Jazayeri
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Like this? Share it with your network

Share

Jazayeri

  • 891 views
Uploaded on

 

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
    Be the first to like this
No Downloads

Views

Total Views
891
On Slideshare
888
From Embeds
3
Number of Embeds
2

Actions

Shares
Downloads
9
Comments
0
Likes
0

Embeds 3

https://www.linkedin.com 2
http://www.linkedin.com 1

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. فناوري‌هاي نوين در موتورهاي احتراق داخلي
    سيد علي جزايري
  • 2. مقدمه
    موتورهاي احتراق داخلي يكي از پركاربردترين محصولات صنعتي مورد استفاده در جهان مي‌باشند و به همين علت جزء مهمترين منابع مصرف سوخت و توليد آلايندگي به شمار مي‌روند. فناوري‌هاي بسياري براي بهبود عملكرد آنها ارائه شده است كه به برخي از مهمترين آنها اشاره مي‌شود.
  • 3. DI (Direct Injection)
    در اين سيستم سوخت به صورت مستقيم درون سيلندر پاشيده مي‌شود و به همين دليل نحوه تشكيل توده سوخت (FuelMist) به دقت قابل كنترل است. اين فرايند باعث مي‌شود كه بتوان از نسبت‌تراكم‌هاي بالاتر استفاده نمود و فرايند مكش را بهبود بخشيد. فناوري DI قادر است به طور بالقوه 12% از مصرف سوخت بكاهد.
  • 4. DI (Direct Injection)
  • 5. TDI (Turbocharged Direct Injection)
    در اين موتورها، انژكتور سوخت را به صورت مستقيم به درون محفظه احتراق در هر سيلندر مي‌پاشد و اثري از محفظه پيش‌احتراق به چشم نمي‌خورد. موتور به يك سيستم توربوشارژ براي افزايش فشار و ميزان هواي ورودي به سيلندر استفاده مي‌كند. توربين مورد استفاده،‌ توان مورد نياز خود را از جريان گازهاي خروجي موتور دريافت مي‌كند. اين فرايند افزايش فشار، دماي هواي ورودي را نيز افزايش مي‌دهد كه مطلوب نيست. براي كاهش دماي هواي فشرده، در اين موتورها از يك خنك‌كن داخلي (Intercooler) استفاده مي‌شود. اين روند باعث مي‌شود تا بتوان سوخت بيشتري را در هر سيكل وارد سيلندر كرد. اين ميزان سوخت بيشتر به واسطه پاشش مستقيم آن، ساده‌تر محترق مي‌شود و به اين ترتيب در مجموع كارايي احتراق بسيار بالا مي‌رود. اين شيوه در موتورهاي ديزل كاربرد دارد.
  • 6. GDI (gasoline Direct Injection)
    در اين شيوه، بنزين با فشار زياد و از طريق يك انژكتور به درون سيلندر پاشيده مي‌شود. در موتورهاي بنزيني معمول، بنزين قبل از سوپاپ هوا به درون هواي ورودي پاشيده مي‌شد. همچنين اين شيوه با روش پاشش چند انژكتوري به درون سيلندر (براي اختلاط يكنواخت هوا و سوخت) متفاوت است.. اين شيوه معمولاً براي لايه‌بندي مخلوط سوخت و هوا و يا استفاده از مخلوط رقيق هوا و سوخت به كار مي‌رود. پاشش مستقيم بنزين سبب افزايش قدرت و كاهش مصرف سوخت مي‌شود. همچنين اثر خنك‌كنندگي اين گونه پاشش سبب مي‌شود منحني احتراق موتور به صورت نرم (smooth) در آيد. علاوه بر آن، پاشش مستقيم بوسيله يك انژكتور، باعث مي‌شود تا سيستم كنترل موتور با دقت بيشتري بتواند نسبت هوا به سوخت را كنترل كند. معمولاً اين سيستم با استفاده از EGR و VVT فرايند احتراق را كنترل مي‌كند.
