عوامل موثر در سوخت خودرو

یكی از مهمترین و در عین حال فراموش شده‌ترین عواملی كه می‌تواند بر میزان مصرف سوخت تأثیرگذار باشد تایر یك خودروست. در كشورهای صاحب تكنولوژی، دولت با وضع قوانین و اعمال محدودیت (در چارچوب حفظ محیط‌زیست) نظارت دقیقی را بر تولیدكنندگان تایر، خودروساز و مصرف‌كننده اعمال می‌كند. در این كشورها برخلاف كشور ایران به مصرف بالای سوخت هم ازمنظرهزینه‌ای وهم از منظر آلایندگی نگریسته می‌شود. جالب است بدانیم كه استفاده مناسب از تایر می‌تواند بر هر دوی این موارد یعنی كاهش مصرف سوخت در خودرو و جلوگیری از آلودگی محیط‌ زیست بیانجامد به طوری كه استفاده و انتخاب مناسب تایر روی خودرو می‌تواند كاهش بین ۱۵ -۱۰درصدی در مصرف سوخت خودرو را در پی داشته باشد. (رقمی بسیار قابل توجه كه مطمئنا تاكنون موردتوجه دقیق قرارنگرفته است.)
مصرف سوخت خودرو در صنعت تایر با معیاری به نام مقاومت غلتشی(ROLLING RESISTANACE) سنجیده می‌شود. یكی از مهمترین مسائلی كه در مكانیك تایر مطرح می‌باشد مسئله بروز نیروهای مقاوم در برابر حركت و اتلاف انرژی در تایر است. وجود این نیروها موجب شده تمامی گشتاور اعمال شده به چرخها به انرژی چرخشی تبدیل نگردیده وبخش قابل ملاحظه‌ای از آن در تایر به حرارت تبدیل شده و به هدر رود. بررسی این موضوع از دو جنبه دارای اهمیت است:
الف)اهمیت اقتصادی مصرف سوخت: توان تلف شده در تایرها در ازای مصرف مقداری سوخت حاصل گردیده وطبعا كاهش مقاومت غلتشی معادل با كاهش مصرف سوخت خواهد بود.
ب) مسئله كاهش پایداری و طول عمرتایر: كار نیروی مقاوم در برابر حركت تایر در نهایت به حرارت تبدیل شده و دمای بخشهای مختلف آن را افزایش می‌دهد. این افزایش دما مشخصات فیزیكی و مكانیكی تركیبات لاستیكی بكار رفته در تایر را تحت تأثیر قرار داده و موجب كاهش دوام وپایداری تایرخواهدشد.
●مقدمه
امروزه صنایع مرتبط با ساخت تایر، خودرو و لاستیك تحت فشار فزاینده‌ای قرار گرفته‌اند تا در تولید محصولاتشان رعایت دقیق مسائل زیست محیطی را بنمایندكه در این راستا شاهد تأثیرات آشكار بر نوع تكنولوژی و تجهیزات این صنایع هستیم. كاهش چشمگیر وزن، افزایش میزان بازیافت و دوام بیشتر قطعات، شواهدی كلیدی براین مدعاست. اخیرا نیز پارلمان اروپا قوانینی را وضع كرده كه براساس آن خودروسازان اروپائی مكلف شده اند بهای كامل بازیافت خودروهای كهنه را در تمامی اتحادیه اروپا متحمل شوند. تایر را ازجمله كالاهایی می‌توان دانست كه به دلیل قابلیت تأثیرگذاری بالای آن برمحیط زیست از یكسو و نقش بالقوه آن در كاهش مصرف انرژی از سوی دیگر مشمول مقررات بسیار سخت‌گیرانه زیست محیطی می‌شوند. توجه به این مسئله در كشورهای پیشرفته به قدری است كه هرساله مبالغ زیادی جهت طراحی وعرضه تایرهای مناسب محیط زیست (تایرسبز) هزینه می‌شود. در این كشورها به تایر به عنوان قطعه‌ای نگریسته می‌شود كه بطور مستقیم و غیرمستقیم بر سلامتی انسان تأثیربسیار مهمی دارد. برآیند كلی اینگونه رویكردها همانگونه كه همگان ازآن اطلاع دارند به این منتج گردیده كه علیرغم استفاده از تعداد خودروهای بیشتر و پرقدرت‌تر در كشورهای اروپائی و آمریكا متأسفانه شاهد آلایندگی و مصرف سوخت بسیار بالاتر ناشی از تردد خودروها در ایران هستیم كه به همین دلیل ضرورت استفاده از تجربیات كشورهای پیشرفته رابرای حفظ محیط زیست و نیز جلوگیری از هدر رفتن سرمایه ملی كشور الزامی می‌كند.
