مقدمه:
گاز طبيعي اولين بار در سال ۱۷۷۶ ميلادي توسطAlessandro Volta كشف شد، اما استفاده از اين گاز به عنوان سوخت در خودروها به سالهاي بعد از آن بر ميگردد.
ايتاليا به عنوان اولين كشور استفاده كننده از گاز طبيعي شناخته م يشود، اين اقدام در اوايل سال ۱۹۱۰رخ داد از سال ۱۹۳۰ ميلادي استفاده از گاز طبيعي به طور چشمگيري گسترش يافت. از جمله كشورهاي پيشرو در اين حوزه مي توان به كشورهاي فرانسه، ايتاليا، آمريكا، برزيل، آرژانتين و نيوزلنداشاره نمود.
در ايران اولين بار در سال ۱۳۵۶ طرح گاز سوز كردن خودروها به صورت آزمايشي در شهر شيرازبا تبديل ۱۲۰۰دستگاه سواري به مرحله اجرا درآمد. مشابه اين طرح در مشهد نيز در سال ۱۳۶۶اجرا شد. شركت اتوبوسهاي تهران و حومه نيز در سال ۱۳۷۱ ، تحقيقاتي را در زمينه گاز سوز كردناتوبوسهاي درون شهري آغاز نمود كه در سال ۱۳۷۵ ، به بهره برداري رسيد
از سال ۱۳۸۳ شركت سايپا با هدف همراستا نمودن فعاليت ها و توليد محصولات مطابق با خط مشي هاي كل سازمان، شروع به توليد خودروهاي گازسوز نيسان وانت و پرايد نمود و اين روند با گذر زمان، رشدفزاينده داشته است.
هدف گذاري
۱ دستيابي به خودروهايي با ميزان توليد آلايند ههاي كمتر
۲ ايجاد محصولاتي با هزينه سوخت كمتر براي مشتريان و حضور در بازارهاي خودرو سالم
تعریف و 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، سيکلديزل است و سوخت اصلی اين موتورها گاز طبيعی میباشد. ولی طراحی آنها به گونهای است که از سوخت ديزل بهعنوان سوخت کمکی برای شروع احتراق گاز استفاده مینمايد.
- در اینگونه موتورها، ابتدا گاز با نسبت 90 تا 95%از کل انرژی وارد محفظه احتراق میشود. هنگامی که مخلوط هوا و سوخت داخل محفظه احتراق تا حد مناسب فشرده و آماده احتراق شد، مقدار کمی گازوئیل توسط انژکتور پاشیده میشود. این فرایند باعث میشود تا احتراق، آغاز شده و موتور فعال شود. گازوئيل در اينجا بهجای شمع عمل میکند و لذا به آن سوخت پيلوت و يا سوخت آتشزنه میگويند.
- چون در اين موتورها فرايند احتراق ابتدا بهصورت اشتعال تراکمی و سپس احتراق شبيه مخلوط پيشآميخته میباشد، لذا دو نوع “اشتعال” و “سوختن” متفاوت رخ میدهد. بههمين
دليل به اين گونه موتورها، موتورهای دوگانهسوز میگويند. در کلمه “دوگانهسوز” پسوند “سوز” بيانکننده سوختن است که در اين موتورها دو نوع مختلف سوختن اتفاق میافتد.
در ضمن کلمه “Dual” در انگليسی به معنای دوتايی میباشد، بدين معنی که هر کدام از اجزا به يکديگر وابسته بوده و بدون يکديگر نمیتوانند عمل کنند. بههمين صورت پيشوند “Bi” در انگليسی به معنای “دوتا” میباشد که هر کدام میتوانند مستقل از ديگری 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.)
تبديل موتور ديزل به موتور دوگانهسوز نسبتاً ساده میباشد. زيرا تغييراتی در نسبت تراکم، سرسيلندرها يا در سيکل کاری که موتور ديزل براساس آن کار ميکند، صورت نميپذيرد. حتی تکنولوژی سيستم کنترل کامپيوتری دو گانهسوز اين موتورها بهگونهای در حال توسعه است که اين سيستم را بتوان براحتی از موتور جدا نموده تا موتور به يک موتور ديزل معمولی تبديل گردد.
انواع سيستمهاي احتراق در موتورهای دوگانهسوز:
- بهطور كلي سه نوع سيستم احتراق در موتورهاي دوگانهسوز استفاده ميشود:
- موتورهاي دوگانهسوز معمولی
- موتورهاي دوگانهسوز با آلایندگی NOx
- موتورهاي دوگانهسوز با پاشش مستقیم
- موتورهاي دوگانهسوز معمولی:
- این نوع موتورها در ابتدا از نوع مكش طبيعی بودند و گاز به وسیله كاربراتور با هوا تركيب ميشد. اما امروزهاز توربوشارژر استفاده می كنند و گاز درون راهگاه ورودی تزريق ميشود. فشار تزريق گاز بايد اندكي بالاتر از فشار مکش هوا باشد. بنابراين فشار تقريبي تزريق درحدود bar 5- 3 ميباشد.
