مهم انجام شده است . که در اين راستا بعضی از کشورهای صنعتی از جمله ژاپن و امريکا پيشتازان اين طرحها بوده و به نتايج مطلوبی هم رسيده اند .

 

برآوردی که روی 20 هزار تاکسی و کرايه تبديل شده به گاز مايع در رابطه با آلودگی محيط زيست هوای تهران صورت گرفته به شرح زير است :

 

منو اکسيد کربن CO 80%معادل 100 تن در روز کاهش دارد

 

اکسيدهای ازت NOX 40%معادل 5/2 تن در روز کاهش دارد

 

هيدروکربن های نسوخته HC 40%معادل 4 تن در روز کاهش دارد

ذرات دوده و سرب 100%معادل – کاهش دارد

 

بررسي هر يك از اين آلاينده ها از نظر منابع ، غلظت و تاثيرات :

 

 

 

كربن منوكسيد :كربن منوكسيد (CO) يكي از فراوانترين و گسترده ترين آلوده كننده ها است كه اتمسفر پايين يافت ميشود كربن منوكسيد گازي است كه در تمام دماهاي بالاتر از نقطة جوشش (C 192 ـ ) بي رنگ ، بي بو و بي مزه است . چگالي آن 5/96 درصد هوا است و به طور قابل ملاحظه اي غير قابل حل درآب مي باشد . اين گاز قابل اشتعال است و با شعلة آبي مي سوزد .

 

اهميت CO ناشي از فعاليت هاي انسان ( منابع مصنوعي ):عليرغم سهم كوچك اين منابع در مقام مقاسيه با انتشار جهاني CO (4/9 درصد از كل ) ، تأثير منابع مصنوعي نيز نبايد ناديده گرفته شود . اطلاعات قبلي ، نمي توانند توجيه كننده اين واقعيت مهم باشند كه منابع طبيعي CO در سراسر جهان پخش شده اند ، در حالي كه منابع مصنوعي در مناطق بسيار كوچكي متمركز شده اند . براي مثال ، 95 تا 98 درصد از CO اتمسفري در يك منطقه شهري ناشي از فعاليت هاي انساني حاصل مي شود . اين مقادير CO به طور معمول 50 تا 100 برابر از مقادير مشخص جهاني (1/0 تا 5/0 ppm ) بالاتر است . اثر منابع مصنوعي درمشكلات آلودگي هوا ، به طور مقدماتي محصول دو خاصيت ، موقعيت و سرعت بالاي انتشار هستند . بنابراين باقيمانده بحث آلودگي CO دراين فصل روي منابع مصنوعي متمركز خواهد بود .

 

غلظت و توزيع CO :از آنجا كه اتومبيل به تنهايي توليد كنندة بزرگترين منبع آلودگي CO مي‌باشد (6/65 درصد)، مناطق پرجمعيت شهري غلظت بالايي از CO را نشان ميدهند . در چنين مناطقي غلظت CO بستگي به وضعيت فعاليتهاي روزانه جمعيت دارد . غلظت روزانه CO بستگي كامل به ميزان ترافيك دارد .

 

چهارنظريه جهت كنترل آلودگي حاصل از اتومبيل ها مدنظر است .

 

1ـ اصلاح موتورهاي احتراقي داخلي در جهت تقليل مقدار توليد آلودگيها در حين احتراق سوخت .

 

2ـ پيشرفت راكتورهاي سيستم اگزوزي كه فرآيند سوخت را كامل نموده و آلودگيها را به موادي قابل قبول تر نمايد .

 

3ـ ابداع و توسعه سوخت هاي مناسب تر كه آلودگيهاي كمتري را هنگام سوختن توليد نمايند .

 

4ـ اختراع امكانات و منابع توليد نيرويي كه جهت جايگزيني موتورهاي احتراق داخلي آلودگي كمتري ايجاد نمايد . ( نظير موتورهاي گاز سوز )

 

اصلاح كاربراتور ، مانع مي شود تا مخلوط هوا و سوخت كه ميزان سوخت آن بالا باشد به وجود مي آيد . همانطور كه در شكل 93 نشان داده شده ، مخلوطي كه مقدار سوخت آن زياد باشد به هنگام سوختن مقدار فراواني CO و HC توليد مي كند .

 

اكسيدهاي نيتروژن :هشت نوع متفاوت اكسيد ازت شناخته شده اند . ولي معمولاً فقط سه نوع آنها دراتمسفر يافت مي شوند .

