آشنایی با خواص گاز مایع و امکان استفاده از آن در موتورهای درون سوز

فهرست مطالب
عنوان     صفحه
مقدمه     1
چكيده     2
فهرست اختصارات بكاربرده شده و علائم     3
فصل اول : سوخت و انواع آن
1-1- عوامل قابل اهميت در انواع سوخت     5
1-2- احتراق سوخت هيدروكربنه    5
1-3- انواع سوخت موتورهاي  درون  سوز     6
1-4- انتخاب صحيح مخلوط سوخت    6
1-5 - سوخت  گاز مايع  و استفاده از آن در موتور    8
1-6- معرفي گازهاي طبيعي مورد استفاده در موتورهاي بنزيني    10
1-6-1- تعريف (LNG)    10
1-6-2- تركيبات     10
1-6-3- چگونگي ذخيره آن    11
1-6-4- چگونگي سرد نگه داشتن آن    11
1-6-5- علت استفاده از LNG به عنوان سوخت ماشين‌ها و وسايل نقليه    11
1-7- تعريف ( CNG )    12
1-8- تعريفLPG     12
1-9- مزيت استفاده از LNG  بجاي CNG به عنوان سوخت    13
1-10- عوامل عدم پذيرش LNG به عنوان سوخت خودروها    15
فصل دوم : موتورهاي گاز مايع  سوز
2-1- چگونگي كار     17
2-1-1- سيستم‌هاي نسل اول    18
2-1-2- سيستم تبديل نسل دوم    18
2-1-3- سيستم ‌هاي تبديل نسل سوم    19
2-2- موتورهاي مخصوص سوخت گازي    22
2-2-1- موتورهاي گاز سوز مجهز به سيستم جرقه به سه دسته تقسيم مي‌شوند    21
2-2-2- امتيازات سيستم استوگيومتري    21
2-2-3- معايب سيستم استوگيومتري    22
2-2-4- محاسن سيستم كم مصرف    22
2-2-5- معايب سيستم كم مصرف    22
2-3- سيستم سوخت رساني    23
2-3-1- سيستم سوخت رسان نسل اول    24
2-3-2- سيستم رسان نسل دوم    25
2-3-3- سيستم سوخت رساني نسل سوم    26
فصل سوم : موتورهاي مورد استفاده درسوخت‌هاي گازي و ويژگي آنها و عوامل  موثر در كاركرد اين موتورها
مقدمه    29
3-1- صنعت تبديل    30
3-2- سيكل موتورهاي ديزلي و otto    30
3-2-1- سيكل otto     30
3-2-2- سيكل ديزل    30
3-3- بازده حرارتي  موتور    30
3-4- نسبت هوا به سوخت    30
3-5- آناليز و عملكرد موتور     30
- آناليز گاز    30
3-5-1-تاثيرات روي بازده موتور    30
3-5-2-تاثيرات روي خروجي    30
3-5-3-تاثيرات روي قابليت اشتغال     30
3-6- ويژگي سوخت    30
3-7- ويژگي ‌هاي احتراق     30
3-7-1- حرارت احتراق در واحد حجم    30
3-7-2- ضريب Wobbe    38
فصل چهارم : آلودگي خودروها
مقدمه    30
4-1- آلاينده‌هاي موتورها    30
4-2- راههاي آلودگي    30
4-3- برنامه وسايل نقليه با آلودگي كم CARB    30
4-4- آلاينده‌هاي موتورهاي احتراق داخلي    30
4-5- عامل ميزان آلايندگي موتورهاي  گازسوز    49
4-5-1- سيستم احتراق     49
4-5-2- فن آوري استفاده از كاتاليزور    50
4-6- سيستم‌هاي عيب ياب  قابل  نصب بر روي  خودرو( OBD)    54
4-7- آلاينده‌هاي كنترل  شده    30
4-7-1- نوع اول از خودروها    30
4-7-2- نوع دوم از خودروها    55
4-7-3- خودروهاي نوع سوم    57
4-8- انتشار گازهاي آلاينده در دماها ي مختلف موتور    58
4-9- استاندارد آلودگي    60
4-9-1- استاندارد‌هايي كه در آمريكا به اجرا  در آمده‌اند    60
4-9-2- قوانين  مربوط به آلاينده‌ها در اروپا    62