  • 7. TC (Turbo Charging) & SC (supercharging)
    پرخوران در واقع يك كمپرسور هواست كه براي انتقال هواي به درون سيلندر يك موتور احتراق داخلي به كار مي‌رود. نرخ جريان زياد هوا به درون سيلندر سبب مي‌شود تا اكسيژن بيشتري به منطقه محترق برسد. مقدار هواي ورودي در حالت پرخوران بسيار بيشتر از حالت معمول (تنفس طبيعي موتور) است و بنابراين مي‌توان سوخت بيشتري را محترق كرد و به اين ترتيب مقدار كار توليد شده در هر سيكل بيشتر مي‌شود. افزايش توان و كاهش مصرف سوخت از نتايج اين افزايش كار است. پرخوران انرژي مورد نياز خود را بوسيله دنده، تسمه و ... از موتور دريافت كند. همچنين در برخي موتورها از جريان گازهاي اگزوز براي انتقال قدرت به پرخوران استفاده مي‌شود. در اين مورد كه يك توربين وظيفه چرخاندن كمپرسور را بر عهده دارد، به پرخوران، توربوشارژ گفته مي‌شود. از پرخوران بيشتر در خودروهاي ديزل استفاده مي‌شود هرچند امروز بسياري از خودروهاي بنزيني نيز از آن استفاده مي‌كنند.اين فناوري قادر است به طور بالقوه 5/7% از مصرف سوخت بكاهد.
  • 8. TC (Turbo Charging) & SC (supercharging)
  • 9. intercooler
    از آنجا كه فرايند افزايش فشار در پرخوران سبب بالا رفتن دماي هوا مي‌شود و اين امر به نوبه خود موجب كاهش بازده حجمي موتور خواهد شد، از خنك‌كن براي جبران آن استفاده مي‌شود. سيستم خنك‌كن به گونه‌اي طراحي مي‌شود كه در يك فرايند تقريباً هم‌فشار، دماي گاز را كاهش دهد.
  • 10. intercooler
  • 11. Lbe (Lean Burn Engine)
    نسبت هوا به سوخت استوكيومتريك به نسبتي گفته مي‌شود كه در شرايط ايده‌آل، سوخت به صورت كامل محترق مي‌شود. معمولاً اين نسبت در خودروها (با توجه به شرايط كاري موتور) تغيير مي‌كند. يكي از شيوه‌هاي كاهش مصرف سوخت (و آلايندگي) استفاده از مخلوط رقيق هوا و سوخت است. هرچند اين ايده در ابتدا ساده به نظر مي‌رسد اما براي داشتن كارايي مناسب موتور بايد نسبت تراكم را تا حد زيادي بالا برد. افزايش نسبت تراكم موجب افزايش راندمان موتور مي‌شود و مي‌توان به اين وسيله با سوخت كمتر، قدرت زيادي را از موتور دريافت كرد اما افزايش نسبت تراكم نيازمند طراحي مجدد موتور (با توجه به افزايش شديد بيشينه فشار درون سيلندر) است. از سوي ديگر كنترل زمان جرقه از مشكلات ديگر اين روش است كه بايد يك سيستم رايانه‌اي دقيق با توجه به ورودي‌هاي نظير ميزان بار، سرعت، دما و فشار هواي ورودي و ... آن را تنظيم كند.
  • 12. Lbe (Lean Burn Engine)
    فوق رقیق سوز کردن موتور سبب افزایش راندمان حرارتی و کاهش آلاینده NOx و گازهای گلخانه ای می شود. مشکل اصلی این موتورها، misfire است که به شدت آلاینده هیدروکربن های نسوخته را افزایش می دهد اما می توان با غنی کردن موضعی مخلوط در نزدیکی محل شمع این مشکل را بر طرف ساخت.
    این کار سبب می شود که بتوان از نسبت تراکمهای بالاتر در خودرو استفاده نمود و راندمان حرارتی را بالا برد، همچنین با کاهش دمای سیلندر، از میزان تولید آلاینده NOx کاسته می شود.
  • 13. CVCC (Compound Vortex Controlled Combustion)