 

اين سه نوع عبارت از : نيتروس اكسيد (N2O) نيتريك اكسيد(NO) نيتروژن دي اكسيد (NO2) است .

 

نيتروس اكسيد ، گازي ، بيرنگ ، غير قابل اشتعال و غير سمي بامزه و بوي نسبتاً خوب است .

 

نيتريك اكسيد نيز ، بيرنگ و غير قابل اشتعال ولي بي بو و سمي است .

 

نيتروژن دي اكسيد ، گازي است بارنگ قرمز ـ قهوه اي غير قابل اشتعال و بي بوي شديداً خفقان زا مشخص مي شود .

 

اكسيدهاي سولفور:سولفور اكسيدي كه به بيشترين مقدار دراتمسفر انتشار مي يابد سولفور دي اكسيد SO2 مي باشد . معمولاً مقدار كمي از سولفور تري اكسيد SO3 همراه سولور دي اكسيد است . ولي مقاديري بيشتر از حدود 1تا 2 درصد SO2 نمي باشد . مجموعة اين دو نوع اكسيدبا Sox نشان داده مي شود . سولفور دي اكسيد گازي بي رنگ و غير قابل اشتعال ، با نقطه ذوب و جوش به ترتيب c 5/75 ـ وc 0/10 ـ است . در غلظت هاي نزديك به ppm بوي زننده و سوزش آوري دارد . سولفور تري اكسيد گازي فوق العاده فعال و بي رنگ و به اساني به صورت مايع متراكم مي گردد (b.p =44/8c) . تحت شرايط معمولي هيچ SO3 در اتمسفر يافت نمي شود . چون كه سريعاً با رطوبت واكنش مي دهد و سولفوريك اسيد به وجود مي آورد.(H2SO4) .

 

تأثيرات Sox بر روي انسان ها :اغلب تأثيرات SO2 بر روي سلامتي انسان به ناراحتي هاي مستقيم تنفسي مربوط مي شوند . در شكل 94 برخي تأثيرات ازغلظت هاي SO2 داده شده است . سطوح SO2 لازم براي توليد عكس العمل هاي قابل مشاهده در انسانها خيلي بيشتر از سطوحي است كه باعث صدمه به گياهان مي شود . غلظت پايينتر از ppm 25تأثير شديد و آزار دهندة Sox عمدتاً به سطح فوقاني تنفسي و چشم ها محدود مي شود . تأثيرات تنفسي به سطح فوقاني از قابليت انحلال SO2 در آب است .

 

ذرات معلق :آلوده كننده هاي هوا كه در فصول گذشته مورد بحث قرارگرفتند ، همگي گاز بودند . نبايد تصور كرد كه تمامي ذرات آلوده كنندة هوا در حالت گازي هستند . به طور كلي به ذرات جامد كوچك و قطرات مايع ، ذرات معلق مي‌گويند كه در حال حاضر به شدت در آلودگيها و مسائل و مشكلات مربوط به آن سهيم مي باشند . آب خالص به صورت قطره اي ، تنها مايعي است كه از اين طبقه بندي مجزاست.

[Amin 6457]

روشهای کاهش آلودگی:(نویسنده و گردآورنده محمد رضا دانش بیات )

 

سوخت ها به چند طريق محيط زيست را آلوده می کنند:

 

1- گازهای سوخته شده حاصل از احتراق در موتور به خصوص زمانی که احتراق ناقص باشد

 

2- ايجاد رسوب در سيستم سوخت رسانی به خصوص هنگامی که موتور تنظيم نباشد

 

3- تبخير شدن سوخت ها و انتشار آنها در فضا البته حرارت محيط و موتور نقش موثری در افزايش تبخير شدن سوخت دارد .

 

کاهش دمای احتراق:قبلا متوجه شديم که افزايش دمای احتراق باعث تشکيل گازهای NOX می‌شود بنابراين از نقطه نظر کنترل آلودگی لازم است دماها ی احتراق کاهش يابد يکی از راهها تقليل دادن نسبتهای تراکم می باشد که با اين روش دماهای بالای احتراق کاهش يافته در نتيجه مقدار گاز NOx تقليل می يابد . در سالهای اخير به همين دليل نسبتهای تراکم در موتورها کاهش يافته است . كه اين كار با تصحيح كاربراتورها شروع و تا انژكتوري شدن موتورهاي بنزيني ادامه داشته است .