فصل پنجم : بررسي اثرات گازسوز كردن يك سري موتور‌هاي خاص از نظر  عملكرد  موتور  و آلايندگي آن و مقايسه  با حالت  بنزين سوز آنها
5- 1- نمونه موتور 4 سيلندر  تزريق مستقيم     63
5-1-1- آلودگي    63
5-1-2- تست عملكرد موتور    65
5-2- نمونه ماشينg523     66
5-2-1- تست آلودگي     67
5-2-2- تست عملكرد موتور    68
5-3- هوندا سيويك 6/1    70
5-4- موتور سيكلت    76
5-4-1- تست آلودگي    77
5-4-2- تست عملكرد موتور    80
5-5- بررسي عملكرد و كيفيت كيت‌هاي گازسوز توليدي در كشور    80
5-5-1- موتور پيكان 1600    82
5-5-2- موتور پژو 405    83
نتايج حاصله    84
فصل ششم : بررسي كلي  معايب و مزاياي گازسوز كردن موتورهاي بنزيني و نتيجه گيري
6-1- مزايا و معايب گازسوز كردن    86
مراجع     91


مقدمه :
ايران كشور ما داراي منابع سرشار نفت و گاز مي‌باشد  و چنانكه بر همه روشن است مقادير عظيم  گازهاي طبيعي حاصل از استخراج  نفت  تا همين چند سال بيش بدون  هيچگونه استفاده  سوزانده شده و از بين ميرفت.  بنابراين با وجود گاز طبيعي  فراوان  در ايران  و در نتيجه  در دسترس بودن و ارزاني آن و سوختن تميز با ارزش حرارتي  قابل ملاحظه آن همه اينها و خيلي خواص ديگر ميتواند انسان را بر آن دارد كه از گاز نيز مثل ساير مواد سوختني حاصل از نفت درسوخت ماشين‌ها و دستگاه‌هاي  سوختي استفاده كنند بطوركلي در دنيا  امروزه  مهمترين سوخت مورد استفاده در انواع موتورهاي درون  سوز شامل : بنزين ، گازوئيل، گاز و گاز مايع مي‌باشند كه همه  از تركيبات هيدركربورها مي‌باشند.كه ميزان استفاده از هر كدام  از مواد  سوختني فوق در هر منطقه در درجه اول به فراواني و ارزاني بستگي  دارد.
 
چكيده :
هدف از اين بررسي آشنائي به خواص گاز مايع و امكان استفاده از آن در موتورهاي درون سوز  مي‌باشد. و چنانكه  خواهيم ديد موتورهاي گاز مايع سوز شبيه انواع بنزيني است.  ولي نظر به سوخت ويژه‌اي كه در اين موتورها بكار مي‌رود ، نياز به برخي و سايل و ابزاري مخصوص بخو د دارد . مطالب   مورد بحث در اين مجموعه صرفا يك بررسي مقدماتي  جهت شناسايي ساختمان سيستم سوخت رساني موتورهاي گاز مايع سوز و نحوه كارآنها مي‌باشد .
كه در ادامه اين بحث به بررسي كامل انواع سوخت ‌هاي گازي مورد  استفاده در موتورهاي بنزيني و همچنين به نحوه كار موتورهاي بنزيني و گازي مي‌پردازيم كه همچنين  به بررسي  انواع آلاينده‌هاي موجود  در موتورهاي بنزيني و گازي و همچنين مقايسه بين آنها از نظر ميزان  آلاينده‌ها و همچنين به بررسي تاثير گاز سوز كردن موتورهاي  بنزيني از نظر عملكرد موتور و مقايسه بين موتورهاي بنزيني و گازي از نظر عملكرد مي‌پردازيم كه به صورت يك سري نمودار‌ها و داده‌هاي آماري به دست  آمده از يك سري منابع ، آورده شده و در كل به نتيجه گاز سوز كردن موتور مي‌پردازيم و در  پايان يادآور  مي‌شويم كه در صورت  گاز سوز شدن صحيح اتوميبل‌ها كاركرد  آنها تفاوت چشم گيري نكرده و  قدرت و كشش ماشين حدود 5 درصد نسبت به بهترين حالت كار با بنزين ( كه معمولا  ماشين‌ها هيچ وقت در اين حالت نمي‌باشد) پائين مي‌آيد كه به هيچ وجه محسوس  نمي‌باشد.
