تمام وسایل نقلیه برای حرکت‌کردن نیاز به انرژی دارند. بیش از ۷۰درصد وسایل نقلیه امروزی از سوخت‌های فسیلی استفاده می‌کنند که عمدتا در کشور ما سوخت‌های متداول عبارت است از بنزین، گازوئیل و گاز CNG. در روزهای سرد سال که بحث آلودگی هوا به‌طور جدی از سوی رسانه‌ها و محافل خودرویی بررسی می‌شود، متولیان صنعت خودرو و نفت سعی می‌کنند یکدیگر را مقصر جلوه دهند و از خود سلب مسئولیت کنند.

در این مقاله سعی داریم به بررسی پرمصرف‌ترین سوخت کشور یعنی بنزین و موتور خودروها بپردازیم و به‌طور واقعگرایانه به این سوال پاسخ دهیم که کدام متولی سهم بیشتری در آلوده کردن هوا دارد؟

[caption id="attachment_210996" align="aligncenter" width="600"] آلودگی هوا[/caption]

سوخت زمین‌گیر

بنزین یکی از مهم‌ترین و پرمصرف‌ترین سوخت‌های‌ مصرفی خودروها است و عموما بخش اصلی خودروسازی نیز براساس همین سوخت دست به طراحی موتور و ساخت خودرو می‌زند.

در حقیقت بنزین ترکیبی از پنتان، هگزان، اکتان، دکان و نونان است که در این بین مهم‌ترین معیار سنجش کیفیت سوخت بنزین را اکتان می‌دانند. اکتان به‌معنای مقاومت سوخت در برابر خودسوزی در داخل سیلندر است. یعنی هرچقدر عدد اکتان یک سوخت بالاتر باشد، تمایل آن سوخت به خودسوزی کم‌تر بوده و احتراق کامل‌تری شکل خواهد گرفت.

امروزه در کنار افزایش روزافزون خودروها و سطح آلودگی، استانداردهایی تصویب شده که بر میزان آلایندگی خودروها نظارت دارند. مهم‌ترین این استانداردها، استاندارد یورو است که بیانگر حد مجاز میزان آلایندگی‌ها است.

این استاندارد از سال ۱۹۹۲ تصویب شده که در آن زمان آن را با نام یورو۱ (Euro1) در جامعه جهانی می‌شناختند و اعتبار آن تا سال ۲۰۱۴ که سطح استاندارد یورو۶ (Euro6) معرفی شد، همچنان ادامه داشت. متاسفانه کشور ما از تازه‌ترین سطح استاندارد سوختی جهان عقب است و بنزین ما در استاندارد یورو ۴ که متعلق به سال ۲۰۰۵ است، زمین‌گیر شده است.

در حالت ایده‌آل و احتراق کامل، گازهای حاصل از احتراق باید شامل دی‌اکسیدکربن و بخار آب باشد. اما در عمل این چنین نیست و گازهای حاصل از احتراق شامل اکسیدهای گوگرد SOX ، اکسیدهای نیتروژن NOX و منوکسیدکربن CO و هیدروکربن‌های نسوخته HC است که برای سلامت انسان و محیط‌ زیست بسیار خطرناک هستند.

در استاندارد یورو۴ شرح‌داده‌شده که سوخت باید دارای ویژگی‌هایی باشد تا یورو۴ خوانده شود: اکتان بیش‌از ۹۰درصد، بنزن کمتر از یک درصد و سولفور ۱۰ppm و آروماتیک آن باید کمتر از ۳۰درصد باشد. سوختی با این شرایط کلی سبب می‌شود میزان گازهای خطرناک مذکور کاهش یابد.

بنزین یورو ۴ توزیعی در داخل دارای گوگرد بالایی است (زیرا میادین نفتی و گازی گوگرد فراوان دارند)، از سوی دیگر این بنزین حاوی ذرات فلز فراوانی نیز هست.

متاسفانه بنزین یورو۴ داخل کشور فراریت بالایی دارد و دمای تبخیر آن پایین است. این عامل سبب می‌شود ما آلودگی دیگری به نام «تبخیر مایع بنزین در هوا» نیز داشته باشیم.

با تمام این تفاصیل باید در یک جمع‌بندی نهایی گفت برخی از استانداردهای یورو۴ در بنزین داخلی رعایت می‌شود اما این بنزین سوخت ایده‌آلی که سبب کاهش آلودگی هوا باشد، نیست.

زیرا موارد مذکور نشان می‌دهد بنزین داخل دارای ترکیباتی است که با مقدار جهانی و استاندارد تفاوت دارد و شاید بتوان گفت ۴۰درصد از سهم آلودگی هوا بر عهده نوع و کیفیت سوخت است.

طراحی موتور

خودرو برای حرکت نیاز به پیشرانه دارد تا نیروی لازم را برای حرکت تولید کند. این نیرو از محترق‌شدن سوخت در داخل سیلندر و آزاد شدن انرژی از یک ترکیب شیمیایی به دست می‌آید. عوامل ورودی به داخل سیلندر جهت تولید نیرو در موتور، مخلوط سوخت و هوا است.

در طراحی موتور از نظر علم مکانیک سه موضوع به صورت ویژه مطرح است که در تولید یک احتراق کامل و به دست آوردن راندمان مطلوب تاثیر گذار است: ۱- شرایط ورود هوا و سوخت به داخل محفظه احتراق ۲-چگونگی حرکت سیال در داخل محفظه احتراق ۳- نحوه خروج گازهای حاصل از احتراق در بررسی این سه موضوع به اصلی‌ترین پارامترهای موثر در کیفیت احتراق می‌پردازیم تا مشخص شود چرا موتور وسایل نقلیه تا ۶۰درصد در تولید آلودگی سهیم هستند.

