آلاینده های موتور (بخش اول)
در این مقاله به بحث آلاینده های موتور (بخش اول) می پردازیم.
اکسید های ازت:
به دلیل واکنش اتمی اکسیژنO و نیتروژن N در حین فرایند احتراق، اکسید های ازت (NOx) در تمام محفظه احتراق تشکیل می شوند. واکنش های تشکیل دهندهٔ NO x به شدت وابسته به دما هستند، بنابراین خروجی NOx از یک موتور نسبتاً به بارگذاری موتور بستگی دارد. میزان تولید NOx در هنگام راه اندازی و مرحله گرم شدن موتور، نسبتاً پایین است. در موتورهای اشتعال جرقه ای، جزء مشهودNOx ، اکسیدنیتروژن NO)) می باشد، این در حالی است که غلظت دی اکسید نیتروژن، NO2 فقط در حدود 1 تا %2 باشد.
مونو اکسید کربن:
مونو اکسید کربن در گاز های خروجی موتور هایی که به صورت غلیظ کار می کنند ظاهر می شود، زیرا در این حالت اکسیژن کافی برای تبدیل تمام سوخت به دی اکسید کربن وجود ندارد. مهم ترین پارامتر موتور که بیشترین تأثیر را روی آلاینده های مونو اکسید کربن دارد، نسبت هم ارزی سوخت به هوا است، دیگر متغیر ها تأثیری از مرتبه دوم دارند. بدین ترتیب نتایج به دست آمده از تغییر نسبت سوخت هوا کم و بیش در خصوص تمامی موتور ها صحت دارد. توجه داشته باشید که در شرایط نزدیک به مقادیر استو کیو متریک، آلایندهٔ مونو اکسید کربن یک تابع غیر خطی از نسبت هم ارزی می باشد. تحت این شرایط، در موتور های چند سیلندر، لازم است تا اطمینان حاصل شود که نسبت سوخت به هوای یکسانی به هر سیلندر وارد می شود. اگر نیمی از موتور ها به صورت رقیق و نیمی دیگر به صورت غلیظ کار کنند، آنگاه سیلندر های رقیق CO بسیار کمتری نسبت به سیلندر های غلیظ تولید می کنند. میانگین آلایندهٔ CO برای چنین موتوری متناظر با نسبت هم ارزی میانگین نخواهد بود. بلکه متناظر با نسبت هم ارزی میانگین غلیظ تری خواهد بود که متعاقباً منجر به تولید CO بیشتر از حد معمول می شود.
هیدرو کربن ها:
آلاینده های هیدرو کربنی به واسطهٔ حضور سوخت نسوخته در سیستم اگزوز موتور به وجود می آیند. سوخت های هیدرو کربنی از 10 تا 20 گونهٔ اصلی و حدود 100 تا 200 گونهٔ فرعی تشکیل شده اند. بیشتر این گونه ها در گازهای خروجی یافت می شود. البته، برخی از هیدرو کربن های موجود در گاز های خروجی، در سوخت مادر )اولیه( دیده نمی شوند. این گونه های هیدرو کربنی ناشی از سوختی است که درون سیلندر و طی واکنش هایی که کامل نشده اند، تغییر ساختار داده اند. این مواد حدود 50% کل هیدرو کربن های انتشار یافته می باشد.
در زمان خود اشتعالی، مخلوط بیش از حد غلیظ سوخت و هوا نیز وجود دارد. البته، در صورتی که گاز ها به اندازه کافی داغ باشند این مخلوط به وسیله اختلاط های اضافی می سوزند. از آنجا که مقداری از مخلوط سوخت و هوا تا اواخر مرحله انبساط به نسبت سوخت به هوای استو کیو متریک نمی رسند، برخی هیدرو کربن ها نیز تولید می شوند.
محصولات واکنش ناقص شامل استالدئید، فرمالدئید، بوتادین و بنزین می باشد. این محصولات در مؤسسه حفاظت از محیط زیست به عنوان آلاینده های سمی شناخته می شوند. آلاینده های هیدروکربنی ناشی از موتور، به گروه های مختلف تقسیم بندی می شوند، که شامل هیدروکربن های کلی و هیدروکربن های بی متان می باشند. آلاینده های هیدرو کربنی باعث کاهش بازده شده و همچنین آلوده کنندهٔ هوا نیز می باشند. بیشترین مقدار تولید آلاینده های هیدرو کربنی در حالت راه اندازی و مرحله گرم شدن موتور است .دلیل افزایش آلایندگی موتور در این حالات کاهش تبخیر و اکسید اسیون سوخت می باشد.
هیدروکربن ها در سیستم خروجی از 6 طریق اصلی صورت می پذیرند، این 6 روش عبارت اند از:
1) شکاف و درزها
2) لایه های روغن
3) رسوبات کربن
4) سوخت مایع
5) خاموشی شعله روی دیواره سیلندر
6) نشتی سوپاپ دود
روش های درز و شکاف بیشترین تأثیر را داشته و حدود %4 از آلاینده های هیدرو کربنی موتور از این راه انجام می شود.
درز و شکاف ها مناطق نازکی در محفظه احتراق هستند که شعله نمی تواند در آنها نفوذ کند. این شکاف ها در نزدیکی پیستون، واشر سر سیلندر، شمع و نشیمنگاه های سوپاپ وجود دارند. بزرگترین شکاف، ناحیهٔ بین رینگ پیستون و دیواره سیلندر است. در مراحل تراکم و مراحل اولیه احتراق، فشار سیلندر افزایش یافته و درصد کوچکی از مخلوط سوخت و هوا را به داخل شکاف ها وارد می کند. زمانی که فشار سیلندر در بخش انتهایی مرحله تراکم کاهش می یابد، گاز های نسوختهٔ داخل شکاف دو مرتبه به سمت داخل سیلندر جریان می یابند.
ذرات معلق:
دود مرئی یا دوده در گاز های خروجی نشان دهنده غلظت بالای ذرات معلق (PM) در گاز های خروجی است. از آنجا که استنشاق ذرات معلق می تواند مشکلات تنفسی ایجاد کند، لذا این گونه آلاینده ها به شدت کنترل می شود. آلاینده های ذرات معلق یک مشکل بزرگ در موتورهای دیزل هستند و عملکرد آنها را در هنگام تولید دوده با محدودیت مواجه می سازد. از آنجا که در موتور های بنزینی از سوخت بدون سرب استفاده می شود، ذرات معلق در موتور های اشتعال جرق های مشکل جدی به شمار نمی آیند.
به هر ماده ای غیر از آب که بتواند در اگزوز به وسیله فیلتر کردن جمع آوری شود، ذرات معلق می گویند. ذرات معلق جمع آوری شده روی یک فیلتر را می توان به دو مؤلفهٔ کلی تقسیم نمود. یک مؤلفه، کربن جامد یا دوده است و مؤلفه دیگر، یک ماده آلی است که شامل هیدروکربن و محصولات اکسیداسیون ناقص آنها می باشد. این مواد آلی روی فیلتر، افزایش چگالی پیدا کرده اند و یا جذب دوده می شوند. بخش آلی به وسیلهٔ فرایند هایی که گاز های خروجی را با هوای خروجی از موتور رقیق می کند تحت تأثیر قرار می گیرد.
ادامه مطلب در بخش بعدی . . .
1. استفاده از کلمات و واژه های نا مانوس مغایر با شرع و عرف.
2. توهین به قومیت، ملیت و زبان های کشور.