آپلود عکس


آپلود عكس

آپلود عكس

آموزش خودروی گازسوز CNG - مکانیک خودرو


مکانیک خودرو
خودرو وشناسایی قطعات وعیب یابی آنها
قالب وبلاگ

 خودروی گازسوز CNG



مقدمه...........................................................................صفحه 5

بخش اول

سوختها و ویژگیهای آنها.......................................................صفحه 9 

انتخاب بهترین سوخت برای مصرف در خودرو..................صفحه17

 

بخش دوم

تاریخچه استفاده از گاز طبیعی در جهان و ایران..............صفحه 20

ترکیبات گاز طبیعی..................................................صفحه 22

کیفیت گاز طبیعی به عنوان سوخت خودرو..............صفحه 23

عملکرد احتراقی گاز طبیعی.....................................صفحه 25

مزایای گاز طبیعی....................................................صفحه 31

مزایای اقتصادی.......................................................صفحه 31

آلایندگی خودروهای گازسوز...................................صفحه 36

ایمنی در خودروهای گازسوز...................................صفحه 44

معایب و مشکلات گاز طبیعی.....................................صفحه 45

 

 

بخش سوم

انواع ایستگاه های سوخت رسانی CNG....................صفحه 48

تجهیزات ایستگاههای سوخت گیری CNG...............صفحه 50

کمپرسور....................................................................صفحه 50 

لوله کشی...................................................................صفحه 54

مخازن.........................................................................صفحه 56

خشک کن.................................................................صفحه 59

فیلترها.......................................................................صفحه 62

توزیع کننده..............................................................صفحه 63

 

بخش چهارم

طبقه بندی خودروهای گازسوز.................................صفحه 68

انواع کیتهای تبدیل..................................................صفحه 75

اجزای کیتهای گازسوز..............................................صفحه81

مخازن ذخیره.............................................................صفحه 81

آزمونهای مخازن CNG...............................................صفحه87

لوله ها... ....................................................................صفحه 92

رگلاتور......................................................................صفحه 93

سوئیچ تبدیل.................................................................صفحه97

میکسر......................................................................صفحه 100

اجزای سیستم مدار بسته..........................................صفحه 100

واحد کنترل الکتریکی...........................................صفحه 101

سیستم کنترل لامبدا.................................................صفحه 102

پیش انداز جرقه......................................................صفحه 104

شبیه ساز الکتریکی.................................................صفحه 105

حسگرها...................................................................صفحه 106

شیرهای CNG.........................................................صفحه 108

شیرهای سلونوئیدی.................................................صفحه 110

شیرسوختگیری.........................................................صفحه 112

شیرمخزن.................................................................صفحه 112 

موتور پله ای..........................................................صفحه 113

 

بخش پنجم

تجربه عملی گازسوز کردن خودروها در نیوزلند............صفحه 115

تجربه عملی گازسوز کردن خودروها در آمریکا........................صفحه 116

دلایل انتخاب CNG درایران...........................................صفحه 120

 

 

 

«مقدمه»

وجود منابع محدود سوختهای فسیلی و همچنین تصویب استانداردهای سختگیرانه آلایندگی توسط سازمانها و نهادهای زیست محیطی، باعث شد تا سازندگان و طراحان خودرو در کشورهای مختلف جهان به سمت استفاده از سوختها و مولدهای قدرت جایگزین روی بیاورند.

طراحی و تولید خودروهای الکتریکی و خورشیدی و همچنین استفاده از سوختهای جایگزین فسیلی از جمله اقداماتی بود که در این زمینه صورت گرفت.

به دلیل وجود مشکلاتی، چون محدودیت پیمایش، کم بودن عمر باتریها و سرعت حرکت، خودروهای الکتریکی و خورشیدی توسعه چندانی پیدا نکردند و تحقیقات بیشتر روی تولید سوختهای جایگزین متمرکز شد.

در این راستا کیفیت بنزینها بهبود یافت و سوختهای پاک تری چون بیودیزل، الکل، LPG، گاز طبیعی و هیدروژن تولید و به صورت آزمایشی و محدود مورد استفاده قرار گرفتند.

در این میان، مزایایی چون دسترسی آسانتر، فراوانی منابع،ارزانتر بودن و همچنین آلایندگی کمتر گاز طبیعی، باعث شد تا این سوخت نسبت به سایر سوختها، بیشتر مورد توجه متخصصان امر قرار گیرد و کاربرد آن در خودرو به عنوان سوخت مصرفی گسترس پیدا کند. بطوریکه  در سالهای اخیر بسیاری از کشورها چون ایتالیا،آرژانتین و برزیل استفاده از گاز طبیعی را توسعه داده و سعی نموده اند یک استراتژی مشخص جهت توسعه اهداف CNG تدوین نمایند.

در ایران نیز، متخصصان وکارشناسان به علت آلودگی بسیار بالای محیط زیست خصوصاً در شهرهای بزرگ و مصرف و تولید بالای خودرو و نتیجتاً‌ مصرف بالای سوخت، به دنبال سوختی ارزان و پاک برای کاربرد در کنار بنزین بودند، که در مجموع CNG مورد توجه قرار گرفت.

در این پروژه، ابتدا با بررسی انواع سوختها و مقایسه آنها با یکدیگر از جهات مختلف، بهترین سوخت برای مصرف در خودرو را معرفی می کنیم. سپس در ادامه با بیان تاریخچه مختصری از صنعت CNG در جهان و ایران، مزایا و معایب آن نسبت به سوختهای مایع نظیر بنزین و گازوئیل به تفسیر مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین انواع ایستگاههای سوختگیری گاز طبیعی فشرده و خودروهای گازسوز به همراه کیت گازسوز آنها نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. در پایان هم تجارب بعضی از کشورها در زمینه استفاده از خودروهای گازسوز بیان شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

     

          

 

 

 

 

 

 

 

در این بخش به معرفی انواع سوختهای رایج و مورد مصرف در خودروها و نیز گزینه های تحت مطالعه و تحقیق پرداخته و آنها را از جهات مختلف مورد بررسی و مطالعه قرار دهیم . سپس با توجه به اطلاعات و داده های به دست آمده برای هر سوخت و معیارهایی که سوختها را با آن می سنجند، بهترین سوخت را برای استفاده در خودرو معرفی  می کنیم.

قبل از این کار، به توضیح مفهوم «چاه تا چرخ» که در بررسی سوختها از آن استفاده می شود، می پردازیم :

در یک سوء تفاهم همگانی، عموم مردم به انرژی مربوط به سوخت یا آلایندگی آن، فقط هنگام سوختن در موتور و وسیله نقلیه توجه می کنند. همین سوء تفاهم درباره ایمنی و هزینه های سوخت نیز وجود دارد. در حالی که ممکن است سوختهایی که انتشار آلایندگی کمی از خودروها دارند، در مرحله تولید به شدت آلودگی ایجاد نمایند و یا حمل ونقل و ذخیره سازی سوختهایی که برای موتورهای درون سوز بسیارمناسب اند، دشوار و پر هزینه باشد.

در مقایسه سوخت خودروها، برخلاف این وضعیت، باید تمام پیشینه سوخت از مواد خام مصرفی تا استفاده از انرژی آن مد نظر قرار بگیرد. تمامی مراحل عرضه سوخت در زنجیره کامل«چاه تا چرخ» قرار می گیرد. این زنجیره دارای پنج مرحله است که عبارتند از:

- تولید ماده خام یا اولیه

- حمل ماده اولیه

- تولید سوخت

- توزیع سوخت

- مصرف در وسیله نقلیه

 

 

 

 

 

 

«سوختها و ویژگیهای آنها»

 

بنزین:

 

بنزین از پالایش نفت خام به دست می آید و بیشترین سهم را در میان سوختهای مصرفی در خودرو به خود اختصاص داده است، بطوریکه استفاده از آن در مقیاس وسیع موجب قیمت ارزان و توسعه تجهیزات و امکانات مربوط به آن مانند پالایشگاهها،موتور خودروها، کاتالیزگرهای اگزوز و زیر ساختهای خدماتی گردیده است.     

چگالی انرژی نسبتا بالا، آن را به عنوان سوختی بسیار مناسب در موتورهای SI معرفی کرده است. اما عدد اکتان آن(که در حدود 87 است) نسبت به سوختهای دیگری که در این موتورها استفاده می شود، کمتر است که این امر موجب محدود شدن نسبت تراکم (حداکثر میزان نسبت تراکم یازده است) و در نتیجه راندمان حرارتی در این گونه موتورها می گردد.

در مقایسه با سایر سوختها میزان مصرف انرژی چاه تا چرخ بنزین در خودروهای سبک کار در حد متوسط است. از نظر آلودگی، میزان انتشار NOX چاه تا چرخ در خودروهای بنزینی نسبتا کم، ولی انتشار CO در آنها نسبتا بالاست. همچنین ریختن بنزین روی زمین و یا تبخیر شدن آن درهوا، باعث ایجاد آلودگی درآب، خاک و هوا می گردد.

امروزه به منظور کاهش آلاینده های خروجی از اگزوز خودروهای بنزین سوز و انتشار تبخیری، از بنزین با فرمول بندی مجدد استفاده می کنند. برای این کار به طور همزمان چندین عامل بنزین رایج را تغییر داده، تا سوختی با ویژگیهای بهتر به دست آید. فرمول بندی مجدد عموما شامل دست کم افزودن مواد اکسیژن دار مانند MTBE و ETBE و کاهش آروماتیکها، بنزن، اولفینها و نیز کاهش دمای تبخیر است.

جهت ذخیره سازی بنزین در خودرو از مخازن فلزی و یا پلاستیکی استفاده می کنند، که نوع مواد استفاده شده در ساخت آنها، باید با سوخت سازگاری داشته باشد.

 

گازوئیل:

 

گازوئیل نیز از پالایش نفت خام به دست می آید و به لحاظ مصرف در خودرو بعد از بنزین دومین جایگاه را به خود اختصاص داده است. این سوخت در مقایسه با بنزین ارزانتر و ایمن تر است و دارای چگالی انرژی بالاتری هم می باشد. البته عدد ستان آن نسبت به سوختهای دیگر مورد استفاده در موتورهای CI کمتر است.

مصرف انرژی چاه تا چرخ گازوئیل کمتر از همه سوختها است و انتشار HC و CO آن نسبتا کم است، در حالی که انتشار NOX و PM مربوط به آن زیاد است.

کنترل انتشار آلاینده ها در مورد گازوئیل هم مانند بنزین موجب شده، که از گازوئیل با فرمول بندی جدید استفاده کنند. برای این کار محتوای گوگرد موجود در سوخت را کاهش می دهند، که  در نتیجه آن انتشار SO2 وpm  به طرز چشمگیری کاهش پیدا می کند.

برای ذخیره سازی گازوئیل در خودرو از مخازن فلزی استفاده می کنند، که اندکی کوچکتر از مخزن بنزین است، زیرا چگالی انرژی آن بالاتر از بنزین می باشد.

 

گاز مایع (C3H3)

 

LPG رایجترین سوخت جایگزین برای موتورهای SI می باشد ، ولی نقش اندکی در کل مصرف انرژی حمل ونقل جاده ای به خود اختصاص داده است. به علت اینکه میزان عرضه این سوخت بیشتر از نیاز بازار است، قیمت آن در سطح پایینی باقی مانده است.

عدد اکتان بالای آن موجب می شود موتورهای با سوخت LPG نسبت به موتورهای بنزینی نسبت تراکم بیشتر و در نتیجه بازده حرارتی بالاتری داشته باشند.، اما خودروهای سبک کار تبدیل یافته با سوخت LPG، این امتیاز را ندارند و دارای  بازده حرارتی کمتری نسبت به حالت بهینه هستند.

مصرف انرژی چاه تا چرخ مربوط به LPG کمتر از بنزین، و بیشتر از گازوئیل است. در خودروهای سبک کار انتشار NOX چاه تا چرخ نزدیک به ارقام مربوط به بنزین است، ولی انتشار آلاینده های دیگر مربوط به آن کمتر است. در خودروهای سنگین کار انتشار کم ذرات ریز بارزتر است.

چون LPG در دما فشار معمولی به صورت گاز است آن را در فشاری در حدود 6 تا 8 بار به مایع تبدیل می کنند و سپس در مخازن تحت فشار ذخیره می کنند. مخزن ذخیره LPG تقریبا دو برابر حجم و 1.5 برابر وزن مخزن بنزین برای یک میزان انرژی برابر را  دارد.

این سوخت به عنوان سوختی عموما ایمن تلقی نمی شود چرا که سنگیتر از هواست و در صورت نشتی ، بخار آن در سطح زمین پخش شده و خطر انفجار افزایش می یابد.

 

گاز طبیعی(CH4)

 

گاز طبیعی، که بخش عمده آن را متان تشکیل می دهد، تنها سوختی است که برای استفاده به عنوان سوخت خودرو، نیاز به هیچ نوع فراوری ندارد و توسط طبیعت در پوسته زمین به وجود آمده است. (تولید گاز طبیعی فقط نیاز به رطوبت گیری و حذف هیدروژن سولفید(H2S) از گاز ترش دارد).

با وجود اینکه کشورهایی چون ایتالیا، آرژانتین، روسیه، ایران و آمریکا دارای ناوگان خودرویی با سوخت گاز طبیعی اند، اما این سوخت هنوز هم سوخت مهم خودرو به شمار نمی رود.

گاز طبیعی مانند LPG، عدد اکتان بالایی دارد، که موجب افزایش نسبت تراکم  و بالا رفتن بازده گرمایی موتور به میزان 10 درصد نسبت به موتور بنزینی می شود. اما بازده خودروهای تبدیل یافته با سوخت گاز طبیعی 15 تا 20 درصد کمتر از خودروهای بنزینی است.

مصرف انرژی چاه تا چرخ آن در حد LPG است. انتشار آلاینده های چاه تا چرخ در این سوخت کم است، به جز هیدروکربنها، که ناشی از نشت گاز در طول زنجیره سوخت است.

گاز طبیعی از نظر ایمنی نسبت به LPG برتری دارد، زیرا سبکتر از هواست و دمای اشتعال آن نیز بالاست، و در صورت نشت خطر انفجار آن کمتر است.

چون گاز طبیعی در دما و فشار معمولی به صورت گاز است، دانسیته انرژی پائینی دارد که این باعث کاهش مسافت رانندگی می گردد، برای رفع این مشکل در حال حاضر سه روش ANG، LNG وCNG برای ذخیره سازی گاز طبیعی در خودرو به کار گرفته می شود. که در این میان CNG رایجترین روش مورد استفاده می باشد.

 

 

 

 

 

متانول(CH3OH)

 

متانول مایعی بی‌رنگ، بی بو، سمی و قابل اشتعال است که معمولا از گاز طبیعی تهیه می شود. متانول را از زیست توده (مواد سلولزی و بیشتر چوب) نیز می توان تولید کرد، ولی چون هنوز توجیه اقتصادی ندارد، این روش مورد استفاده قرار نمی گیرد.

  متانول خام بر حسب نوع استفاده، تا درجات مختلف از طریق عملیات تقطیر، خالص‌سازی  می گردد. مشتقات این ماده، فرمالدئید، متیل ترشری بوتیل اتر (MTBE) و اسید استیک می‌باشد. همچنین متانول مصارف پراکنده دیگری نیز به‌عنوان حلال، شوینده شیشه اتومبیل، سوخت و بازیافت‌کننده پساب‌ها، دارا است.

هزینه تولید متانول از بنزین بیشتر و چگالی آن هم کمتر است، اما عدد اکتان کاملا بالایی دارد. به عنوان یک سوخت مایع ، کاربرد آن در مخلوط با بنزین برای استفاده در خودروهای چندگانه سوز با موتورهای SI است. در موتورهای CI خودروهای سنگین کار به صورت تقریبا خالص قابل استفاده است، اما چون عدد ستان آن کم است، نیاز به سازگار کردن دارد.

مصرف انرژی چاه تا چرخ متانول نسبتا بالاست، به ویژه در حالتی که منشا آن زیست توده باشد. انتشار چاه تا چرخ هیدروکربنها هم، خصوصا برای متانول از گاز طبیعی بالاست. اما انتشار CO2 چاه تا چرخ متانول از زیست توده می تواند بسیار کم باشد.

در حال حاضر دو نوع متانول در بازار برای مصرف در خودرو وجود دارد:

 M85 که ترکیبی از 85 درصد متانول و 15 درصد بنزین بدون سرب است و M100 که 100 درصد متانول است.

M85 به عنوان سوخت جایگزین درخودروهای سبک مورد استفاده قرارمی گیرد، در حالی که ازM100 درخودروهای سنگین مانند کامیونها و اتوبوسها و همچنین خودروهای الکتریکی استفاده می شود.                                                                 

استفاده از متانول به عنوان سوخت جایگزین در موتورهای احتراق داخلی باعث کاهش راندمان حرارتی  و پوسیدگی در سیستم سوخت رسانی می شود، به همین علت امروزه از آن تنها برای تولید هیدروژن در FCEV ها استفاده می شود. بدین صورت که با گذشتن متانول ذخیره شده در مخزن خودرو از reformer هیدروژن تولید شده و از واکنش آن در پیل سوختی با اکسیژن انرژی الکتریکی لازم برای حرکت خودرو تولید می گردد.

طبق آمار به دست آمده تا سال 2004 در حدود 21800  خودرو سبک با سوخت M85 و بیش از 400 خودروی سنگین با سوخت M100 و همچنین 40000 خودرو با پیل سوختی متانولی توسط شرکتهای معتبر خودروسازی از جمله فورد، کرایسلرو بنز طراحی و ساخته شده است و بر اساس پیش بینی های صورت گرفته تا سال  2020 میلادی تعداد خودروهای با پیل سوختی متانولی به 35 میلیون دستگاه خواهد رسید.

 

اتانول(C2H5OH)

 

گرچه خواص اتانول بسیار شبیه متانول است، اما معمولا به جای گاز طبیعی از زیست توده تولید می شود.

هزینه های تولید اتانول سه تا پنج برابر تولید بنزین است، که بستگی زیاد به هزینه های ماده خام دارد. اتانول به دو شکل مورد استفاده قرار می گیرد:

هم به عنوان سوخت درموتورهای SI و CI کاربرد دارد، و هم پس از تبدیل به ETBE به عنوان افزودنی بدون کوبش به جای سرب به بنزین اضافه می شود.(منشا تجدید پذیر آن به عنوان زیست توده دلیل اصلی استفاده از این افزودنی به جای MTBE است)

اتانول نیاز به مخزنی 50 درصد بزرگتر و 65 درصد سنگین تر از بنزین دارد، تا معادل آن انرژی تولید کند. چگالی انرژی اتانول بیشتر از متانول است، اما در مقایسه با بنزین و گازوئیل کمتر است.

 چون اتانول عدد اکتان پایین تری نسبت به متانول دارد، راندمان حرارتی آن پایین تر است. 

  مصرف انرژی چاه تا چرخ اتانول، به ویژه زمانی که از مواد سلولزی تهیه می شود بالاست ، ولی چون از زیست توده تولید می شود، انتشار CO2 چاه تا چرخ آن از بنزین و گازوئیل کمتر است. انتشار CO  و HC آن در مقایسه با بنزین در خودروهای سبک کار کمتر و در مقایسه با گازوئیل در خودروهای سنگین کار بیشتر است.

 از دیدگاه ایمنی، متانول واتانول هر دو نسبت به بنزین و گازوئیل در دامنه وسیع تری ازمخلوط هوا – سوخت قابلیت اشتعال دارند. در دمای محیط متانول و اتانول به راحتی بخار قابل انفجاری را روی سطح سوخت درون مخزن تشکیل می دهند ولی در تصادف، خطرانفجار آنها کمتر از بنزین است، زیرا سرعت تبخیر آنها موجب می شود غلظتشان در هوا کم باشد و قابل انفجار نشود.

 

بیو دیزل

 

بیو دیزل عنوان گروهی از روغنهای گیاهی استری شده است که از فراورده های کشاورزی حاوی روغن تولید می شود. مهمترین این محصولات تخم کلم، لوبیای سویا، تخم آفتاب گردان و میوه نخل است.

با توجه به خواص بیودیزل که بسیار شبیه به گازوئیل است، بیو دیزل را می توان مستقیما در خودروهای گازوئیلی فعلی به کار برد.

محتوای انرژی آن حدود 8 درصد کمتر است، اما با چگالی سوخت بیشتر و عدد ستان بالاتر کیفیت احتراق بهتری دارد.

انرژی مصرفی چاه تا چرخ بیودیزل بیشتر از گازوئیل اما عموما کمتر از بنزین است. انتشار آلایندگی چاه تا چرخ آن بسیار مشابه انتشار آلاینده ها در گازوئیل است بطوریکه انتشار NOX و ذرات ریز در آن زیاد، اما CO و هیدروکربنها نسبتا کم است. البته لازم به ذکر است که انتشار CO2 از چاه تا چرخ آن کم است، زیرا بیودیزل از زیست توده به دست می آید.

استفاده و کار با بیودیزل ایمن است. خطر پذیری و ریسک بهداشتی بیودیزل برای انسان و حیوانات کمتر از گازوئیل است و به دلیل زیست تخریب پذیری کمتر برای محیط زیست هم کمتر زیانبار است.

ذخیره سازی بیودیزل مشابه گازوئیل است و در دامنه خودرویی معادل، وزن سوخت بیودیزل تقریبا 15 درصد بیشتر از گازوئیل است، اما حجم مخزن فقط باید 9 درصد افزوده شود. رسوبات ناشی از بیودیزل، تعویض فیلتر بیشتر و تمیز کردن مخزن در فواصل زمانی کمتر را ضروری می سازد و قطعات الاستومتری سیستم سوخت رسانی نیز باید از نوع مقاوم در برابر بیو دیزل انتخاب شود.

 

 

 

هیدروژن(H2)

 

هیدروژن سوختی به صورت گاز است و تقریبا از تمام مواد اولیه حاوی هیدروژن می توان آن را به دست آورد. دو روش اصلی تولید آن، یکی الکترولیز آب و دیگری تبدیل به بخار یا گازی کردن مواد خام هیدروژن دار است. گاز طبیعی مهمترین ماده خام تولید هیدروژن به روش    تبدییل با بخار است، که طی این فرایند گاز طبیعی به گاز سنتز تبدیل می گردد و سپس دی اکسید کربن و مونوکسید کربن از آن حذف می شود. مواد خام دیگر برای تبدیل با بخار شامل LPG و نفت است. روغنهای سنگین، زغال سنگ و به صورت بالقوه زیست توده را می توان از طریق گازی کردن به هیدروژن تبدیل نمود.

هیدروژن به ویژه در مرحله تولید، بیشترین مصرف انرژی چاه تا چرخ را دارد. انتشار آلاینده  - ها از چاه تا چرخ بستگی بسیار زیاد به روش تولید دارد، و انتشار آلاینده ها از خودرو، جز NOX از موتورهای درون سوز، قابل چشم پوشی است.

عدد اکتان هیدروژن بالاست و موتور هیدروژن سوز در مقایسه با نوع مشابه بنزینی بازده گرمایی بیشتری دارد. در موتورهای SI و پیل سوختی می توان از هیدروژن استفاده کرد، ولی هم سوخت و هم خودروها گرانتر از نوع رایج اند.

هیدروژن انرژی اشتعال بسیار کمی نیاز دارد و حدود اشتعال پذیری آن بسیار وسیع است، بنابراین ایمنی ذخیره سوخت در خودرو مسئله اصلی در فضاهای بسته است، اما با ضوابط و معیار های کافی می توان از حوادث جلوگیری کرد. عوامل ایمنی در محیط باز مشابه همان سوختهای رایج است زیرا هیدروژن سبک است و در صورت نشت به سمت بالا حرکت می کند،

اما در فضاهای بسته بسیار خطرناک است. در دامنه وسیعی از مخلوط سوخت – هوا ( از بسیار رقیق تا بسیار غنی ) به سرعت محترق می شود.

دو روش برای ذخیره سازی هیدروژن در خودرو فعلا مورد توجه جدی است: ذخیره هیدروژن به صورت هیدرید و هیدروژن مایع.

گزینه سوم یعنی ذخیره سوخت به صورت گاز تحت فشار بالا در عمل برای خودرو مشکل ساز است، زیرا مخزن حجمی معادل بیست برابر مخزن بنزین خواهد داشت.

 

 

دی متیل اتر 

 

دی متیل اتر به تازگی به عنوان سوخت خودرو مطرح شده است. تولید  آن بسیار شبیه به روش تولید متانول است و مانند متانول از گاز طبیعی یا زیست توده به عنوان ماده خام استفاده می شود

تا گاز سنتز تهیه شود و سپس DME در فرایندی موسوم به سنتز اکسیژن دار تشکیل می گردد.

 عدد ستان بالا (بیشتر از گازوئیل) موجب می شود که DME سوخت مناسبی برای موتورهای CI باشد، و در کارایی موتور با سوخت گازوئیل رقابت کند. DME گرانتر از بنزین است و احتمالا همین طور باقی می ماند، اما در دراز مدت ممکن است به لحاظ قیمت با گازوئیل قابل رقابت باشد.

چون DME به تازگی به عنوان سوخت خودرو مطرح شده است، داده های مربوط به مصرف انرژی و انتشار آلاینده ها در مورد آن کم است. می توان فرض کرد که مصرف انرژی آن در تولید تقریبا مانند متانول است. مصرف انرژی آن در خودروهای سبک کار به طور قابل ملاحظه ای کمتر از بنزین است. داده های مربوط به انتشار آلاینده ها از خودرو با سوخت DME   دامنه ای بین بسیار کم برای تمام اجزاء آلاینده تا معادل گازوئیل برای انتشار CO و HC و معادل بنزین برای NOX و PM دارد.

DME برای انسان سمیتی ندارد، اما چشم و دستگاه تنفس را تحریک می کند.

ذخیره سازی در خودرو شبیه LPG است، بدین صورت در فشار حدود 6 بار آن را به صورت مایع در مخزن تحت فشار ذخیره می کنند. برای محتوای انرژی معادل، مخزن DME نسبت به بنزین 66 درصد بیشتر و 47 درصد وزن بیشتری دارد.

 لازم به ذکر است که پمپ سوخت باید فشار سوخت را به 12 تا 30 بار برساند تا از تبخیر DME در مسیر سوخت جلوگیری شود.

 

 

 

 

 

 

«انتخاب بهترین سوخت برای مصرف در خودرو»

 

بهترین سوخت یا سوخت آرمانی، ضمن آنکه تمام امتیازات سوختهای رایج فعلی را در بر دارد، نباید هیچکدام از عیبها و نقائص آنها را داشته باشد، ولی با وجود تحقیقات صورت گرفته، تاکنون چنین سوختی توسط بشرتولید نشده است. در این قسمت هدف اینست که از میان سوختهای معرفی شده دربخش قبلی، بهترین سوخت را برای مصرف در خودروهای سبک کار به گونه ای انتخاب کنیم که همزمان با هزینه های منطقی، بتواند با معیارهای تعریف شده برای میزان انتشارآلاینده ها و قابلیت قطع وابستگی به نفت مطابقت داشته باشد.

معیارهای دراز مدت که برای بهترین سوخت در خودروهای سبک کار در نظر گرفته می شوند به ترتیب زیر می باشد:

-         هر سوخت باید براساس جدول زیر با استاندارد ULEV کالیفرنیا( خودرو با آلایندگی بسیار کم) برای میزان انتشار آلاینده ها در مورد انتشار محلی مطابقت داشته باشد.

آلاینده

CO

NOX

فرمالدئید

استاندارد ULEV

1.7( g/mile)

0.04( g/mile)

0.008( g/mile)

 

-         باید انتشار گازهای گلخانه ای را از چاه تا چرخ به میزان 50 درصد در مقایسه با    خودروهای بنزین سوز کاهش دهد.

-         سوختی وابستگی به نفت را کاهش می دهد که قابلیت جایگزینی به میزان 10 درصد مصرف سوخت خودروها در سطح جهان را داشته باشد.

-         هزینه های چاه تا چرخ نباید از 1/1 برابر هزینه های مربوط به بنزین تجاوز نماید.

 

سازمان خدمات اطلاعاتی سوخت خودروها (AFIS)، وابسته به آژانس بین المللی انرژی که اجرای موافقتنامه برای سوختهای پیشرفته موتور را به عهده دارد، در زمینه انتخاب بهترین سوخت، مطالعات و تحقیقات گسترده ای را روی انواع سوختهای مصرفی در خودرو ، انجام داده است، که نتایج این تحقیقات به صورت نمودار زیر، توسط آژانس بین المللی انرژی منتشر شده است:

 

با توجه به نمودار بالا و همچنین معیارهای در نظر گرفته شده برای انتخاب بهترین سوخت به نتایج زیر می توان رسید :

- DME از گاز طبیعی، جایگزین خوبی برای بنزین و گازوئیل است. با معیارها مطابقت دارد و در دراز مدت می تواند به قیمتی قابل مقایسه با بنزین عرضه شود.

- LPG و CNGو متانول در صورتی که گازهای گلخانه ای منتشره از آنها به سطحی پایین تر تقلیل داده شود با معیارها مطابقت دارند. متانول از سلولز، در صورتی که ظرفیت ماده خام به اندازه کافی گسترش یابد چنین خواهد بود. هزینه های این سوختها احتمالا در دراز مدت از هزینه های بنزین چندان بیشتر نخواهد شد.

- هیدروژن هم با معیار مطابقت خواهد داشت، اما هزینه های دراز مدت آن در دسترس نیست. 

 

نتیجه گیری:

واضح است که، استفاده گسترده و همه جانبه از اغلب سوختهای جایگزین معرفی شده، نیازمند بکار گیری تکنولوژیهای جدید و تغییرات اساسی در زیر ساختهای تهیه و توزیع و همچنین فرهنگ سازی عمومی می باشد، که این خود زمان و هزینه زیادی را می طلبد.

از طرفی برای رفع سریع و کوتاه مدت مشکلات اقتصادی و زیست محیطی ناشی از سوختهای فسیلی رایج، باید از بین  سوختهای جایگزین تولید شده، سوختی را برگزید که علاوه بر فراوانی و سادگی تولید، حداقل مشکلات مذکور را داشته باشد، که در نهایت گاز طبیعی مورد توجه قرار گرفت. 

امروزه استفاده از این سوخت در بسیاری از صنایع از جمله صنعت خودرو روز به روز گسترش می یابد و بسیاری از کشورها از جمله ایران در این زمینه سرمایه گذاری های زیادی را انجام  داده اند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

 

 

 

 

 

تاریخچه استفاده از گاز طبیعی در جهان و ایران

______________________________________________________

عموم مردم براین باورند که، استفاده از گاز طبیعی درخودرو، تکنولوژی جدیدی است که  در چند سال اخیر به وجود آمده و گسترش یافته است، درحالی اینگونه نیست و به کار گیری  گاز طبیعی در خودرو از قدمتی 70 ساله برخوردار است.

