نشر دوده در موتورهای دیزلی با تزریق مستقیم و راههای جلوگیری از آن
فهرست مطالب
مقدمه
تاریخچه
تعریف دوده
فرایند تولید دوده
پارامترهای فیزیکی موثر در تولید دوده
موتور دیزلی و پارامترهای موثر در طراحی آن
جلوگیری از خروج آلاینده های موتور
استاندارد یورو
نتیجه گیری و آینده نگری
2
مقدمه موتور دیزلی
3
تاریخچه
طراح و سال تولید: دکتر رودلف دیزل آلمانی
سال 1892
تکامل: سال 1923 با طراحی انژکتور
توسط آقای رابرت بوش بنیانگذارکارخانه
عظیم بوش
تا سال 1990 سوخت کم و عمر زیاد
از سال 1990 به بعد آلایندگی کم و
بازده بالا
4
سوخت + هوا موتور بنزینی احتراق
جرقه شمع
هوا موتور دیزلی سوخت احتراق
تراکم
5
سیستم تزریق در موتورهای دیزلی
به دو صورت مستقیم و غیر مستقیم
1) سیستم تزریق مستقیم
عوامل موثر:
حرکت چرخشی هوا در زمان تراکم
نحوه پاشیدن سوخت از نظر شکل ،
ذرات و فشار
اختلاط سوخت ، هوا و سرعت
تبخیر سوخت
6
2) سیستم تزریق غیر مستقیم
خصوصیات:
افزایش سرعت چرخشی هوا در زمان تراکم
اختلاط سوخت و هوا در دو مرحله
7
مقایسه دو سیستم تزریق
سیستم تزریق مستقیم
مزایا
بازده بالا تر و ایجاد گشتاور بیشتر
تلفات حرارتی کم تر
طراحی ساده تر
معایب
عدم اختلاط همگن و مناسب
تولید دوده بیشتر
استفاده از پمپ با فشار بالا
قابل استفاده در موتورهای سنگین و صنعتی با دور پایین
8
سیستم تزریق غیر مستقیم
مزایا
اختلاط همگن و مناسب
تولید دوده کمتر
احتراق نرم تر و صدای کم تر
معایب
بازده پایین تر و گشتاور کم تر
تلفات حرارتی و سوخت بالاتر
نیاز به گرمکن در محفظه احتراق
قابل استفاده در موتورهای سبک با دور بالا
9
ذرات نشر شده
10
مضرات ذرات نشر شده
ذرات کوچکتر از 10 میکرومتر از جداره ریه گذشته و وارد جریان خون شده
سرطان ریه
عفونت ریه
سخت شدن عروق و افزایش حملات قلبی
سرطان خون
سرطان معده
11
مرگ و میر ناشی از آلودگی هوا به ذرات 6 درصد از کل مرگ
و میر
سالیانه 500000 نفر در اثر مواجهه با ذرات معلق در هوا دچار مرگ زودرس می شوند .
12
تعریف دوده
سوخت مصرف نشده
محل تشکیل: ناحیه غنی از سوخت
نسبت 8 به 1 کربن و هیدروژن واخیرا 1 به 1
چگالی 0/10± 1/84 گرم بر میلی لیتر
اندازه 2 تا 100 میکرومتر
استیلن و PAH
13
فرایند تولید دوده
پیرولیز
هسته زایی
رشد سطحی
انعقاد
تراکم
14
پارامترهای فیزیکی موثر در تولید دوده
دما
فشار
نسبت استوکیومتری
ترکیب سوخت
ساختار سوخت
15
دما سرعت پیرولیز سرعت اکسیداسیون
در شعله پیش مخلوط تولید دوده در شعله نفوذی تولید دوده
2) فشار چگالی طول پاشش تولید دوده
نسبت استوکیومتری
اکسیژن تولید دوده
اثر اکسیژن روی تولید دوده:
قرار گرفتن در ترکیب سوخت
نسبت آن با سوخت در لحظه احتراق
17
ترکیب سوخت
ترکیب سوخت روی هر دو نوع شعله تاثیر دارد. عناصر موجود در سوخت بدین شکل روی دوده اثر دارند:
کربن تولید دوده
هیدروژن تولید دوده
اکسیژن تولید دوده
سولفور جرم و حجم دوده
18
ساختار سوخت
روی شعله پیش مخلوط کن بی اثر
روی شعله نفوذی موثر
تعریف پارامتری برای ارتباط بین دوده ، ارتفاع بحرانی شعله و ساختار سوخت :
TSI ( Threshold Soot Index )
100>𝑇𝑆𝐼>0 𝑇𝑆𝐼=𝑎 𝑀𝑊 ℎ +b
a و b ثابت
MW وزن مولکولی
h ارتفاع بحرانی شعله (ارتفاعی که اولین ذرات دوده مشاهده میشود)
19
TSI
100 0
افزایش تولید دوده
نحوه محاسبه ثابت های a و b :
کمترین مقدار 𝑀𝑊 ℎ ان – هگزان TSI=2
بیشترین مقدار 𝑀𝑊 ℎ 1 – متیل – نفتالین TSI=100
a = 3.52
b = -0.0331
20
