(330)

قطعاً هرچه مقدار sfc کمتر باشد، مطلوب‌تر است. در موتورهای CI مقدار ترمزی این مشخصه کمتر از موتورهای SI است؛ به طور مثال در موتورهای CI بزرگ مقدار آن کمتر از 200 g/kW.h می‌باشد در حالیکه مقدار این کمیت برای یک موتور SI معمولی برابر با 270 g/kW.h است. ضمناً برای سوخت‌های هیدروکربنی معمولی، sfc با بازده تبدیل سوخت نسبت عکس دارد [25].
3-6- تشکیل دوده(soot) در موتورهای دیزلی
واژه‌ی دوده تعریفی مشخص برای یک ماده‌ی خاص نیست، اما در حالت کلی دوده ماده‌ی جامدی است که شامل هشت قسمت کربن و یک قسمت هیدروژن می‌شود. تحت شرایط دما بالا و مخلوط غنی، همانند آنچه در موتور دیزل اتفاق می‌افتد، سوخت‌های هیدروکربنی تمایل قوی برای تشکیل ذرات دوده از خود نشان می‌دهند که معمولاً تحت شرایط کارکرد موتور، بیشترین مقدار دوده در مراحل اولیه‌ی احتراق شکل گرفته و سپس به دلیل اکسایش مقدار آن رو به کاهش می‌رود.
شکل‌گیری دوده شامل فرآیندهای مختلف فیزیکی و شیمیایی می‌باشد؛ اما به طور کلّی شش مرحله را برای فرآیند شکل‌گیری دوده می‌توان در نظر گرفت:
تجزیه در اثر حرارت (Pyrohysis)
شکل‌گیری هسته (Nucleation)
بهم پیوستن ذرات (Coalescence)
رشد سطحی (Surface growth)
انباشته سازی (Agglomeration)
اکسایش (Oxidation)
در شرایط ایده‌آل، احتراق سوخت هیدروکربنی سبب شکل‌گیری CO2 وH2O خواهد شد که مقدار اکسیژن مورد نیاز برای احتراق کامل، اکسیژن استوکیومتری (O2,ST) نامیده می‌شود.
معادله‌ی احتراق کامل برای یک سوخت هیدروکربنی به صورت زیر می‌باشد:
(3-31)
CnHm+ (n +m/4) O2 →nCO2 +m/2 H2O
مقدار واقعی اکسیژن برای احتراق به وسیله‌ی نسبت هوای اضافی و یا نسبت اکووالانسی بیان می‌شود. در نسبت اکووالانسی ، شرایط مناسب برای تشکیل دوده فراهم می‌شود. پارامترهای مهمی که در شکل‌گیری تاثیر می‌گذارند عبارتند از: نسبت هوا به سوخت محلی (نسبتC/H و C/O)، دما، فشار، و مدت‌زمان حضور قطرات سوخت در محفظه.
حال که مکانیزم تشکیل آلاینده‌های NOx و soot با جزئیات کامل شرح داده شد، بایستی کاهش هم‌زمان این دو آلاینده و منتقل کردن منحنی تشکیل NOx برحسب soot به‌سمت مقادیر ناچیز بررسی گردد. اما مشکل اینجاست که مکانیزم‌های تشکیل این دو آلاینده در تضاد باهم قرار دارند؛ یعنی شرایطی که منجر به کاهش تشکیل اکسید نیتروژن می‌شود، نرخ تولید دوده را بیشتر می‌کند و بالعکس.
به منظور کاهش نرخ تشکیل NOx، باید دمای موضعی مناطق احتراق کمتر از2000 تا 2200 درجه‌ی کلوین نگه داشته شوند و یا مدت زمان احتراق صورت گرفته کاهش یابد که یک راهکار مرسوم، به تأخیر انداختن زمان‌بندی شروع پاشش سوخت در درجات بالاتر میل‌لنگ به منظور منتقل کردن فاز اصلی احتراق به کورس انبساط است، که این موضوع سبب کاهش دمای بیشینه‌ی احتراق و در نتیجه تشکیل NOx می‌گردد. اما در عوض، موجب کاهش نرخ اکسایش soot و افزایش میزان خروجی این آلاینده‌ها شده و همچنین میزان مصرف سوخت به دلیل کاهش راندمان حرارتی افزایش می‌یابد که بر جلو کشیدن زمان‌بندی پاشش سوخت نیز تاثیر عکس دارد. یعنی اینکه راندمان حرارتی و تشکیل NOx افزایش می‌یابد در حالیکه میزان soot کاهش محسوسی پیدا می‌کند.