در آستانه جنگ جهانی دوم کشور ایتالیا که در اندیشه خودکفایی در جنبه های مختلف اقتصادی و اجتماعی بود، تحقیقاتی را در زمینه راه اندازی خودروهایی با سوخت گاز طبیعی آغاز کرد، که در پی آن در سال 1930 میلادی تعداد زیادی از خودروهای این کشور به سیستم سوخت رسانی گاز طبیعی مجهز شدند. به دنبال آن، کشورهای دیگری مانند آرژانتین، ژاپن، آمریکا و روسیه نیز بخشی محدودی ازخودروهای خود را گازسوز کردند.

در آن زمان فرآیند گازسوز کردن خودروها به علت فراوانی و ارزانی بنزین و همچنین وجود مشکلات فنی در خودروهای تبدیل یافته، رشد چندانی پیدا نکرد.

تا اینکه در پی افزایش بهای نفت و انرژی در آغاز دهه 1970 روند گازسوز کردن خودروها بیشتر مورد توجه قرار گرفت، ولی دیری نپایید که با کاهش بهای نفت این روند  دچار رکود و بحران شد.

در آغاز دهه 1990 بود که در پی تصویب استانداردهای زیست محیطی و محدودیت ذخائر نفتی و همچنین پیشرفتهای فنی صورت گرفته در صنعت خودرو، استفاده از گاز طبیعی به عنوان سوختی پاک و ارزان مورد توجه بسیاری از دولتها و شرکتهای بزرگ خودروسازی در جهان قرار گرفت، بطوریکه امروزه در دست کم 26 کشور جهان، وسائل نقلیه گازسوز درحال تردد هستند، که عمده این خودروها ازحالت سوخت گازوئیل یا بنزین تبدیل شده است.

در ایران هم سابقه استفاده از وسائل نقلیه CNG سوز به حدود سال 1356 باز می گردد. در آن سال طرح گازسوز کردن خودروها بصورت آزمایشی در شهر شیراز با تبدیل 1200 دستگاه سواری  تاکسی به مرحله اجرا در آمد، اما در اوج دوران انقلاب و تا سال 1359 به دلیل کمبود وسایل و قطعات یدکی جایگاهها، به تدریج کلیه تاکسی های گاز سوز، سیستم گازسوز خود را تحویل داده و دوباره از بنزین به عنوان سوخت استفاده کردند.

مجددا در سال 1361 بررسی علمی- تحقیقاتی گازسوز نمودن موتورهای احتراق داخلی از سوی وزارت صنایع سنگین مطرح شد و به دنبال آن تحقیقات علمی در این زمینه در سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران (گروه موتورهای احتراق داخلی)، پژوهشگاه صنعت نفت(گروه سوخت و احتراق)، دانشکده های فنی دانشگاه تهران و تبریز با مشارکت کارخانجات ایران خودرو و ایدم تبریز آغاز گردید.

به دنبال این تحقیقات قدمهای بسیار مؤثری تاکنون برداشته شده است، که می توان به  طرح گازسوز کردن 2000 دستگاه تاکسی در شهر مشهد و طرح گازسوز کردن موتورهای دیزلی           OM-360  و OM-355 اشاره کرد.

واحد سوخت و احتراق پژوهشگاه صنعت نفت وابسته به شرکت ملی نفت ایران نیز در زمینه کاربرد سوختهای گازی در موتورهای دیزلی و بنزینی تحقیقات زیادی انجام داده است که از آن جمله می توان به دوگانه سوز نمودن( CNG - دیزل) موتورهای OM-314 مینی بوس و OM-360 اتوبوس، با استفاده از سیستمهای الکترونیکی تزریق گاز طبیعی نام برد. طرح مزبور با همکاری شرکت ملی گاز ایران ، شرکت واحد اتوبوسرانی تهران، پژوهشگاه صنعت نفت و شرکت AFS کانادا انجام گرفته است .

با نگرشی کلی بر تاریخچه گاز سوز نمودن موتورهای احتراق داخلی درایران مشخص      می شود که علی رغم وجود ذخایرغنی گاز، متاسفانه درسالهای گذشته در کشور ما تلاشهای مختصری در زمینه استفاده از این ماده به عنوان سوخت خودرو صورت گرفته است.

 

 

 

ترکیبات گاز طبیعی

______________________________________________________

گاز طبیعی ترکیبی از هیدروکربنها است، که از چاههای گاز و یا به همراه تولید نفت خام، تولید می شود.

گاز طبیعی اساساً از متان تشکیل شده‌ و بسته به محل جغرافیایی چاه گاز،‌ مقدار متان موجود در آن بین 80 تا 98 درصد تغییر می کند.(گاز طبیعی ایران تقریباً دارای 5/96 درصد متان است) بنابراین خواص این گاز بسیار مشابه با گاز متان است.

به‌ غیر از متان، مواد دیگری نیز درآن وجود دارد که به ‌ترتیب اهمیت عبارتند از:

(1 اتان (بین 1 تا 8 درصد)

2) پروپان (تا 2 درصد)

3) بوتان و پنتان (کمتر از یک درصد)

همچنین موادی مانند نیتروژن (N2) ،دی‌اکسیدکربن (CO2)، سولفید هیدروژن(H2S ( و آب نیز ممکن است در گاز طبیعی یافت شود. درصدهای بیان ‌شده در بالا به ‌طور کلی صحیح    می باشند و برای چاههای مختلف، این مقادیر تا حدودی تغییر می کند.

شایان ذکر است که برای استفاده در موتور خودروها، براساس استاندارد شرکت ملی گاز از گاز طبیعی که شامل بیش از 80 درصد متان است، استفاده می شود.

هر یک از ترکیبات موجود در گاز طبیعی بر روی عملکرد موتور خودرو اثراتی دارند  که تاثیر هر یک از اجزا در جدول زیر آمده است:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«کیفیت گاز فشرده طبیعی به عنوان سوخت خودرو»

مشخصات کیفیت گاز فشرده طبیعی از نظر سوخت خودروتابع چهار استاندارد است:

مختصات CARB:

1)  مواد تشکیل دهنده :

0.88<C1    ،        C2<0.06    ،    +C3<0.03    ،    +C6<0.002        +H2<0.001   ،    CO<0.006    ،    O2<0.001    ،    CO2+O2=0.045

2) میزان سولفور( از نظر حجمی ) : <16 ppm

3) بخار آب: میزان بخار آب در CNG باید به‌اندازه‌ای باشد که نقطه شبنم آن حداقل F10 پایین‌تر از 99% دمای طراحی زمستان ASHRAE باشد.

     4)عوامل خارجی : نباید حاوی موادی از قبیل گرد و غبار، ماسه، ذرات معلق، روغن و سایر آلاینده ها باشد.

5)مواد خوشبو: باید دارای مواد خوشبو باشد، که آتشزا نبوده و در جریان هوا به خوبی قابل رویت باشد.

استانداردSAE J1616:

1)    بخار آب: میزان بخار آب در CNG باید به‌اندازه‌ای باشد که نقطه شبنم آن حداقل F10 پایین‌تر از کمترین دمای خشک ماهانه ایستگاه باشد.

2)    مقدارسولفور: نباید بیشتر از1/0 ملکول نسبت به حجم Scf 100  ppm la/mass)30-8  باشد.

3)    مواد ناخالصی: کمتر از 5 میکرون یا معادل آن باشد.

4)    فهرست wobbe : محدوده  Btu/scf 1200ـ 1300 توصیه می شود.

 

 

 

استاندارد NFPA 52:

H2S (1 و سولفیدهای محلول : یک مولکول/ 100 Scf

  (2بخار آب: میزان بخار آب باید کمتر از 7 پوند در هر میلیون مترمکعب گاز باشد.

3)2CO: حداکثر 3/0 درصد حجم.

4) 2O : حداکثر 5/0 درصد حجم .

 

استاندارد ملی ایران به شماره 6570 :

شرایط گاز خشک :

مقدار «بخار آب» موجود در این گاز معمولاً باید کمتر از 32 میلی گرم در هر متر مکعب باشد.

در این استاندارد بجز موارد ذیل ، برای اجزاء تشکیل دهنده گاز خشک محدودیتی وجود ندارد :

«سولفید هیدروژن و دیگر سولفیدهای قابل حل» :حداکثر 23 میلی گرم در هر مترمکعب

«اکسیژن» : حداکثر یک درصد حجمی

هرگاه مخازن ازفولادی بامقاومت کششی نهایی بالاتراز950 مگاپاسکال ساخته شوند، مقدار «هیدروژن» این گاز باید حداکثر دو درصد حجمی باشد.

 

شرایط گاز مرطوب :

به گازی که مقدار بخار آب موجود در آن بالاتر از حد مذکور در گاز خشک باشد گاز مرطوب اطلاق شده که باید با محدودیت‌های ترکیبی ذیل انطباق داشته باشد :

«سولفید هیدروژن و دیگر سولفیدهای قابل حل» : حداکثر 23 میلی گرم در مترمکعب

«اکسیژن» : حداکثر یک درصد حجمی

«دی اکسید کربن» : حداکثر چهار درصد حجمی

«هیدروژن» : حداکثر یک دهم درصد حجمی

درشرایط استفاده از گاز مرطوب ، به منظور حفاظت از مخازن و لایه‌های داخلی فلزی در برابر خوردگی یک میلی گرم ، حداقل یک میلی گرم «روغن کمپرسور»  به ازای یک کیلوگرم گاز ، مورد نیاز است.

عملکرد احتراقی گاز طبیعی

مطرح ترین مبحث در CNG و موتورهای گازسوز خصوصاً آن دسته که از حالت بنزینی تبدیل به دوگانه سوز شده‌اند، عملکرد احتراقی موتور می‌باشد. این مسئله از آن جهت اهمیت دارد که سوختن با مناسب، هم در جهت کاهش آلایندگی و هم در جهت کاهش مصرف سوخت، تأثیر مثبتی دارد و این مقوله به طور تنگاتنگی با عملکرد احتراقی موتور در ارتباط است. عملکرد احتراقی مناسب، آلایندگی کمتر، مصرف سوخت بهینه‌تر، و راندمان حرارتی بالاتر را به دنبال دارد.

ویژگی‌هایی نظیر ارزش حرارتی در واحد حجم، ارزش حرارتی در واحد جرم، ارزش حرارتی مخلوط در واحد حجم، ضریب Wobbe، درجه حرارت خود احتراقی، مقاومت در برابر احتراق  و حد احتراق، بر روی عملکرد احتراقی گاز طبیعی در موتور خودرو تأثیر می‌گذارد، که در این قسمت هر یک از این ویژگی ها را مورد بررسی قرار می دهیم.

 

ارزش حرارتی:

ارزش حرارتی یک سوخت که بر واحد جرم یا حجم بیان می‌شود،‌ بیانگر مقدار انرژی آزاد شده بر واحد جرم یا حجم سوخت در یک واکنش شیمیایی کامل، که فقط منجر به تولید CO2 و H2O می‌شود، می‌باشد. اگر در این واکنش شیمیایی H2O به ‌صورت مایع درنظر گرفته ‌شود، مقدار انرژی ‌آزاد شده به‌ نام ارزش حرارتی بالایی (HHV) یا ارزش حرارتی کلی (GHV) نامیده می‌شود. اگر مقداری از انرژی آزاد شده صرف تبدیل آب مایع به بخار درنظر گرفته شود، به مقدار انرژی آزاد شده ارزش حرارتی خالص (NHV) یا ارزش حرارتی پائینی (LHV) می‌گوییم.

در مورد گاز طبیعی، متداول است که ارزش حرارتی برحسب کیلو وات‌ ساعت بر مترمکعب (kWh/Nm3) تحت شرایط نرمال فشار و دما (فشارpa 101325 و دمای 0 c°) بیان شود. اما هنگامی ‌که از گاز طبیعی به‌عنوان سوخت موتور یاد می‌شود ترجیح داده می‌شود که مقادیر ارزش حرارتی خالص (NHV) و ارزش حرارتی کلی (GHV) برحسب مگاژول بر کیلوگرم (MJ/kg) بیان شوند.

برای تبدیل انرژی حرارتی بر واحد حجم به انرژی حرارتی بر واحد جرم از رابطه زیر استفاده می شود:

 Íجرمی= NHVحجمیNHV

که در آن  چگالی گاز می‌باشد.

مقدار ارزش حرارتی جرمی خالص گاز طبیعی حدود 10% از ارزش حرارتی جرمی خالص سوخت‌های مایع موجود بیشتر است. به‌همین دلیل میزان مصرف جرمی سوخت موتورهای گازسوز نسبت به مصرف جرمی سوخت موتورهای مشابه دیگر، کمتر می‌باشد. البته این نکته قابل توجه است که مقدار ارزش حرارتی خالص گاز با زیاد شدن درصد گازهای بی‌اثر (N2، CO2 و غیره)  کاهش می‌یابد.

ارزش حرارتی حجمی خالص (MJ/m3) نیز بیان‌ کننده حجم گاز مورد نیاز برای دسترسی به توان دلخواه می‌باشد. این مشخصه مقدار افزودن گاز به موتور را مشخص می‌کند. اهمیت این پارامتر هنگامی است که یک موتور می‌خواهد با گازهایی که از لحاظ ترکیب شیمیایی متفاوت هستند، کار کند. هرچه ارزش حرارتی خالص بر واحد حجم یک گاز کمتر باشد، باید حجم بیشتری از گاز به‌ داخل موتور تزریق شود.

ارزش حرارتی حجم مخلوط استوکیومتریک بیان ‌کنندۀ مقدار مخلوط مورد نیاز برای تولید توان خروجی دلخواه می‌باشد. این مشخصه از اهمیت خاصی مخصوصاً برای موتورهایی که تنفس طبیعی دارند برخوردار می‌باشد، زیرا این عامل به طور مستقیم روی قدرت خروجی در حالت بار کامل تأثیر می‌گذارد. اما در موتورهای توربوشارژ اهمیت این مشخصه کمتر می‌شود و فقط جهت انطباق توربین و کمپرسور توربوشارژر اهمیت پیدا می‌کند. ارزش حرارتی حجم مخلوط استوکیومتریک برای همه سوخت‌های هیدروکربنی مشابه است اما مقدار آن به ‌طور قابل ملاحظه‌ای در حضور گازهای خنثی، کاهش می‌یابد.

 

 

 

خواص ضد کوبش:

این خاصیت، میزان تمایل به اشتعال خودبه‌خودی یک گاز را مشخص می‌کند. این پارامتر بستگی به فشار و دمای داخل محفظه احتراق دارد.(دما و فشار در داخل محفظه احتراق نیز به عوامل بسیار زیادی از مشخصات موتور مانند دور موتور، قطر سیلندر، نسبت تراکم، شکل محفظۀ احتراق و همچنین متغیرهای احتراق مانند دمای هوا، زمان شروع احتراق، سرعت شعله و غیره بستگی دارند.) همچنین ساختار شیمیایی گاز در این مشخصه از اهمیت بالایی برخوردار است.

خوداحتراقی یک گاز بستگی زیادی به ساختار شیمیایی آن دارد. به‌عنوان یک قاعده کلی، گازهایی که دارای زنجیره کربنی بلند هستند، مقاومت ضدکوبش کمی دارند. این مطلب به این معنی است که گازهای سنگین دارای خاصیت ضعیف ضدکوبش می‌باشند، درحالی‌ که گازی مانند متان(CH4) دارای خواص بسیار خوب ضد کوبشی است و این در موتورهای احتراق داخلی یک مزیت محسوب می شود.

روش‌های زیادی برای بیان تمایل یک گاز به کوبش وجود  دارد که متداولترین آنها تعیین مقدارعدد متان گاز می‌باشد که بسیار مشابه با عدد اکتانی است که برای سوخت‌های بنزینی به‌کار می‌رود. هرچه عدد متان بالاتر باشد مقاومت گاز در برابر کوبش بیشتر خواهد بود. این عدد با عدد مرجع 100 که برای متان خالص درنظر گرفته شده‌است، سنجیده می‌شود.

تحقیقات وسیعی برای بررسی تأثیر ترکیب شیمیایی گاز (درموتورهای SI) توسط دو شرکت مهندسی ریکاردو و گاز توکیو در سال 1994 صورت گرفته است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می‌دهد که عدد متان را می‌توان به‌عنوان یک معیار خوب برای کوبش درنظر گرفت. اما مشاهده شده‌است که مقدار توان خروجی برای دو گاز که دارای عدد متان یکسان می‌باشند، می‌تواند اختلاف چشم‌گیری داشته باشند.

 

 

 

 

شاخص wobbe :

شاخص وب  (W)مشخصه‌ای است که در طی سالیان متمادی برای مقایسه عملکرد حرارتی

سیستم‌های احتراقی که از گاز به‌عنوان سوخت استفاده می‌کنند به‌کار می‌رود.

شاخص وب (W) از رابطۀ زیر به‌ دست می‌آید:

 

که در آن

GHV: ارزش حرارتی در دسترس برحسب MJ/m3

d: چگالی نسبی گاز (نسبت به هوا)

 

کاری که بین سازندگان موتور بسیار متداول می‌باشد، مقایسه شاخص وب( W ) با نسبت هوا به سوخت استوکیومتری () است که طبق فرمول زیر ارائه می شود:

 

این رابطه نشان می‌دهد که نسبت هوا به سوخت استوکیومتری با افزایش شاخص وب افزایش می‌یابد. اگر شاخص وب افزایش یابد (یعنی گاز به‌عنوان سیال عامل تغییر کند)، نسبت استوکیومتری و درنتیجه برای یک سیستم یکسان که برای کار با گاز طراحی شده ‌است، نسبت هوا به سوخت نسبی افزایش می‌یابد.

گازهای با ضریب wobbe یکسان می‌توانند بدون تغییر در نسبت بین سوخت و هوا به جای یکدیگر و با همان نسبت قبلی مورد استفاده قرار گیرند. به عنوان مثال ضریب وب متان       mg 17/48 ، و ضریب وب گاز طبیعی حدوداً 47/39 می‌باشد، یعنی جایگزینی متان خالص به جای گاز طبیعی مخلوط را بسیار غلیظ می‌کند.

بنابراین برای سازندگان موتور، شاخص وب و مخصوصاً تغییرات آن بین نمونه‌های مختلف گازها جهت طراحی موتور و سیستم سوخت‌رسانی مهم می‌باشد.

 

 

 

احتراق گاز طبیعی:

سرعت پیشروی شعله برای گاز طبیعی حدود 60 درصد سرعت شعله بنزین است. این مسأله باعث کاهش بازده موتور به دلیل افزایش انتقال حرارت به دیوارۀ محفظه احتراق که ناشی از افزایش مدت احتراق است، می‌شود. از طرف دیگر پایین بودن سرعت شعله باعث می شود احتراق آن قدر به تأخیر بیا‌فتد که سوپاپ دود باز شده و انرژی حرارتی بسیار زیادی تلف ‌شود. این مشکلات را می‌توان با افزایش میزان آشفتگی در مخلوط هوا - سوخت و تایمینگ مناسب جرقه و سوپاپها تا حد زیادی بهبود بخشید.

علی رغم تمامی این مشکلات، سرعت پایین احتراق متان باعث کاهش نویز احتراق به‌علت تغییرات کمتر فشار، می‌شود.

به علت اینکه دمای احتراق متان بالا می باشد( c°540)، میزان انرژی جرقه لازم برای احتراق آن بیشتر ازهیدروکربن‌های دیگر است. بنابراین در تبدیل موتورهای بنزینی معمولی به گازسوز، سیستم جرقه‌زنی باید قویتر شود، تا بتواند 100 تا 110 میلی ‌ژول انرژی تولید کند. (برای موتورهای بنزینی معمولی این مقدار 30 تا 40 میلی ‌ژول می‌باشد.)

همچنین قابلیت اشتعال گاز طبیعی فقط در محدوده خاصی از نسبتهای اختلاط با هوا اتفاق      می افتد که این محدوده را محدوده «قابلیت اشتعال »می نامند. مرز پائین این محدوده را اشتعالL.E.L  و مقدار بالای این محدوده را، حد بالای اشتعال L.H .L می نامند. حد پائین اشتعال گاز طبیعی 5 درصد و حد بالای آن 15 درصد میباشد . بهترین حالت برای اشتعال گاز طبیعی نسبت 10 درصد گاز با هواست که همان نسبتی است در فرمول ترکیب متان و اکسیژن (هوا) دیده می شود .

CH4+2°2 =CO2+2H2O+ 10000 Kcal/m3

البته برای سوختن کامل نیاز به 20 الی 30 درصد هوای اضافی داریم ولی در انفجارها هر چه به نسبت 10 درصد گاز در هوا نزدیکتر باشیم، انرژی حاصل از انفجار بیشتر است.

 

 

 

 

در جدول زیر مجموعه ای از عوامل موثر درعملکرد احتراقی یک موتور احتراق داخلی و همچنین پیامدهای آنها بطور خلاصه بیان شده است:

عامل

پیامد

بالا بودن نسبت هیدروکربن (H/C)

کاهش دی‌اکسید کربن (CO2)

گازی‌شکل بودن سوخت

- اشغال حجم ورودی هوا

- کاهش راندمان حجمی و به تبع آن کاهش عملکرد موتور

- عدم نیاز به تبخیر سوخت در لحظه راه‌اندازی (کاهش آلاینده‌ها)

پائین بودن سرعت شعله و نرخ سوختن

- احتیاج به دوره احتراق طولانی‌تر و لذا افزایش پیشرسی جرقه

- احتیاج به افزایش چرخش (Swirl)

اختلاط بهتر و یکنواخت‌تر با هوا

- سوختن کاملتر و کاراتر و به تبع آن کاهش گاز مونواکسید کربن (CO) و هیدروکربن‌های نسوخته (HC)

- کاهش سرو صدا و آرام‌سوزی موتور

- وجود مخلوط یکنواخت در دماهای پایین ورودی

- راه‌اندازی مطلوب‌تر

- دور آرام مطمئن و دقیق‌تر

- شتاب ملایم‌تر

حذف گرمای نهان و افزایش دمای محفظه احتراق

- لزوم افزایش مقاومت حرارتی و سایشی سوپاپ‌ها و نشیمنگاه‌های آنها

- احتمالاً افزایش اکسیدهای نیتروژن

بالا بودن تأخیر در اشتعال

- لزوم افزایش قدرت جرقه

بالا بودن عدد اکتان

- افزایش نسبت تراکم وبه تبع آن ازدیاد کارائی چرخه موتور

کاهش مصرف سوخت

سبکتر بودن از هوا

- عدم تجمع آن در اطراف وسیله نقلیه

خشک بودن و عدم خاصیت روان‌کاری و خنک کنندگی

- لزوم بهبود روان‌کاری و مجموعه روغن‌کاری

میل به واکنش‌دهی پایین متان

- کاهش اثر تشکیل گاز ازن نسبت به سوخت‌های بنزین و گازوئیل

پایین بودن کربن نسوخته و تمیزتر سوختن متان

- عدم وجود رسوبات کربن و به‌تبع آن طولانی شدن عمر شمع‌ها

- عدم اختلاط سوخت با روغن و لذا تأثیر کمتر بر کاهش لزجت روغن

مزایای گاز طبیعی:

هر کدام از سوختهای جایگزین(مراجعه شود به بخش قبل) نسبت به بنزین دارای یک سری مزایا و معایب می باشند، لکن در این میان گاز طبیعی، علی رغم داشتن برخی معایب مانند دمای احتراق بالا و انتشار متان درهوا، دارای مزایای بسیاری است که آن را به عنوان سوختی ایده آل برای مصرف در خودرو معرفی می کند.

در مجموع مزایای گازطبیعی از سه جهت قابل تامل و بررسی است:

1) مزایای اقتصادی

2) مزایای زیست محیطی

3) افزایش میزان ایمنی

 

مزایای اقتصادی:

مهم ترین و مورد توجه ترین وجه CNG در کشور ایران، بحث اقتصادی پروژه می‌باشد. شاید بتوان گفت که در واقع اهمیت پروژه CNG‌، نه به‌خاطر آلودگی کمتر،‌ بلکه به‌خاطر صرفه اقتصادی آن می‌باشد.

بحث اقتصادی بودن گاز طبیعی فشرده را از سه جهت می توان مورد بررسی قرار داد:

•        قیمت گاز طبیعی نسبت به سوختهای رایج دیگر

•        هزینه های ساخت جایگاههای سوختگیری

•        هزینه های گازسوزکردن انواع خودروها

 

قیمت گاز طبیعی:

اولین اثر اقتصادی استفاده از CNG به عنوان یک سوخت پاک و جایگزین در واقع بخاطر استفاده از یک سوخت با قیمت ارزان تر ناشی می شود . اگر چنانچه یک ارتباط منطقی بین مسافت طی شده ، میزان مصرف سوخت ، قیمت سوخت (برای CNG و بنزین ) و همچنین نوع خودرو ایجاد گردد ، در این صورت می توان به یک برآورد از میزان صرفه جویی اقتصادی ناشی از این جایگزینی دست یافت . بر همین اساس در جدولی، برآوردهای مختلف برای مسافت های طی شده در سال و همچنین به ازای مصرف متغیر بنزین و به تبع آن CNG  آمده است .

ناگفته پیداست که هر کدام از ارقام بدست آمده در واقع صرفه جویی ناشی از جایگزین کردن CNG به جای بنزین در یک خودرو می باشد . بعنوان مثال اگر چنانچه یک خودرو سالانه 50000 کیلومتر مسافت طی کند و میزان مصرف بنزین آن به ازای هر 100 کیلومتر 10 لیتر باشد ، میزان صرفه جویی معادل 19500 ریال خواهد بود . حال اگر فرض کنیم 1000000 خودرو با این شرایط CNG سوزشوند، میزان صرفه جویی 500،000،000،19ریال خواهد بود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

هزینه های ساخت جایگاههای سوختگیری:

خودروهایی که با سوخت گاز طبیعی فشرده کار می کنند، برای سوختگیری نیاز به ایستگاههایی دارند که بتوانند مخازن ذخیره خود را تا فشار 260- 200 بار پر کنند. بطور کلی، ایستگاههای سوختگیری به کمپرسور، مخازن ذخیره،‌ رطوبت گیر یا خشک کن، تابلوهای کنترل، دستگاههای اندازه گیری و توزیع کننده سوخت مجهزند، که حضور این تجهیزات باعث ایجاد هزینه هنگفتی خواهد شد.

یکی از هدفهایی که سیاستگذاران و اقتصاددانان صنعت خودرو دنبال می کنند، کاهش هزینه های احداث جایگاههای سوختگیری ،به کمتر از 600 دلاربرای هر متر مکعب گاز از ظرفیت جایگاه است. این هدف در برخی جایگاههای جدید تحقق یافته است، به ویژه در جایگاههای جدید که با ظرفیت بالا  طراحی شده اند.

برای اینکه تا حدودی از هزینه های سنگین مربوط به احداث جایگاههای سوختگیری CNG آگاهی پیدا کنیم، در اینجا اشاره ای می کنیم به برخی از آمار منتشره، که توسط کامرون در سال 1996، در زمینه هزینه های احداث برای جایگاههایی با ظرفیتهای مختلف ارائه شده است.

 

مقادیر نمایش داده شده در جدول، نمایانگر جایگاهی با فشار گاز ورودی 10 اتمسفر است.

هزینه هر متر مکعب گاز بر حسب دلار

هزینه کل بر حسب دلار

هزینه نصب و راه اندازی

هزینه تابلوها و متعلقات

هزینه مخزنهای ذخیره

هزینه دستگاه تزریق گاز به خودرو

هزینه فشرده سازی

ظرفیت بر اساس متر مکعب در ساعت

ردیف

932

233000

35000

30000

48000

20000

100000

250

1

626

313000

45000

40000

48000

30000

150000

500

2

413

413000

50000

50000

48000

60000

205000

1000

3

314

627000

55000

50000

72000

90000

360000

2000

3

275

826000

60000

50000

96000

120000

500000

3000

4

 

با توجه به داده های جدول فوق به این نتیجه می رسیم که هر چه ظرفیت ایستگاه بالاتر باشد، هزینه هر متر مکعب گاز تحویلی نیز کمتر خواهد شد. شایان ذکر است که در جایگاههای بزرگ هزینه برق مصرفی ،بالاترین هزینه سالیانه جایگاه است، که می توان این هزینه را با استفاده از موتورهای گازسوز که به منظور فشرده سازی ساخته می شوند تا 50% کاهش داد.

هزینه های گازسوزکردن انواع خودروها:

برای مجهز کردن خودروهای بنزین سوز و گازوئیل سوز به سیستم سوخت رسانی گازسوز   می بایست تجهیزات مربوط به این سیستم بر روی آنها  نصب شود که نصب این تجهیزات هزینه هایی را به دنبال خواهد داشت.

هزینه کلی گازسوز کردن در خودروهای مختلف با یکدیگر تفاوت دارند و این تفاوت بنا به دلایل مختلفی می باشد که در زیر به اهم آن اشاره می شود:

•   ظرفیت، نوع و وزن مخزن ذخیره

•   هزینه های مربوط به تجهیزات کیت تبدیل نظیر رگلاتور، شیرها و ...

•   هزینه نیروی انسانی وتجربه های مورد نیاز

•   هزینه های جاری

با در نظر گرفتن عوامل فوق، هزینه اولیه تبدیل خودروهای بنزین سوز بدون در نظر گرفتن یارانه بین 1000 تا 3500 دلار برای هرخودرو و دوره زمانی بازگشت سرمایه آن بین 2 تا 7 سال خواهد بود . این دوره به مسافتی که خودرو در طول سال طی می کند بستگی دارد.اما در خصوص خودروهای گازوئیل سوز این هزینه بیشتر است یعنی حدودا 30000 دلار برای هر خودرو بدون در نظر گرفتن یارانه. این نکته قابل توجه می باشد که اختلاف قیمت یک اتوبوس گاز سوز کارخانه ای که در کارخانه گاز سوز می شود به میزان 40000 دلاربیشتر از یک اتوبوس دیزلی است که حدودا 210000 دلار قیمت دارد، یعنی حدودا 250000 دلار.

حال اگر فرض کنیم حدود 80 % هزینه تبدیل سوخت خودروها از بنزین و گازوئیل به گاز فشرده، به صورت یارانه توسط دولت پرداخت شود(در حال حاضر این میزان یارانه در ایران توسط دولت پرداخت می شود) می توان هزینه تجهیزات و دستمزد جهت تبدیل به خودروهای گاز سوز را بر حسب دلار آمریکا طبق جدول زیربیان کرد:

 

هزینه‌های تبدیل خودروها به سیستم CNG

جمع هزینه ها برای مصرف کننده

دستمزد

تجهیزات

نام خودرو

ردیف

500

50

450

خودروی سواری

1

700

50

650

وانت

2

10500

500

10000

اتوبوس یا کامیون

3

 

علاوه بر هزینه های تبدیل وتجهیز خودروها به سیستم گاز سوز، هزینه های دوره ای را نیز باید به آن افزود. این هزینه ها شامل هزینه های مربوط به سرویس ونگهداری سالیانه خودروها و جایگاههای سوختگیری، هزینه های ایمن کردن خودروها وجایگاههای سوختگیری و هزینه های مربوط به، به روز کردن سیستمهای گازسوز خودروها، خصوصا جایگاههای سوختگیری با توجه به رشد تکنولوژی و استانداردهای ایمنی  و...می باشد.