    در اين سيستم احتراقي، موتور داراي سوپاپ‌هاي معمول ورودي و دود مي‌باشد با اين تفاوت كه يك سوپاپ كوچك اضافي ورودي مقداري مخلوط غني هوا و سوخت را به نزديكي شمع مي‌رساند. با اين شيوه مي‌توان بقيه مخلوط هوا و سوخت را رقيق‌تر از حالت معمول تهيه كرد. مزيت عمده اين سيستم عدم اتكا به چرخش (Swirl) مخلوط ورودي و كاهش آلاينده‌هاي هيدروكربني و مونوكسيدكربن مي‌باشد.
  • 14. CVCC (Compound Vortex Controlled Combustion)
  • 15. Diesel emissions
    یکی از مهمترین مشکلات در آلاینده های دیزل، کاهش همزمان NOx و Soot می باشد زیرا این دو پارامتر به دما و نوع سوخت وابسته بوده و عکس یکدیگر رفتار می کنند. برای رفع این مشکل دو راه عمده وجود دارد:
    کاهش Soot بوسیله تکنولوژی های موتور و کاهش NOx بوسیله استفاده از مبدل های کاتالیستی
    کاهش NOx بوسیله تکنولوژی های موتور و کاهش Soot بوسیله scrubber
  • 16. Diesel soot
    یکی از مهمترین راهکارهای کاهش Soot در موتورهای دیزل، تغییر هندسه تاج پیستون و سیستم پاشش سوخت است. استفاده از این شیوه به خصوص در بارهای جزئی سبب می شود تا جریان چرخشی و گردابه ای بوجود آمده، مانع تشکیل ذرات با قطر بزرگ شود.
  • 17. catalytic converter
    مبدل كاتاليستي ابزاري است براي كاهش سميت آلاينده‌هاي خروجي از موتورهاي احتراق داخلي است. وظيفه اصلي اين ابزار، افزايش سرعت واكنش‌هاي شيميايي است كه آلاينده‌هاي خطرناك ايجاد شده در فرايند احتراق را به مواد كم‌خطر تبديل مي‌كند.
  • 18. catalytic converter
  • 19. SCE (Stratified Charge Engine)
    اين موتور تا حدي شبيه به موتورهاي سيكل ديزل است كه با بنزين كار مي‌كند. از آنجا كه در اين‌گونه موتورها مخلوط هوا و سوخت درون سيلندر به صورت لايه‌هاي مختلف غلظتي تشكيل مي‌شود، اين عنوان براي آن انتخاب شده است. در اين موتورها همانند موتورهاي ديزل، از پاشش مستقيم ( به منظور استفاده از قابليت ذاتي آن براي دستيابي به نسبت‌تراكم‌هاي بالا) استفاده مي‌شود و از سوي ديگر با توجه به اين‌كه سوخت آن بنزين است، از ويژگي مثبت اصلي آن يعني اختلاط سريع و مناسب با هوا، حداكثر بهره‌برداري صورت مي‌گيرد. به اين ترتيب از احتراق ضعيف (كه ار نقاط منفي موتورهاي ديزل پاشش مستقيم است) جلوگيري مي‌شود. براي رسيدن به اين فرايند، انژكتور سوخت را در يك محدوده خاص سيلندر مي‌پاشد و به همين دليل غلظت مخلوط هوا و سوخت در مناطق مختلف سيلندر تفاوت پيدا مي‌كند و عملاً لايه‌بندي مي‌شود. معمولاً در اين‌گونه موتورها از يك انژكتور با پاشش سوخت مستقيم استفاده مي‌شود.
  • 20. SCE (Stratified Charge Engine)
  • 21. Commonrail
    اين روش، گونه مدرني از سيستم پاشش سوخت براي موتورهاي بنزيني و ديزل است. در موتورهاي ديزل، اين روش باعث ايجاد فشار زياد پاشش و تغذيه مستقل سوپاپ‌ها مي‌شود. در نسل‌هاي جديد اين سيستم از انژكتورهاي پيزوالكتريك براي دستيابي به دقت بالاتر استفاده مي‌شود. اين سيستم در فناوري پاشش مستقيم سوخت در موتورهاي بنزيني نيز به كار برده مي‌شود.
  • 22. Commonrail
    یک سیستم commonrail سبب می شود تا ضمن کاهش تولید NOx و مصرف بهینه سوخت، آلاینده PM نیز تا حد چشمگیری کاهش یابد. استفاده از یک توربوشارژر پرفشار که هوای اضافی مورد نیاز را تأمین می کند باعث می شود تا موتور بتواند در سیکل احتراقی میلر کار کند. استفاده از سیکل میلر، افزایش توان و شتاب را به دنبال خواهد داشت.