 
فهرست اختصارات بكاربرده شده و علائم :
وسايل نقليه سوخت جايگزين     Vehcile Fuelled Alternativel AFV
فشار موثر متوسط ترمز     Pressure EFFective Mean Break BMEP
هيات نظارت بر منابع هواي كاليفرنيا    Board Resources Air California CARB
گاز طبيعي فشرده  شده     Gas Natural Compressed CNG
سيستم كاهش غلظت اكسيژن  نيتروژن در موتورهاي كم  مصرف     De_No x
عامل خرابي     DF
تزريق مستقيم     Enjection Direct DI
خودروهاي سازگار با محيط زيست     Vehicle friendly Environmentally Ennaced EEV
چرخه مجدد گازهاي خروجي      Recirculation Gas Exhaust EGR
اتحاديه و سايل نقليه گازي اروپا     Associution Vehicle Gas Natural European ENGVA
خود روهايي كه آلايندگي آنها معادل صفر است     Vehicle Emmission Zero  Equivalent EZEV
تزريق مستقيم بنزين     Enjection Direct Gasoline GDI
هيدروكربنها     Carbons Hydro HC
موتور احتراق  داخلي     Engine Combustion Internal ICE
وسايل نقليه سبك     Vehicle Duty Light LDV
گاز مايع طبيعي     Gas Natural Liquified LNG
صافي Nox رقيق     LNT
گازمايع نفت طبيعي      Gas Petroleum Liquified LPG
اتحاديه گاز مايع نفت طبيعي     Association Gas Petroleum Liquified LPGA
وسايل نقليه گاز طبيعي     Vehicle Gas Natural NGV
اتحاديه وسايل نقليه گاز طبيعي     Association Vehicle Gas Natural NGVA
هيدرو كربن‌هاي غير متان     gases organic methane Non- ‌NMHC
اكسيدهاي نيتروژن     oxides Nitrogen NOx
توليد كنندگان قطعات اوليه     Manufacture Equipment original OEM
مواد خاص     Matter Particular PM
قسمت در ميليون     million Per Part PPM
اتسوگيو متري     Stoichiometric SM
وسايل نقليه با آلودگي  بسيار كم     Vehicle Emission Low Super  SULEV
كل هيدروكربن‌ها     Carbons Hydro Total THC
وسايل نقليه با آلودگي فوق العاده كم     Vehicle Emission Low ultra ULEV
وسايل نقليه با آلودگي صفر     Vehicle Emission Zero ZEV
 
فصل اول : سوخت و انواع آن
1-1- عوامل قابل اهميت در انواع سوخت :
-بايستي داراي ارزش حرارتي قابل ملاحظه‌اي باشد
-درحرارت‌هاي كم نيز بتواند بصورت بخار در آيند
-بخار سوخت بتواند با مخلوط مناسب اكسيژن فوراً بسوزد
-توليداتي كه از احتراق چنين سوخت‌هايي حاصل مي‌شود بايستي زيان آور نبوده  و  براي سلامت محيط  زيست خطرناك نباشد
-آنها را بتوان در شرايط طبيعي حمل و نقل كرده ، چه از نظر سادگي عمل  و چه از نظر اصول ايمني 
- توليد آنها از نظر اقتصادي مناسب باشد.