به طور کلی هزینه های جاری مذکور برای هر نوع خودروی گازسوز به شرح جدول زیر می باشد:

هزینه‌های جاری ب حسب دلار آمریکا

نوع خودرو

ردیف

100

خودروهای سبک

1

150

خودروهای نیمه سنگین

2

300

خودروهای سنگین

3

 

 

نتیجه گیری :

در ابتدا شاید چنین تصور شود که جدای از قیمت پایین گاز طبیعی، با وجود هزینه های بالای احداث جایگاه های سوختگیری و تبدیل خودروها طرح جایگزینی گاز طبیعی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبوده و بار مالی زیادی را بر دوش دولت می گذارد، در حالی که این تصور اشتباه است، چون تمامی این هزینه ها در مدت زمان کوتاهی برگشت کرده و از آن به بعد، طرح سوددهی فراوانی خواهد داشت. 

                                                                                                   
آلایندگی خودروهای گازسوز:                                            

(Pollutant)

 

به منظور بررسی تاثیر گازسوز نمودن خودروها برمحیط زیست و بهداشت جامعه، ابتدا بهتراست برداشت درستی از تعریف آلودگی هوا، مواد آلاینده و منابع آنها و همچنین تاثیر آلاینده ها بر بدن انسان و محیط زیست، داشته باشیم.

طبق تعریف انجمن مهندسین آلودگی هوای آمریکا، آلودگی هوا عبارتست از وجود مواد آلوده کننده در محیط اطراف نظیر دوده، گرد و غبار، گازهای سمی ((NOx,CO,HC,…، تشعشع رادیواکتیویته، صدا، ذرات معلق شیمیایی، بخار و مایعات اسیدی ..... که برای انسان، حیوانات و گیاهان مضر می باشد.

منظور از آلوده کردن محیط زیست عبارتست از مخلوط شدن مواد فوق با آب، هوا و خاک به نحوی که کیفیت فیزیکی و شیمیایی یا بیولوژیکی آنرا تغییر داده و اثر زیانباری برای موجودات زنده داشته باشد.

در این قسمت، پس از توضیح آلاینده های اصلی خودروئی و اثرات سوء آنها بر سلامت بدن و محیط زیست، به معرفی مزایای خودروهای گازسوز در کاهش مقدار آلاینده ها می پردازیم.

 

انواع آلاینده های منتشره از خودرو:

 

1) مونو اکسید کربن(CO):

منواکسید کربن یک محصول واسطه در احتراق می‌باشد که درصورت اکسید نشدن کامل (CO به CO2) این گاز، در گازهای خروجی باقی می‌ماند. از لحاظ تئوری می‌توان CO را از گاز خروجی موتور بنزینی با کارکردن در نسبت هوا به سوخت 14.7:1حذف کرد، ولیکن همواره مقداری CO، در حدود 1% حتی در مخلوطهای رقیق در گاز خروجی موجود است.

در هر شرایط کاری از بار، سرعت و نسبت هوا به سوخت ممکن نیست که CO به ‌طور کامل حذف شود. بنابراین رسیدن به 5/0% یک هدف منطقی به ‌نظر می‌رسد. آلودگی CO در هنگام کارکرد درجای موتور، زیاد و در هنگام کم‌ کردن شتاب، حداکثر می‌شود. این آلودگی در هنگام شتاب و سرعت‌های ثابت حداقل می‌باشد. کم‌کردن شتاب از سرعت‌های بالا، به‌علت بسته شدن نسبی دریچه گاز و کم ‌شدن ناگهانی مقدار O2، موجب تولید بیشترین مقدار CO می‌شود.

2) اکسیدهای نیتروژن(NOx ):

اکسیدهای نیتروژن معمولاً به ‌صورت NO و NO2 می‌باشند. البته بسیاری دیگر از سایر اکسیدهای نیتروژن مانند N2O4، N2O، N2O3 و N2O5 در مقادیر کم تولید می‌شوند، ولی سریعاً در شرایط متعارفی به NO2 تجزیه می‌شوند.

دمای بالای محفظه احتراق و در دسترس بودن O2 آزاد از مهمترین عوامل تولید NO و NO2 به شمار می روند. حداکثر مقدارNOx  در خروجی هنگامی مشاهده می‌شود که نسبت هوا به سوخت حدوداً 10% بیشتر ازمقداراستوکیومتری ‌باشد. مقدار هوای بیشتر از این مقدار، دمای بیشینه را کاهش می‌دهد و بنابراین غلظتNOx حتی با وجود اکسیژن آزاد کاهش می‌یابد.

مهمترین فاکتورهایی که در تشکیل NOx اثر دارند عبارتند از:

-         نسبت هوا به سوخت

-         زاویه آوانس

-         فشار منیفولد ورودی

-         بار موتور

-         نسبت تراکم

میزان تولید NOxبا افزایش فشار منیفولد ورودی، بار موتور و نسبت تراکم، زیاد می‌شود.

اثر نسبت هوا به سوخت در دو سرعت مختلف موتور و همچنین زاویه آوانس، در تولید اکسیدهای نیتروژن در شکلهای زیرنشان داده شده‌اند.

                               

3) دی اکسید گوگرد(SO2 ):

دی‌اکسید گوگرد گازی است بی‌رنگ که بیشتر از سوختن سوخت‌های حاوی گوگرد مانند زغال‌سنگ و نفت و گازوئیل به ‌وجود می‌آید. منابع مولد، نیروگاه‌ها، وسایل گرم‌کننده، کارخانجات ذوب فلزات، پالایشگاه‌های نفت و صنایع کاغذسازی و خودروهای گازوئیل سوز می‌باشند. همچنین این گاز می‌تواند توسط آتشفشان‌ها و در اثر برخورد آب اقیانوس‌ها با صخره‌ها و اسپری شدن آنها به‌ صورت ذرات سولفات وارد جو شود. دی‌اکسید گوگرد می‌تواند اکسید شود و آلاینده ثانویه‌ای مانند تری‌اکسید گوگرد (SO3) را به‌وجود آورد. همچنین از ترکیب این گاز با آب موجود در هوای مرطوب، اسید بسیار خورنده H2SO4 تشکیل می‌شود. باران اسیدی و اثر خورندگی این اسید از دیگر تبعات این آلاینده می‌باشند.

 

4) ذرات معلق(PM):

عنوان ذرات معلق به گروهی از ذرات جامد یا مایع اطلاق می‌شود که به ‌اندازه کافی برای معلق ماندن در هوا سبک هستند و به‌ طورعمومی به‌ نام هوامیز شناخته می‌شوند. برخی از آلاینده‌ها مانند ذرات آهن، مس، نیکل، سرب، فیبرهای آزبست و ارسنیک، ذرات جامد و کوچک کربن و دوده در این گروه جای دارند.

از آنجا که این نوع آلودگی معمولاً باعث کاهش دید در محیط زیست می ‌شود، مهمترین نوع آلودگی تلقی می‌شود. مهمترین مشکل در مورد این نوع  آلودگی باقی ماندن آنها برای مدتی در جو می‌باشد، که با توجه به اندازه آنها و مقدار بارش باران وبرف،  این مدت زمان تغییر می‌کند. برای مثال ذرات بزرگتر و سنگین‌تر با قطر بیشتر از 10 میکرون ( mm01/0) بعد از یک یا چند روز پس از انتشار به زمین می‌نشینند، در حالی ‌که ذرات کوچکتر‌ و سبکتر با قطر کمتر از یک میکرون ( mm001/0) می‌توانند در لایه‌های پایین جو برای چندین هفته به‌ طورمعلق باقی بمانند.

بسیاری از ذرات معلق نم‌گیر می‌باشند و وقتی لایه نازک آب روی این ذرات می‌نشیند، اندازه این ذرات بزرگتر می‌شود و هنگامی ‌که قطر این ذرات به 1/0 تا 10 میکرون رسید، اشعه ورودی خورشید را پخش می‌کنند که به آسمان، ظاهری شیری رنگ می‌دهد. این ذرات معمولاً ذرات سولفات یا نیترات حاصل از احتراق موتورهای دیزل و نیروگاه‌ها می‌باشند و هنگامی‌که با آب باران واکنش شیمیایی می‌دهند، باران‌های اسیدی را به‌ وجود می‌آورند.

 

5) ازن(O3 ):

ازن یک ماده سمی ‌با بوی بسیار بد است که چشم‌ها و لایه‌های مخاطی سیستم تنفسی را اذیت می‌کند. ازن همچنین از رشد درختان کاسته و به محصولات کشاورزی آسیب می‌رساند.

ازن به ‌طور طبیعی در استراتوسفر (استراتوسفر قسمتی از جو می‌باشد که بالای تروپوسفر قرار دارد و بین 10 تا 50 کیلومتر بالاتر از سطح زمین قرار دارد) توسط واکنش بین مولکول و اتم اکسیژن تشکیل می‌شود. در آنجا استراتوسفر یک لایه محافظ در برابر اشعه مضر ماوراء بنفش تولید می‌کند. با این حال نزدیک سطح زمین در هوای آلوده، ازن (که معمولاً ازن تروپوسفر نامیده می‌شود) یک آلاینده ثانویه است که مستقیماً وارد جو نمی‌شود، بلکه این گاز توسط یک سری واکنش‌های پیچیده شیمیایی که شامل آلاینده‌هایی مانند اکسید نیتروژن و ترکیبات آلی فرّار (هیدروکربن‌ها) می‌باشد، تشکیل می‌شود. از آنجا که نور خورشید برای تولید ازن لازم است، غلظت ازن در تروپوسفر معمولاً در بعد ازظهرها و در ماه‌های تابستانی بیشتر می‌شود.

در هوای آلوده تولید ازن هنگامی ‌آغاز می‌شود که مطابق واکنش زیر نور خورشید (با طول موج کمتراز41/0 میکرومتر) دی اکسید نیتروژن را به اکسید نیتروژن و اتم اکسیژن تجزیه‌ کند:

NO2+ Solar Radiation → NO +O

سپس اتم اکسیژن با مولکول اکسیژن (در حضور مولکول سوم M) ترکیب می‌شود و ازن را به ‌وجود می‌آورد:

O2+O+M → O3+M

ازن سپس با ترکیب ‌شدن با اکسید نیتروژن تجزیه می‌گردد:

O3+NO → NO2+O2

پس در هوای آلوده تولید ازن با شدت نور خورشید نسبت مستقیم دارد، به همین علت در زمستان مقدار ازن به حداقل می رسد. اگر نور خورشید وجود داشته باشد، دی‌اکسید نیتروژن تازه تشکیل شده، به اکسیدنیتروژن و اتم اکسیژن تجزیه می‌شود. اتم اکسیژن سپس با مولکول اکسیژن ترکیب می‌شود و مجدداً ازن تشکیل می‌گردد.

6) هیدروکربن‌های نسوخته ( (HC:

آلودگی هیدروکربن‌های نسوخته به‌ علت ایجاد احتراق ناقص درمحفظه احتراق می‌باشد. مقدار آلودگی هیدروکربن‌ها بسیار وابسته به پارامترهای طراحی مانند سیستم مکش و محفظه احتراق و پارامترهای کاری مانند نسبت هوا به سوخت، سرعت، بار و مُدهای مختلف کاری مانند در جا کارکردن، حرکت یا شتاب گرفتن می‌باشد. 

در این میان تاثیرطراحی محفظه احتراق بسیار مهم می‌باشد چرا که مخلوط هوا و سوخت ممکن است با دیواره برخورد ‌کند و نسوزد. این مخلوط نسوخته در مرحله تخلیه بیرون برده می‌شود و غلظت هیدروکربن‌های نسوخته در گازهای خروجی افزایش می یابد.

7) گازهای گلخانه ای:

گازهایی چون دی‌اکسید کربن (CO2)، متان (CH4) و دی‌اکسید نیتروژن (NO2) که از خودرو منتشر می شوند، جزء گازهای گلخانه ای به شمار می روند، که وجود آنها در جو زمین باعث افزایش گرمای زمین و در نتیجه از بین رفتن گیاهان، ذوب شدن یخچالهای طبیعی و....        می گردد.

 در این میان، CO2  بیشترین سهم را در صنعت حمل و نقل به خود اختصاص داده است، چرا که این گاز محصول احتراق سوخت‌های کربن‌دار مانند بنزین و گازوئیل(که هر دو نسبت به گاز طبیعی، کربن بیشتری دارند) می‌باشد.

متان (CH4) نیز گاز گلخانه‌ای مهمی در ارتباط با صنعت حمل و نقل می‌باشد، زیرا این گاز در بسیاری از سوخت‌ها موجود است (به‌عنوان مثال در حدود 95% گاز طبیعی با توجه به نوع مخلوط از متان تشکیل شده است). همچنین انتقال آن به جو از طریق نشت از زیربناها و سیستم‌های انتقال سوخت نیز صورت می‌گیرد. این انتقال شامل نشت از خودرو نیز می‌باشد. علاوه بر این، CH4، 23 برابر CO2 پتانسیل گرم‌ شدن جهانی (GWP) دارد و بنابراین در طول 100 سال حجم کمتر این گاز نسبت به CO2 می‌تواند چند برابر آلودگی‌ ایجاد کند.

NO2  نیز گازی گلخانه‌ای است که به آلودگی تولیدی در سیستم حمل و نقل مربوط می‌باشد، ولی مسئول درصد کمتری از آلودگی می‌باشد، با این که  GWP آن 210 برابر CO2 می‌باشد.

اثرات آلاینده ها بر سلامتی بشر:

در جدول زیر ، اثرات سوء آلاینده‌های خطرناک بر سلامتی انسان

و آن ‌دسته از انسان‌ها که بیشتر در معرض خطرات آن قرار دارند،

به‌ صورت مختصر آورده شده است:

آلاینده

گروه در معرض خطر

اثر بر سلامتی

CO

کودکان و سالمندان

کاهش توانایی هموگلوبین‌ها در انتقال اکسیژن و کاهش قدرت جسمانی

مبتلایان به کم‌خونی و بیماری‌های قلبی

سینه درد شدید بر اثر کمبود خون‌رسانی در قلب (Angina Pectoris)

NO2

کودکان

عفونت دستگاه تنفسی

سالمندان

ایجاد حساسیت در شش‌ها

مبتلایان به بیماری آسم

کاهش عملکرد شش‌ها

O3

کودکان و سالمندان

کاهش عملکرد شش‌ها، ایجاد حساسیت در شش‌ها، التهاب شش‌ها، بیماری‌های دستگاه تنفسی

ورزشکاران

کاهش قدرت جسمانی

مبتلایان به بیماری‌های تنفسی

تشدید بیماری

SO2

ورزشکاران

بیماری‌های دستگاه تنفسی

مبتلایان به بیماری آسم

کاهش عملکرد شش‌ها

سرب

کودکان

اختلال در دستگاه عصبی

سالمندان

افزایش فشار خون

PM-10

کودکان

بیماری‌های دستگاه تنفسی

مبتلایان به بیماری‌های قلبی

کاهش عملکرد شش‌ها

مبتلایان به بیماری آسم

تشدید بیماری

 

 

بررسی خودروهای گازسوز از نظر میزان تولید آلایندگی:

حال با آگاهی از انواع آلاینده های منتشره از خودرو و تاثیر آنها بر سلامتی انسان، به بررسی مزایای خودروهای گازسوز از نظر آلایندگی نسبت به خودروهای دیزلی و بنزینی می پردازیم .

 

مزایای عمده خودروهای گازسوز نسبت به خودروهای با سوخت فسیلی:

الف) با توجه به آنکه 99-80 درصد سوخت CNG شامل متان است، تولید هیدروکربنهای  غیر متانی در خودروهای  گازسوز به میزان 89% کاهش می یابد.

ب) به‌علت نسبت کمتر کربن به هیدروژن در گاز طبیعی، میزان تولید CO2 درموتورهای گازسوز، نسبت به موتورهای دیزلی 10% و موتورهای بنزینی 24% کاهش یافته است.

پ) گازطبیعی به خاطر گاز بودن، نسبت به سوختهای مایع، اختلاط بهتری با هوا دارد، در نتیجه در خودروهای گازسوز میزان انتشار هیدروکربن های نسوخته تا 45% و منوکسید کربن تا 66% کاهش خواهد یافت. البته لازم به ذکر است که در دورهای بالا به‌ علت سرعت پایین احتراق گاز، احتراق تا باز شدن سوپاپ دود ادامه می‌یابد، که منجر به افزایش HC می‌شود. حدود 85 درصد آلایندۀ HC در این موتورها، متان می‌باشد.

ت) ذرات معلق گاز طبیعی نسبت به دیزل و بنزین بسیارکمتراست، به همین علت رسوب روی شمع های اتومبیل از بین رفته و عمر شمع ها و عمر روغن موتور بسیار افزایش می یابد.

ث) آلودگی ناشی از تبخیر سوخت که در موتورهای بنزینی در اثر تبخیر از باک، کاربراتور و نیز تبخیر و خروج بخار سوخت هنگام سوختگیری وجود دارد، در موتورهای گازسوز تقریبا صفر می باشد.

ج) توزیع سوخت CNG به خودروها به نحوی است که نشتی در سیستم وجود ندارد، بنابراین آلودگی سیستم توزیع نیز برابر صفر است.

چ) سوخت CNG در هوا تبخیر می شوند و قابلیت حل شدن در آب و یا نفوذ در خاک را ندارد، ولی سوختهایی چون بنزین علاوه بر تبخیر، قادرند با حل شدن در آب سبب آلودگی و سمی شدن آب شوند وهمچنین با نفوذ درخاک می توانند سبب آلودگی خاک شوند.

خ) از نقطه نظر بارانهای اسیدی وجود مقدار کمی سولفور در سوخت سبب ایجاد دی اکسید سولفور در گازهای خروجی می شود که خود نیز سبب ایجاد بارانهای اسیدی می شود، از این نظر CNG به علت اینکه دارای مقادیر بسیار کمی سولفور هستند، دارای اهمیت است.

د) خودروهای CNG به علت احتراق آرامتر نسبت به موتورهای دیزلی صدای کمتری تولید می کنند، همچنین به علت حذف گوگرد، میزان SO2 کمتری نیز منتشر می کنند.

ذ) گاز طبیعی غیر سمی و بی اثر می باشد و از لحاظ تنفسی مشکلی ایجاد نمی کند.

     این نکته شایان ذکر است که میزان تولید NOX در خودروهای گاز سوز به مراتب بیشتر است. علت آن دمای بالا و زیاد بودن زمان احتراق است. متان نسبت گرمای ویژه بالایی دارد که این امرمنجر به بالاتر رفتن دمای مخلوط سوخت و هوا در پایان مرحلۀ تراکم می‌شود. علاوه بر این، آوانس کردن موتور برای گرفتن توان و بازدۀ حرارتی بالاتر، افزایش دما را به دنبال دارد.

همانطور که گفته شد افزایش دما منجر به افزایش میزان تولید NOX  می شود

 

راهی برای کاهش بیشتر آلایندگی CNG:

آخرین تحقیقات نشان می دهد که ترکیب هیدروژن و گاز طبیعی فشرده ترکیبی موسوم به HCNG است که به طور قابل توجهی علاوه بر کاهش بیشتر میزان آلودگی های ناشی از ذرات معلق و ترکیبات مونوکسید و دی اکسید کربن دی، اکسید گوگرد و اکسیدهای نیتروژن مقدار انرژی واحد حجم بیشتری را هم تأمین می نماید.

طبق آخرین نتایج منتشر شده حاصل از تحقیقات دپارتمان انرژی آمریکا در تاریخ ژانویه 2003    استفاده از HCNG به جای گازوئیل در اتوبوسهای مورد بررسی نشان می دهد که درصد کاهش آلودگی منوکسید کربن تا حد 3/43% و ترکیبات نیتروژن تا 97% و دی اکسید کربن تا 7/16% می باشد.

البته ترکیب حجمی هیدروژن و CNG که به تولید HCNG می انجامد عموماً با درصدهای 15%، 30% و 50% حجم هیدروژن به حجم کل ترکیب HCNG انجام می گیرد.

 

ایمنی در خودروهای گازسوز:                                    

(SAFETY)

 

 

خودروهای گازسوز از به سه دلیل از ایمنی بیشتری نسبت به خودروهای بنزینی و گازوئیلی برخوردارند:

•        دمای اشتعال گاز طبیعی ( c° 540) تقریباٌ دو برابر بنزین (c°232) بوده ، که همین باعث می شود خطر انفجار یا آتش سوزی خودروهای گازسوز به شدت کاهش یابد.

 

•        گاز طبیعی نسبت به هوا سبک تر بوده و به این دلیل در صورت نشت از مخزن یا اتصالات کیت، گاز به سرعت به سمت بالا حرکت کرده، خطر انفجار کاهش می یابد.

•        مخازن ذخیره گاز طبیعی ، به علت وجود استانداردهای سخت گیرانه نسبت به باکهای بنزین و گازوئیل دارای استحکام و دوام بیشتری می باشند و حتی مخزن گاز CNG این قابلیت بالقوه را دارد که در هنگام آتش سوزی موجب خاموش شدن آتش مجاور خود گردد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«معایب و مشکلات خودروهای گازسوز»

 

باید پذیرفت که علیرغم تمام پیشرفت هایی که در زمینه گازسوزکردن خودروهای بنزینی و دیزلی صورت گرفته است، هنوز نواقص زیادی در این زمینه وجود دارد.

به دلیل اینکه تکنولوژی موتورهای بنزین سوز با سوخت گاز‌ تناسب چندانی ندارد، خودرو در هنگام کار با سوخت گاز با مشکلاتی زیادی روبه رو می شود که از جمله آنها می توان به احتراق ناقص گاز در موتور ،افت شدید قدرت، تشدید تولید آلایندهایی چون NOX و متان اشاره کرد.

همچنین دوگانه‌ سوز کردن خودروها 30 درصد ازعمرموتور می کاهد، زیرا آلیاژهای به کار رفته در ساخت قطعات موتور برای کار با سوخت بنزین طراحی شده اند و قابلیت تحمل حرارت بالای ناشی از احتراق گاز را ندارند و بعد از مدت کوتاهی دچار فرسایش می شوند.

طبق تحقیقات صورت گرفته، خودروهای دوگانه‌سوز کنونی در طول 5 تا 6 سال رقمی بالغ بر 10 میلیون ریال ضرر به مالک آن تحمیل می‌کنند که ناشی از ایرادات وارده به موتور و دیگر اجزای خودرو است.

محدودیت پیمایش، افزایش وزن خودرو به دلیل سنگینی مخازن و اشغال فضای زیادی از صندوق عقب توسط مخازن از دیگر مشکلات خودروهای گازسوز به شمار می روند.

وجود مشکلات مذکور در خودروهای گازسوز باعث شده گرایش مردم به سمت استفاده از این خودروها کاهش یابد، بطوریکه حتی بعضی از دارندگان خودروهای گازسوز در اکثر مواقع ترجیح می دهند از سوخت گرانتر بنزین به جای گاز استفاده کنند.

معایب و مشکلات خودروهای گازسوز زمانی برطرف خواهد شد که موتور این خودروها بر پایه سوخت گاز طراحی شوند، در این صورت علاوه بر اینکه آلایندگی نسبت به موتورهای تبدیل یافته کاهش می یابد، راندمان موتور نیز تا حدود 10 درصد افزایش می یابد، که این امر خود موجب افزایش تمایل رانندگان به استفاده از سوخت گاز می گردد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      

 

                

 

 

 

 

جهت گاز‌سوزکردن خودروها و عمومی‌سازی استفاده از آنها، اولویت اول مربوط به تأسیس ایستگاه‌های سوخت‌رسانی می‌باشد. در طراحی ایستگاه به مسائلی نظیر استقرار در محل مناسب،

میزان سود‌دهی و همچنین پتانسیل رشد‌ و‌ بهره‌برداری باید توجه نمود. در ‌نهایت می‌بایست به‌ گونه‌ای عمل نمود که ایستگاه‌های گاز طبیعی فشرده در مقایسه با ایستگاه‌های سوخت مایع نظیر بنزین و گازوئیل قابل رقابت باشند وازهمه مهمتر اینکه، زمان سوخت‌گیری به نحوی کاهش یابد.

در شکل عملکرد یک ایستگاه به صورت شماتیک نشان داده شده‌است.  گازطبیعی در ابتدا توسط

لوله‌کشی گاز شهری پس از عبور از اتاق اندازه‌گیری، فیلترو تعدادی شیربه قسمت ورودی کمپرسورهدایت می شود، سپس توسط کمپرسورتا یک فشار معین فشرده شده ودرمخازن فشار بالا ذخیره می‌شود.

درنهایت گازطبیعی فشرده، توسط توزیع‌کننده ازمخازن ایستگاه به مخزن خودرومنتقل می گردد.

 

 

 

 

 

 

 

 

انواع ایستگاه‌های سوخت‌رسانی CNG

 

ازدیدگاه سرعت سوخت‌رسانی، می‌توان ایستگاه‌ها را به سه دسته ایستگاه‌های سوخت رسانی کُند و سریع و مادر- دخترتقسیم نمود.

 

 

ایستگاه سوخت‌رسانی کُند:

 

(Slow Fill)

 

 

هنگامی ‌که هدف، سوخت‌رسانی به مجموعۀ ناوگان حمل و نقل یک سازمان یا یک اداره باشد، به‌طوری‌که خودروها بتوانند در طول مدت شب یا برای چندین ساعت در روز بدون استفاده باشند، در این حالت می‌توان عملیات سوخت‌رسانی را بصورت آهسته، با استفاده از ایستگاه سوخت‌رسانی کُند انجام داد. در این روش به علت حذف مخازن ذخیره فشار بالا در پروسه تحویل سوخت، گاز طبیعی بعد از فشرده شدن توسط کمپرسور، به وسیله توزیع کننده مستقیما وارد مخزن خودرو می شود. زمان دقیق سوخت‌گیری در این روش بسته به مشخصات ایستگاه و خودرو، بطور متوسط در حدود 8 تا 10 ساعت خواهد بود.

هرچند که از لحاظ زمانی، زمان سوخت‌رسانی بسیار زیاد خواهد شد، ولی به دلیل حذف مخازن فشار بالا، ایستگاه با هزینه اولیۀ کمتری احداث می شود.

 

 

 

ایستگاه سوخت‌رسانی سریع:

 

(Fast Fill)

 

 

به ‌منظور سرویس‌دهی یک ناوگان بزرگ عمومی ناگزیریم به‌ طریقی زمان سوخت‌گیری را کاهش دهیم. برای این کار از مخازن ذخیره فشار بالا در ایستگاههای سوخت گیری استفاده می شود.در این روش بر خلاف روش قبل ابتدا کمپرسور، مخازن پر‌فشار ایستگاه را به فشار و ظرفیت مورد نظر می‌رساند و بعد سوخت‌گیری توسط توزیع کننده از مخزن ایستگاه به مخزن خودرو انجام خواهد گرفت.

سرعت سوخت‌گیری در این روش، رابطه مستقیم با اختلاف فشار بین دو مخزن دارد ولی به طور متوسط در حدود 5 الی 8 دقیقه خواهد بود.

در طراحی ایستگاه سوخت‌رسانی سریع باید محدوده وسایل سوخت‌گیری‌کننده و میزان سوخت مورد نیاز، تحت مطالعه و تحقیق قرار گیرد. این امر باعث خواهد شد که اندازه مخازن ذخیره ایستگاه بدرستی تعیین گردند، که در بهینه‌ نمودن اندازه و صرفه‌جویی در هزینه‌ها بسیار مؤثر خواهد بود.

 

 

 

ایستگاه سوخت‌رسانی مادر- دختر:

 

(Mother – Daughter )

 

 

اگر سیاست گازسوز کردن خودروها را سراسری و جامع در‌نظر بگیریم، در مرحله توسعه شبکه سراسری گاز و در زمانی‌ که هنوز شبکه سراسری به همه مناطق توسعه ‌نیافته باشد یا در هنگامی ‌که محل مورد نظر به ‌قدری دور افتاده باشد که از لحاظ اقتصادی انتقال گاز از طریق لوله‌کشی مقرون به ‌صرفه نباشد، می‌توان از سیستم سوخت‌رسانی مادر- دختر استفاده نمود.

در این روش یک تریلی با مخازن تعبیه شده روی آن، در ایستگاه مادر، مخازن را از سوخت پر کرده و به ایستگاه مقصد(که به ایستگاه دختر مشهور می‌باشد) انتقال می‌دهد. هنگامی ‌که CNG توسط تریلی به ایستگاه دخترمنتقل شد، به‌ منظوراستفاده از آن دو روش مورد استفاده قرار     می گیرد:

در روش اول CNG به یک تانک ثابت در ایستگاه دختر تخلیه می‌گردد و سپس توسط یک کمپرسور به خودروها سوخت‌رسانی می‌شود.

در روش دوم که بهتر می‌توان انرژی را صرفه‌جویی نمود؛ کامیون، تریلی را در ایستگاه دختر جا گذاشته و بدون تریلی به ایستگاه مادر باز خواهد گشت.

 در اغلب موارد هزینه این نوع از سوخت‌رسانی در دراز‌ مدت گران‌تر از به ‌وجود آوردن شبکه گازرسانی و استقرار ایستگاه دائمی تمام خواهد شد. با این وجود، در مواقعی که در یک مکان دور افتاده نیاز فوری به CNG باشد، این نوع سیستم سوخت رسانی قابل کاربرد است.

  

 

تجهیزات ایستگاه‌های سوخت‌رسانی CNG

 

بطور کلی تجهیزات اصلی مورد استفاده در یک ایستگاه سوخت‌رسانی CNG عبارتند از:

1- کمپرسور

2- مخازن ذخیره

3- دستگاه خشک‌کن

4- توزیع‌کننده

5- تابلوی کنترل

که در این قسمت به بررسی وظایف و نحوه عملکرد هر یک از این اجزا خواهیم پرداخت.

 
   

 

 

کمپرسور:

 

(Compressor)

 

 

در ایستگاه‌های CNG، کمپرسورها همانند قلب ایستگاه بوده که با استفاده از کار تولید ‌شده توسط موتورهای الکتریکی یا موتورهای گاز‌سوز، گاز طبیعی موجود در خطوط لوله یا منبع گاز را در یک یا چند مرحله‌ فشرده کرده و جهت سوخت‌گیری در ایستگاه‌های CNG، در مخازن پرفشار ذخیره می‌نمایند و در برخی موارد ( سیستم سوخت رسانی کند) بدون ذخیره‌سازی، مستقیماً عمل سوخت‌دهی را به خودرو انجام می‌دهند.