 

همچنين اين عمل کارايی موتور و صرفه اقتصادی را کم می کند . بهر حال شايد اينطور به نظر برسد پرداختن به تقليل مقدار گاز NOX در محيط ما خطا باشد .روشهای ديگری نيز برای کاهش گاز NOX مورد استفاده قرار می گيرند . يکی از آنها کاهش تشکيل گاز NOX هنگام گردش عادی موتور بوسيله فرستادن مقداری از گازهای خروجی سوخته شده بدرون موتور می باشد اين سيستم را گردش گازهای خروجی E. G. R گويند. سيستمهای ديگر کاهش تشکيل هنگام شتاب در دنده های سنگين و هنگام نيمه باز بودن دريچه‌های گاز و وضعيت خلاء زياد می باشد .

 

کاهش اثر گازهای خروجی:ممکن است گازهای خروجی از موتور بوسيله مخلوط سوخت و هوا مراحل احتراق و تميز نمودن گاز خروجی قابل کنترل باشد بعبارت ديگر امروزه اغلب موتورها از سيستمهای استاندارد کنترل گازهای خروجی که مبتنی بر ترکيب هر سه روش ذکر شده اند قرار دارند تا بتواند مقادير HC وCOو NOX را کاهش دهد .

 

کاهش اثرات گازهای خروجی به اين معناست که بايد عمل تميز کردن بعد از خروج گاز از سيلندرهای موتور و قبل از خروج از لوله اگزوز و ورود به هوای آزاد صورت پذيرد . دو روش در دنيا برای کاهش اثرات گازهای خروجی مورد استفاده قرار می گيرد :يکی سيستم تزريق هوا و ديگری مبدلهای کاتاليزوری می باشند .

 

يکی از وسائل سيستم سوخت رساني کاربراتور است که تنظيم آن بايد بعد از گرم شدن موتور به وسيله‌ سيستم سوخت رسانی پيچ کنترل دور آرام صورت گيرد .

 

کاربراتور بايد طوری تنظيم شود که هنگام کار در دور آرام و نيز در هنگام شتاب که دريچة گاز نيمه باز می شود مخلوط بنزين و هوا با نسبت صحيح به موتور برسد همچنين در هنگام کشيدن ساسات (راه اندازی درهوای سرد ) نيز کاربراتور بايد نسبت سوخت به هوابيشتر باشد .با انجام تغييراتی در طرح کاربراتور و حتی تغييراتی در کاربراتورهای موجود می توان به هدفهای فوق رسيد که در کاهش منو اکسيد کربن و هيدروکربورها در حالت کار در جا فوق العاده موثر باشد و برای اينکه از قدرت موتور کاسته نشود لازم است هوای ورودی به کاربراتور را گرم نمود . اصل اين عمل مبتنی به يک مبدل حرارتی است به طوری که از يک وسيله ای که در مسير لوله تخليه موتور تعبيه می شود انجام می گيرد.

 

در سه دهه اخير از سيستم هاي انژكتوري بر روي خودروها استفاده مي‌شود . (متاسفانه اين امر در كشور ما سابقه اي بسيار كوتاهتر از كشورهاي پيشرفته دارد.) همانطور كه بررسي كرديم كارايي بسيار بالاتري از كاربراتور دارند كه يكي ديگر از اين عملكردهاي مناسبتر انژكتور نسبت به كاربراتور كاهش بسيار خوب مقدار گازهاي خروجي از اگزوز اتومبيل مي‌باشد.

 

منابع:

1-آلودگي محيط زيست : هوا – آب – خاك – صوت ، تاليف : دكتر مينو دبيري استاديار گروه شيمي دانشگاه شهيد بهشتي .

2-اصول كاركرد موتورهاب بنزيني انژكتوري ؛ مترجم: مهندس سيدهادي رياضي .

3-سيستم هاي تزريق سوخت الكترونيكي ؛ اتومبيل هاي بنزيني با كنترل ، مترجم : دكتر مسعود پهلوان شريف .

4-خودرو و محيط زيست : تاليف : مهندس سيد محمود صادقي .

5-سيستم و تجهيزات كنترل آلودگي : هوا در خودروها . تاليف :مهندس سيروس صالحوند .

6-موتورهاي احتراق داخلي ؛ تاليف : آر . آر . رگفسكي . ترجمه : كوروش امير اصلاني فرامرز آشناي قاسمي و مهرداد نوري خاجوي .

7-مهندس محيط زيست ؛ تاليف : مهندس مجيد عباس پور .