احتراق ناقص در موتور

شرایط ورود هوا و سوخت به پارامترهایی از قبیل موقعیت قرارگیری سوپاپ‌ها، زاویه انژکتورها، استفاده از توربوشارژر یا سوپرشارژر، میزان ورود هوا و سوخت و نسبت اختلاط آن‌ها بستگی دارد.

در خودروهای داخلی متاسفانه به دلیل بهره‌گیری از تکنولوژی قدیمی در طراحی موتورها همچنان ورود هوا و مخلوط شدن سوخت و هوا به طور استاندارد امکان‌پذیر نبوده است. در بین تمام موتورهای بنزینی داخلی فقط یک موتور به سیستم CVVT مجهز شده تا بتواند در کاهش آلایندگی تاثیرگذار باشد.

در حقیقت این سیستم با بهبود ورود جریان هوا احتراق کاملی را شکل می‌دهد که استفاده از آن در موتورهای جدید داخلی موردنیاز است. سیستم سوخت‌رسانی خودروهای داخلی MPFI بوده که به دلیل به جود آوردن پدیده اینرسی، گاز سوخت ایده‌آل را وارد سیلندر نمی‌کند. این عامل سبب عدم شکل‌گیری یک احتراق کامل می‌شود.

چگونگی حرکت سیال در داخل محفظه احتراق به شکل محفظه احتراق، موقعیت قرارگیری شمع، نسبت تراکم، شکل کف پیستون و دمای هوا ورودی بستگی دارد.

در حقیقت در این بخش اصلی اغلب خودروهای داخلی به‌دلیل عدم طراحی مناسب محفظه احتراق و نداشتن تراکم مناسب، ضعف شدیدی دارند. نحوه قرارگیری شمع‌ها و سیستم جرقه‌زنی برخی از موتورهای داخلی به‌گونه‌ای است که مخلوط سوخت و هوای متراکم به‌درستی محترق نمی‌شود.

ازسوی دیگر به‌دلیل نبود سیستم خنک کاری مناسب جهت کاهش دمای موتور و آلایندگی‌های تولیدی، معمولا موتورها دچار ضعف خنک‌کاری هستند.

موتورهای ناسازگار با محیط

جا دارد در اینجا اشاره کنیم که پایه طراحی موتورهای داخلی، مناسب شرایط آب و هوایی کشور نیست. این عامل سبب می‌شود در زمان احتراق به دلیل بالا بودن دما میزان استهلاک و آلودگی افزایش یابد.

نحوه خروجی گازهای حاصل از احتراق به پارامترهای موقعیت قرارگیری سوپاپ دود، موانع موجود در خروج دود، شکل انبار، اگزوز، کاتالیست و مقدار فشار پس‌زنی بستگی دارد.

در تمام موارد مذکور موتورهای داخلی ضعف طراحی دارند. ابتدا اینکه کاتالیست‌ها به دلیل وجود گوگرد سوخت عمرمفید کوتاهی دارند و معمولا سبب افزایش فشار پس‌زنی دود در داخل سیلندر می‌شوند.

از سوی دیگر کاتالیست‌های داخلی نمی‌توانند به‌درستی گازهای خطرناک را آن‌طور که باید کاهش دهند. زیرا کشور ما هنوز توان ساخت یا طراحی کاتالیست را ندارد.

شکل انبار و اگزوز طوری است که مانع از خروج بهینه دود می‌شود، درنتیجه آلودگی افزایش و توان موتور کاهش می‌یابد. موقعیت قرارگیری سوپاپ و مدت‌زمان باز بودن آن خالی از اشکال نیست، زیرا سیلندر موتور از دود تخلیه کامل نمی‌شود. دود باقی‌مانده یا پس‌زده در سیلندر سبب می‌شود در زمان احتراق مقدار اکسیژن سوخت کاهش یافته و آلایندگی تولیدی افزایش یابد.

حرف آخر

تمام معایب و موارد مذکور در خصوص طراحی موتورهای داخلی بیانگر ضعف موتورهای مونتاژ یا تولید داخل در پدیدآوردن یک احتراق کامل است. زیرا تمام تکنولوژی‌های مورداستفاده در آن‌ها قدیمی بوده و با استانداردهای روز تطابق ندارد.

بگذارید اینطور شرح دهیم، در یک خودروی وارداتی و یک خودرو داخلی، ۳۰لیتر بنزین یورو۴ سوخت‌گیری می‌کنیم، بعد از سوخت‌گیری یک مسافت مشخص را پیمایش می‌کنیم.

مقدار آلایندگی تولیدی در دو خودرو با توجه به استفاده از یک نوع سوخت با کیفیت مشخص، تفاوت دارد. خودروی داخلی بیش از خودروی وارداتی آلایندگی تولید می‌کند.

علت این امر نیز عدم طراحی موتور متناسب با سوخت و آب و هوای کشور است. همچنین در این میان استفاده از تکنولوژی‌های روز در بهبود این امر حائزاهمیت است.

شاید ۶۰درصد از آلودگی هوا هم متوجه صنعت خودرو و استفاده‌نکردن از تکنولوژی روز در آن باشد. تازمانی که موتورهای جدید در خودروسازی کشور با استانداردهای روز دنیا و متناسب با شرایط جوی نشود، معضل آلودگی هوا رفع نخواهد شد.