کمپرسورهای مورد استفاده درایستگاه‌های CNG، معمولاً از نوع رفت ‌و ‌برگشتی بوده و به کمپرسورهای سیلندر- ‌پیستونی معروفند. این کمپرسورها از نظر شکل ظاهری و برخی از اجزاء مکانیکی تا حدودی همانند موتورهای احتراق داخلی می‌باشند، هرچند تفاوت‌های بسیاری بین یک موتور احتراق داخلی و یک کمپرسور رفت‌ وبرگشتی وجود دارد.

 در‌صورتی که فشارهای بالا(psig3600 تا  psig5000) نیاز باشد، معمولاً به‌ دلایل فنی و اقتصادی از کمپرسورهای 2 تا 5 مرحله‌ای به جای کمپرسورهای تک ‌مرحله‌ای استفاده می‌نمایند. این کمپرسورها دارای مزایایی نسبت به  کمپرسورهای تک ‌مرحله‌ای می باشند که به اختصار در زیر به آنها اشاره شده است:

1)    امکان سردکردن گاز در مراحل میانی

2)    به‌ازای یک نسبت فشار معین، کار مورد نیاز در یک کمپرسور چندمرحله‌ای کمتر از یک کمپرسور تک‌ مرحله‌ای است.

3)    کمپرسورهای چند مرحله‌ای از تعادل دینامیکی بهتری برخوردارند.

4)    نشتی کمتر گاز در کمپرسورهای چند مرحله‌ای

5)    به‌علت کاهش دما روغنکاری بهبود یافته و مشکلات ناشی از آن نیز کاهش می‌یابد.

6)    بازده حجمی کمپرسورهای چند مرحله‌ای بیشتر است.

7)    به‌علت فشار کارکرد مختلف در سیلندرها، در مراحل اولیه نیازی به ساخت سیلندرهای پر فشار نخواهد بود.

مهمترین مشکل کمپرسورهای چند‌مرحله‌ای هزینه سرمایه‌گذاری بالا، به‌علت وجود تجهیزات بیشتر همانند کولرهای میانی، می‌باشد.

 

 

«نکات طراحی»

دراین قسمت مهمترین نکات طراحی کمپرسورهای جایگاهای CNG مورد بررسی قرار      می گیرد:

1- فشار ورودی کمپرسور:

فشار ورودی عبارتست از فشار گاز بالا دست کمپرسور، قبل از شیر ورودی مرحله اول که به‌عبارتی دیگر همان فشار تغذیه است. بسته به جایگاه ایستگاه سوخت‌گیری، فشار گاز ورودی ممکن است از  psig50 تا  psig500 متفاوت باشد. فشار مکش بالاتر موجب نرخ بیشتر جریان گاز خواهد شد. از آنجا‌ که فشار خروجی کمپرسورها ثابت است، فشار ورودی بیشتر به معنی نسبت تراکم کلی پایین‌تر بوده و در‌نتیجه کار کمتری نیز برای فشرده‌ سازی گاز مورد نیاز خواهد بود. برای مثال توان مورد نیاز و درنتیجه هزینه مربوطه برای افزایش فشار گاز از psig 40 به  psig5000 به‌ازای مقدار معینی گاز، کمتر از توان مورد نیاز برای افزایش فشار همان میزان گاز از  psig5 به  psig5000 می‌باشد.

 

2- فشار خروجی کمپرسور:

پیشنهاد می‌گردد برای سوخت‌گیری خودروها تا فشار  psig 3000، فشار خروجی کمپرسور psig 3600 باشد و به‌همین ترتیب در خودروهایی تا فشار psig 3600، بهتر است فشار خروجی کمپرسور  psig4500 انتخاب گردد. حتی برخی از کارشناسان برای سوخت‌گیری تا فشار psig 3000 نیز فشار  psig4500 را پیشنهاد می‌نمایند تا از سوخت‌گیری کامل اطمینان حاصل گردد. این در حالی است که هزینة سرمایه‌گذاری کمپرسورهای  psig4500 تنها 5 تا 10درصد بیشتر از همان کمپرسورها با فشار psig3600 می‌باشد. افزایش فشارخروجی نیاز به نسبت تراکم بالاتری دارد، که افزایش دمای گاز خروجی سیلندرها و همچنین بار روی میل پیستون را به دنبال دارد.

 

3- خنک‌کاری:

کل گرمای تولید شده در کمپرسور ، ناشی از گرمای فشرده‌سازی گاز در طول سیکل تراکم (90 تا 95 درصد) و همچنین اصطکاک بین اجزاء کمپرسور (5 تا 10 درصد) می‌باشد.

که برای دفع گرمای تولیدی و خنک کاری کمپرسورها از دو روش استفاده می کنند:

الف) خنک کاری به روش هوا- خنک :

در جاهایی که نسبت تراکم تا اندازه‌ای پایین بوده و هزینه‌های سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری پایین مد نظر باشد‌ از این روش برای خنک کاری کمپرسور استفاده می‌گردد.

ساختمان نسبتاً ساده و نبود تنش‌های حرارتی ناشی ازخنک ‌کاری موضعی از مزایای این نوع کمپرسورها به شمار می رود.

ب) خنک کاری به روش آب- خنک :

زمانی که نسبت تراکم و دبی جریان گاز زیاد باشد از این روش برای دفع گرمای کمپرسور استفاده می‌شود.

 طراحی این نوع کمپرسورها نسبت به نوع قبلی پیچیده‌تر بوده و نیاز به لوله‌کشی بیشتر، یک پمپ آب، سیستم‌ مبدل حرارتی و کنترل‌های اضافی دارد که این امر افزایش هزینه های اولیه تولید وساخت و همچنین افزایش هزینه‌های بلندمدت تعمیرات و نگهداری را به دنبال خواهد داشت.

- لازم به ذکر است که دمای خروجی گاز در کمپرسورهای‌ آب- خنک به‌ طور میانگین 5 تا 10 درصد کمتر از همین دما در کمپرسورهای هوا- خنک می‌باشد.

 

4- روغنکاری کمپرسور:

سیلندر‌های کمپرسوربه‌ صورت سیلندرهایی با روغنکاری یا بدون آن طراحی  می گردند.

- در طراحی سیلندر‌های با روغنکاری، از رینگ و ‌پیستون‌های چدنی یا برنزی استفاده می نمایند و برای روغنکاری اجزای آن دو روش به کار می برند:

 الف)  روغنکاری پاششی:

این روش روغنکاری در کمپرسورهای کوچک‌ به‌کارمی‌رود.

 در کمپرسور‌هایی که از این روش برای روغنکاری استفاده می‌گردد، روغن بایستی به‌ طور مداوم تعویض شده و لزجت آن باید با شرایط  آب ‌و‌هوایی و فصلی مطابقت داشته باشد.

 ب) روغنکاری تحت فشار:

در سیستم‌های روغنکاری تحت فشار از یک پمپ جداگانه برای انتقال روغن به یاتاقان‌های اصلی، یاتاقان‌های ژورنال و انگشتی پیستون‌ها به‌طور مستقیم استفاده می‌شود. بنابراین‌ روغنکاری تحت فشار نسبت به روغنکاری پاششی بهتر بوده و روش استانداردی می‌باشد که در کمپرسور‌های بزرگ به‌کار می‌رود.

 - در طراحی سیلندر‌های بدون نیاز به روغنکاری، از رینگ پیستون‌های تفلونی،‌ رینگ‌های rider ومواد rod-packing استفاده می‌نمایند، که به‌طور ذاتی روان‌کار هستند. در این کمپرسورها به دلیل عدم نیاز به روغنکاری بین رینگ و جداره سیلندر، میزان روغن موجود در CNG به مقدار زیادی کاهش می یابد.

«آلودگی مربوط به روغن روانساز در کمپرسور»

در کمپرسورهای معمولی که به‌منظور روان‌سازی از روغن استفاده می‌شود، ممکن است مقداری از این روغن در جریان فشرده‌سازی با گاز ترکیب شود و موجب انسداد در داخل اجزاء گردد. این آلودگی هنگامی بیشتر خواهد شد که در اثر سایش در اجزای کمپرسور، در حرکات رفت‌و‌برگشتی مقداری روغن در این مکان‌ها باقی بماند. طبق یک تحقیق انجام گرفته توسط گروه تحقیقاتی GRI & AGA میزان روغن در گاز می‌تواند در مواردی به حدی باشد که در سیلندر سوخت ته‌نشین گردد یا درعملکرد رگلاتور، شیرها، انژکتورهای سوخت، سیستم‌های اندازه‌گیری ودیگر تجهیزات ظریف، اخلال ایجاد نماید. در‌ضمن روغن میتواند سهم بسزایی درافزایش میزان آلودگی حاصل از اتومبیل‌های گاز‌سوز داشته باشد.

برای کاهش میزان روغن موجود در CNG تا یک سطح قابل قبول از فیلترهای روغن استفاده می کنند.

 

 

لوله‌کشی(Piping):

 

لوله‌کشی کمپرسور معمولاً جزئی از مجموعه کمپرسور یا پایه کمپرسور می‌باشد که در این قسمت به تشریح  بخش‌های مختلف لوله‌کشی کمپرسور و وظایف هر یک خواهیم پرداخت.

 

  • ·     لوله‌کشی ورودی:

لوله‌کشی ورودی به ‌طورکلی شامل همه لوله‌ها، شیرها، اتصالات و فیلترهایی است که نقطه اتصال گاز (خط لوله تغذیه) را به  ورودی طبقه اول کمپرسور وصل می‌نماید.

 

  • ·     مخزن بازیافت:

مخزن بازیافت، گاز موجود در کمپرسور را به ‌محض خاموش شدن آن در خود ذخیره می‌کند. همانطور که در شکل صفحه بعد نشان داده شده است، مخزن بازیافت از یک طرف به خروجی هرسیلندر و از طرف دیگر به ورودی کمپرسور لوله‌کشی شده است.

پس از خاموشی کمپرسور، شیرهای تخلیه ناگهانی باز شده و گاز موجود در هر سیلندر به مخزن بازیافت تخلیه می‌شود. پس از راه‌اندازی دوباره کمپرسور، شیرهای تخلیه ناگهانی  در ابتدا باز می‌مانند تا این‌ که کمپرسور به‌ سرعت عادی خود برسد. در این هنگام کمپرسور به سادگی گاز پشت مخزن را بدون فشار اضافه دیگری، فشرده می‌کند. بالاخره، شیرهای تخلیه ناگهانی بسته شده و کمپرسور شروع به تراکم گاز می‌نماید.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • ·     تله‌ها:

تله‌ها برای جمع‌آوری و دفع روغن، آب و قطرات چگالیده در جریان گاز فشرده‌شده، به‌ کار می‌روند. تله‌ها بایستی پس از هر کولر میانی و همچنین در پائین دست کولر نهایی قرار بگیرند. لوله‌کشی‌ها بایستی طوری قرار گرفته باشند تا به‌ طور طبیعی امکان تخلیه و سرازیر شدن مواد به تله‌ها فراهم گردد. هر تله بایستی به‌طور خودکار هر 30 دقیقه یک ‌بار و نیز در هنگام خاموش شدن کمپرسور تخلیه گردد. خروجی تله‌ها بایستی به‌یک تانک مرکزی تخلیه، ریخته شود. جنس این تانک بسته به نوع مواد تخلیه انتخاب می‌گردد تا خطری به ‌وجود نیاید.

 

  • ·     لوله‌کشی خروجی:

لوله‌کشی خروجی بایستی شامل یک شیر یک‌طرفه در خروجی کمپرسور و یک فیلتر باشد تا روغن و قطرات چگالیده‌ای که به‌وسیله جداکننده پس از مرحله آخر، جدا نشده‌اند، جدا سازد. اندازه این فیلتر براساس دبی بیشینه و فشار کمپرسور تعیین می‌گردد.

 

محرک کمپرسور:

بیشتر کمپرسورهای CNG توسط موتورهای الکتریکی به‌حرکت در‌آورده می‌شوند. البته در برخی از موارد، از‌جمله در ایستگاه‌های بزرگ، در مکان‌هایی که بهای انرژی الکتریکی بالا باشد یا در‌حالتی‌ که داشتن سرویس‌های الکتریکی مناسب، گران باشد بیشتر از موتورهای گازسوز به‌عنوان محرک کمپرسوراستفاده می‌گردد.

موتورهای الکتریکی در مقایسه باموتورهای گازسوز هزینه اولیه و هزینه تعمیر و نگهداری پایینی دارند و آلودگی‌ نیز به‌ همراه ندارند.

توان تولیدی مورد نیاز توسط محرک:

توان مورد نیاز برای کمپرسورها به‌طور کلی تابعی از طراحی کمپرسور، نسبت فشار و وجود هر نوع بار اضافی (همانند پمپ‌ها و فن‌های کولر) می ‌باشد که به‌طور مستقیم به محرک کمپرسور اعمال می‌شود. چنانچه نسبت فشار کمپرسور افزایش یابد، توان مورد نیاز برای کمپرسور نیز بیشتر خواهد شد.

 

محفظه‌ها:

برای محافظت از اجزای کمپرسور در برابر اثرات باران، برف و نور خورشید و همچنین کاهش میزان سر و صدای تولیدی و بهبود شکل ظاهری مجموعه تجهیزات کمپرسور که در قسمتهای قبل به آنها اشاره شد توسط سازندگان در درون محفظه ای قرار داده می شود. محفظه‌ها می‌توانند از مواد غیراکوستیک یا  تمام اکوستیک ساخته شوند.

 

 

مخازن:                         

 

(Strage)

 

به‌منظور کاهش زمان سوخت‌گیری درایستگاههای سوخت گیری تند، ازمخازن فشار بالا استفاده می کنند. این مخازن در ابتدا توسط کمپرسور پر شده و به فشاری  بالاتر از فشار مخزن خودرو می رسند، سپس به علت وجود این اختلاف فشار، سوخت با سرعت به مخزن خودرو منتقل می گردد.( هرچه اختلاف فشار دو مخزن بیشتر باشد سوخت با سرعت بیشتری منتقل خواهد گردید)

استفاده از مخازن فشار بالا در ایستگاهها مزایای زیر را به دنبال دارد:

1) مدت زمان سوخت‌گیری به‌ طرز چشم‌گیری کاهش می یابد و به حدود 3 تا 10 دقیقه خواهد رساند.

2) میزان روشن ‌و خاموش شدن کمپرسور کاهش می یابد، که این امرمنجر به افزایش طول عمر کمپرسور وکاهش هزینه‌های کلان تعمیر ونگهداری می شود.

 

انواع مخازن:

به‌طور کلی در ایستگاههای سوخت‌دهی سریع برای ذخیره سازی گاز طبیعی فشرده از دو روش  استفاده می‌کنند که در اینجا به بررسی هریک از این روشها خواهیم پرداخت:

 

1) مخازن ترتیبی (آبشاری)

در سیستم ترتیبی، مخازن به سه قسمت فشار بالا، متوسط و فشار پایین دسته‌بندی می شوند، که هر قسمت ممکن است از یک یا چندین مخزن هم فشار تشکیل شده ‌باشد. در ابتدای سوخت‌گیری، مخزن فشار پایین مورد استفاده قرار می‌گیرد و تا وقتی‌ که اختلاف فشار مخزن خودرو و مخزن ایستگاه در حد معقولی باشد، سوخت‌گیری از طریق مخزن فشار پایین انجام خواهد گرفت. در حین سوخت‌گیری فشار مخزن ایستگاه افت می‌کند و در عین حال فشار مخزن خودرو زیاد می‌شود. بنابراین اختلاف فشار دو مخزن بتدریج کم شده تا این ‌که از حد مجاز کمتر خواهد شد. در این حالت، سوخت‌گیری از مخزن با فشار متوسط انجام خواهد شد. به این ترتیب اختلاف فشار لازم را برآورده خواهیم ‌ساخت و در‌نهایت بعد از مدتی، سوخت‌گیری از طریق مخازن فشار بالا انجام خواهد گرفت.

استفاده از این روش باعث می شود که سه عامل کنترل دمای گاز مخزن خودرو، زمان کوتاه سوخت‌رسانی و بهره‌برداری بهتر از حجم مخزن ایستگاه در یک حالت تعادل با یکدیگر نگه‌ داشته شوند.

چنانچه به جای سیستم مذکور از یک مخزن در ایستگاه استفاده کنیم، مجبور خواهیم‌ بود که فشار تک ‌مخزن ایستگاه را تا حد مجاز آن بالا ببریم، دراین ‌صورت در ابتدای سوخت‌گیری، اختلاف فشار به اندازه‌ای زیاد است که سرعت بالای گاز ورودی به مخزن خودرو موجب افزایش شدید دمای گاز موجود در مخزن خودرو خواهد شد، در‌نتیجه در فشار بیشینه جرم کمتری از گاز، فضای مخزن خودرو را اشغال خواهد نمود، به‌ طوری ‌که بعد از چند ساعت تبادل حرارتی با محیط اطراف و رسیدن به دمای محیط، فشار مخزن افت می‌کند و این نقصان ممکن است در سیستم سوخت‌رسانی خودرو اشکال ایجاد کند .

 

2) استفاده از مخازن بافر:

مهمترین و اساسی‌ترین فرض ایستگاه‌هایی که از این مخازن استفاده می‌کنند، این است که سرعت ورود وسائط نقلیه به ایستگاه به اندازه‌ای است که کمپرسور به‌ طور پیوسته کار می‌کند و عمل سوخت‌دهی به ‌طور مستقیم توسط کمپرسور انجام می‌گیرد. مخازن ذخیره بافر فقط در فاصله زمانی دو سوخت‌گیری، توسط کمپرسور پر می‌شوند. طراحی کمپرسور در این حالت به‌ گونه‌ای است که بتواند نرخ سوخت‌دهی را در زمان دلخواه با کمترین مشارکت مخازن بافر، تأمین نماید.

هنگامی ‌که در ایستگاه وسیله‌ای برای سوخت‌گیری وجود ندارد، مخزن به‌ سرعت توسط کمپرسور پر شده و بعد از آن کمپرسور خاموش خواهد شد. به‌منظور عدم روشن ‌و‌ خاموش شدن زیاد کمپرسور معمولاً یک سیکل فرعی از خروجی مخزن بافر به ورودی کمپرسور، تعبیه می‌شود به‌ طوری ‌که کمپرسورهمواره درحال کار‌کردن می‌باشد ولی درحالتی که عمل سوخت‌دهی انجام نمی‌گیرد باری روی کمپرسور نخواهد بود و گازی فشرده نخواهد شد.

در‌نهایت باید گفت که این نوع مخازن بیشتر در ایستگاه‌های سوخت‌دهی اتوبوس‌ها و خودروهای سنگین مورد استفاده قرار می‌گیرد و به ‌طور ‌قطع به ‌دلیل نوع مخازن به‌کار رفته، کمپرسورهایی با ظرفیت بالا نیاز خواهد بود.

در شکل به‌کارگیری مخازن بافر و ترتیبی در ایستگاه سوخت‌رسانی نشان داده شده است. مشاهده می‌شود که در سیستم ترتیبی، توزیع‌کننده به ‌طور مستقیم از مخازن تغذیه می‌گردد، در حالی ‌که در سیستم بافر، توزیع‌کننده توسط کمپرسور تغذیه می‌گردد.

 

 

 

 

 

 

 

خشک کن:                 

           

(Dryer)

انجماد بخار آب موجود در گاز طبیعی به علت کاهش دمای هوا در زمستان و یا کاهش فشار در اثر تغییر ناگهانی  قطر لوله موجب انسداد مجاری انتقال گاز در ایستگاهها و یا خودرو می شود. علاوه بر این قطرات آب تشکیل شده در گاز می‌تواند با CO2وH2S  موجود، ترکیب‌شده و اسیدهای گوگرد و کربنیک را تشکیل دهند، که وجود این اسیدهای خورنده در گاز، باعث افزایش خوردگی در تجهیزات ایستگاه و قطعات خودرو می گردد. به همین علت، در ایستگاه سوخت رسانی به منظور کاهش میزان بخار آب موجود در گاز و رساندن آن به سطح قابل ‌قبول از خشک کن استفاده می کنند.

 

محل نصب خشک کن:

دستگاه‌های خشک‌ کن می‌توانند درقسمت کم‌ فشار(ورودی) یا پرفشار(خروجی)کمپرسورنصب گردند. ولی بنا به دلایل زیر به شدت توصیه می شود که خشک کن در قسمت کم‌فشار (ورودی) کمپرسور نصب گردد.

1)    چون در قسمت ورودی فشار کم است، درایر دیگر نیاز به تجهیزات و شیر آلات فشار بالا نداشته، هزینه آن کاهش می یابد

2)    گاز ورودی به کمپرسور تمیز و خشک می باشد و مشکل احتمالی خوردگی و یخ زدگی برای کمپرسور به وجود نمی آید.

3)    نصب دستگاه خشک‌کن در قسمت پرفشار (خروجی) کمپرسورباعث می شود ماده خشک‌کننده در معرض فشار بسیار عظیم و همچنین نوسانات دبی جریان قرار بگیرد، که این عامل موجب تخریب غربال مولکولی می گردد.

 

دمای نقطه شبنم:

دمای نقطه شبنم یک گاز دمایی است که در آن دما بخار موجود در یک حجم معین و فشار معلوم شروع به تقطیر می‌کند. اگر دمای گاز بالاتر از دمای نقطه شبنم باشد، گاز حالت ما فوق ‌گرم داشته و میزان بخار آن از حالت نقطه شبنم کمتر می‌باشد. در نقطه شبنم، گاز بیشترین مقدار بخار آب را در خود دارد و پایین‌تر از نقطه شبنم بخار موجود شروع به تقطیر می‌کند. دمای نقطه شبنم با افزایش فشار زیاد می‌شود. یعنی در مکان‌های پرفشار بعد از کمپرسور و در تجهیزات خودرو براحتی ممکن است به دمای نقطه شبنم برسیم و شاهد تشکیل قطرات آب باشیم. می‌توان روند افزایش دمای نقطه شبنم با فشار را در جدول زیر مشاهده کرد.

فشار

(psig)

دمای نقطۀ شبنم

(F)

10

37-

100

10-

1200

35

3600

52

 

به‌عنوان مثال اگر یک گازCNG  با میزان بخار آب 7 پوند در میلیون متر مکعب گاز را درنظر بگیریم، در فشار  psi3600، دمای نقطه شبنم F52 خواهد بود. به این معنی که  اگر گازدر این فشار به دمای F52برسد، بخارهای آب در مخازن خودرو، ایستگاه و لوله‌ کشی ها تشکیل می‌شود.

برای حذف پتانسیل تراکم و مشکلات یخ زدن، گاز باید تا نقطه شبنم خشک شود و طبق استانداردها، میزان بخار آب در CNG باید به ‌اندازه‌ای باشد که نقطه شبنم آن حداقل F10 پایین تر از کمترین دمای خشک ماهانه ایستگاه باشد.

 

انواع خشک کن ها:

 

بطور کلی از دو نوع خشک کن در ایستگاههای CNG استفاده می کنند:

خشک کن  PSA: که بر اساس تغییرات فشار کار می کند.  

خشک کن TSA: که بر اساس تغییرت دما کار می کند.

در هر دو نوع، از یک ماده جاذب مانند غربال مولکولی جهت جذب بخار آب از جریان گاز استفاده می‌شود. مهمترین تفاوت بین دو روش در نحوه دوباره فعال‌سازی یا خشک‌کردن، ماده جاذب می باشد.

در خشک کن های TSA از یک گرم‌کن برقی برای بازیافت مواد جاذب رطوبت استفاده می‌شود. این سیستم معمولاً دارای دو نوع تک ‌برجکی (گرم‌کن خارجی) و دوبرجکی می‌باشد. دو برجکی در بالای کمپرسور، و یک برجکی هم بر روی کمپرسور و هم در زیر کمپرسور نصب می شود.

خشک کن تک برجکی:

(Single Tower Dryer)

این خشک کن دارای گرمکن برقی خارج از خشک کن هستند و هر یک تا شش ماه یک بار نیاز به بازیابی دارد. سیستم تک‌ برجکی دارای امتیازاتی نظیر قیمت پایین، قابلیت اطمینان بالا، هزینه تعمیراتی کم (جدا از هزینه بازیابی) است و به علاوه تمام امتیارات سیستم دو برجکی را  نیز دارا می‌باشد.

این سیستم دارای معایبی نظیر هزینه بالای بازیابی  و کمبود نیروی متخصص بازیاب  در منطقه مشخص، می‌باشد. همچنین مسائل جوی و شرایط آب‌وهوایی نیز باید مساعد بازیابی باشند.

 

خشک کن دو برجکی:

(Twin Tower Dryer)

 

سیستم‌های خشک‌کن TSA دوبرجکی دارای چندین نوع طراحی می‌باشند. گرمایش داخلی با پاک‌ کننده داخلی یا خارجی و سیستم بازیابی حلقه بسته. در طراحی مناسب و درست سیستم خشک‌ کن TSA دو ‌‌برجکی، می‌توان بدون آن‌ که به سیکل بازیابی نیاز داشته باشیم ماد‌ه جاذب و خشک کن را در حدود 2 تا 3 سال به ‌طور ممتد به‌ کار گرفت. چرخه کاری بلند مدت این سیستم می تواند هزینه‌های تعمیراتی را به شدت کاهش دهد. همچنین در این سیستم ماده خشک ‌کن بازدهی بیشتری خواهد داشت و برای مدت طولانی‌ تری می‌تواند به‌کار گرفته‌ شود.

 

فیلترها(Filter):

 

فیلترهای گاز در جایگاهای CNG به دو منظور با عناوین پیش فیلتر و پس فیلتر به کار می روند. پیش فیلترها در جایگاههای  سوخت گیری CNG به منظور جلوگیری از ورود ذرات ناخالصی و هر گونه ماده زائد به همراه گاز طبیعی به داخل کمپرسوراز خط لوله، قبل از ورودی کمپرسور نصب می شوند. پس فیلترها پس از کمپرسور و به منظور جلوگیری از ورود ذرات روغن و ناخالصی ها به مخازن تحت فشار به کار گرفته می شوند و تنها تفاوت این دو نوع فیلتر فشار کاری آنها است. بدین معنی که پیش فیلترها در  در فشاری در حدود فشار جو و یا مقداری بالاتر به کار گرفته می شوند، در حالی که پس فیلترها در فشار 250 تا 300 بار کار می کنند.

از نکات قابل توجه در بررسی فیلترها قابلیت صاف کردن از نظر ماکزیمم سایز عبوری یک ذره، افت فشار کم و نیز قابلیت دسترسی آسان به منظور تعمیرات و تعویض های اجزا آنهاست. معمولا جنس فیلترها از مواد رزینی، پلیستر و سایر مواد مشابه است که در درون یک پوشش فلزی قرار دارد.

 

ساختمان فیلتر:

هر فیلتر شامل دو قسمت ورودی و خروجی  گاز است و قسمت اصلی در داخل به منظور انجام عملیات فیلتراسیون نصب گردیده است.

گاز ورودی از طریق مسیر مربوطه وارد پوسته فیلتر شده و به داخل پوششی که معمولا از جنس رزین، پلیستر و یا سایر مواد است نفوذ می کند. این پوشش اجازه عبور ذرات با سایز بزرگتر از یک حد معلوم را نمی دهد و لذا گاز فیلتر شده از یک مسیر دیگر و از مرکز فیلتر خارج خواهد  شد.یک عبور استاندارد 5/99 درصد ذرات با سایز بزرگتر از ده میکرون را مانع خواهد شد.

 

 

 

 

توزیع‌کننده:

 

(Dispenser)

 

 

توزیع‌کننده، وسیله انتقال سوخت از ایستگاه به خودرو می‌باشد. توزیع‌کننده‌ها دارای سیستم کنترلی می‌باشند و با استفاده از آنها می‌توان میزان سوخت تزریقی را اندازه‌گیری نمود. همچنین دارای امکاناتی می‌باشند که در هنگام پر‌شدن مخزن خودرو و رسیدن به فشار مورد نظر، تزریق سوخت قطع خواهدشد و از سرریز سوخت جلوگیری می‌کنند. تجهیزات و تکنیک به‌کار‌ رفته در توزیع‌کننده بسته به نوع سوخت‌گیری کُند یا تند، با یکدیگر متفاوت است. یک ایستگاه ممکن است از چندین نوع توزیع‌کننده با توجه به نوع خودروهای سوخت‌گیری کننده، تشکیل شده باشد. شکل زیر نمایی ساده از عملکرد یک توزیع‌کننده را نشان می‌دهد.

 

 

 

اجزای توزیع‌کننده:

 

 

1) جریان‌سنج :

جریان‌سنج، مقدار گاز وارد‌شده به مخزن خودرو را مشخص می‌نماید. معمول‌ترین نوع جریان‌سنجی که در ایستگاه‌های سوخت‌رسانی ایالات‌متحده به‌کار می‌رود، جریان‌سنجی است که با شتاب کوریولیس کار می‌کند. اخیراً نیز جریان‌سنج‌هایی به‌وجود آمده‌اند که با استفاده از سرعت صوتی گاز در یک گلوگاه ونتوری، میزان جرم گاز را مشخص می‌نمایند.

در نصب جریان‌سنج به‌یک توزیع‌کننده، باید دقت نمود که محل نصب تا حد امکان به خودرو نزدیک باشد. زیرا هر‌چه جریان‌سنج نسبت به نازل سوخت رسانی به خودرو دورتر، نصب گردد، در پایان زمان سوخت‌گیری، در ‌هنگامی‌که شلنگ تزریق از اتصال به خودرو برداشته شود،‌ مقدار گاز باقی‌مانده در قسمت بین جریان‌سنج و نازل شلنگ بیشتر خواهدبود که این مقدار گاز باقیمانده باعث خطا در اندازه‌گیری سوخت تزریقی به خودرو خواهد شد.

در نتیجه برای کاهش این مقدار خطا، باید جریان‌سنج را هر‌چه نزدیک‌تر به قسمت انتهایی شلنگ نصب نمود یا این‌ که اندازه‌ لوله‌های انتهایی را، کمترین مقدار ممکن انتخاب نمود.

 

2) حسگرهای فشار:

حسگرهای فشار روی لوله‌های توزیع‌کننده نصب می‌گردند و میزان فشار درون مخزن خودرو را  کنترل می کنند. حسگرهای فشار نیز باید تا حد امکان در نزدیکترین نقطه به خودرو نصب شوند. معمولاً به‌علت سرعت بالای گاز در داخل لوله‌های توزیع‌کننده و دیگر محدودیت‌ها، حسگرها  نمی‌توانند فشار دقیق مخزن خودرو را ثبت نمایند.