  • 23. Commonrail
  • 24. VVT (Variable Valve Timing)
    در موتورهاي كلاسيك، زمان‌بندي سوپاپ‌ها بوسيله بادامك انجام مي‌شد كه با توجه به شكل آن، كاملاً ثابت بود. اما در موتورهاي مدرن، اين محدوديت برداشته شده است. در سيستم VVT مقدار جابجايي، دوره باز بودن و زمان باز و بسته شدن سوپاپ ثايت نيست. اين مقادير به صورت كامل توسط واحد كنترل الكترونيكي (ECU) موتور تنظيم مي‌شوند. اين تنظيمات با توجه به شرايط عملكردي موتور انجام مي‌شود و باعث مي‌شود تا فرايند احتراق تا حد امكان به بهترين نحو صورت گيرد و راندمان حرارتي موتور افزايش يابد. به عنوان مثال، در سرعت‌هاي بالا، موتور به سوخت بيشتري احتياج دارد كه اين امر هواي بيشتري را نيز طلب مي‌كند. سيستم ECU در اين حالت سوپاپ ورودي هوا را براي مدت بيشتري باز نگه مي‌دارد تا هواي مورد نياز وارد سيلندر شود. به هنگام كم شدن سرعت خودرو، عملكرد سوپاپ دوباره به حالت عادي خود باز خواهد گشت. در موتورهايي كه ميزان باز شدن سوپاپ هوا ثابت است، تفاوتي در هواي ورودي براي سرعت‌هاي مختلف وجود ندارد و عملاً شرايط كاري موتور در حالت بهينه قرار نمي‌گيرد.
  • 25. VVT (Variable Valve Timing)
  • 26. DOD (Displacement on Demand)
    اين فناوري، بر مبناي غيرفعالسازي سيلندرها، در زماني كه به آنها نيازي نيست عمل مي‌كند بدين معني كه به صورت موقت يك موتور 8 يا 6 سيلندر را به موتور 4 يا 3 سيلندر تبديل مي‌كند. از اين متد در موتورهاي 4 سيلندر استفاده نمي‌شود. فناوري DOD قادر است به طور بالقوه تا 5% از مصرف سوخت بكاهد.
  • 27. DOD (Displacement on Demand)
  • 28. AMT (Automated manual Transmission)
    اين سيستم بهترين تركيب ممكن ميان تعويض دنده دستي و اتوماتيك را ايجاد مي‌كند. خودروهاي داراي AMT نيازي به كلاچ ندارند و تعويض دنده به صورت كاملاً الكترونيكي بوسيله سيستم‌هاي هيدروليكي يا موتور الكتريكي انجام مي‌شود. فناوري AMT قادر است به طور بالقوه 7% از مصرف سوخت بكاهد.
  • 29. AMT (Automated manual Transmission)
  • 30. CVT (Continuously Variable Transmission)
    اين سيستم با استفاده از تعداد زيادي پولي با قطرهاي مختلف كه بوسيله زنجير يا نوار به يكديگر متصل مي‌شوند، قادر است مقادير مختلفي ازنسبت‌ سرعت موتور به سرعت چرخ ايجاد كند كه بسيار متنوع‌تر از جعبه دنده‌هاي معمول است. فناوري CVT قادر است به طور بالقوه 6% از مصرف سوخت بكاهد.
  • 31. CVT (Continuously Variable Transmission)
  • 32. ISG (Integrated Starter/Generator)
    اين سيستم به صورت اتوماتيك به هنگام سكون خودرو، موتور را خاموش كرده و به صورت همزمان با فشار دادن پدال گاز آن را روشن مي‌كند، به اين ترتيب كار كرد آرام موتور (Idle) را از بين مي‌برد. معمولاً در اين سيستم‌ها يك مبدل وجود دارد كه انرژي تلف شده در فرايند ترمز را در باتري ذخيره مي‌كند. فناوري ISG قادر است به طور بالقوه 8% از مصرف سوخت بكاهد.
  • 33. ISG (Integrated Starter/Generator)
  • 34. HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition)