-سيستم مصرف مصرف كننده اقتصادي باشد. [1]
1-2- احتراق سوخت هيدروكربنه :
سوختن بطورعموم عبارت  است از تركيب با اكسيژن كه به منجر به ايجاد محصولي بنام اكسيد مي‌شود. سوختن ممكن است خيلي سريع و يا كند باشد. مثلا زنگ زدگي آهن به نتيجه تركيب آهن با اكسيژن بمدت طولاني  است و يا سوختن ذغال چوب خيلي سريع انجام  مي‌شود.
در موتورهاي درون سوز نيز تركيب ماده سوختني با اكسيژن اتفاق مي‌افتد و نتيجه توليد اكسيدهاي كربن كه اغلب شامل منواكسيد و دي اكسيد كربن و همين طور مقداري بخار آب و حرارت مي‌باشد.[1] مانند :
CO2+2H2O+Q CH4+2O2  :متان
C8H18+12.5O2   8CO2+9H2O+Q : اكتان
1-3- انواع سوخت موتورهاي  درون  سوز :
معمول‌ترين سوخت‌هاي رايج  در موتورهاي درون سوز، عبارت از، بنزين ، نفت ، گاز و گاز مايع و گازوئيل  مي‌باشد. كه چهار نوع اول در موتورهائي كه با سيستم جرقه شمع كار مي‌كند مورد استفاده قرار مي‌گيرند و گازوئيل نيز سوخت موتورهاي ديزل  را شامل  مي‌شود. [1]
1-4- انتخاب صحيح مخلوط سوخت :
بايد دانست كه 23 درصد حجم هوا را اكسيژن تشكيل مي‌دهد، كه در سوختن تاثير دارد و 77 درصد بقيه شامل نيتروژن و ساير گازها است كه در عمل احتراق تاثيري ندارد. البته نيتروژن در حرارت‌هاي بالا تا حدودي مي‌سوزد و ايجاد اكسيد‌هاي ازت كرده، كه در آلودگي محيط زيست تاثير بسزايي دارند.
بطوركلي يك مخلوط سوخت وهوا به نسبت 1 : 15 با در نظر گرفتن وزن صحيح آنها يك احتراق . كامل و طبيعي دارد. در صورتيكه مخلوط از نظر سوخت  قوي تر باشد آنرا غني و اگر هوا بيشتر باشد آنرا  رقيق مي‌گويند كه مخلوط سوخت‌هاي غني را مي‌توان از ايجاد  دوده در اگزوز، كاهش يا ضعف قدرت و بالاخره گرم كردن موتور تشخيص  داد. همينطور  براي شناسائي مخلوط رقيق مي‌توان  از ايجاد شدن Back f iring در مدخل  ورودي گاز و كاربراتور كه مهمترين عامل شناسائي اين پديده است، و همچنين  دير روشن شدن موتور ، ضعيف شدن قدرت موتورو بالاخره گرم كردن به اين موضوع پي برد.
با توجه به منحني شماره (1-1) كه  در مورد بنزين است و از تغيير تنظيم كاربراتور بوجود آمده‌اند نشان مي‌رسد كه ماكزيمم راندمان ، زماني خواهد بود كه نسبت ميزان  هوا به سوخت 1 : 16 باشد  و ماكزيمم قدرت هنگامي صورت مي‌گيرد كه اين ميزان 1 : 12 مي‌باشد. بنابراين تنظيم صحيح جايي بين اين دو حد قرار دارد.
- سوخت  گاز مايع  و استفاده از آن در موتور(1)
با توجه به جدول شماره (1-1) ملاحظه  مي‌شود، گاز طبيعي ( Natural gas ) گرچه  سوخت مناسب  و داراي  ارزش حرارتي خيلي خوب در حدود 55830 كيلوژول در هر كيلوگرم (24000 Btu . در پوند)  مي‌باشد. معهذا آنرا نمي‌توان براحتي بصورت مايع مورد استفاده قرار داد. زيرا بايد دانست كه براي تبديل آن به مايع در حدود 15000 تا 18000 سانتي متر جيوه ( 197 تا 236 اتمسفر) فشار لازم است و در نتيجه لزوم ايجاد مخازن عظيم و يا كم حجم ولي سنگين بمنظور تحمل فشار چنين گازي  مقرون بصرفه نخواهد بود.