 

4) صفحه نمایش:

این صفحه میزان گاز انتقال یافته به مخزن خودرو را به اپراتور نشان می‌دهد. همچنین ممکن است قیمت کل و قیمت هر واحد سوخت را نیز نمایش دهد. میزان گاز منتقل‌شده می‌تواند بر‌اساس جرم (پوند یا کیلوگرم)، حجم (scf)، ظرفیت گرمایی و یا میزان گالن گازوئیل یا بنزین معادل، اندازه‌گیری شود.

 

اتصالات قطع‌کننده:

براساس استاندارد 52- NFPA باید پمپ به طریقی عمل کند که، اگر خودرو پس از دریافت گاز حرکت کرد، جریان گاز در شیلنگ پمپ گاز قطع گردد. وسیله ای که این کار را انجام میدهد، “اتصالات قطع‌کننده” نام دارد. این وسیله شامل یک سه پایه، یک بست قفل کننده و یک وسیله قطع ارتباط است. از آنجا که به شیلنگ نیرو وارد می شود، این نیروی وارده به وسیله قطع کننده ها به عقب کشیده می شود و قسمتهای نری و مادگی از یکدگر جدا می شوند. وقتی این عمل اتفاق می افتد، سوپاپها بسته شده، جریان گاز قطع می شود.

شلنگ:

شلنگ پمپ های گاز در ایستگاه‌های CNG انعطاف‌پذیرند و معمولاً از فولاد ضد‌زنگ و از مواد بافتنی مصنوعی به‌انضمام پلاستیک فلوئوری ساخته می‌شود. معمولاً شلنگ تزریق به‌عنوان یک وسیله از پیش‌ساخته‌شده تهیه می‌گردد.

جنس شلنگ را معمولاً طوری انتخاب می‌نمایند که هادی الکتریسیته ساکن باشد تا از تجمع الکتریسیته ساکن و احتمال جرقه‌زدن آن جلوگیری گردد. شلنگ را باید در حد ایمنی تجهیزات مربوط به کمپرسور و سیلندرها و حتی بالا‌تر از آنها طراحی نمود. معمولاً آنها را به‌طور هیدرواستاتیکی تا 5/1 برابر فشار پیشنهادی توسط سازنده، تست می‌کنند.

 

نازل سوخت‌رسانی:

نازل سوخت‌رسانی، یک اتصال ایمن را بین مخازن ایستگاه و مخزن خودروی در‌حال سوخت‌گیری، فراهم می‌کند. نازل‌ها معمولاً از مواد مقاوم در مقابل خوردگی ساخته می‌شوند و به‌وسیله برنج و آهن ضد‌زنگ، سخت‌کاری می‌شوند. نازل‌ها معمولاً بر‌طبق استاندارد NSI و NGV1  طراحی می‌شوند. این استاندارد شامل طراحی نازل مربوط به انواع ایستگاه‌های سریع و کند، با مخازنی به ظرفیت psig 3600، 3000 و 2400 می‌باشد. معمولاً به‌‌منظور جلوگیری از ورود ذرات خارجی به مخزن خودرو، از یک فیلتر در نازل‌ها استفاده می‌شود.

 

 

شیر و تنظیم‌کننده‌ها:

علاوه بر تجهیزات ذکر‌شده، تجهیزات دیگری مانند انواع شیر و تنظیم‌ کننده وجود دارد که طراحی و انتخاب این وسایل به نوع توزیع‌کننده و نوع ایستگاه بستگی خواهد داشت.

 

سیستم کنترل ایستگاه:

سیستم کنترل ایستگاه می تواند سیستم ساده ای باشد مانند مواردی که در ایستگاههای سوخت رسانی در طی زمان، سریع، ترانزیت و یا با همدیگر به کار برده شده است. قسمت کنترل کننده های جداگانه و داخلی ایستگاه مثل کنترل کمپرسور یا خشک کن معمولاً از قبل بر روی آنها نصب شده است و نهایتاً قابل اتصال به شبکه کنترل کل ایستگاه هستند. در گذشته سیستم کنترل ایستگاهها با استفاده از رله بود، ولی امروزه اکثراً از میکرو پروسسور یا تابلو کنترل PLC استفاده می کنند. این سیستم برای کمپرسورها و پمپ های گاز کارآیی لازم را دارد و هزینه آنها هم معمولاً پایین است. و در مقابل، کارآیی و قابلیت انعطاف زیادی نیز دارند. سیستم کنترل PLC ایستگاه برای تمامی تجهیزات کارآیی لازم را دارد و باعث کارکرد بهتر تجهیزات و بالا رفتن درجه ایمنی آنها می شود. این سیستم کنترل قابل اتصال به سیستم کامپیوتری است تا از این طریق بتوان کنترلهای لازم را انجام داد. با این سیستم می توان در حالت اضطراری ایستگاه را متوقف کرد و یا از طریق صفحات کامپیوتر، عملکرد ایستگاه را کنترل، و در مواقع لزوم اعلام خطر کرد و برنامه عملکرد ایستگاه را با این دستگاه تنظیم و اجراء نمود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

طبقه‌بندی خودروهای گازسوز:

 

به‌صورت اجمالی خودروهای گاز طبیعی، بسته به این که به چه صورت از گاز طبیعی استفاده می‌کنند، به سه دسته تقسیم می‌شوند. این تقسیم‌بندی عبارت ‌است ‌از:

1) صددرصد گازسوز(Dedicated):

این خودروها از ابتدا برای کار با سوخت گاز طراحی شده‌اند. از آنجا که طراحی این خودورها برمبنای گاز بوده، تمام مسائل و مشکلات سوخت گاز در طراحی آنها مد نظر قرار گرفته است. بنابراین این خودروها از کیفیت و راندمان بهتری نسبت به خودروهای مشابه بنزینی برخوردار می‌باشند.

 

2) دوگانه‌سوز

                                                           

(Dual Fuel)

 

این موتورها، موتورهایی هستند که اغلب از تبدیل یک موتور دیزل به گازسوز به ‌دست می‌آید. اساس کار موتورهای دوگانه‌سوز، سیکل  دیزل است و سوخت اصلی این موتورها گاز طبیعی می‌باشد. ولی طراحی آنها به‌ گونه‌ای است که از سوخت دیزل به‌عنوان سوخت کمکی برای شروع احتراق گاز استفاده می‌نماید.

در این‌گونه موتورها، ابتدا گاز با نسبت 90 تا 95%  از کل انرژی وارد محفظۀ احتراق می‌شود. هنگامی‌ که مخلوط هوا و سوخت داخل محفظۀ احتراق تا حد مناسب فشرده و آمادۀ احتراق شد، مقدار کمی گازوئیل توسط انژکتور پاشیده می‌شود. این فرایند باعث می‌شود تا احتراق، آغاز شده و موتور فعال شود. گازوئیل در اینجا به‌جای شمع عمل می‌کند و لذا به آن سوخت پیلوت و یا سوخت آتش‌زنه می‌گویند.

چون در این موتورها فرایند احتراق ابتدا به‌صورت اشتعال تراکمی و سپس احتراق شبیه مخلوط پیش‌آمیخته می‌باشد، لذا دو نوع "اشتعال" و "سوختن" متفاوت رخ می‌دهد. به‌همین دلیل به این ‌گونه موتورها، موتورهای دوگانه‌سوز می‌گویند. در کلمه "دوگانه‌سوز" پسوند "سوز" بیان‌کننده سوختن است که در این موتورها دو نوع مختلف سوختن اتفاق می‌افتد.

در ضمن کلمه "Dual" در انگلیسی به معنای دوتایی می‌باشد، بدین معنی که هر کدام از اجزا به یکدیگر وابسته بوده و بدون یکدیگر نمی‌توانند عمل کنند. به‌همین صورت پیشوند "Bi" در انگلیسی به معنای "دوتا" می‌باشد که هر کدام می‌توانند مستقل از دیگری عمل کنند. موتورهای دوسوخته (Bifuel) می‌توانند با هر کدام از سوخت‌ها به طور مستقل کار کنند. (در حال حاضر در صنایع خودروسازی، دو اصطلاح دوسوخته و دوگانه‌سوز سهواً به‌جای یکدیگر به‌کار برده می‌شوند.)

تبدیل موتور دیزل به موتور دوگانه‌سوز نسبتاً ساده می‌باشد. زیرا تغییراتی در نسبت تراکم، سرسیلندرها یا در سیکل کاری که موتور دیزل براساس آن کار می‌کند، صورت نمی‌پذیرد. حتی تکنولوژی سیستم کنترل کامپیوتری دو گانه‌سوز این موتورها به‌گونه‌ای در حال توسعه است که این سیستم را بتوان براحتی از موتور جدا نموده تا موتور به یک موتور دیزل معمولی تبدیل گردد.

 

 

 

انواع سیستمهای احتراق در موتورهای دوگانه‌سوز:

به‌طور کلی سه نوع سیستم احتراق در موتورهای دوگانه‌سوز استفاده می‌شود:

  • موتورهای دوگانه‌سوز معمولی
  • موتورهای دوگانه‌سوز با آلایندگی NOx
  • موتورهای دوگانه‌سوز با پاشش مستقیم

 

موتورهای دوگانه‌سوز معمولی:

این نوع موتورها در ابتدا از نوع مکش طبیعی بودند و گاز به ‌وسیله کاربراتور با هوا ترکیب می‌شد. اما امروزه از توربوشارژر استفاده می کنند و گاز درون راهگاه ورودی تزریق می‌شود. فشار تزریق گاز باید اندکی بالاتر از فشار مکش هوا باشد. بنابراین فشار تقریبی تزریق درحدود bar 5- 3 می‌باشد.

برای تبدیل یک موتوردیزل به دوگانه‌سوز، سیستم تزریق به‌جز اصلاحاتی که ممکن است روی پمپ انژکتور و شکل نازل‌ها ایجاد شود، احتیاج به تغییر خاصی ندارد. با توجه به ترکیب گاز مورد استفاده، نسبت تراکم ممکن است پایین‌تر بیاید تا پدیدۀ کوبش اتفاق نیفتد. اما این مقدار نباید تا حدی باشد که خاصیت خود اشتعالی گازوئیل بی‌اثر شود. کمترین نسبت تراکم درحدود 11 تا 12 می‌باشد. حداکثر قدرت خروجی معمولاً 10 تا 20 درصد کمتر از موتور دیزل مشابه می‌باشد. این کاهش با خاصیت کوبش سوخت محدود می‌شود و به عدد متان گاز بستگی دارد.

در بارهای کم و هنگام راه‌اندازی، موتور روی سوخت گازوئیل کار می‌کند و هنگامی‌که نیاز به قدرت بیشتری می‌باشد، میزان سوخت گازوئیل کمتر شده (که تقریباً برابر حالت کارکرد درجا یا حتی کمتر از آن) و توان اضافی مورد نیاز با غنی کردن مخلوط ورودی (افزایش مقدار گاز) تـأمین می‌گردد. در این مرحله کاهش قدرت موتور نیز با رقیق کردن مخلوط ورودی (کاهش مقدار گاز) صورت می‌گیرد. نهایتاً مخلوط هوا و گاز توسط یک افشانۀ کاملاً اتمیزه شدۀ سوخت دیزل، که حدود 5 تا 8 درصد سوخت در حالت بار کامل را شامل می‌شود، مشتعل می‌گردد.

با تنظیم سیستم کنترلی حاکم، می‌توان کاری کرد که موتور در حالت بار کامل هم به‌صورت یک موتور دوگانه‌سوز کار کند یا این‌که فقط سوخت دیزل مصرف کند. همچنین اگر گاز تمام شده باشد می‌توان موتور را روی سوخت دیزل تنظیم کرد که در این‌صورت موتور به یک موتور دیزل کامل تبدیل می‌شود. این امر بسیار مهم است زیرا در موتورهای دوگانه‌سوز ممکن است که مخزن گاز، تخلیه گردد و موتور روی سوخت گازوئیل به‌تنهایی به حرکت ادامه دهد.

 موتورهای دوگانه‌سوز با آلایندگی NOx کم:

موتورهای دوگانه‌سوز با آلایندگی NOx کم، رقیق‌سوز می‌باشند، در نتیجه در این موتورها دمای بیشینۀ احتراق پایین آمده ومیزان تولید NOx نسبت به موتورهای دیزل  کاهش می یابد.

مقدار NOx تولید شده بستگی به مقدار گازوئیل پیلوت دارد. دستیابی به NOx خیلی کم نیازمند آن است که نسبت هم‌ارزی بسیار پایین (درحدود 4/0) باشد. کم شدن نسبت هم‌ارزی به‌معنای نیاز بیشتر به انرژی پیلوت (گازوئیل)، برای ایجاد احتراق مناسب و خوداشتعالی است. اما افزایش مصرف سوخت پیلوت (گازوئیل) به مفهوم افزایش NOx می‌باشد. امروزه بعضی از شرکت‌های موتورسازی، سیستم‌هایی طراحی کرده‌اند که طی آن مصرف سوخت پیلوت بسیار کم می‌باشد. که باعث کاهش آلایندۀ NOx شده‌است.

برای داشتن یک احتراق کامل و مطمئن، حداقل 5% سوخت گازوئیل در حالت بار کامل به‌عنوان سوخت پیلوت نیاز می‌باشد. اما با بهینه کردن سیستم تزریق سوخت پیلوت، می‌توان این میزان را تا حدود 2% کاهش داد که این کار به ‌طور چشم‌گیری در کاهش NOx، مؤثر می‌باشد. بهینه‌کردن پاشش سوخت پیلوت به‌معنای بالا بردن فشار تزریق و کاهش قطر سوراخ انژکتورها می‌باشد که باعث بالا رفتن قدرت نفوذ و اتمیزه شدن سوخت می‌باشد. درنتیجه یک سوخت با انرژی مناسب درکل محفظۀ احتراق، آمادگی اشتعال خواهد داشت.

 موتورهای دوگانه‌سوز با پاشش مستقیم:

 

 

 

 

از دیگر سیستم‌هایی که در آن از گاز طبیعی در موتورهای دیزل استفاده می‌شود، موتور دوگانه‌سوز با پاشش مستقیم می‌باشد که در آنها گاز و سوخت پیلوت (آتش‌زنه) توام با هم و به‌ طور مستقیم، به ‌داخل سیلندر توسط انژکتور تزریق می‌شوند. اگرچه مفهوم طراحی این موتورها ساده می‌باشد، اما در عمل این موتورها با مشکلات و پیچیدگی‌های خاص خود همراه هستند. این نوع موتورهای  دوگانه‌سوز به موتور "دیزل- گاز" معروف هستند.

برای شروع عمل احتراق، سوخت گازوئیل پیلوت همانند موتورهای دوگانه‌سوز معمولی به‌ داخل سیلندر تزریق می‌شود. مقدار سوخت پیلوت تزریق ‌شده لازم در حدود 3 تا 5 درصد می‌باشد. میزان NOx تولید شده همانند موتورهای دوگانه‌سوز می‌باشد. از آن‌ جا که احتراق در این موتورها از نوع پخشی  است و نه پیش‌‌آمیخته، مشکلاتی مانند کوبش و کنترل نسبت هوا به سوخت در حالت بار جزئی تا حد زیادی خود‌به‌خود مرتفع شده‌است. همچنین راندمان بار جزئی و قدرت (BMEP) حالت تمام بار با تغییر وضعیت موتور از دیزل به دوگانه‌سوز با پاشش مستقیم تا حد زیادی بدون تغییر باقی می‌ماند و به تغییرات کیفیت گاز حساس نمی‌باشد.

شکل زیر نحوۀ پاشش گاز و گازوئیل رابه  داخل سیلندر درانتهای زمان تراکم  نشان‌ می‌دهد:

 

در این سیستم به دلیل تزریق مستقیم گاز به داخل محفظۀ احتراق، فشار پاشش خیلی بالایی نیاز می باشد (در حدود bar 350-250)که این موضوع دارای تبعاتی است، که برخی از آن‌ها عبارتند از:

  1. هزینۀ کمپرسور مورد نیاز برای پاشش سوخت بسیار زیاد خواهد شد که قسمت عمدۀ افزایش قیمت این‌گونه موتورها از همین امر ناشی می‌شود.
  2. برای به حرکت درآوردن این کمپرسور، چیزی حدود 5% از قدرت موتور صرف می‌شود.
  3. سیستم ایمنی لازم برای این کمپرسور بسیار پرهزینه می‌باشد.
  4. قدرت خروجی و راندمان بیشتر این موتور باعث بالا رفتن قیمت آن می‌گردد.

برای تزریق گاز و گازوئیل از انژکتور استفاده می‌شود که یک نمونه از این انژکتورها با نازل دوگانه (برای پاشش هم‌ زمان گاز و گازوئیل) در شکل زیر نشان داده شده است. نازل مخصوص گازوئیل به ‌گونه‌ای طراحی شده ‌است که هم مقادیر کم سوخت پیلوت را به‌ صورت مناسبی اتمیزه کرده و قطرات آن را به اندازه مناسب درمی آورد، هم این‌ که برای حالت تمام بار با سوخت دیزل، کارایی مناسب را دارد.

 

 

 

کاربرد و مزایای موتورهای دوگانه‌سوز:

استفاده از موتورهای دوگانه‌سوز در بسیاری از نقاط دنیا در حال توسعه می‌باشد. پرهزینه‌ترین و کارآمدترین سیستم‌های کنترل کامپیوتری این موتورها در آمریکای شمالی و استرالیا در حال معرفی است و در اروپا نیز این سیستم‌ها در حال آزمایش برای ورود به بازار می‌باشند. ولی استفاده از آنها در دیگر نقاط دنیا مانند آمریکای لاتین، هند، پاکستان، چین و دیگر قسمت‌های آسیا در حال توسعه می‌باشد و از این موتورها بیشتر در اتوبوس‌ها و ماشین‌های سنگین استفاده می‌کنند. ولی در موتور خودروهای دیزلی سواری نیز می‌توانند کارآیی داشته باشند.

در مجموع مزایای موتورهای دوگانه‌سوز را می‌توان به‌ صورت زیر خلاصه نمود:

  1. تولید دود و ذرات معلق کمتر
  2. امکان تغییر وضعیت به حالت دیزل و استفاده از قدرت موتور دیزل
  3. عدم نیاز به اصلاحات در اجزای داخلی موتور
  4. هزینۀ کمتر سوخت مصرفی
  5. گشتاور بالاتر موتور

 

موتورهای دیزل اختصاصا گازسوز:

برای تبدیل خودروهای دیزلی به خودروهای گازسوز،علاوه بر دوگانه سوزکردن که در قسمتهای قبل توضیح داده شد، می توان آنها را به خودروهای اختصاصا گازسوز نیز تبدیل کرد.

در این روش بر خلاف روش قبل باید تغییرات بسیار زیادی را در موتور ایجاد کرد.

برای این کار باید سیستم سوخت رسانی گازوئیل(مخازن، پمپ انژکتور و انژکتورها) را برداشته و به جای آن سیستم احتراق جرقه ای را به موتور اضافه کرد. این امر به دلیل آن است که گاز طبیعی، یک سوخت خودسوز نیست و دمای خوداشتعالی آن بالا است. گاز طبیعی با عدد ستان 2 باید تا دمای oC1000 گرم شود تا خودبه‌خود منفجر شود و این به معنی نسبت تراکم 32 در سیکل دیزل است که عملاً امکان‌پذیر نیست.

همچنین برای جلوگیری از پدیده کوبش با تراشکاری سرسیلندر و پیستونها، باید نسبت تراکم را تا حدود 14 کاهش داد.

موتورهای تبدیل یافته به این روش نسبت به موتورهای دیزلی منحنی گشتاور مناسبتری را ایجاد می کنند. چون در طراحی موتورهای دیزلی، برای ایجاد احتراقی کاملتر ومحدود نمودن میزان انتشار دود، همیشه 25 درصد هوای اضافی در نظرگرفته می شود، در حالی که هنگام استفاده از سوخت گاز در گازهای خروجی هیچ دودی وجود ندارد، و از نظر تئوری همیشه 25 درصد هوای اضافی وجود دارد، که این امر باعث تولید میزان گشتاور بیشتری می شود. در عمل به این میزان گشتاور نمی توان رسید، لکن انعطاف پذیری در شکل منحنی گشتاور وجود دارد.

از معایب این موتورها می توان به کاهش توان خروجی به علت کاهش نسبت تراکم وهمچنین افزایش مصرف ویژۀ سوخت نسبت به موتورهای دیزل اشاره کرد.البته با تنظیم مناسب آوانس جرقه(MBT) و استفاده از انژکتور برای پاشش گاز به درون سیلندر می توان میزان کاهش توان را تا حدودی بهبود بخشید.

 

 3) موتورهای دوسوخته (Bifuel):

خودروهای دوسوخته، به آن دسته از خودروهایی اطلاق می‌شود که با استفاده از کیت تبدیل، از بنزین‌سوز به گازسوز تبدیل شده‌اند. در واقع طراحی اولیه این خودروها برمبنای سوخت بنزین بوده است. نحوۀ عملکرد این خودروها بدین گونه است که با استفاده از کیت گازسوز می‌توان به هنگام نیاز، سوخت را از بنزین به گاز تغییر داد. چون در این موتورها از دو نوع سوخت (بنزین یا گاز) استفاده می‌شود به این موتورها دو‌سوخته می‌گویند.

این مسأله که این موتورها برای کار با گاز طراحی نشده‌اند، بزرگترین مشکل آنها می‌باشد. زیرا در احتراق آنها مشخصات یک موتور گازسوز دیده نشده‌ است و لذا به‌ هنگام کار با سوخت گاز معمولاً بین 8 تا 20 درصد افت توان به‌ وجود می‌آید. اصلی‌ترین دلیل این امر، حجم حدود 10 درصد از هوای ورودی است که به ‌وسیله گاز اشغال می‌شود. بعلاوه اثر تبخیر سوخت که باعث کاهش دمای ورودی و افزایش چگالی می‌شود، در سوخت گازی وجود ندارد. موارد دیگری مانند زمان‌بندی جرقه و سوپاپ‌ها، طراحی منیفولد و طراحی محفظۀ احتراق، از جمله مسائلی می‌باشند که در هنگام تغییر نوع سوخت از بنزین به گاز باعث کاهش راندمان می‌شوند.

 

 

انواع کیتهای تبدیل:

 

(Conversion Kits)

 

 

به ‌منظور استفاده از سوخت گاز طبیعی در خودروهای بنزینی موجود، می‌بایست تجهیزات مربوط به سیستم سوخت‌رسانی گاز طبیعی بر روی خودرو نصب شود، که به مجموعه این تجهیزات که قابلیت استفاده ازسوخت گاز را به خودرو می‌دهند، کیت تبدیل گفته می‌شود.

کیت های تبدیل از آغاز تاکنون به دلیل محدودیت های زیست محیطی و منابع انرژی، دچار تحولات بسیاری شده اند. بطوریکه می توان آنها را به چهار نسل دسته بندی کرد:

- کیت نسل اول

- کیت نسل دوم

- کیت نسل سوم

- کیت نسل چهارم 

 

کیتهای نسل اول:

در نسل اول تمامی تجهیزات به‌کار رفته برای سوخت­رسانی، مکانیکی و بسیار ساده است. برای اختلاط هوا و گاز از یک میکسر که قبل از کاربراتور و در مجاورت آن تعبیه می­گردد، استفاده می‌شود. در برخی انواع که خودروی تبدیلی، کاربراتوری است از ونتوری کاربراتور برای این منظور استفاده می­شود ولی به ‌دلیل این‌ که در روش مذکور کاربراتور دستخوش تغییر می­شود، استفاده از میکسر در این نسل از کیت­ها متداول­تر است. نسبت هوا به سوخت در این کیت­ها با تنظیم اولیه کیت انجام می­گردد و هیچ سیستم کنترلی مداربسته­ و بازخوردی از عملکرد وجود ندارد.

برخی از مشخصات و ویژگی­های این نسل از کیت­ها به اختصار در زیر بیان شده­است:

1)    در این نسل، ونتوری براساس میزان گاز ورودی و اندازه­گیری پایین­ترین فشار          رگولاتور، انتخاب می­شود.

2)    دارای پیچ تنظیم اصلی و تنظیم سوخت در حالت بی­بار هستند.

3)    قطعات الکترونیکی و سیستم کنترل نسبت هوا به سوخت ندارند.

4)    به­ دلیل سادگی ساختار، از قیمت پایینی برخوردار هستند.

5)    خودروهای تبدیل‌شده با این کیت‌ها نسبت به خودروهای بنزینی قدیمی آلودگی کمتری تولید می­کنند، اما قادر به گذراندن استانداردهای جدید آلاینده­ها نیستند.

6)    وجود ونتوری، به‌علت ایجاد افت فشار سبب کاهش راندمان خودرو می‌گردد.

7)    از آنجا که نسبت هوا به سوخت در این نسل از کیت­ها کنترل نمی­گردد، نمی­توان از کاتالیست­ها در خودروهای تبدیلی استفاده مؤثری نمود.

8)    برای تصحیح میزان آوانس جرقه از پیش­انداز جرقه استفاده می­شود.

9)    اگر از این کیت در خودروهای انژکتوری استفاده شود، از یک شبیه ­ساز پاشش یا امولاتور که جهت قطع انژکتورهای بنزینی در حالت استفاده از گاز به ‌کار می­رود، استفاده می گردد.

 

کیتهای نسل دوم:

از آنجا که کیتها­ی نسل اول، نمی­توانستند، الزامات و نیازمندی­های صنعت خودرو را برآورده سازند، بتدریج جای خود را به کیت­های نسل دوم دادند.

تفاوت اساسی این نسل با نسل قبلی مجهزشدن به سیستم کنترلی مداربسته برای تنظیم نسبت هوا به سوخت است. در این سیستم بازخورد لازم توسط حسگر اکسیژن تأمین می­گردد. پردازش لازم برای تصحیح مقدار گاز ورودی به میکسر در ECU گاز انجام می­گیرد. این تصحیحات توسط یک موتور پله­ای که در مسیر گاز ورودی به میکسر قرار دارد، اعمال می­گردد. با این روش می­توان نسبت هوا به سوخت را با دقت خوبی کنترل کرد. این مسأله زمینه مساعدی برای استفاده از کاتالیست­ها در خودروهای مجهز به این نسل از کیت­ها را فراهم می­کند. بنابراین سطح کاهش آلاینده­ها نسبت به خودروهای مجهز به نسل اول چشمگیر است. این نسل از کیت­ها هم در خودروهای کاربراتوری و هم در خودروهای انژکتوری به‌کار می­روند. شایان ذکر است که برای استفاده از این کیت­ها روی خودروهای انژکتوری ملاحظات و تدابیر خاصی لازم است. از جمله آنها می­توان به نصب شبیه­ساز پاشش و نیز شبیه­ساز حسگر اکسیژن اشاره نمود.

بعضی از مشخصه­های این سیستم عبارتند از:

  1. کنترل مدار بسته نسبت سوخت به هوا
  2. تأمین سطح آلودگی کمتر نسبت به کیت­های نسل اول
  3. پیکر­بندی ECU گاز نسبت به بنزین می­تواند به­ صورت اصلی- فرعی یا مستقل باشد.
  4. استفاده از میکسر برای اختلاط سوخت و هوا
  5. استفاده از قطعات و سخت­افزارهای الکترونیکی با کیفیت بالا

 

کیتهای نسل سوم:

قابل توجه ‌ترین پیشرفت در کیت‌های نسل سوم نسبت به نسل های قبل، استفاده از انژکتورهای پاشش گاز به‌ جای میکسر است. با این تغییر تمام تجهیزات سیستم سوخت‌رسانی، قطعاتی الکترونیکی خواهند بود. این به معنای دقت بیشتر و قابلیت کنترل بهتر است. تفاوت کلیدی سوخت‌رسانی به ‌وسیله انژکتور با میکسر، منقطع بودن جریان سوخت در انژکتورها و پیوستگی آن در میکسر یا تجهیزات مشابه است. این امر کنترل زمان پاشش سوخت و میزان آن را در اختیار واحد کنترل ‌کننده قرار می‌دهد، که منجر به بالا رفتن دقت و کیفیت کنترل در این کیت‌ها می‌شود. در این نسل به‌علت الکترونیکی بودن تمامی قطعات، امکان عیب­یابی خودکار، توسط ECUهای گاز و بنزین فراهم می­گردد.

ویژگی­های این نسل را می توان به‌ صورت زیر خلاصه­ نمود:

  1. استفاده از قطعات الکترونیکی پیشرفته برای کنترل جریان گاز
  2. سیستم پاشش گاز در این نسل از کیت­ها تک‌ نقطه­ای یا چند نقطه­ای است.
  3. زمان پاشش و تنظیم میزان سوخت در انژکتورها به ‌صورت گروهی است.
  4. دارا بودن قابلیت عیب­یابی الکترونیکی
  5. پیکر­بندی ECU گاز نسبت به بنزین می­تواند به­صورت اصلی- فرعی یا مستقل باشد.
  6. سطح کیفی بالای قطعات الکترونیکی
  7. کنترل دقیق نسبت هوا به سوخت
  8. قابلیت­ بالا در کاهش آلاینده­ها و تولید توان با افت کمتر

کیتهای نسل چهارم:

این نسل شامل پیشرفته­ترین و پیچیده­ترین کیت­های گازسوز ارائه‌شده توسط سازندگان کیت است. برای رسیدن به شرایط سخت­ استانداردهای جدید آلودگی و نیز توان تولیدی قابل رقابت با بنزین، تمامی امکانات موجود در این نسل از کیت­ها به‌کار گرفته شده­است. مجموعه­ای شامل تجهیزات دقیق الکترونیکی، الگوریتم­های کارآمد کنترل و الگوهای نوین عیب­ یابی زمینه ظهور این دسته از کیت­ها را فراهم کرده­اند. البته کسب این مزایای قابل‌توجه به بهای افزایش هزینه و قیمت تمام‌شده، در این نوع از کیت­ها است. ویژگی بارز این نسل نسبت به نسل سوم استفاده از تکنولوژی سیستم پاشش سوخت نوبتی چند‌نقطه­ای است. در این سیستم به­جای استفاده از پاشش گروهی در انژکتورها، هر انژکتور به­طور جداگانه کنترل می‌شود و زمان پاشش و میزان آن در هر انژکتور به‌وسیلة ECU گاز تعیین می­گردد، لذا دقت کنترل نسبت هوا به سوخت در این موتورها بسیار بالاست.