آلکان < ایزو آلکان < سیکلوآلکان < آلکن < آلکین < بنزن < نفتالن
TSI برخی مواد
21
تولید NOx
NOx نماد عمومی NO ، NO2 و سایر اکسیدهای نیتروژن
محیط غنی از اکسیژن
دمای بالا
N2 + O NO + N
N + O2 NO + O
2NO + O2 2NO2
NO بیش از نود درصد خروجی اگزوز
22
موتور دیزلی و پارامترهای موثر در طراحی آن
محفظه احتراق
انژکتور
فشار پاشش
زمان شروع تزریق
طول زمان تزریق
23
محفظه احتراق
هندسه محفظه احتراق
مژثر در حرکت گردبادی
به تاخیر افتادن احتراق
تعیین کننده بیشینیه دما و فشار
ایجاد احتراق کامل تر
24
انژکتور
انژکتور شیر پودر کننده سوخت
موتور بنزینی هوای ورودی
موتور دیزلی هوای متراکم شده
25
فشار پاشش
افزایش فشار پاشش
کاهش اندازه ذرات سوخت پاشش شده و تبخیر زودتر
افزایش طول پاشش
مخلوط شدن بهتر سوخت و هوا
275بار 1000 بار
کاهش 58 درصدی تولید دوده
26
عیب فشار پاشش بالا:
افزایش تولید NOX
در اثر کوتاه تر شدن طول شعله نفوذی و افزایش بیشینه شعله پیش مخلوط کن
27
زمان شروع تزریق
پیش انداختن زمان پاشش:
افزایش 4/6 درصدی توان موتور
کاهش 50 درصدی نشر دوده
افزایش تولید NOx
دلایل:
زمان بیشتر برای اختلاط سوخت و هوا
افزایش برایند فشار و ایجاد دمای بیشتر
28
طول زمان پاشش
افزایش طول پاشش
افزایش زمان پاشش با مقدار ثابت سوخت
کاهش دما
کاهش نشر NOx
کاهش توان موتور
افزایش تولید دوده به مقدار ناچیز
29
شرایط نهایی انژکتور
اگر زمان پاشش 3 درجه میل لنگ بعد از نقطه مرگ وطول پاشش 20 درجه میل لنگ باشد:
در فشار پاشش 1000 بار 51 درصد کاهش دوده
در فشار پاشش 800 بار 40 درصد کاهش دوده و 9 درصد کاهش NOx .
30
جلوگیری از خروج آلاینده های موتور
31
فیلتراسیون
فیلتر الکترواستاتیک
باردار کردن ذرات توسط میدان الکتریکی
جذب ذرات باردار روی الکترود
32
استفاده از کاتالیزور در اگزوز
انواع کاتالیزور
دو راهه اکسایش
سه راهه اکسایش و کاهش
2CO + 2O2 2CO2
HC + O2 H2O + CO2
2NO + 2CO N2 + 2CO2
HC + NO N2 + H2O + CO2
33
کاتالیزور اکسنده: پلاتینیوم و پالادیم
کاتالیزور کاهنده: رودیم
بستر کاتالیزور
سرامیکی
فلزی
بستر سرامیکی
ساختار
محلول washcoat شامل
آلومینا ((Al2O3 و سریا (CeO2)
ندنمملترن
34
تولید آسان تر ، قیمت ارزان تر و بازیافت
راحت تر
حساس به ضربه
بستر فلزی
آلیاژ فلزات با مقاومت حرارتی بالا
مقاومت بالا در برابر
ضربه و حرارت ، قابلیت
کاهش ضخامت دیواره
سنسور کنترل اکسیژن
35
استاندارد یورو
استانداردهای آلایندگی اروپا
این آلاینده ها شامل:
NOx ، هیدروکربن ها (THC) ، هیدروکربن های بدون متان (NMHC) ، مونوکسید کربن (CO) و ذرات معلق (PM).
36
معیارهای آلایندگی برای خودروهای سواری
37
معیارهای آلایندگی برای خودروهای تجاری کم وزن، سبکتر از 1305 کیلوگرم
38
معیارهای آلایندگی برای خودروهای تجاری کم وزن، 1305 تا 1760 کیلوگرم
39
معیارهای آلایندگی برای خودروهای تجاری کم وزن، سنگینتر از 1760 کیلوگرم
40
معیارهای آلایندگی برای کامیونها و اتوبوسها
41
استاندارد یورو در ایران
1389 و 1390 یورو2
1391 ، 1392 و 1393 یورو4
1394 یورو6 (مطابق با استاندارد حد مجاز آلودگی در اروپا)
42
نتیجه گیری
پارامترهای فیزیکی موثر در تولید دوده
دما ، فشار ، نسبت استوکیومتری ، ترکیب و ساختار سوخت
پارامترهای موثر در طراحی موتور دیزلی
محفظه احتراق
انژکتور: فشار پاشش ، زمان شروع پاشش و طول زمان پاشش
43
آینده نگری
تولید سوخت و افزودنی های آن
فیلتراسیون و کاتالیزور
طراحی موتور
44
45