3-7- بررسی پارامترهای مؤثر در ایجاد آلاینده‌ها
3-7-1- اثر جنس سوخت
بازدهی احتراق و آلاینده‌های خروجی ناشی از آن، در موتورهای دیزل تحت تأثیر پروسه‌ی تزریق و همین‌طور مشخصات سوخت است. بنابرین برای شناخت بهتر اثرات مشخصه‌های سوخت بر پروسه‌ِی احتراق دیزل، فازهای قبل از احتراق باید مورد توجه قرار گیرند. یکی از اولین مراحلی که سوخت با آن مواجه می‌شود، پروسه‌ی تزریق است. ضمن اینکه مشخصات جریان داخل انژکتور در کنار سایر پارامترها تحت تأثیر مشخصات فیزیکی سوخت نیز قرار می‌گیرد [26].
در پالایشگاه‌ها انواع مختلف نفت خام با ترکیب‌های متفاوت از منابع مختلف کشورها تصفیه می‌شوند. مقرراتی که در تصفیه‌ بین سازندگان موتور و مقامات دولتی حاکم است باید به گونه‌ای باشد که علاوه بر بهبود شرایط احتراق و رسیدن به بازده بیشینه، مقدار مواد آلاینده را به کمترین حد ممکن برساند. در این مقرّرات، مشخّصات فنی سوخت نظیر چگالی، عدد اکتان و ستان، قابلیت تبخیر، درصد ناخالصی‌ها و مواد اضافه شده به سوخت پایه از قبیل محتویات آروماتیکی سوخت و میزان گوگرد موجود در آن، منظور می‌شود. سطح گوگردِ سوخت، تأثیر محسوسی بر روی همه‌ی آلاینده‌های خروجی از موتورهای دیزل به‌ویژه آلاینده‌ی دوده دارد و با کاهش آن مقدار آلاینده‌ی دوده کاهش می‌یابد. در مورد سوخت‌های با اعداد ستان مختلف باید گفت که هر چقدر عدد ستان سوخت افزایش یابد، میزان آلاینده‌ی NOx کاهش و میزان آلاینده‌ی دوده افزایش می‌یابد [27].
از راهکارهای تغییر در بافت گازهای خروجی آلاینده و شاخص‌های عملکردی موتور بدون دستکاری‌های هزینه‌بر در ساختار موتور، بررسی کاربرد انواع سوخت در موتور می‌باشد. مطالعه‌ی این پارامتر می‌تواند بستر مناسبی جهت تحلیل قانون دوم ترمودینامیک فراهم آورد؛ چرا که سوخت‌های متفاوت با توجه به آنتالپی نهانی که دارند، دارای قابلیت‌های مختلفی در تولید انرژی و نیز اگزرژی می‌باشند. مطالعه‌ی دیدگاهی و اعمال قانون دوم ترمودینامیک بر موتورهای احتراق داخلی از سابقه‌ی بسیاری برخوردار است [28] و [29]. هر چند که مطالعه‌ی قانون اول بر روی موتور در رابطه با عملکرد و آلایندگی نیز گستردگی فراوانی دارد، مطالعه‌ی قانون دوم ناظر بر تأثیر انواع سوخت‌ها، بسیار محدود و بدیع می باشد؛ به‌طوریکه مطالعه‌ی نامینن و دینسر [30] جزء معدود آثار تحقیقی در این زمینه می‌باشد که دو سوخت هیدروژن و بنزین از دیدگاه قانون دوم مورد مقایسه قرار گرفته‌اند. در اکثر مقالات کار شده از یک نوع سوخت پایه استفاده می‌کنند و سوخت ثانویه با درصدهای مشخص به مخلوط قبلی اضافه می‌شود (سوخت پایه+ EGR یا بیودیزل یا هپتان یا گاز طبیعی) [31].