موارد زیر را می­توان به­عنوان مشخصات اصلی این نسل نام برد:

  1. سیستم پاشش گاز در این نسل از کیت­ها چندنقطه­ای است.
  2. سیستم پاشش گاز در این نسل از کیت­ها چندنقطه­ای است.
  3. کنترل زمان پاشش و تنظیم میزان سوخت برای هر انژکتور به صورت جداگانه
  4. استفاده از تجهیزات الکترونیکی دقیق برای کنترل دقیق نسبت هوا به سوخت
  5. قابلیت عیب­یابی الکترونیکی پیشرفته
  6. استفاده از انژکتورهای فشار بالا ( bar8)
  7. هزینه و قیمت بالا
  8. پیکر­بندی ECU گاز نسبت به بنزین می­تواند به­صورت اصلی- فرعی یا مستقل باشد.
  9. سطح آلاینده­های تولیدی بسیار پایین بوده و کم­ترین حد افت توان را داراست.

 

 

 

موتورهای OEM و موتورهای تبدیل‌یافته:

موتورهایی که در خود کارخانۀ سازندۀ موتور، تجهیزات گازسوز روی آن نصب شده باشد، خواه به‌صورت اختصاصاً گازسوز و خواه به‌صورت دوسوخته یا دوگانه‌سوز، موتورهای OEM نامیده می‌شوند. تفاوت‌های بسیار زیادی بین موتورهای OEM و موتورهای تبدیل شده CNG وجود دارد که دو مورد زیر، از مهمترین آنها می‌باشند.

  • مخزن گاز در این خودروها به‌طور مناسب جاسازی شده‌است و مشکلاتی که در موتورهای تبدیل یافته به‌وجود می‌آید، در این موتورها وجود ندارد. بعلاوه با حذف یا کوچک‌کردن مخزن بنزین (بسته به این‌که موتور اختصاصاً گازسوز یا دوسوخته باشد)، جانمایی این مخزن‌ها در خودرو بهتر می‌شود.
  • تفاوت دوم در نسبت تراکم این موتورها می‌باشد. چون در موتورهای OEM اختصاصاًٌ گازسوز، سازنده می‌تواند موتور را بر مبنای نسبت تراکم بهینه کند، راندمان این موتورها نسبت به موتورهای تبدیل یافته بسیار بهبود می‌یابد.

 

در مقایسه بین موتورهای OEM بنزین‌سوز و گازسوز در خودروهای مشابه، موتورهای گازسوز از راندمان بالاتری برخوردار هستند. چون عدد اکتان سوخت گاز بالاتر از بنزین می‌باشد (130 در برابر 95)، نسبت تراکم موتورهای گازسوز از بنزین‌سوز بالاتر می‌باشد، که منجر به افزایش راندمان حرارتی این موتورها می‌شود. این افزایش راندمان حدود 5 تا 10 درصد می‌باشد.

با این‌حال به‌علت ماهیت سوخت گازی، افت توان حدود 10 درصد در این موتورها مشاهده می‌شود. اما با توجه به بهبود راندمان، خودروهای بهینه شده برای سوخت گاز، عملکرد مشابهی (شتاب، گشتاور و حداکثر سرعت) نسبت به خودروهای با سوخت بنزین دارند. باید توجه داشت که موتورهای گازسوز به‌علت ماهیت سوخت گازی، درحالت گذرای موتور مشکلاتی جزئی دارند. ولی مسایلی مانند شرایط استارت سرد و گرم شدن موتور که در موتورهای بنزینی به‌وجود می‌آید، در این موتورها حذف می‌شود.

 

 

تفاوت‌های دیگری نیز بین این دو نوع خودرو وجود دارد که در جدول زیر ذکر شده‌اند.

تغییرات

اثر

مقدار

افزایش حجم ذخیره‌سازی انرژی

کاهش فضای دردسترس برای ذخیره‌سازی

قابل توجه

سوخت با اکتان بالاتر

بهبود مصرف سوخت، افزایش راندمان موتور

قابل توجه

افزایش وزن خودرو به‌علت وزن مخازن سوخت

افزایش کم در ساییدگی لاستیک‌ها و مصرف سوخت

قابل صرف‌نظر

قیمت سوخت

صرفه‌جویی در مصرف سوخت

بیش از 40 درصد

صرفه‌جویی در تعمیر موتور

روغن تمیز‌تر

قابل توجه

 

موتورهای اختصاصاً گازسوز که برای خودروهای سنگین استفاده می‌شوند، معمولاً از سیستم سوپرشارژ به‌همراه احتراق رقیق استفاده می‌کنند. با استفاده از این سیستم می‌توان به راندمان و توانی در حدود موتورهای دیزل هم حجم دست یافت. جدول 9 مقایسه بین دو موتور دیزل و گاز طبیعی را نشان می‌دهد.

 

مشخصات سوخت و متغیرهای کاری

نوع سوخت

گازوئیل

گاز طبیعی

NHV (kJ/kg)

42800

49100

سرعت (rpm)

1400

1260

گشتاور بیشینه (N-m)

1180

1000

توان (kW)

173

185

نسبت هم‌ارزی

0.56

0.61

ESFC (g/kWh)

204

186

راندمان کلی (%)

41.2

39.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«اجزای کیتهای گازسوز»

 

کیت‌های تبدیل از قطعات مختلفی تشکیل می‌شوند که در ادامه به شرح آنها می‌پردازیم:

این قسمت‌ها عبارتند از:

  • مخازن ذخیره
  • لوله‌ها
  • رگولاتور
  • میکسر
  • سوئیچ تبدیل
  • واحد‌ کنترل الکترونیکی(ECU)
  • پیش‌انداز جرقه
  • شبیه‌‌‌ساز
  • حسگرها
  • شیرها
  • موتور پله‌ای

 

مخازن ذخیره:

                                                            

(CNG Cylinders)

 

همواره یکی از مهمترین موانع رشد و توسعه عمومی خودروهای گاز سوز، پایین بودن دانسیته انرژی گاز طبیعی نسبت به سوختهای فسیلی می باشد، که این عامل باعث محدود شدن مسافت رانندگی می شود. برای حل این مشکل تاکنون سه راه حل ارائه شده است که در ادامه به شرح هر یک از آنها خواهیم پرداخت:

1) ذخیره سازی گاز طبیعی به صورت مایع (LNG):

LNGمایعی بی بو، شفاف وغیر سمی است، که بخش اعظم آن( 99- 95) از گاز متان تشکیل شده است و در اثر مایع سازی گاز طبیعی در دماهای بسیار پایین به دست می آید. بدین صورت که در تاسیسات میعان سازی، گاز طبیعی درفشار یک اتمسفر، تا دمای -160 سرد شده و به مایع تبدیل می گردد و برای جلوگیری از تبخیر، آن را درمخازن عایق بندی شده تا فشار 10- 2 بار نگهداری می شود. با این کار حجم گاز طبیعی تا 600 برابرحجم اولیه کاهش می یابد.

چون LNG از لحاظ ارزش حرارتی و دانسیته انرژی تقریبا مشابه سوخت دیزل می باشد، از آن به عنوان سوخت مصرفی در خودروهای دیزلی مانند تریلرها، کامیونها، اتوبوسهای بین شهری و لوکوموتیوها استفاده می شود.

مخازن ذخیره LNG:

برای جلوگیری از انتقال حرارت محیط  به گاز مایع و تبخیر آن ، باید مخازن نگهداری به خوبی عایق بندی شوند. به همین دلیل از مخازن دو جداره که فضای  بین دو جداره آن، توسط لایه های متعددی از مواد غیر قابل اشتعال وعایق پیچیده شده است، استفاده می شود. با این وجود، به علت انتقال حرارت از محیط ، این مخازن فقط  تا چند روزمی توانند سوخت را به صورت مایع نگهداری کنند و بعد از این مدت  به علت تبخیر سوخت و افزایش فشار، سوخت به تدریج از مخزن خارج شده و به هدر می رود.

پس در نتیجه استفاده ازLNG  تنها در خودروهایی که مسافتهای طولانی را با  توقفهای کم  طی می کنند، مقرون به صرفه است. چون فرایند تبخیر و فرار سوخت از مخزن به حداقل می رسد.

 

2) ذخیره سازی گاز طبیعی به صورت جذبی(ANG):

دومین راهکار برای افزایش دانسیته انرژی گاز طبیعی، استفاده ازجاذبهای صنعتی در مخازن خودروها می باشد.  بر این اساس مقدار قابل توجهی از گاز متان- که اصلی ترین جزء گاز طبیعی می باشد- در دمای اتاق و فشار حدود 35 بار، درمخازن جدار نازکی که از مواد جاذب متخلخل پر شده اند ، ذخیره می شود. ماده جاذب مورد استفاده در این روش کربن فعال می باشد که با داشتن منافذ میکرونی با قطر کمتر از 2 نانومتر می تواند حجم قابل توجهی ازملکولهای  متان را در خود ذخیره کند.

پایین بودن فشار کاری در این روش، به طراح اجازه می دهد که مخازن نگهداری را در اشکال و ابعاد مختلفی بسازد، به گونه ای که کمترین فضای مفید مورد استفاده توسط سرنشینان خودرو را اشغال کند.

در حال حاضر این روش مراحل تحقیقاتی و آزمایشگاهی خود را پشت سر می گذارد و فقط به طور آزمایشی روی چند خودرو نصب شده است. در شکل زیر نحوه قرارگیری مخازن ANG در قسمت بار یک وانت نشان داده شده است.

                        

 

3)ذخیره سازی گاز طبیعی به صورت فشرده(CNG):

سومین و در عین حال رایج ترین راهکار جهت افزایش دانسیته انرژی گاز طبیعی، فشرده سازی آن می باشد. در این روش گاز طبیعی در دمایc°15، تا فشار bar200 فشرده شده و در مخازن فشار بالا ذخیره می گردد.

مخازن CNG بصورت یکپارچه و در فرایندی بدون درز و جوش تولید شده و بعد از گذراندن 16 نوع آزمون مختلف بر روی خودرو نصب می شوند. این مخازن به دلیل قابلیت تحمل فشار بالا دارای وزن زیاد و شکل هندسی خاصی می باشند که باعث ایجاد محدودیت هایی در فضای قابل استفاده در خودرو و عملکرد آن می شود.

 

 

 

 

 

 

بطورکلی مخازن CNG مورد استفاده در خودرو را به چهار دسته می توان تقسیم کرد:

1) مخازن نوع اول - مخازن تمام فلزی ( (CNG-1:

این مخازن با استفاده از روشهای خاص شکل دهی ، بصورت یکپارچه و بدون درز و جوش از فولاد کروم - مولیبدن یا فولاد کربن - منگنز ساخته می شوند. در مقایسه با انواع دیگرمخازن دارای وزن بیشتر و قیمت پائین تری می باشند. این مخازن به ازای هر لیترآب 1/1- 9/0 کیلوگرم وزن دارند.

                        

 

2) مخازن نوع دوم - مخازن کمر پیچ ( (CNG-2:

این نوع مخزن دارای یک لایه آستری از جنس فولاد یا آلومینیوم بدون درز می باشد که قسمت استوانه‌ای این آستری، توسط الیاف شیشه، آرامید، کربن یا مخلوطی از آن‌ها که آغشته به رزین است(کامپوزیت) به صورت محیطی تقویت شده است. استفاده از این ساختار کامپوزیتی، باعث کاهش ضخامت قسمت استوانه ای می شود، در نتیجه وزن مخزن نسبت به نوع اول کاهش     می یابد. این مخازن به ازای هر لیتر ظرفیت آبی 7/0 - 65/0 کیلوگرم وزن دارند.

                      

 

3) مخازن نوع سوم( (CNG-3:

این مخازن دارای یک لایه آستری عمدتا از جنس آلومینیوم بدون‌درز بوده، که تمام این لایه داخلی مواد کامپوزیتی در راستای محیطی و محوری تقویت ‌شده است. این ساختار کامپوزیتی که به مخزن داده می‌شود، این امکان را به وجود می‌آورد که بتوان از ضخامت قسمت فلزی کاست و درنتیجه مخزن سبک تری را نسبت به مخازن نوع اول و دوم به ‌دست آورد.علاوه براین قابلیت تحمل فشار نیز نسبت به انواع قبلی افزایش می‌دهد.

                                             

 

4) مخازن نوع  چهارم - مخازن تمام کامپوزیت (CNG-4):

این مخازن بسیار شبیه مخازن نوع سوم هستند و تنها از لحاظ نوع و جنس آسترها تفاوت دارند. آستر این نوع مخازن از جنس پلیمر بدون درز است، که تمام سطح آن توسط مواد کامپوزیتی در جهات شعاعی و محوری تقویت شده است.این ساختار تمام کامپوزیت از سبک ترین انواع مخازن CNG می‌باشد.بطوریکه حتی با سیستم سوخت بنزینی قابل مقایسه هستند.

اشکال عمده این مخازن ایجاد نشتی به مرور زمان در محل اتصال نافی فلزی( وظیفه ارتباط ورود و خروج گاز را بین مخزن و تأسیسات خارجی مخزن به‌عهده دارد.) و آستر پلیمری می‌باشد. همچنین به‌علت عدم انتقال حرارت مناسب آستری پلاستیکی، حین سوخت‌گیری سریع در این مخازن افزایش دمای نسبتاً بیشتری ایجاد می‌شود.

از جمله مزایای این نوع مخازن می توان به سیکل عمرطولانی و احتمال کم ترکیدگی در حوادث اشاره کرد.

        

 

استانداردهای ساخت مخازن CNG:

رشد و توسعه خودروهای گازسوز و اینکه ایمنی اولین دغدغه در طراحی و استفاده از مخازن آنها بوده موجب توسعه استانداردهای متعدد ملی و بین المللی در این زمینه بوده است. جدول زیر گروهی از استانداردهای ملی و بین المللی مرتبط با مخازن را نشان می دهد:

 

کد استاندارد

سازمان حمایت کننده

ISO 11439

ISO-IANGV

ECER 110

سازمان ملل

ANSI/CSA  NGV2

موسسه استاندارد کانادا

ANCSA  B5  PT2

کانادا

 

استانداردهای مذکور در جدول فوق تا حد معقولی با یکدیگر هماهنگ هستند و الزامات فنی آنها با یکدیگر یکپارچه است.در نتیجه مخزنی که الزامات یک استاندارد را پشت سر بگذارد به احتمال قوی الزامات سایر استانداردها را نیز برآورده خواهد نمود. این استانداردها مانند سایر استانداردها عملکرد محور هستند و وارد جزئیات پروسه ساخت و مواد نمونه نمی شوند. به این دلیل در صورت رعایت نکات ایمنی و قابلیت اعتماد، امکان ورود فن آوری های جدید را به این حیطه فراهم می نماید.آزمونهای ارزیابی کیفی این استانداردها نماینده الزامات استفاده میدانی هستند و به آسیب، مقاومت محیطی و دوام، عمرکاری 20 ساله مخزن مرتبط هستند. برآورد این الزامات آزمون، ایمنی را طی عمر کاری مخزن تضمین می نماید.

شایان ذکر است که در ایران از استاندارد ISO 11439 برای ساخت مخازن استفاده می شود.

 

 

 

 

 

 

 آزمونهای مخازن CNG:

آزمونهای مخزن را می توان بر اساس هدف آنها به سه نوع رده بندی کرد. هر یک از آزمونهای مرتبط در یکی از این رده ها قرار می گیرند. این سه رده عبارتند از:

1) آزمون تحمل آسیب:

که شامل آزمون نفوذ گلوله، آزمون سقوط ، آزمون تحمل خرابی(تحمل شکاف)، آزمون تصادف می باشد.

 

2) آزمون محیطی:

شامل شرایطی حدی محیطی که مخزن در طول عمر کاری خود می تواند با آن موجه شودف می باشد. این شرایط عبارتند از قرار گیری مخزن در معرض مایعات خورنده، دماهای حدی بالا و پایین، گسیختگی تحت تنش موضعی و قرار گیری در معرض آتش.

 

3)آزمون چرخه عمر:

آزمون چرخه عمر به توتنایی مخزن برای عملکرد صحیح در کل طول عمر کاری خود مرتبط است. آزمونهایی که شبیه سازی این دوام را انجام می دهند عبارتند از :

آزمون ترکیدن، چرخه فشار در دمای محیط ، نشت پیش از شکست و چرخه گاز طبیعی

در ذیل به شرح هر یک از آزمون‌های فوق می پردازیم:

        1)آزمون مواد اولیه:

در این آزمون بسته به مورد، آزمون‌های مقاومت کششی، خوردگی، مقاومت در برابر بار وارده، ضربه، ترک‌خوردگی تحت تنش سولفیدی و در مورد لایه‌های‌ داخلی پلاستیکی، آزمون‌های خمیری‌شدن و خزش در دماهای بالا در مورد مخزن انجام ‌می‌شوند.

 

         2)آزمون چرخه فشار در دمای محیط:

در این آزمون مخازن نمونه با یک سیال غیرخورنده پر شده و تحت چرخه فشار bar 20 تا bar 260 قرار ‌می‌گیرند. نرخ چرخه فشار باید کمتر از 10 چرخه در هر دقیقه باشد. مخازن نباید پیش از رسیدن به 100 برابر عمرکاری (برحسب سال) خراب شوند.

       3)آزمون ترکیدن تحت فشار هیدرواستاتیک:

در این آزمون، نمونه‌ها با آب پر ‌شده و تا مرحله ترکیدن تحت فشار قرار ‌می‌گیرند که باید حداقل فشار ترکیدن در طراحی برای مخزن تعیین‌شده را پشت ‌سر بگذارند که این حداقل فشار از bar 450 کمتر نخواهد بود.

 

 

 

       4)آزمون نشت پیش از شکست:

در این آزمون، مخازن نمونةه تکمیل‌شده، تحت چرخه‌ فشار بین bar 20 الی bar 300 قرار ‌می‌گیرند. نرخ چرخه فشار باید کمتر از 10 چرخه در هر دقیقه باشد. این مخازن باید بر اثر نشت مردود شوند و نه گسیختگی، یا این ‌که بیش از 45000 چرخه مقاومت کنند.

 

       5)آزمون تحمل خرابی (ایجاد شکاف بر روی بخش مواد مرکب):

این آزمون تنها برای مخازن نوع 2، 3 و 4 به‌کار می‌رود. دو شکاف، یکی به‌طول mm 25 و به‌عمق mm 25/1 و دیگری به‌طول mm 200 و عمق mm 75/0 در جهت طولی، روی جداره مخزن ایجاد ‌می‌شوند و مخزن در دمای محیط تحت فشار bar 20 تا bar 260  قرار می‌گیرد. چرخه فشار ابتدا به تعداد 3000 چرخه و پس از آن به‌تعداد 12000 چرخة دیگر انجام می‌شود. مخزن در چرخة اول نباید گسیخته شود ولی در 12000 چرخة‌ بعدی ‌می‌تواند دچار نشتی شود. کلیة مخازنی که تحت این آزمون قرار می‌گیرند پس از اتمام آزمون باید از رده خارج شوند.

 

       6)آزمون قرارگیری در معرض آتش:

این آزمون، به‌منظور حصول اطمینان از عملکرد صحیح وسیلة اطمینان تخلیة فشار و شیر مخزن انجام ‌می‌شود و بسته به مورد، یک یا دو مخزن، از گاز طبیعی پر شده و به‌صورت افقی با فاصلة‌ 100 میلی‌متر بالاتر از منبع آتش قرار ‌می‌گیرند. منبع آتش باید 65/1 متر طول داشته و کل قطر مخزن را بپوشاند. در این آزمون مخزن نباید منفجر شود و باید گاز از وسیلة اطمینان تخلیه فشار، تخلیه شود. در طی این آزمون دمای سطح مخزن حداقل توسط سه ترموکوپل اندازه‌گیری می‌شود. درطی 5 دقیقه بعد از آغاز اشتعال، دست‌کم باید یکی از ترموکوپل‌ها دمایی برابر یا بیشتر از 590 درجة سانتی‌گراد را نشان دهد. این حداقل دما باید در تمام طول آزمایش حفظ شود. یک لایة‌ فلزی محافظ برای جلوگیری از تماس مستقیم شعله با شیرآلات باید درنظر گرفته شود ولی لایه نباید با آن‌ها تماس داشته باشد. درحین انجام آزمون مخزن،‌ شیرآلات،‌ لوله‌ها و اتصالات نباید دچار خرابی شوند.

 

 

 

       7)آزمون نفوذ گلوله:

یک مخزن با گاز فشرده تا فشار bar 200 پر شده و تحت شلیک یک گلوله جنگی با قطر mm 62/7 قرار ‌می‌گیرد. گلوله باید طوری به مخزن اصابت کند که از یک سمت دیواره مخزن عبور کند. مخزن نباید دچار گسیختگی یا انفجار شود. در مخازن نوع 2، 3 و 4 باید گلوله تحت زاویه 45 درجه به جداره مخزن برخورد کند.

                                                

 

 

      8)آزمون مقاومت برشی رزین:

در این آزمون یک پولک نماینده پوشش کامپوزیت، طبق استاندارد معادل، تحت آزمون قرار ‌می‌گیرد، پس از 24 ساعت جوشاندن در آب، ماده کامپوزیت باید حداقل استقامت برشی MPa 8/13 را داشته باشد.

 

      9)آزمون محیط اسیدی:

ناحیه‌ای از سطح مخزن به‌صورت دایره‌ای به قطر mm 150 که تحت فشار هیدرواستاتیک bar 260 است به‌مدت 100 ساعت در معرض محلول اسید سولفوریک با غلظت 30 درصد (اسید باتری با وزن مخصوص 219/1) قرار می‌گیرد و تا مرحلة ترکیدن افزایش ‌می‌یابد. فشار ترکیدن باید بیش از 85 درصد حداقل فشار طراحی ترکیدن باشد.

 

      10)آزمون خزش در دمای بالا:

این آزمون برای تمام مخازن نوع 2، 3 و 4 که دمای گذر شیشه‌ای‌شدن رزین تشکیل‌دهندة کامپوزیتی آن‌ها از 102 درجه سانتی‌گراد بیشتر نیست باید انجام گیرد. در این آزمون، مخزن در دمای 100 درجة سانتی‌گراد به‌مدت 200 ساعت تحت فشار bar 260 قرار ‌می‌گیرد. سپس تحت آزمون هیدرواستاتیک، آزمون نشت و آزمون ترکیدن با فشار هیدرواستاتیک قرار ‌می‌گیرند که باید در همه آزمون‌ها قبول شود.

 

      11)آزمون تسریع گسیختگی ناشی‌ از تنش:

در این آزمون یک مخزن در دمای 65 درجه‌ سانتی‌گراد تحت فشار هیدرواستاتیک bar 260 قرار ‌می‌گیرد. مخزن به‌مدت 1000 ساعت تحت این فشار نگه داشته ‌می‌شود. سپس مطابق معمول، آزمون ترکیدن تحت فشار هیدرواستاتیک تا فشار ترکیدن روی آن انجام ‌می‌شود با این تفاوت که این بار فشار ترکیدن باید از 85 درصد حداقل فشار طراحی برای ترکیدن، فراتر رود.

 

      12)آزمون چرخه فشار در دمای بالا و پایین:

در مرحله اول ابتدا مخزن را 48 ساعت در فشار صفر نسبی، در دمای 65 درجه سانتی‌گراد یا بالاتر و در محیطی با رطوبت بیشتر از 95 درصد قرار ‌می‌دهند سپس در دمای 65 درجه سانتی‌گراد و رطوبت 95 درصد، 500 چرخه، مخزن را تحت فشار متناوب بین bar 20 تا bar 260 قرار ‌می‌دهند. نرخ فشار سیکلی اعمال‌شده باید کمتر از 10 سیکل در دقیقه باشد. در مرحلة بعد مخزن در دمای 40- درجة سانتی‌گراد، 500 برابر عمرکاری برحسب سال، تحت فشار متناوب بین bar 20 تا bar 200 قرار ‌می‌گیرد. نرخ فشار سیکلی اعمال‌شده باید از 3 سیکل در دقیقه کمتر باشد. با انجام مراحل فوق نباید هیچ‌گونه خرابی، نشتی یا جدایی الیاف به‌وجود بیاید. در مرحلة دمای بالا مخزن تحت آزمون هیدرواستاتیک قرار می‌گیرد تا خراب شود. حداقل فشار ترکیدن باید برابر 85 درصد حداقل فشار ترکیدن طراحی باشد. درصورتی‌که مخازن از نوع 4 باشند قبل از این‌که مخزن تحت آزمون ترکیدن هیدرواستاتیک قرار بگیرد باید آزمون نشت روی آن انجام شود.

 

      13)آزمون سقوط:

یک یا چند مخزن تکمیل‌شده بدون اعمال فشار داخلی و نصب شیر، در دمای محیط تحت آزمون قرار ‌می‌گیرند. یک مخزن به‌صورت افقی از فاصله 8/1 متری از سطح رها ‌می‌شود. یک مخزن به‌صورت عمودی به‌گونه‌ای رها ‌می‌شود که انرژی پتانسیل آن 488 ژول باشد، ولی در هیچ حالتی ارتفاع عدسی پایین مخزن نباید از 8/1 متر بیشتر باشد. یک مخزن نیز باید تحت زاویه 45 درجه از ارتفاعی روی عدسی رها شود به‌طوری‌که فاصله مرکز گرانش آن از زمین 8/1 متر باشد. پس از این آزمون، مخزن در 3000 چرخه در دمای محیط تحت چرخة‌ فشار بین bar 20 الی bar 260 قرار گرفته و سپس تحت 12000 چرخة دیگر قرار ‌می‌گیرد. مخزن در 3000 چرخۀ اول نباید دچار نشتی یا گسیختگی شود ولی در 12000 چرخه‌ بعدی ‌می‌تواند فقط دچار نشتی شود.

 

 

      14)آزمون گشتاور نافی:

    بدنه مخزن باید در برابر چرخش مهار شود و گشتاوری معادل با دو برابر گشتاور مشخص‌شده توسط سازنده برای نصب شیر یا وسیلة‌ اطمینان تخلیه فشار به هر نافی انتهایی مخزن وارد می‌شود. گشتاور ابتدا باید در جهت بستن اتصال رزوه‌ای و سپس درجهت باز کردن آن و نهایتاً دوباره درجهت بستن اعمال شود. سپس مخزن در معرض آزمون نشت قرار ‌می‌گیرد.

 

      15)آزمون نفوذ پذیری گاز:

در این آزمون یک مخزن تکمیل‌شده با گاز طبیعی فشرده در فشار کاری پر ‌می‌شود و در دمای محیط در یک اتاقک بسته قرار ‌می‌گیرد. سپس به‌مدت 500 ساعت از نظر نشتی مورد بررسی قرار ‌می‌گیرد. میزان نفوذپذیری نباید از 25/0 میلی‌لیتر گاز طبیعی بر ساعت در هر لیتر گنجایش آبی مخزن، فراتر رود. سپس مخزن برش زده ‌شده و سطح داخلی آن از نظر وجود هرگونه نشانة ترک یا خرابی، بازرسی ‌می‌شود.

 

 

      16)آزمون چرخه گاز طبیعی:

در این آزمون باید ایمنی کافی رعایت شود. پیش از این آزمون طراحی، مخزن باید آزمون‌های نشت، ترکیدن تحت فشار هیدرواستاتیک، چرخه فشار در دمای محیط و نفوذپذیری را با موفقیت پشت‌سر گذاشته باشد. در این آزمون یک مخزن با اعمال فشار با گاز طبیعی، بین کمتر از bar 20 الی فشار کاری، تحت 1000 چرخه قرار ‌می‌گیرد. مدت زمان پر‌شدن مخزن باید حداکثر 5 دقیقه باشد. سپس مخزن تحت آزمون نشت قرار ‌می‌گیرد و پس از تکمیل آزمون‌ها مخزن برش زده شده و از نظر وجود هرگونه نشانه خرابی نظیر ترک خوردگی ناشی از خستگی یا تخلیه الکترواستاتیکی مورد بازرسی قرار ‌می‌گیرد.

  

لوله‌ها(pipe):

لوله‌های انتقال سوخت در خودرو به‌ منظور رساندن سوخت به اجزای موتور به‌کار می‌روند. این لوله‌ها در امنیت خودرو بسیار تأثیرگذارند. چراکه فشار سوخت گاز بسیار بالا بوده و درنتیجه هرگونه نقصی در این قسمت ممکن است سبب بروز حادثه شود. در یک کیت دو نوع لوله انتقال گاز وجود دارد:

  1. لولۀ گاز فشاربالا
  2. لولۀ گاز فشارپایین

در ادامه به تشریح خصوصیات هر یک از آنها پرداخته خواهد شد.

«لوله‌های گاز فشاربالا»

لوله‌های فشاربالا وظیفه انتقال گاز از مخزن به شیر سوخت‌گیری و پس از آن به رگولاتور را بر عهده دارند. قطر این لوله‌ها معمولاً mm 6 است و می‌توانند از جنس فولاد، برنج یا مس باشند.این لوله ها به گونه ای طراحی شده اند که حداقل فشار kPa 30000 را می توانند تحمل کنند.در شکل زیر یک نمونه از این لوله ها نشان داده شده است:

 

 

 

« لوله‌های گاز فشارپایین»

این لوله‌ها، گاز فشارپایین را از رگولاتور به میکسر یا ریل سوخت در سیستمهای انژکتوری می‌رسانند. جنس این لوله‌ها از کائوچوی مصنوعی بوده و شبکه‌ای فلزی از اطراف، آنها را تقویت می‌کند. همچنین این لوله ها را از جنس فولاد یا شلنگ‌های انعطاف‌پذیر که به‌طور مؤثری تقویت شده‌اند، نیز می توان ساخت.

 

رگولاتور:                                                       

 

(Regulator)

رگولاتور ابزاری برای تبدیل گاز فشار‌بالا‌ به گاز فشارپایین می‌باشد. رگولاتور یک شیر کنترل فشار مکانیکی محسوب می‌شود که فشار گاز فشرده داخل مخزن را به مقدار مناسبی کاهش می‌دهد تا بتواند احتراق را در حد بهینه کنترل کند.

محدوده فشار کاری رگلاتور با توجه به فشار مخازن ذخیره، شیر مخازن یا سایر شیرهای سولونوئیدی، اندازه لوله‌ها، فیلترها، رطوبت گاز و فشار مورد نیاز گاز برای اختلاط با هوا، مشخص می شود. بنابراین برحسب شرایط ، ممکن است رگولاتورهای مختلفی در وسائط نقلیه  CNGمورد استفاده قرار بگیرد.

برای جلوگیری از آسیب رسیدن به شیرها و مسدود ‌شدن رگولاتور همواره از یک فیلتر فشار بالا در ورودی رگلاتور و یک فیلتر داخلی با منافذ 40 میکرونی استفاده می کنند.

گاز فشار بالای خروجی از مخازن بعد از عبور از خطوط  پر فشار سوخت و فیلتر فشار بالا، به محض باز شدن شیر سلونوئیدی وارد رگلاتور می شود. در این هنگام گاز با گذشتن از شیرهای رگلاتور بسرعت منبسط شده و فشار آن تا یک اتمسفر(یا دو اتمسفر) کاهش می یابد.