    موتورهاي HCCI نيز يكي از ايده‌هاي نوين براي دستيابي به مصرف سوخت و توليد آلايندگي پايين است. اين ايده نيز به منظور استفاده همزمان از مزيت‌هاي خودروهاي بنزيني و ديزل شكل گرفته است. در اين روش مخلوط همگن هوا و سوخت وارد محفظه احتراق شده و آنقدر متراكم مي‌شود تا به مرحله خوداشتعالي برسد. به عبارت ديگر در اين‌گونه موتورها فرايند تهيه مخلوط هوا و سوخت همانند موتورهاي بنزيني صورت مي‌گيرد اما احتراق همانند موتورهاي ديزل به صورت خوداشتعالي مخلوط هوا و سوخت روي مي‌دهد. در اين سيستم از جرقه شمع خبري نيست و احتراق به صورت تقريباً آني روي مي‌دهد. از مهمترين مزاياي اين روش امكان استفاده از مخلوط رقيق هوا و سوخت و همچنين به كارگيري نسبت‌تراكم‌هاي بالاتر از حد معمول براي موتورهاي بنزيني است.
  • 35. HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition)
  • 36. Dct (Dual Clutch Transmission)
    در اين سيستم از دو كلاچ جداگانه هم‌مركز براي تغيير دنده استفاده مي‌شود. يكي از اين كلاچ‌ها براي دنده‌هاي زوج و ديگري براي دنده‌هاي فرد به كار مي‌رود. حسن استفاده از اين سيستم اين است كه به هنگام تعويض دنده، گشتاور انتقالي به چرخ‌ها قطع نمي‌شود و توزيع آن هموار باقي مي‌ماند. همچنين فرايند تعويض دنده در اين خودروها سريع‌تر انجام مي‌شود. استفاده از اين سيستم سبب كاهش 4-8% در مصرف سوخت مي‌شود.
  • 37. Dct (Dual Clutch Transmission)
  • 38. Hybrid System
    در سيستم‌هاي هيبريدي در كنار موتورهاي احتراق داخلي، از موتورهاي الكتريكي نيز براي به حركت در آوردن خودرو استفاده مي‌شود. انرژي مورد نياز موتورهاي الكتريكي از باطري‌هاي تعبيه شده در خودرو تأمين مي‌شود. سيستم كنترلي خودرو قادر است تا با توجه به شرايط كاري خودرو، نسبت استفاده از هر يك از موتورها را تعيين كند. گام‌هاي بعدي در اين راه استفاده از خودرو تمام الكتريكي به جاي خودروهاي معمول است. از آنجا كه سيستم‌هاي هيبريدي از انرژي الكتريكي به جاي سوخت استفاده مي‌كنند، توانايي كاهش 30-80% مصرف سوخت را دارند.
  • 39. Hybrid System
  • 40. trionic
    اين تكنولوژي نوعي از سيستم مديريت خودرو است كه سه پارامتر اصلي موتور شامل زمان جرقه، پاشش سوخت و فشار منيفولد را كنترل مي‌كند. اين سيستم از جريان يوني براي رديابي كوبش و عدم احتراق (misfire) استفاده مي‌كند. انواع جديد اين سيستم مقدار هواي ورودي به سيلندر را نيز به صورت الكتريكي كنترل مي‌كند.
  • 41. trionic
  • 42. SDI (Suction Diesel Injection)
    در اين طراحي موتور ديزل با پاشش سوخت مستقيم، تنفس موتور به صورت طبيعي انجام مي‌شود. هرچند با اين شيوه توان موتور نسبت به حالت پرخوران كاهش مي‌‌يابد اما ميزان كاهش مصرف سوخت و افزايش قابليت اعتماد موتور تا حدي است كه اين نقص را جبران مي‌كند. در اين‌گونه موتورها مشكل TurboLag بوجود نمي‌آيد.
  • 43. APC (automatic performance control)
    اين سيستم براي كنترل كوبش و boost در موتورهاي پرخوران ابداع شده است. اين سيستم با اندازه‌گيري دور موتور و فشار منيفلد ورودي، پردازش‌هاي لازم براي كنترل نرخ تغييرات فشار را انجام مي‌دهد. با استفاده از اين سيستم مي‌توان نسبت تراكم موتور را افزايش داد و به شدت از ميزان مصرف سوخت كاست.