- براي تبديل يك موتوردیزل به دوگانهسوز، سيستم تزريق بهجز اصلاحاتي كه ممكن است روي پمپ انژكتور و شكل نازلها ايجاد شود، احتیاج به تغيير خاصي ندارد. با توجه به ترکیب گاز مورد استفاده، نسبت تراكم ممكن است پايينتر بيايد تا پديده كوبش اتفاق نيفتد. اما اين مقدار نبايد تا حدي باشد که خاصيت خود اشتعالي گازوئيل بياثر شود. كمترين نسبت تراكم درحدود 11 تا 12 ميباشد. حداکثر قدرت خروجی معمولاً 10 تا 20 درصد کمتر از موتور دیزل مشابه میباشد. اين كاهش با خاصيت كوبش سوخت محدود ميشود و به عددمتان گاز بستگي دارد.
- در بارهاي كم و هنگام راهاندازي، موتور روي سوخت گازوئيل كار ميكند و هنگاميكه نياز به قدرت بيشتري ميباشد، ميزان سوخت گازوئيل كمتر شده (كه تقريباً برابر حالت کارکرد درجا يا حتي كمتر از آن) و توان اضافي مورد نياز با غنی کردن مخلوط ورودی (افزایش مقدار گاز) تـأمين ميگردد. در اين مرحله كاهش قدرت موتور نيز با رقیق کردن مخلوط ورودی (کاهش مقدار گاز) صورت ميگيرد. نهایتاً مخلوط هوا و گاز توسط يكافشانه کاملاً اتميزه شده سوخت ديزل، كه حدود 5 تا 8 درصد سوخت در حالت بار کامل را شامل ميشود،مشتعل ميگردد.
- با تنظیم سيستم كنترلي حاكم، میتوان کاری کرد که موتور در حالت بار كامل هم بهصورت يك موتوردوگانهسوز کار کند یا اینکه فقط سوخت دیزل مصرف کند. همچنين اگر گاز تمام شده باشد ميتوان موتور را روي سوخت دیزل تنظيم كرد كه در اينصورت موتور به يك موتور ديزل كامل تبديل ميشود. اين امر بسيار مهم است زيرا در موتورهاي دوگانهسوز ممکن است كه مخزن گاز، تخليه گردد و موتور روي سوخت گازوئيل بهتنهایی به حركت ادامه دهد.
موتورهاي دوگانهسوز با آلایندگی NOx کم:
موتورهاي دوگانهسوز با آلایندگی NOx کم، رقیقسوز میباشند، در نتیجه در این موتورها دمای بیشینه احتراق پایین آمده ومیزان تولید NOx نسبت به موتورهاي ديزل کاهش می یابد.
مقدار NOx تولید شده بستگی به مقدار گازوئیل پیلوت دارد. دستيابي به NOx خيلي كم نيازمند آن است كه نسبت همارزی بسيار پايين (درحدود 4/0) باشد. كم شدن نسبت همارزی بهمعناي نیاز بیشتر به انرژی پیلوت (گازوئیل)، برای ایجاد احتراق مناسب و خوداشتعالی است. اما افزایش مصرف سوخت پیلوت (گازوئیل) به مفهوم افزایش NOx ميباشد. امروزه بعضي از شركتهاي موتورسازي، سيستمهايي طراحي كردهاند كه طي آن مصرف سوخت پيلوت بسيار كم ميباشد. که باعث كاهش آلاينده NOx شدهاست.
براي داشتن يك احتراق كامل و مطمئن، حداقل 5% سوخت گازوئیل در حالت بار کامل بهعنوان سوخت پيلوت نياز میباشد. اما با بهینه کردن سيستم تزريق سوخت پیلوت، ميتوان اين ميزان را تا حدود 2% كاهش داد كه اين کار به طور چشمگيري در كاهش NOx، مؤثر ميباشد. بهينهكردن پاشش سوخت پيلوت بهمعناي بالا بردن فشار تزريق و كاهش قطر سوراخ انژكتورها ميباشد كه باعث بالا رفتن قدرت نفوذ و اتميزه شدن سوخت ميباشد. درنتيجه يك سوخت با انرژی مناسب دركل محفظه احتراق، آمادگي اشتعال خواهد داشت.
موتورهاي 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 حدو