در اثر انبساط گاز بعد از گذشتن از شیرها، دمای آن به سرعت کاهش می یابد که در پی آن لایه‌ای از هیدرات و یخ در محل خروجی ایجاد می‌شود. این امر سبب کاهش میزان جریان شده و افزایش آلودگی خروجی از موتور را به‌ همراه خواهد داشت. البته اگر موتور برای مدت کوتاهی خاموش شود این مشکل برطرف می‌شود ولی با استارت دوباره مشکلات آغاز می‌شود. به‌همین دلیل جریانی از آب‌ گرم ‌کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد. این آب گرم‌کننده در رگولاتور گردش کرده و مانع از یخ‌زدگی می‌شود.

در شکلهای زیرقسمتهای داخلی و همچنین نحوه عملکرد یک رگلاتور سه مرحله ای نشان داده شده است:

         
     
 
       
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       
       
 

 

 

 

 

 

 

رگولاتورهای مورد استفاده ممکن است یکی از سه نوع زیر باشند:

  1. یک رگولاتور سه‌ مرحله‌ای
  2. یک رگولاتور دو مرحله‌ای
  3. دو رگولاتور به ‌صورت جداگانه

رگولاتور سه‌مرحله‌ای:

این رگولاتورها یک وضعیت پایدار را برای موتور ایجاد می‌کنند و البته بیشتر در موتورهایی مورد استفاده واقع می‌شوند که توان آنها 20 تا 90 کیلووات است. نحوۀ عملکرد این رگولاتورها به‌صورت زیر است:

  1. مرحله اول؛ کاهش فشار از  psi3000 به  psi60 می‌باشد. در این مرحله از یک شیر تفلونی استفاده می‌کنند که توسط دیافراگم و یک فنر کنترل می‌شود. همچنین این مجموعه دارای یک سیستم مبدل حرارتی است تا با انتقال گرما به رگولاتور، مانع از یخ‌زدن آن در هنگام انبساط گاز شود.
  2. مرحله دوم؛ کاهش فشار از  psi60 به  psi18 می‌باشد که شامل یک شیر با پوشش لاستیکی است که توسط یک دیافراگم و یک فنر کنترل می‌شود. البته فشار این مرحله برحسب نوع رگولاتور  متغیر می‌باشد.
  3. مرحله سوم؛ این مرحله شامل یک شیر با دریچه لاستیکی است که توسط فنر و دیافراگم کنترل می‌شود (دیافراگم سبب افزایش کنترل می‌شود). البته در ورودی مرحله سوم یک شیر سولونوئیدی قرار دارد که جریان را در مواقع لازم قطع می‌کند. همچنین در موقعی که موتور راه‌اندازی می‌شود و سوئیچ روی شرایط گاز است، این شیر اجازه عبور جریان گاز را می‌دهد. توسط فنر، بار روی موتور اندازه‌گیری شده و به دیافراگم منتقل می‌شود تا امکان نگه‌داشتن موتور در حالت ایده‌آل به‌ وجود آید.

 رگولاتور دومرحله‌ای:

رگولاتور  CNGمی‌تواند یک رگولاتور دومرحله‌ای نیز باشد که در مرحله اول فشار حدوداً به psi 100 می‌رسد و کاهش فشار به اندازه‌ای است ‌که سوخت می‌تواند از میکسر عبور کند و وارد منیفولد ورودی شود. در مرحله دوم تغییرات فشار به مقدار سوختی که تزریق می‌شود بستگی دارد. در این مرحله از شیرهای کنترلی استفاده می‌شود. دو نوع رگولاتور دومرحله‌ای وجود دارد که عبارتند از: رگولاتور پیستونی و رگولاتور دیافراگمی. رگولاتور پیستونی کنترل بهتری روی فشار خروجی که متفاوت با فشار سیلندر است، دارد. در مرحله دوم میزان کنترل فشار به‌صورت مختصر می‌باشد. رگولاتورهای دومرحله‌ای دارای گرم‌کننده، حسگر دما و شیر سولونوئیدی هستند که همراه یک فیلتر به ورودی رگولاتور متصل شده‌اند و در هر مرحله هم یک شیر ایمنی به رگولاتور متصل است.

دو رگولاتور به ‌صورت جداگانه:

در این وضعیت از دو رگولاتور به ‌نام‌های رگولاتور فشاربالا و رگولاتور فشارپایین استفاده می‌کنند. رگولاتور فشاربالا، گاز را از فشار مخزن به  psi170 رسانده و برای سیستم‌هایی با دبی جریان و راندمان گرمایی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته این رگولاتور معمولاً همراه یک شیر سولونوئیدی است. این رگولاتور بعد از کاهش فشار، سوخت CNG را به درون لوله‌های مسی فشار ‌پایین منتقل می‌کند. نصب این رگولاتور بسیار آسان است.

این رگولاتور برحسب ساختار موتور ممکن است تک مرحله‌ای یا سه ‌مرحله‌ای باشد. این رگولاتور معمولاً قابل تعمیر نیست و توسط سیال سیستم‌ خنک‌کننده موتور، گرم می‌شود. همچنین به یک شیر یک‌طرفه مجهز شده‌است که این شیر بعد از بازشدن، فشار را کاهش می‌دهد.

رگولاتور فشارپایین، یک رگولاتور دومرحله‌ای است که فشار گاز را از مقدار آن در خروجی رگولاتور فشاربالا  به حدود  psi  22 /0 یا 6  اینچ آب کاهش می‌دهد.

فرایند ساخت رگلاتور:

فرایند تولید رگلاتور با تزریق آلیاژ آلومینیوم به قالبها آغاز می شود. با استفاده از این آلیاژها و پس از طی مراحل تولید سطوح صاف و عاری از تخلخلی به دست می آیند که هیچ گونه نشتی در آنها رخ نمی دهد. پس از آن مرحله آغشته سازی با استفاده از پلیمرهای ویژه و رزین ها  انجام می شود. طی این مرحله موجب گازبندی کامل و محافظت رگلاتورها در برابر خوردگی داخلی و خارجی می شود. در مرحله بعد، قسمتهای مختلف آن تحت ماشین کاری CNC قرارگرفته و در نهایت تکنسینهای مجرب، قطعات را سوار کرده و رگلاتورها را کالیبره می کنند. این رگلاتورها با توجه به پارامترهای زیر امتیازبندی و ارزش گذاری می شوند:

عملکرد صحیح و پایدار، تنظیمات مطمئن و دوام تنظیمات و قطعات، حجم و وزن کمتر، حداقل فشار ورودی، حداقل و حداکثر حجم گاز خروجی، سادگی تولید

 
   

 

 

سوئیچ تبدیل:

 

(Change Over Switch)

 

وجود دو نوع سوخت مختلف در خودرو استفاده از ابزاری مناسب برای این‌ که راننده توانایی انتخاب نوع سوخت مورد نیاز را داشته باشد، اجتناب‌ ناپذیر می‌کند. این ابزار در خودروهای دوسوخته به سوئیچ تبدیل موسوم می‌باشد.

سوئیچ تبدیل مهمترین قسمت ارتباط‌ دهنده سیستم گاز‌سوز با راننده می‌باشد که در خودروهای دو‌سوخته استفاده می‌شود. این وسیله به کمک  ECUدر خودروهایی که مجهز به سیستم کنترل مرکزی می‌باشند، اطلاعات لازم را برای راننده فراهم می‌سازد تا ضمن این‌که راننده حق انتخاب و تعیین نوع سوخت را داشته باشد، سوئیچ تبدیل نیز به کمک ECU  بتواند به‌طور هوشمند عمل کرده و در شرایط اضطراری سوخت را از گاز به بنزین تغییر دهد و پس از رفع مشکل، دوباره به حالت گاز باز گردد. در خودروهای کاربراتوری، سوئیچ تبدیل با شیر سولونوئیدی بنزین و پیش‌انداز جرقه در ارتباط بوده و اطلاعات مورد نیاز این دو قسمت را برای آنها می‌‌‌‌فرستد. تکنولوژی به‌کار رفته در این نوع از سوئیچ‌ها، مدارهای هیبریدی می‌باشد.

محل قرارگیری سوئیچ تبدیل باید در جایی انتخاب شود که برای راننده براحتی قابل مشاهده بوده و دسترسی به آن نیز آسان باشد.و عموما بر روی داشبورد نصب می شود.

در بسیاری از سوئیچ‌های تبدیل، علاوه بر کلید انتخاب نوع سوخت، چراغ‌هایی روی مجموعة سوئیچ تعبیه می‌شود که با رنگ‌ها و وضعیت‌های مختلف، اطلاعات مفیدی از نحوه عملکرد کیت را نشان می‌دهند.

 

 

سوئیچ تبدیل دارای سه موقعیت برای انجام سه کار می‌باشد که در ادامه آورده شده‌است.

«کارکردن در حالت بنزین»

هنگام قراردادن کلید در حالت بنزین، شیر سولونوئیدی گاز قطع و سیستم کنترل جریان گاز از مدار خارج می‌شود. در این حالت خودرو با بنزین کار می‌کند. درست مانند آن‌که موتور بنزین‌سوز بوده و هیچ تجهیزات گازی روی آن وجود ندارد.

« کارکردن در حالت بنزین و گاز»

هنگامی‌که سوئیچ تبدیل در موقعیت وسط قرار دارد، انتخاب نوع سوخت به کیت واگذار می‌گردد. خودرو با سوخت بنزین روشن می‌شود، پس از آن جریان بنزین به‌ طور خودکار قطع شده و موتور کمی دچار لرزش می‌شود تا باقیمانده بنزین مصرف شود. سپس سوخت گاز بسرعت وارد شده و شروع به سوختن می‌کند.

در زمانی ‌که موتور به ‌صورت اتفاقی متوقف گردد یا اختلالی در کار آن ایجاد شود، سیستم به ‌طور خودکار به سوخت بنزین باز می‌گردد. به ‌همین ترتیب در زمانی که شرایط به حالت عادی باز می‌گردد سوخت خودرو به گاز تبدیل می‌شود.

واضح است که تکنولوژی سوئیچ براساس دور موتور عمل می‌کند و توانایی واقعی در تغییر سوخت از بنزین به گاز و برعکس به برنامه نرم‌افزاری داده‌ شده به آن بستگی دارد.

«کارکردن در حالت گاز»

با قراردادن کلید در حالت گاز، مقدمات استفاده از گاز فراهم می‌گردد و با باز شدن شیر سولونوئیدی، استارت‌زدن امکان‌پذیر می‌‌شود. در این حالت نیز موتور درصورت توقف اتفاقی یا نقص در روشن‌شدن به‌طور خودکار به حالت استفاده از بنزین در می‌آید.

شایان ذکر است که در برخی از سوئیچ‌های تبدیل در هنگام فشردن ناگهانی و زیاد پدال گاز یا در هنگام شتاب گرفتن شدید، کلید تبدیل به‌ طور خودکار در حالت بنزین قرار می‌گیرد. این کار برای شتاب‌گیری سریع‌تر و همچنین ممانعت از خشک ‌شدن پمپ بنزین در شرایطی که از سوخت گاز استفاده می شود، لازم است.

 

میکسر:

(Mixer)                                                                  

برای اختلاط گاز فشار پایین با هوای ورودی و دستیابی به نسبت مناسب هوا به سوخت در شرایط مختلف کاری، در کیتهای تبدیل از قطعه ای به نام از میکسر استفاده می شود.

هنگام ورود هوا به ‌داخل میکسر با افزایش سرعت هوا، فشار آن کاهش یافته و نوعی خلاء نسبی ایجاد می‌شود که باعث‌ مکش گاز به داخل میکسر می‌گردد. قطر داخلی میکسر تأثیر زیادی در میزان گاز مکیده شده دارد. هرچه دهانه میکسر در گلوگاه بزرگتر باشد، هوای تحویلی به موتور بیشتر و به‌ علت افزایش تعداد سوراخ‌های خروجی گاز، میزان مکش ایجاد شده در این سوراخ‌ها کمتر می‌شود و هرچه دهانه کوچکتر گردد، هوای تحویلی به موتور کمتر و میزان مکش ایجاد شده در سوراخ‌های خروج گاز بیشتر می‌شود. از این رو انتخاب میکسر  با توجه به نوع خودرو و به روش سعی و خطا به نحوی صورت می گیرد که حداقل افت قدرت را ایجاد کند.

میکسرها از نظر نوع کاربرد، به دو دسته ونتوری متغیر و ونتوری ثابت تقسیم می‌شوند. نوع اول که یک نوع کاملاً پیشرفته و از نظر فنی پیچیده است، با بهبود فرآیند اختلاط، به‌ طور شگفت‌آوری قابلیت رانندگی خودرو را بهبود می‌بخشد. این نوع میکسر تعمیر و نگهداری خودرو را با حذف نیاز به تنظیم دایمی موتور آسانتر می‌کند و هزینه سوخت را نیز کاهش می‌دهد.

نوع دیگری که میکسر ونتوری ثابت نامیده می‌شود، یک نوع متداول از میکسرها با تکنولوژی قدیمی است. خودروهایی که از این نوع میکسر استفاده می‌کنند به‌علت عدم کنترل اختلاط هوا و سوخت از کارایی کمتر و افت توان بیشتری برخوردارند، همچنین مصرف سوخت این خودروها نسبتاً زیادتر است.

محل قرارگیری میکسر وابسته به نوع تجهیزات موتور می‌باشد و اصولا در خودروهایی که مجهز به کاربراتور هستند. در بالادست دریچه کاربراتور و در سیستم‌های انژکتوری بعد از دبی سنج قرار می‌گیرد.

عیب استفاده از میکسر:

به دلیل قرارگیری میکسر در مسیر هوای ورودی به موتور، قطر دهانه آن تأثیر زیادی درمیزان گاز مکیده شده دارد، بطوریکه تنگ تر شدن دهانه ورودی هوا بر اثر استفاده ازمیکسر سبب می‌گردد زمانیکه خودرو درحالت گاز سوز کار می‌کند، از توان و شتاب قابل قبولی برخوردار گردد ، ولی کم شدن هوای ورودی به موتور در حالت بنزین‌سوز سبب می‌شود که در این حالت توان موتور نسبت به حالتی که میکسر برروی کاربراتور نصب نشده است کمتر باشد.

اجزای سیستم مدار بسته:

وجود مشکلاتی مانند آلودگی و مصرف بالای سوخت در خودروهای قدیمی کاربراتوری که نسبت سوخت به هوا در آنها به‌طور مکانیکی تعیین می‌شد، سبب گردید تا ایده تولید خودروهایی  مجهز به واحد نظارت الکترونیکی شکل گیرد.

کنترل الکترونیکی موتور در افزایش کارایی، بهبود مصرف سوخت و کاهش آلاینده‌ها تحول چشم‌گیری ایجاد کرده‌است. یکی از مهمترین دستاوردهای استفاده از سخت‌افزارها و پردازشگرهای الکترونیکی برای کنترل، تسهیل به‌کار‌گیری سیستم کنترلی مداربسته است. در  کنترل مدار‌بسته بر خلاف کنترل مدار‌باز، ورودی‌های سیستم براساس اختلاف خروجی‌ها با مقادیر مطلوب، تصحیح می‌شوند. در میان متغیرهای قابل‌ کنترل موتور، نسبت هوا به سوخت از مهمترین و مؤثرترین آنها است که اثرات قابل‌ملاحظه‌ای بر کارایی و مشخصه‌های زیست‌محیطی موتور دارد. برای کنترل دقیق نسبت هوا به سوخت در موتورهای گازسوز از نسل دوم به بعد، از سیستم کنترلی مدار‌بسته استفاده می‌شود.  به این صورت که با استفاده از حسگر اکسیژن به‌عنوان سیگنال بازخورد اصلی و نیز داده‌های سایر حسگرها و یک پردازنده الکترونیکی که برنامه‌ریزی شده‌است، نسبت هوا به سوخت به‌صورت مدار بسته کنترل می‌گردد. کنترل مدار‌بسته نسبت هوا به سوخت در موتورها با سه گروه اصلی از تجهیزات انجام می‌گردد:

  1. حسگر‌ها
  2. عملگرها
  3. واحد کنترل الکترونیکی (ECU)

در ادامه به تشریح هر یک از اجزای فوق خواهیم پرداخت.

واحد کنترل الکترونیکی:

(Electronic Control Unit)

 

 

ECU در حقیقت قلب سیستم می‌باشد و از دو بخش سخت‌افزار و نرم‌افزار تشکیل گردیده‌است. بخش سخت‌افزاری آن شامل یک تراشه کامپیوتری است که کار پردازش اطلاعات را انجام می‌دهد. بخش نرم‌افزار آن شامل الگوریتم‌های کنترل و نگاشت‌های حاوی اطلاعات مربوط به کالیبره کردن موتور است که توسط کامپیوتر به ECU منتقل می‌گردد. ECU اطلاعات به ‌دست آمده را از حسگرهای مختلف مانند حسگر موقعیت دریچه گاز TPS، حسگر دور موتور و حسگر اکسیژن دریافت کرده با اطلاعاتی که از پیش در آن قرار داده شده‌است، مقایسه کرده و حالت بهینه را انتخاب می‌نماید.

درنهایت نتایج عملیات توسط ECU عبارتند از:

  1. محاسبه زمان بهینه برای جرقه ‌زدن
  2. فراهم آوردن نسبت هوا به سوخت بهینه برای ورود به سیلندر (در سیستم‌های انژکتوری این کار در زمان باز‌بودن انژکتور با دقتی کمتر از یک میکرو ثانیه صورت می‌گیرد.)

در مجموع، بهینه‌بودن زمان جرقه و نسبت سوخت به هوای مناسب، سبب افزایش قدرت خودرو و کاهش مصرف سوخت آن می‌شود.

 

«پیکربندی ECUهای گاز و بنزین»

همان‌طور که بیان شد از نسل دوم به بعد در کیت‌های گازسوز سیستم کنترلی مدار‌بسته تعبیه می‌شود که یکی از اجزاء آن ECU  است. لذا اگر این کیت گازسوز روی یک خودروی بنزینی انژکتوری نصب شود، ECU بنزین و سایر اجزاء سیستم کنترلی بنزین هم به مجموعه اضافه خواهد شد.

براساس نحوه ارتباط ECU گاز و بنزین، پیکربندی‌های موجود به دو دسته تقسیم می‌شوند که به شرح زیر می‌باشند:

«پیکربندی اصلی- فرعی »

در این نوع، ECU گاز از پردازش انجام‌شده در ECU بنزین استفاده کرده و تنها خروجی‌های محاسبه‌شده توسط آن را برای سوخت گاز اصلاح می‌نماید. در ECU گاز این نوع از سیستم‌ها به داده‌های غالب حسگرها نیازی نیست. در برخی از موارد که اطلاعات حسگر اکسیژن به‌عنوان ورودی ECU گاز مطرح می‌شود، تنها به‌علت شبیه‌سازی آن برای ECU بنزین در حالت استفاده از گاز است که از بروز اشکال در آن جلوگیری شود. بنابراین در این پیکربندی به نگاشت و الگوریتم‌های پیچیده کنترلی هم نیازی  نیست، به‌همین جهت کالیبره کردن این دسته از سیستم‌های گازسوز بسیار آسان می‌باشد. این دسته از کیت‌ها به‌طور عمده برای تبدیل کارگاهی مورد استفاده قرار‌ می‌گیرند.‌ در این سیستم‌ها معمولاً ECU بنزین در حالت استفاده از گاز نیز با فرض این که سوخت مورد استفاده بنزین است، به‌کار خود ادامه می‌دهد. در این صورت برای جلوگیری از به‌وجود آمدن خطا، شرایط برای ECU بنزین شبیه‌سازی می‌شود.

 

«پیکربندی مستقل»

در پیکربندی مستقل برخلاف پیکربندی اصلی- فرعی میان ECU گاز و بنزین وابستگی وجود ندارد. به این معنا که ECU گاز نیز مانند ECU بنزین اطلاعات لازم را از حسگرها دریافت می‌کند و مطابق با نگاشت‌های موجود براساس عملکرد با گاز و الگوریتم کنترلی مخصوص به سوخت گاز، زمان جرقه و نسبت هوا به سوخت را کنترل می‌کند. گاهی این دو ECU، هم نرم‌افزارهای مختلفی دارند و هم به لحاظ فیزیکی از یکدیگر جدا هستند و گاهی نیز دو الگوریتم و دو نرم‌افزار کنترلی روی یک سخت‌افزار پیاده می‌شوند. روش اخیر بیشتر در تولید خودروهای OEM مورد توجه قرار می‌گیرد.

 

سیستم کنترل لامبدا:

در قسمت ECU شرح داده شد که یکی از وظایف اصلی سیستم کنترل مرکزی (ECU) تنظیم دقیق نسبت هوا به سوخت می‌باشد. در بعضی از موارد سیستم کنترل لامبدا به ‌تنهایی و در سایر حالت‌ها با قراردادن این قسمت در کنار پیش‌انداز جرقه داخل یک جعبه به‌عنوان ECU گاز شناخته‌ می‌شود. نسبت هوا به سوخت () در فرایند احتراق موتورهای درونسوز بسیار مهم است.

عوامل گوناگونی که در این نسبت ورودی به سیلندر تأثیرگذارند، عبارتند از: موقعیت دریچه گاز، مقاومت آیرودینامیکی خودرو، رزونانس منیفولد ورودی و وارد شدن گازهای سوخته از سیلندر به ورودی هوا و غیره.

سیستم کنترل لامبدا قسمتی از کیت می‌باشد که سیگنال‌های فرستاده شده از  ECU بنزین را برای حالت سوخت گاز تغییر داده و اصلاح می‌کند. همان‌طور که در قبل نیز اشاره شد این قسمت به تنهایی می‌تواند به ‌عنوان ECU گاز شناخته شود. وظایف سیستم کنترل لامبدا به‌اختصار در زیر شرح داده ‌شده‌اند:

  1. کنترل و تنظیم مقدار کربن‌زایی موتور در حالت گازسوز
  2. اتصال با سوئیچ و تبدیل تغییر نوع سوخت از طریق این قسمت، همچنین تعویض خودکار نوع سوخت در مواقع اضطراری
  3. وسیله‌‌ای برای ایجاد امنیت بیشتر خودرو در هنگام خاموش ‌شدن اتفاقی موتور از طریق قطع کردن جریان گاز.
  4. شبیه‌ سازی اطلاعات فرستاده‌ شده از حسگر اکسیژن در حالت کارکردن با گاز برای ECU بنزین

توضیح آن‌که در زمان کارکردن خودرو با گاز، تغییراتی در مخلوط خروجی اگزوز به ‌وجود می‌آید. این تغییرات برای ECU بنزین غیرطبیعی هستند. درنتیجه ECU مقادیر درج‌شده در نگاشت‌های موجود را اصلاح می‌کند که در هنگام بازگشت به بنزین این تغییرات باعث بروز مشکلاتی می‌شود. برای جلوگیری از این حالت از تدابیر زیر استفاده می‌شود.

حسگر اکسیژن اطلاعات را از خروجی دریافت کرده و در ابتدا این سیگنال‌ها را برای سیستم کنترل لامبدا می‌فرستد. در حالتی‌ که خودرو با بنزین کار می‌کند، این اطلاعات بدون هیچ‌گونه تغییری وارد ECU بنزین می‌شود. ولی در زمان کارکردن با گاز، اطلاعات فرستاده ‌شده از حسگر اکسیژن ابتدا توسط این قسمت به گونه‌ای اصلاح می‌گردد که مانند داده‌های حسگر در حالت کار با بنزین گردد و سپس وارد ECU بنزین می‌شود.

پیشانداز جرقه:

 

(Timing Advance Processor)   

در قسمت  ECUبه این نکته اشاره شد که ECU زاویه جرقه را کنترل می‌کند. این زاویه در حالت سوخت بنزین و گاز تفاوت دارد که در زیر ابتدا مختصری توضیح در مورد این زاویه داده شده و سپس به تفاوت آن در حالت گاز و بنزین اشاره می‌شود.

از آنجا که موتورهای دیزلی احتیاج به جرقه ندارند و احتراق به‌وسیله تراکم و خود‌اشتعالی آغاز می‌شود، بحث مذکور در مورد موتورهای SI می‌باشد.

زمان صحیح جرقه در کارکرد موتور اهمیت بسزایی دارد، زیرا تأثیر زیادی در میزان مصرف سوخت و تولید آلاینده‌ها دارد. احتراق در سیلندر را می‌توانیم به دو بخش زمانی تقسیم کنیم. اگر احتراق خیلی دیر آغاز شود، آلودگی هیدروکربن‌ها افزایش می‌یابد. در حالی‌که اگر جرقه زود زده شود، فشار بیشینه بالا می‌رود و آلودگی NOx زیاد می‌شود. NOx می‌تواند با تأخیر جرقه کاهش یابد. پارامترهای مهم کنترلی که در زاویه جرقه‌زدن مؤثر هستند، عبارتند از:

  1. فشار منیفولد ورودی
  2. دبی جریان هوای ورودی
  3. دور موتور
  4. زاویۀ دریچه گاز
  5. نسبت هوا به سوخت
  6. دمای هوای محیط
  7. دمای موتور

این متغیرها همچنین برای کنترل نسبت سوخت به هوا مورد نیاز هستند. برای جلوگیری از کوبش در حالتی که دمای هوای محیط بالاست، زاویۀ جرقه به تأخیر انداخته می‌شود. هنگام گرم‌شدن اولیه موتور، تأخیر در زاویۀ جرقه، احتراق را به تأخیر می‌اندازد که باعث توأم شدن احتراق با زمان باز شدن سوپاپ دود می‌شود، در‌نتیجه لوله‌های خروجی و کاتالیست‌ بسرعت گرم می‌شوند. تأخیر زاویۀ جرقه، در هنگام شتاب گرفتن باعث جلوگیری از کوبش می‌‌‌شود.

سرعت شعله در مخلوط هوا و گاز کمتر از مخلوط هوا و بنزین است. به‌همین دلیل برای احتراق کامل در موتور گازسوز، زمان بیشتری نسبت به موتور بنزینی لازم است. بنابراین می‌بایست احتراق در سیلندر زودتر اتفاق بیافتد. به‌همین منظور زاویه جرقه موتور را به میزان 7 الی 18 درجه (بسته به نوع خودرو) نسبت به موتور بنزینی در شرایط مشابه پیش می‌اندازند، که این کار میزان مصرف سوخت را کاهش و تأثیر مثبتی بر شتاب خودرو و کاهش آلودگی دارد. این عمل امکان بروز پسروی شعله را کاهش می‌دهد. بنابر موارد ذکر شده، گاز می‌بایست در زمان زودتری نسبت به بنزین مشتعل شود. این نیاز با قراردادن واحدی به‌نام پیش‌انداز جرقه در داخل موتور برآورده می‌شود.

تمام پیش‌اندازهای جرقه از یک واحد میکروکنترلر تشکیل شده‌اند که زمان جرقه موتور بنزینی را به ‌طور الکتریکی برای سرعت‌های مختلف احتراق سوخت گاز، تغییر می‌دهند و آن‌را اصلاح می‌کنند. توسط این تکنولوژی سیستم جرقه خودرو در زمان کار کردن با گاز بهینه می‌شود.

این قسمت چه در خودروهایی که تمام تجهیزات آنها به‌صورت مکانیکی عمل می‌کند (خودروهای کاربراتوری) و چه در خودروهایی که دارای واحد کنترل مرکزی  ECUهستند، استفاده می‌شود. در خودروهایی که دارای دلکو (پخش‌کننده جریان در شمع‌ها) می‌باشند، پیش‌‌انداز جرقه با نصب‌شدن در کنار دلکو و تنظیم سیگنال‌های آن برای سوخت گاز این تصحیح را انجام می‌‌‌دهند. در خودرو‌هایی که دلکو وجود ندارد و تقسیم جریان به‌طور مستقیم توسط ECU انجام می‌شود، با قراردادن این قطعه در مسیر سیگنال‌های فرستاده شده از ECU ، این اصلاحات صورت می‌‌گیرد.

 
   

 

 

شبیه‌ساز الکترونیکی:

 

(Emulator)

 

در خودروهای دوسوخته‌ای که مجهز به واحد کنترل مرکزی بنزین هستند به‌هنگام استفاده از سوخت گاز، ECU بنزین از کار نمی‌‌‌افتد، ولی در حالتی‌که از بنزین استفاده می‌شود تمام تجهیزات مربوط به گاز از جمله قسمت‌های الکترونیکی آن از مدار خارج می‌شوند.

از بحث فوق نتیجه می‌گیریم که برای کارکردن درحالت گاز می‌بایست از وسیله‌ای برای اصلاح و قطع سیگنال‌های فرستاده شده از ECU بنزین استفاده شود. شبیه‌ساز وسیله‌ای است که مشکلات فوق را حل می‌کند. این قطعه در زمان استفاده از سوخت گاز، عملکرد اجزاء الکترونیکی را اصلاح‌ می‌کند. هنگامی‌که سوخت موتور به گاز تغییر می‌کند، برخی از اجزاء مانند انژکتورها که به‌طور خاص برای کار با بنزین طراحی شده‌اند، دیگر قابل استفاده نخواهند بود. این‌گونه وسایل در این هنگام، عملکرد غیرمعمولی داشته یا باعث ایجاد سیگنال‌های نامناسبی در سیستم کنترل می‌شود. شبیه‌ساز انژکتور شرایط را برای ECU، مشابه با شرایط کارکرد با بنزین، شبیه‌سازی می‌کند. یک نمونه شبیه‌ساز در شکل 19 نشان داده شده‌است. این قسمت به دو منظور زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد:

  1. باعث قطع‌شدن سیگنال‌های فرستاده شده ازECU  بنزین برای انژکتورها می‌شود و درنتیجه باعث بسته ماندن آنها در هنگام کار با گاز می‌شود.
  2. اگر در هنگام‌ کارکردنECU  بنزین، قسمتی از مدار باز باشد (انژکتورها عمل نکنند) درECU  بنزین کد خطا تولید می‌شود. برای جلوگیری از این مشکل از شبیه‌ساز استفاده می‌گردد.

 

 

در داخل شبیه‌ساز از یک مقاومت الکتریکی استفاده شده‌است که مشابه با مقاومت‌های موجود در انژکتورهای بنزین می‌باشد و درحقیقت یک حالت غیرواقعی از عملکرد برای انژکتورها ایجاد می‌کند که باعث می‌شود ECU بنزین احساس کند که دستورات آن در حال اجرا شدن است.

 

حسگرها Sensor)):

حسگرها یک گروه از اجزای سیستم کنترل موتور هستند. در واقع اطلاعات لازم از وضعیت موجود موتور که برای محاسبه اصلاحات و فرستادن فرامین کنترلی توسطECU  ضروری است، توسط حسگرها تأمین می‌گردد. تعداد حسگرها به پیچیدگی الگوریتم کنترلی موجود در ECU بستگی دارد. توضیحات مختصری درباره برخی از حسگرها در ادامه آمده ‌است.

