آلاینده های موتور (بخش دوم)

در این مقاله به آلاینده های موتور (بخش دوم) می پردازیم.

کنترل آلایندگی:

از دههٔ 1960 آلاینده های خروجی از موتور ها توسط آژانس حفاظت از محیط زیست آمریکا کنترل شده است. تا پیش از 1960 آلاینده های تولیدی خودرو های سواری مورد کنترل قرار نمی گرفت. ایالت کالیفرنیا در سال 1966 در پاسخ به مشکلات کیفیت هوا، محدودیت هایی را برای آلاینده های CO و هیدرو کربن معرفی نمود. در سال 1968 تنظیمات آلاینده ها در سطح کشور امریکا به اجرا گذاشته شد. با گذشت زمان این محدودیت ها سختگیرانه تر شدند و امروزه خودرو ها اجازهٔ تولید آلودگی بسیار کمتری نسبت به مقدار مجاز سال 1968 دارند. این مسئله از طرفی یک چالش اصلی پیش روی خودرو سازان است و از طرف دیگر به عنوان یک فرصت برای مهندسان خودرو مطرح می باشد.

در حال حاضر مهم ترین دستگاه پس پالایش، مبدل کاتالیستی سه راهه است. این سیستم در سال 1975 برای اولین بار بر روی سیستم خروجی خودرو های سواری نصب شد. این دستگاه نام خود را از این واقعیت گرفته است که بر روی هر سه آلایندهٔ مورد توجه یعنی اکسید های ازت، مونو اکسید کربن و هیدرو کربن ها تأثیر می گذارد. سرب و گوگرد از جمله موادی می باشند که شدیداً بر عملکرد مبدل کاتالیستی تأثیر نامطلوب می گذارند. بنابراین سوخت های خودرویی دوباره فرمول بندی شده اند تا سرب و گوگرد کمتری داشته باشند.

مبدل های کاتالیزوری به شکل لانه زنبوری و یا ساچمه ای ساخته می شوند تا گازهای خروجی در معرض سطح بزرگتر ایجاد شده توسط ذرات یکی از فلزات نجیب یعنی پلاتین (Pt)، پالادیوم (Pd)و رودیوم (Rh) که کمتر از 50 nm قطر دارند، قرار گیرند. رودیوم فلز اصلی مورد استفاده برای از بین بردن NO است. همچنین پلاتین فلز اصلی جهت از بین بردن CO و HC می باشد.

با جریان یافتن گاز های خروجی به داخل کاتالیزور، NO از طریق یک واکنش کاهشی روی سطح کاتالیزور با، CO هیدرو کربن ها و H₂ واکنش می دهد. هیدرو کربن ها و CO باقیمانده از طریق یک واکنش اکسید اسیون و با تشکیل H₂O و CO₂ از بین می روند. نرخ اکسید اسیون هیدروکربن ها متناسب با وزن مولکولی افزایش می یابد، در نتیجه اکسید اسیون سوخت های با وزن مولکولی سبک مثل متان در کاتالیزور بسیار آهسته صورت می گیرد.

یک مبدل سه راهه تنها زمانی به درستی عمل می کند که ترکیب گاز های خروجی، در حدود (±1%)احتراق استو کیو متریک باشد. اگر بیش از حد رقیق باشد اکسید های ازت از بین نمی روند و اگر بیش از حد غنی باشد مونو اکسید کربن و هیدرو کربن ها از بین نمی روند. این باعث می شود که یک محدودیت بر روی عملکرد موتور قرار گیرد؛ برای استفاده از مبدل سه راهه لازم است موتور در یک محدوده باریک حول نسبت استو کیو متریک سوخت هوا عمل کند. برای ایجاد چنین حالتی از یک سیستم کنترل حلقه بسته به همراه یک سنسور اکسیژن استفاده می شود تا نسبت سوخت هوای واقعی را تعیین نمایند و پاشش گر را به گونه ای تنظیم کند که موتور در محدودهٔ باریک حول نقطهٔ استو کیو متریک عمل نمایند. کاربراتور های معمولی قادر نیستند نسبت سوخت هوا را در یک محدودهٔ باریک حول یک نقطهٔ معین نگه دارند.

نمای کلّی سیستم کنترل آلایندگی:

سیستم کنترل آلایندگی برای کنترل هیدرو کربن ها (HC)، مونو کسید کربن (CO) و اکسید نیتروژن (NOX) مورد نیاز می باشد. سیستم هایی که آلایندگی را در خودرو ها کنترل می نمایند عبارت اند از:

سیستم کنترل آلایندگی محفظه میل لنگ:

گاز های حاصل از احتراق که از بین رینگ های پیستون فرار کرده وارد محفظه میل لنگ می شوند. این گاز ها برای محیط زیست مضر می باشند.

سوپاپ تهویه مثبت محفظه میل لنگ (PCV) قطعه اصلی از این سیستم کنترل آلایندگی محفظه میل لنگ بوده، که اجازه می دهد، این گاز ها وارد مانیفولد ورودی شوند و با مخلوط سوخت و هوا در موتور محترق گردند.

سیستم کنترل آلایندگی بخارات سوخت:

سیستم کنترل آلایندگی بخارات سوخت، بخارات سوخت را که بیشتر آن هیدروکربن (HC) است در کنیستر ذخیره می نماید. بخارات سوخت در کنیستر نگهداری شده تا با هوای ورودی به موتور مخلوط شده و در محفظه احتراق سوزانده شوند.

سیستم برگشت گازهای اگزوز (EGR):

برای کاهش دمای محفظه احتراق در زمان های معین مقداری از گاز های اگزوز به مانیفولد هوای ورودی برگشت داده می شود. اکسید نیتروژن (NOX) در نتیجه دمای بالای محفظه احتراق به وجود می آید.

کاتالیست کانوتور:

کاتالیست کانورتور توسط محفظه احتراق ثانویه به کاهش آلایندگی گاز های اگزوز کمک می نماید. کاتالیست کانورتور با یک عکس العمل شیمیایی به ادامه احتراق گازهای اگزوز کمک می نماید تا آلایندگی گاز های اگزوز را به میزان زیادی کاهش دهد. برای آنکه کاتالیست کانورتور در راندمان بالایی کار نماید، نسبت مخلوط سوخت و هوا باید به دقت کنترل گردد.