  • 44. APC (automatic performance control)
  • 45. ٍEGR (exhaust gas recirculation )
    سيستم گازهاي برگشتي براي كاهش آلاينده اكسيدهاي نيتروژن در موتورهاي بنزيني و ديزل به كار مي‌رود. در اين سيستم مقداري از گازهاي خروجي اگزوز به درون سيلندر بازگردانده مي‌شود. معمولاً در موتورهاي ديزل، بخش از اكسيژن اضافي مورد نياز از اين طريق تأمين مي‌شود.
  • 46. ٍEGR (exhaust gas recirculation )
  • 47. IMA (Integrated Motor Assist)
    در اين سيستم يك موتور الكتريكي بين موتور احتراق داخلي و سيستم انتقال قدرت قرار داده مي‌شود و به عنوان موتور استارتر، متعادل كننده موتور و موتور كشنده به كار مي‌رود. يكي از مزاياي مهم اين سيستم جذب انرژي حاصل از شتاب كاهشي خودرو و آزادسازي آن در هنگام شتاب‌گيري است.
  • 48. IMA (Integrated Motor Assist)
  • 49. MAGIC (Magnesium Injection Cycle )
    اين سيستم در حال توسعه، از منيزيم و آب براي ايجاد توان استفاده مي‌كند. در اين سيستم پودر منيزيم و آب با يكديگر واكنش مي‌دهند. يكي از محصولات اين واكنش، هيدروژن است كه به نوبه خود محترق مي‌شود و توان اضافي مورد نياز موتور را تأمين مي‌كند. اين سيستم نيازي به سوخت‌هاي فسيلي ندارد و توليد دي‌اكسيد كربن آن صفر است.
  • 50. Variable Compression engine
    در اين سيستم با ايجاد تغيير در ساختار سرسيلندر و استفاده از عملگرهاي هيدروليكي مي‌توان حجم محفظه احتراق تغيير داد و به اين ترتيب نسبت تراكم موتور افزايش يا كاهش داده مي‌شود.
  • 51. Variable Compression engine
  • 52. Six stroke engine
    موتور شش زمانه، ايده‌اي است كه براي افزايش كارايي موتور و كاهش مصرف سوخت ارائه شده است. اين روش دو شيوه كلي دارد. در شيوه اول، موتور از گرماي تلف شده سيكل چهار زمانه معمول ديزل يا اتو براي ايجاد سيكل‌هاي اضافي توان و تخليه در همان سيلندر استفاده مي‌كند. در شيوه دوم، از يك پيستون اضافه در سيلندر استفاده مي‌شود كه نيمي از كورس سيلندر را مي‌پيمايد و به اين ترتيب در هر سيكل، شش حركت پيستون بوجود مي‌ايد.
  • 53. Six stroke engine
  • 54. VIS (Variable Induction System)
    در اين سيستم با تغيير هندسه منيفولد ورودي با توجه به دور موتور، كاراي موتور افزايش مي‌يابد. در اين سيستم از دو runner مجزاي ورودي استفاده مي‌شود كه يكي از آنها به سوپاپ پروانه‌اي مجهز شده است كه مي‌توان runner را باز يا بسته نگاه دارد. تمامي سوپاپ‌ها به يك محور معمولي كه بوسيله يك عملگر خلائي خارج از منيفولد چرخانده مي‌شود، متصل مي‌باشند.
  • 55. VIS (Variable Induction System)
  • 56. Alternative fuels
    سوخت‌هاي جايگزين معمولاً به موادي غير از سوخت‌هاي معمول نظير بنزين، گازوييل و زغال اطلاق مي‌شود. هر چند تنوع اين سوخت‌ها زياد است اما بايد قابليت دسترسي، حمل و نقل و بهره اقتصادي مناسب داشته باشند، به همين جهت در نقاط مختلف دنيا از سوخت‌هاي جايگزين متفاوتي استفاده مي‌شود.
  • 57. Alternative fuels
  • 58. Bio fuels
  • Alcohol fuels
    Methanol
    Ethanol
    Propanol
    Butanol
  • 67. other fossil fuels
    CNG
    LNG
    LPG