حسگر دمای هوای ورودی:                             

(Intake Air Temperature Sensor)

 

حسگر دمای هوای ورودی، حسگری است که دمای هوای ورودی به موتور را اندازه‌گیری می‌کند. از این حسگر برای تعیین مقدار مناسب سوخت برای پاشش در موتور استفاده می‌شود. تشخیص زمان گرم‌شدن سیال خنک‌کننده موتور و از کار انداختن هشدار‌دهنده به‌علت تغییر شرایط محیط نیز از وظایف این حسگر است. این حسگر درحقیقت یک مقاومت گرمایی است. مقاومت آن در زمانی که دمای هوای منیفولد کاهش پیدا می‌کند، افزایش می‌یابد.

مدول کنترلی انتقال قدرت (PCM) افت ولتاژ موجود در طول حسگر را اندازه‌گیری کرده و از این ورودی برای محاسبه مقدار سوخت استفاده می‌کند. به‌علت این‌که هوای سرد مکیده‌شده چگال است، سوخت بیشتری برای تأمین همان نسبت هوا به سوخت لازم است. وقتی سیگنال حسگر دمای هوای مکش‌شدۀ سرد‌تری را نشان می‌دهد، PCM مقدار سوخت بیشتری را فراهم می‌آورد. ورودی این حسگر ممکن است برای کنترل هوای از قبل گرم‌شده و سیستم تبخیر اولیه سوخت نیز مورد استفاده قرار بگیرد.

 

حسگر موقعیت دریچه گاز:

(Throttle Position Sensor)

موتورها با سیستم پاشش سوخت الکترونیکی یا بازخورد کاربراتوری، از حسگر TPS برای مطلع کردن کامپیوتر در تعیین میزان بازشدگی دریچه گاز و موقعیت نسبی آن، استفاده می‌کنند. حسگر TPS حاوی یک پتانسیومتر همراه با یک اشاره‌گر است که به‌وسیله محور دریچه گاز می‌چرخد. وقتی محور دریچه گاز حرکت می‌کند، اشاره‌گر به یک موقعیت جدید در مقاومت پتانسیومتر تغییر وضعیت می‌دهد. سیگنال ولتاژ برگشتی مقدار بازبودن صفحۀ دریچۀ گاز را برای PCM مشخص می‌کند. پس از انتقال اطلاعات خوانده ‌شده، PCM براساس میزان بازبودن دریچۀ گاز مخلوط هوا و سوخت را غنی‌تر می‌کند تا نسبت هوا به سوخت مناسبی را برقرار کند.

سنسور فشار:

(Intake Air Pressure Sensor)

 

جهت تشخیص وضعیت خودرو در شرایط مختلف از وسیله‌ای استفاده می‌گردد که میزان فشار هوا و رگولاتور را محاسبه‌ کرده و میزان این دو فشار را به واحد الکترونیکی اطلاع می‌دهد. این کار توسط سنسور فشار انجام می‌پذیرد. می‌دانیم که فشار نسبی داخل رگولاتور مثبت و هوای درون منیفولد منفی است. در شرایط مختلف جاده‌ای میزان این دو فشار تغییر خواهد‌ کرد و حسگر فشار با محاسبه این دو فشار و ارسال این اطلاعات به ECU سبب می‌شود که میزان سوخت در شرایط مختلف مسیر تغییر کند.

 

شیرهایCNG:

شیرهای مورد نظر درCNG  از نوع شیرهای خودکار با دو حالت باز و بسته و یا دستی می‌باشند. این شیرها دارای انواع گوناگونی هستند که از آن جمله می‌توان به شیر توپی، پروانه‌ای، گوه‌ای و دروازه‌ای اشاره کرد. هر کدام از شیرهای خودکار می‌توانند دارای عملگر الکتریکی، نیوماتیکی یا هیدرولیکی باشند.

 

در طراحی یک شیر، پارامترهای زیر می‌بایست محاسبه گردد:

  • ضریب جریان مورد نیاز
  • محرک
  • اندازه لوله و اندازه شیر
  • سرعت قابل قبول

حال به توضیح پارامترهای فوق می‌پردازیم.

ضریب جریان مورد نیاز:

این ضریب در استاندارد U.S با  Cvنمایش داده می‌شود و در استاندارد SI با پارامتر Kv وAv  مشخص می‌شود. Cv عبارتست از تعداد گالن‌های آبی که در اثر اختلاف فشاری برابر یک psi یا یک پوند بر اینچ مربع (افت فشار)، از شیر معینی عبور می‌کنند؛ بنابراین:

 

در رابطه فوق متغیر‌ها به‌صورت زیر تعریف می‌شوند:

q: دبی حجمی سیال برحسب گالن بر دقیقه (gpm)

Gf: وزن نسبی سیال که یک پارامتر بی‌بعد می‌باشد.

: افت فشار برحسب psi

 

ضریب جریان برای انواع مختلف شیرها، انواع سیالات و در لوله‌هایی با اندازه‌هایی مختلف، به‌طور جداگانه محاسبه می‌شود.

محرک:

محرک‌های به‌کار رفته در شیرها به سه مدل زیر تقسیم می‌شوند:

1- الکتریکی

2- نیوماتیکی

3- هیدرولیکی

که برحسب نوع شیر و شرایط حاکم بر آن یکی از سه مدل بالا انتخاب می‌شود.

 

اندازه شیر:

اندازه شیر بستگی به اندازه لولۀ متصل به آن دارد. مثلاً اگر اندازه لوله A” “ باشد اندازه شیر هم A” “ درنظر گرفته می‌شود.

سرعت:

حداکثر سرعت برای سیالات تراکم‌پذیر  ft/sec400 و برای مایعات ft/sec 10 درنظر گرفته می‌شود.

شیرهای CNG شامل شیر مخزن، شیرهای سولونوئیدی و شیر سوخت‌گیری است که در ادامه به شرح آنها می‌پردازیم.

 
   

 

 

شیر‌های سولونوئیدی:

(Solenoid Valve )                                                       

 

 

شیر سولونوئیدی توسط یک سوئیچ، وظیفه انتخاب نوع سوخت را بر عهده دارد. زمانی که سوئیچ سوخت جایگزین انتخاب می‌شود، شیر سولونوئیدی بنزین، عرضه بنزین را قطع کرده و زمانی که سوئیچ بنزین انتخاب می‌‌شود عرضه سوخت گاز طبیعی را قطع می‌کند. شیرهای سولونوئیدی به دو دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از:

  1. شیر سولونوئیدیCNG
  2. شیر سولونوئیدی بنزین

در این شیرها کویل‌هایی با انرژی پایین در مکانی که افت ولتاژ داریم نصب می‌شوند. هرچه میدان جریان افزایش یابد به کویل‌های بزرگتر و توان بالاتری نیاز داریم. عملگر این شیرها الکتریکی بوده که همراه آن یک هستۀ ثابت و یک هستۀ متحرک وجود دارد. انرژی کویل سولونوئیدی توسط نیروی جاذبه مغناطیسی ایجاد می‌شود، این نیرو بین هسته ثابت و متحرک ایجاد می‌شود و زمانی که نیروی جاذبه بر نیروی مقاومت غلبه می‌کند هسته متحرک، هسته ثابت را به جلو حرکت می‌دهد. این امر سبب ‌شده فنر موجود در این شیر فشرده ‌شود و پایۀ شیر را حرکت ‌دهد. نیروی مغناطیسی ایجاد شده روی هستۀ متحرک، متناسب با جریان رسیده به سولونوئید است و حرکت هسته به مقدار جریان سولونوئید که به ‌سرعت فنر مربوط می‌شود، بستگی دارد.

شیر سولونوئیدی CNG:

شیر سولونوئیدی CNG یک شیر الکتریکی- مغناطیسی است و روی لوله‌های رابط بین شیر سوخت‌گیری (شیر روی سلیندر) و رگولاتور فشار نصب می‌شود. این شیر وقتی‌که موتور با بنزین کار می‌کند یا موقعی که موتور خاموش است جریان را قطع می‌کند. این شیر مجهز به یک فیلتر برای پالایش CNG است.

نکاتی را که در مورد شیر سولونوئیدی CNG باید به آنها توجه کرد، عبارتند از:

  1. این شیر نباید به قسمت‌های متحرک وصل شود.
  2. دور از منبع گرمایی باشد.
  3. به رگولاتور نزدیک باشد.
  4. یک کویل در بالای آن باشد.

 

شیر سولونوئیدی بنزین:

یک شیر الکتریکی- مغناطیسی است و روی لوله‌های رابط بین پمپ سوخت و کاربراتور نصب می‌شود. این شیر وقتی که موتور با  CNGکار می‌کند یا موقعی که موتور خاموش است جریان بنزین را قطع می‌‌کند. این شیر مجهز به یک شیر دستی برای مواقع اضطراری است. نکاتی را که در مورد این شیر باید رعایت کرد، عبارتند از:

  1. می‌بایست بین پمپ سوخت و کاربراتور نصب شود.
  2. نباید به قسمت‌های متحرک وصل شود.
  3. می‌بایست از منبع گرمایی دور باشد.
  4. مجهز به کویل باشد.

 

شیر سوخت‌گیری: 

 

                                 

مهمترین قسمت در سیستم سوخت‌گیری CNG، مخازن سوخت هستند. گاز از طریق دریچه سوخت‌گیری که در بدنه خودرو واقع است، به درون مخزن پمپ می‌شود. یک شیر یک‌طرفه در این مکان و در کنار حسگری که برای اندازه‌گیری سوخت قرار داده شده‌است، نصب می‌شود. این شیر یک‌طرفه در زمان سوخت‌گیری مانع از برگشت سوخت به ‌سمت مخزن سوخت‌گیری می‌شود. شیر سوخت‌گیری جریان  CNGرا در مواقع اضطراری یا تعمیرات بسرعت قطع می‌کند. گاز طبیعی توسط اتصالات ویژه‌ای به شیر سوخت‌گیری ماشین پمپ می‌شود، البته این اتصالات در کشورهای مختلف فرق می‌کنند.

 
   

 

 

شیر مخزن:

(Cylinder Valve)

 

 

این شیر بر روی مخزن ذخیره نصب شده و ارتباط درون مخزن را با سایر تجهیزات خارجی برقرار می کند.   این شیر متشکل از شیر فشار شکن، شیر قطع خودکار جریان گاز، شیر دستی و سولونوئیدی است که در ادامه به تشریح وظایف هر یک از آنها می پردازیم:

شیر فشار شکن: در اثر افزایش دما، فشار داخل مخزن افزایش می یابد، برای جبران این افزایش افزایش، شیر فشار شکن عمل نموده و گاز اضافی از مخزن خارج می شود.

شیر قطع خودکار جریان گاز: در صورت ایجاد پارگی در سیستم و نشت گاز این شیر به طور خودکار جریان گاز خروجی از مخزن را قطع می کند.

شیر دستی: هنگام تعمیرات کیت و یا در شرایط اضطراری نیاز از که جریان گاز خروجی از مخزن را قطع کنیم ، به همین منظور سیستم به یک شیر دستی مجهز شده است که با چرخاندن آن می توان جریان گاز را قطع کرد.

شیر سولونوئیدی: در بعضی ار خودروها شیر مخزن به یک شیر سولنوئیدی مجهز شده است که این شیر با توجه به فرمانهای ارسالی از ECU عمل کرده، اجازه خروج گاز از مخزن را می دهد.

شیر مخزن را در یک محفظه پلاستیکی یا لاستیکی قرار می‌دهند تا اگر نشتی وجود داشت بتوانند آن را از طریق قسمت‌ها‌ی پایین ماشین به بیرون منتقل کنند.

 

موتور پله‌ای:

(Step Motor)

 

یکی از عملگرهای سیستم کنترل در کیت‌های گازسوز(نسل دوم)، موتور پله‌ای است. این وسیله در کیت‌های میکسری برای کنترل میزان گاز ورودی به میکسر استفاده می‌شود. در واقع ECU گاز با کنترل این موتور براساس اصلاحات صورت گرفته بر سیگنال ECU بنزین برای انژکتورها یا داده‌های حسگر اکسیژن، نسبت هوا به سوخت را تنظیم می‌کند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

با توجه به مزایای گاز طبیعی که در بخشهای قبل به تفسیرمورد بررسی قرار گرفت، می توان به این نتیجه رسید که، استفاده از این سوخت در وحله اول در ناوگان های با مصرف سوخت بالا مانند اتوبوسهای شرکت واحد و ترانزیت، تاکسی‌های خطی و فرودگاهی و کامیونهای جاده‌ای و در نهایت توسعه آن درخودروهای شخصی، بسیار ایده آل و مقرون به صرفه است.

برای اثبات گفته های بالا در این قسمت به معرفی دو تجربه عملی، در زمینه استفاده از خودروهای گازسوز که در کشورهای آمریکا و نیوزلند انجام گرفت، می پردازیم و نتایج مثبت حاصل از این  تجربیات را بیان می کنیم .

 

نیوزلند:

 

شورای محلی اوکلند، بزرگترین ناوگان اتوبوس شهری در نیوزلند با 520 اتوبوس شهری سنگین کار مرسدس بنز و مان و 24 اتوبوس مفصل دار مان در حال کار را، اداره می کند وسالیانه حدود 45 میلیون مسافر، 30 میلیون کیلومتر با این اتوبوسها سفر می کنند.

مقامات شهری تحقیقاتی برای عملی بودن استفاده از سوختهای جایگزین شامل cng و متانول را انجام دادند.

تحقیقات نشان داد که متانول جایگزینی قابل اجرا است، اما از لحاظ اقتصادی در نیوزلند مقرون به صرفه نیست. بررسی های اولیه در مورد CNG نیز مشخص کرد که این سوخت قابلیت اجرا به دلیل سنگین بودن مخازن را ندارد، ولی با توسعه سیلندر های سبک  این مشکل حل شد، تا اینکه در سال 1987 دو اتوبوس دیزلی به CNG تبدیل شدند. مزایای بسیار این تبدیل باعث شد، این طرح فراگیر شده و تعداد زیادی از اتوبوسها، CNG سوز شوند.

مزایای تجربه شده در این تبدیل ناوگان عبارتند از :

- صرفه جویی 30 درصدی در قیمت سوخت

- کاهش چشمگیر میزان تولید آلاینده ها

- کاهش تعداد دفعات سرویس و تعمیرات

- افزایش میزان رضایتمندی رانندگان و مسافران

- بهبود قابلیت رانندگی

 

معایب:

-  هزینه های سرمایه گذاری بالا در احداث جایگاههای سوخت گیری : 18600 دلار آمریکا

-  هزینه های بالای تبدیل:  برای هر دستگاه در حدود 12000 دلار آمریکا

-  کاهش مسافت طی شده توسط خودرو با یک بار سوخت گیری به km 350

-  افزایش وزن خودرو

 

آمریکا:

 

آژانس مسافربری سوپرشاتل (super shuttle)در آمریکا با 1000 خودرو ون(van) در طول روز بیش از 20000 مسافر فرودگاه را در نقاط مختلف کشور آمریکا از جمله لوس آنجلس،واشینگتون، سانفرانسیسکو جابه جا می کند.

بنا به درخواست سازمان بهینه سازی مصرف سوخت آمریکا از این موسسه، برای مطالعه و ارزیابی تاثیر خودروهای گازسوز در کاهش میزان مصرف سوخت و هزینه ها، مسئولان این موسسه تصمیم گرفتند با خرید تعداد محدودی خودرو ون گازسوز و مقایسه عملکرد آنها با خودروهای بنزینی در طی یک دوره آزمایشی، نتایج حاصله را به آنها اعلام کنند .

برای انجام این دوره آزمایشی که به مدت یکسال به طول انجامید، مسئولان موسسه 13 خودروی ون خریداری کردند، که پنج تای آنها دو سوخته(CNG و بنزین سوز)، سه تای آنها بنزین سوز و پنج تای آخر هم اختصاصا گازسوز بودند.

برای هر خودرو یک کارت الکترونیکی صادر کردند، که به وسیله آن میزان مصرف سوخت، هزینه سوخت، میزان مسافت طی شده، تعداد سرویسهای زمانبندی شده و تعمیرات غیر زمانبندی شده، ثبت وضبط می شد.

سرویسهای زمان بندی شده، شامل تعویض روغن موتور وگیربکس و همچنین تعویض فیلتر هوا و روغن بود.

در طول این دوره هر یک از این ون ها مسافتی در حدود 60000 مایل را طی کردند.

مشخصات فنی ون های مورد استفاده در جدول زیر آمده است:

 

در پایان دوره آزمایشی، کارشناسان داده ها و اطلاعات ثبت شده بر روی کارتهای الکترونیکی هر خودرو را مورد بررسی و تجزیه وتحلیل قرار دادند و با مقایسه داده ها و اطلاعات هر گروه از خودروها با یکدیگر در مورد میزان تولید آلایندگی، قیمت سوخت و هزینه ها نتایجی حاصل شد، که در زیر آمده است.

قیمت سوخت:

در طول یکسال، قیمت  CNG تغییر چندانی نداشت، بطوریکه کمترین مقدار آن 0.85 دلار و بیشترین مقدار آن 0.91 دلار بود، که بطور میانگین می توان قیمت CNG را 0.86 دلار برای هر گالن در نظر گرفت.

در حالی قیمت بنزین از 0.91 دلار به 1.48 دلار رسید، که متوسط آن 1.21 دلار برای هر گالن است.   

هزینه تعمیرات:

با توجه به مجموع اطلاعات ثبت شده برای تعداد تعمیرات زمانبندی شده وغیر زمانبندی شده برای هر گروه از خودروها، مشاهده کردند که میزان تعمیرات خودروهای بنزینی و اختصاصا گازسوز تقریبا مشابه  و بیشتر از میزان تعمیرات خودروهای  دوسوخته می باشد.

 

میزان تولید آلایندهای زیست محیطی:

روی هر یک از ون ها سه نوع تست آلایندگی، مطابق استانداردهای تست آلایندگی فدارل (EPA) صورت گرفت، این تستها برای تعیین میزان تولید CO،NOX و هیدروکربنهای غیر متانی به صورت زمانبندی شده، برای مسافتهای 10000 مایل، 40000 مایل و 60000 مایل انجام شد. در پایان مشاهده شد که خودروهای اختصاصا گازسوز میزان آلایندگی کمتری نسبت به دو نوع دیگر تولید می کنند. نتایج حاصله از این تستها در نمودارهای صفحه بعد نشان داده شده است.

نتیجه گیری:

در یک برداشت کلی از نتایج این دوره آزمایشی، می توان به این تنیجه رسید که، خودروهای اختصاصا گازسوز نسبت به خودروهای دوسوخته و بنزینی از لحاظ اقتصادی، زیست محیطی، راندمان و طول عمر برتری دارند، بطوریکه تولید کنندگان خودرو امروزه به سمت طراحی و تولید این نوع خودروها روی آورده اند.

 

 

 

                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 دلایل انتخابCNG به عنوان بهترین گزینه ممکن در ایران

 

پیش بینی های انجام شده در مورد ناوگان خودرویی در ایران، نشان دهنده رشد سریع تعداد خودروها  در طی سالهای آینده، به خصوص در بخش خودروهای سواری می باشد.این پیش بینی ها بر اساس سه نرخ رشد پائین، متوسط و بالا انجام گرفته است. بر اساس نرخ رشد متوسط  تعداد  خودروها در ناوگان حمل و نقل ایران تا سال 2010 به 15 میلیون دستگاه خواهد رسید، که در پی آن میزان مصرف سوخت و تولید آلاینده های زیست محیطی نیز افزایش می یابد.

بر اساس این پیش بینی ها، میزان رشد مصرف سوخت در کشور تا سال 2020 روندی تصاعدی  خواهد داشت، که در جدول زیر قابل مشاهده است:

 

Fuel type

Predicted Total Fuel Consumption ,2005-2020 (Million Tones)

2005

2010

2015

2020

Mean

High

Mean

High

Mean

High

Mean

High

Gasoline

12.59

14.96

16.28

23.57

20.08

36.35

26.26

66.91

Dsesel oil

9.50

10.57

1077

13.93

12.29

19.42

14.12

16.96

Sum

22.09

25.53

27.05

37.50

32.37

55.77

46.37

83.87

 

چنین افزایشی در مصرف سوخت چالش بزرگی برای کشور ما ایجاد خواهد کرد، چرا که ظرفیت پالایشگاهها محدود بوده و در نتیجه بخش عمده ای از سوخت مصرفی خودروها از خارج کشور باید تامین شود، که این امر هزینه های گزافی را براقتصاد کشور تحمیل خواهد نمود.

پس قبل از مواجه شدن با چنین شرایطی، باید به دنبال سوختی ارزان و پاک که جایگزین مناسبی برای سوخت‌های مایع متداول همچون بنزین و گازوئیل باشد، بود.

طبق آخرین آمار منتشره کشور ایران با داشتن منابع عظیم گاز بالغ بر 5/26 تریلیون متر مکعب و تولید حدود 60 میلیارد مترمکعب درسال دارای دومین ذخایر گاز طبیعی در جهان است و    می تواند منابع لازم را برای 100 سال آینده دارا باشد. گذشته از این، ایران دارای شبکه گسترده خط لوله گازاست که این امرنصب جایگاههای سوختگیری درعمده نقاط کشور را میسر         می سازد. در نتیجه می توان گفت در بین سوختهای جایگزین موجود، گاز طبیعی به عنوان بهترین گزینه ممکن مورد توجه است و استفاده وسیع از آن به عنوان سوختی پاک و ارزان در خودرو می تواند کشور را از مواجه با بحران اقتصادی پیش بینی شده نجات دهد.

در پی انتخاب گاز طبیعی به عنوان سوختی پاک و ارزان برای مصرف در خودرو، وزارت نفت و سازمان بهینه سازی مصرف سوخت با همکاری شرکتهای خودرو سازی، طرح گازسوز کردن خودروها در کشور را آغاز کردند.  با اجرای این طرح تاکنون، 204 هزار دستگاه خودروی عمومی و شخصی در کارگاه های سازمان بهینه سازی مصرف سوخت به کیتهای CNG مجهز شدند و تعداد زیادی ایستگاه سوخت گیری CNG نیز در شهرهای مختلف احداث شده است.

با این وجود، آمار و ارقام نشان دهنده اینست که اجرای این طرح از سرعت قابل قبولی برخوردار نبوده و با به حال اقدامات مختصری در زمینه  گازسوز کردن خودروها در کشور صورت گرفته است، که این تلاش بیشتر مجریان و مسئولان امر را می طلبد.

به امید روزی که بتوان آسمان آبی را بر گستره شهرهای کشورمان ببینیم.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

منابع و مواخذ:

  • مجموعه مقالات اولین همایش سوخت جایگزین  CNG و خودروهای گازسوز
  • کتاب کاربرد گاز طبیعی در خودرو از انتشارات سازمان بهینه سازی مصرف سوخت
  • مرکز اطلاعات سوختهای جایگزین(AFDC)
  • جزوات و پروژهای موجود در کتابخانه سازمان بهینه سازی مصرف سوخت کشور
  • کتاب چشم انداز انواع سوخت خودروها و جستجوی جایگزینها ترجمه جواد نظیری
  • منابع مختلف اینترنتی

http://www.ott.doe.gov/otu/field_ops/supershuttle.html

www.afdc.doe.gov

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«واژه نامه انگلیسی – فارسی»

 

ا

Pollution

آلودگی

Evaporative Emission

آلودگی تبخیری

Spark Ignition

اشتعال جرقه‌ای

Green House Effect

اثر گلخانه‌ای

Pollution

آلودگی

Evaporative Emission

آلودگی تبخیری

Net Heating Value (NHV)

ارزش حرارتی خالص

Lower Heating Value (LHV)

ارزش حرارتی پائینی

Gross Heating Value (GHV)

ارزش حرارتی کلی

Higher Heating Value (HHV)

ارزش حرارتی بالایی

Injector

انژکتور

 

پ

Global Warming Potential (GWP)

پتانسیل گرم‌شدن جهانی

Supercharging

پرخورانی

Preignition

پیش اشتعال

Premixed

پیش‌آمیخته

پیچش مارپیچی (ضربدری)

Helical Wrapped

پیچش محیطی

Hoop Wrapped

پاشش نوبتی

Injection Sequential

پاشش تک‌نقطه‌ای سوخت

Single-Point Fuel Injection

پاشش چندنقطه‌ای سوخت

Multi-Point Fuel Injection

پاشش نوبتی سوخت

Sequential Fuel Injection

پایه شیر

Valve Stem

پسروی شعله

Backfire

پیش‌انداز جرقه

Timing Advance Processor

ت

 

تبدیل

Conversion

ح

 

حسگر

Sensor

حسگر اکسیژن

Oxygen Sensor

حسگر دمای هوای ورودی

Intake Air Temperature Sensor

حسگر سرعت موتور

RPM Sensor

حسگر فشار

Pressure Sensor

حسگر فشار مطلق

Absolute Pressure Sensor

حسگر فشار هوای ورودی

Intake Air Pressure Sensor

حسگر لامبدا

Lambda Sensor

خ

 

خشک‌کن‌

Dryer

خشک‌کن تک‌برجی

Single Tower Dryer

خشک‌کن جاذب

Deliquescent Dryer

خشک‌کن دوبرجی

Twin Tower Dryer

خشک‌کن سرمایشی

Refrigerated Dryer

خشک‌کن نم‌گیر

Desiccant Dryer

خودروی گاز‌سوز

NGV

خنک‌کن‌میانی

Inter Cooler

خواص ضد کوبش

Anti-Knock Properties

خود اشتعالی

Auto-ignition

د

 

دو‌سوخته

Bifuel

دوگانه‌سوز

Dual Fuel

دور موتور

Engine Speed

ذ

 

ذرات معلق

Particulate Matters

ر

 

رگولاتور (کاهندة فشار)

Regulator (Pressure Reducer)

ریل انژکتور

Injector Rail

رزین

Resin

راندمان حرارتی

Thermal Efficiency

راهگاه ورودی

Intake Port

رقیق‌سوز

Lean Burn

روغنکاری پاششی

Splash Lubrication

روغنکاری تحت فشار

Pressurized Lubrication

س

 

سوخت‌رسانی سریع

Fast Fill

سوخت‌رسانی کُند

Slow Fill

سیستم مادر و دختر

Mother-Daughter System

سینی کمپرسور

Compressor Skid

سوخت‌های پاک

Clean Fuels

سوخت پیلوت (آتش‌زنه)

Pilot Fuel

سیستم خنک‌کاری

Cooling System

سیستم‌ جرقه‌

Ignition System

سیستم‌های کاربراتوری

Carburetor Systems

سیستم‌های تک نقطه‌ای یا میکسری

Single-Point or Mixer Systems

سیستم‌های چند نقطه‌ای پاشش سوخت

Multipoint Fuel Injection Systems

سیستم‌های پاشش مستقیم سوخت

Direct Fuel Injection Systems

سرعت شعله

Flame Speed

سوئیچ تبدیل

Change Over Switch

سیستم جرقه‌زنی اتلافی

Waste Ignition System

ش

 

شبیه‌ساز

Emulator

شاخص وب

Wobbe Index

شیر اطمینان مخزن

Tank Safety Valve

شیر تخلیه

Purge Valve

شیر توپی

Ball Valve

شیر دوبلوکه

Double-Block Valve

شیر سولونوئیدی

Solenoid Valve

شیر قطع دستی

Manual Closing Valve

شیر قطع و وصل دستی

Manual On-Off Valve

شیر مخزن

Cylinder Valve

شلنگ

Hose

ع

 

عدد اکتان

Octane Number

عدد ستان

Cetane Number

غ

 

غربال مولکولی

Molecular Sieve

ف

 

فاصله تجهیزات

Equipment Clearance

فوت مکعب بر دقیقه استاندارد

scfm

فشار موثر متوسط ترمزی

Brake Mean Effective Pressure (BMEP)

ک

 

کوبش

Knock

کیت تبدیل

Conversion Kit

گ

 

گاز طبیعی فشرده

Compressed Natural Gas (CNG)

ل

 

لوله خروجی

Vent Tube

لوله‌

Pipe

لیتر گازوئیل معادل

Gasoline Liter Equivalent (GLE)

م

 

متان

Methane (CH4)

محفظه‌

Enclosure

موتورهای بنزینی تبدیلشده

Engines Converted from SI

موتورهای کم NOx

Low NOx Engines

موتورهای دیزل– گاز

Gas-Diesel Engines

محفظة کامل گرمایی

Full Thermal Enclosure

مخزن

Storage

مخزن بازیافت

Recovery Storage

مخزن بافر

Buffered  Storage

مخزن ترتیبی

Cascade Storage

مدار بدون بار

Idle Circuit

مدل مجموعه

Integral Model

مصرف ویژة سوخت ترمزی

Brake Specific Fuel Consumption

مکش طبیعی

Naturally Aspirate

موتور گازسوز

Gas Engine

مخزن CNG نوع 1

CNG-I

مخزن CNG نوع 2

CNG-II

مخزنCNG  نوع 3

CNG-III

مخزن CNG نوع 4

CNG-IV

مخزن CNG نوع 1

CNG-I

محرک (عملگر)

Actuator

مدار‌باز

Open Loop

مدار‌بسته

Closed Loop

 

موتور پله‌ای

Step Motor

ن

 

نسبت هوا به سوخت

A/F Ratio

نسل

Generation

نگاشت

Map

نافی فلزی

Metal End Nozzle

نشت پیش از شکست‌

Leak Before Burst (LBB)

نسبت تراکم‌

Compression Ratio

نسبت هم‌ارزی

Equivalence Ratio

نقاط داغ

Hot Spots

نقطه  MBT

Minimum Advance for Best Torque

نازل سوخت‌رسانی

Fill Nozzle

نقطة شبنم

Dew Point

و

 

ونتوری

Venturi

واحد کنترل الکترونیکی

Electronic Control Unit (ECU)

هز

 

هزینۀ انتقال

Transportation Cost

هزینۀ تولید

Production Cost

هزینۀ پالایش

Refining Cost

هزینۀ توزیع

Distribution Cost

هزینۀ فشرده کردن

Compression Cost

هیدروکربن‌ها

Hydro Carbons (HC)

هیدروکربن‌های غیر‌متانی

NMHC

         

 

 

[ ۱۳٩٢/٦/٦ ] [ ٥:۳٤ ‎ب.ظ ] [ مهندس علی فرجی ] [ نظرات () ]
.: Weblog Themes By WeblogSkin :.
درباره وبلاگ

نويسندگان
صفحات اختصاصی
امکانات وب
فونت زيبا سازفونت زيبا سازفونت زيبا ساز



انواع کد های جدید جاوا تغییر شکل موس