درخصوص آشنائی با نقش تایر در مصرف سوخت، جلوگیری از اتلاف انرژی و نیزحفظ محیط زیست دوزمینه قابل طرح است:
۱ـ فرآیندطراحی وتولیدتایر.
۲ـ چگونگی استفاده ازتایر.
كه هریك ازمباحث فوق به اختصار موردنقدوبررسی قرارمی گیرد.
۱ـ فرآیند طراحی و تولید تایر
●تاریخچه تایر: اختراع تایر را می‌توان مهمترین عامل در توسعه حمل و نقل زمینی و غیرریلی دانست. موتورهای بخار كه در قرن هجدهم اختراع شدند و نیز موتورهای احتراق داخلی مجالی برای عرضه وسایل نقلیه خودپیشرونده و سریع با قدرت بالا فراهم آوردند. لیكن این همه اختراعات مهم تحت‌الشعاع مورد مهمی چون عدم قابلیت جذب شوكهای وارده ازسطح جاده به وسیله نقلیه قرار می‌گرفت، زیرا چرخها در آن زمان تماما از جنس چوب ویا فلز بودند.
در سالهای دهه۱۸۲۰ نواری از جنس لاستیك كه به دور چرخ موتورهای بزرگ بخار بسته می‌شد نقش جاذب شوكهای وارده ازسطح جاده به تایررا بازی می‌كرد. كشف فرآیند پخت لاستیك این امكان رافراهم آورد تا این جاذب شوك به رینگ چرخ وسیله نقلیه متصل وسپس پخت گردد.
درسالهای۱۸۸۰با اختراع ویلیام تامسون تایرهای بزرگ وحجیمی به بازار عرضه شدند كه با قرارگیری روی رینگ چرخ پخت می‌شدند. تایرهای توخالی تایرهایی با هسته‌های خلل و فرج‌دار همه از این گروه بودند كه همگی آنها در یك چیز مشترك بودند و آن عدم جذب مناسب شوكهای وارده از سطح جاده بود. (مورد مهمی كه نیاز اصلی وسایل نقلیه به حساب می‌رود.)
بدعتی كه نقش مهم وغیرقابل انكاری را در بالابردن راندمان تایرهای بادی بازی كرد تولید تایر با استفاده از نخهای بدون پود بود كه درسال ۱۸۹۳ اتفاق افتاد.
بعد از آن، تایرهای بابیدهای طوقه‌ای فراگیر شد كه استفاده از آنها تا حال حاضر نیز ادامه دارد. پس از عرضه اولین تایر بادی در سال۱۹۲۰، فرآیند توسعه به نحو محسوسی به بهبود ابعاد تایر متمایل گردید. این تغییرات مستقیما به واسطه بهبود وضعیت موتوری وسایل نقلیه، افزایش سرعت خودروها و تقاضاهایی بود كه مشتریان درخصوص راحتی سرنشین و راحتی رانندگی داشتند.
●شناخت اجزاءتایر
به طور كلی اجزاء اصلی كه در تمامی تایرها مشتركند عبارتند از:
بید(Bead)، نواری از سیمهای فولادی كه به فراخور، چندین بار دور هم پیچیده‌اند. مجموعه این شكل هندسی به وسیله یك نوار نخی محصور می‌شود. وظیفه این نوار (كه به رپ Wrapمعروف است.) دادن استحكام و دوام به بیدتایرست. به مجموعه بید و نوار رپ Wing گفته می‌شود. بسته به نوع كاربری تایر و نیز تعداد لایه‌های مصرفی، تعداد Wingهای تایر در یك سمت ممكن است به۲ یا حتی۳ عدد برسد.
منجید(Carcass)، كه شامل چندین لایه نخ پوشش داده شده توسط آمیزه است كه به صورت متقاطع روی هم قرار گرفته و با پیچیدن دور طوقه محكم شده‌اند. نخهای تایر از تارهای قوی كه دارای فاصله زیاد از هم (به واسطه امكان نفوذ مناسب آمیزه) هستند و پود تشكیل شده‌اند. اینگونه ساختار نخ، باعث پركردگی مناسب بین نخها توسط آمیزه می‌شود كه درنهایت انعطاف‌پذیری و طول عمر منجید در تایر مورداستفاده را در پی خواهد داشت. نخهای تایر عمدتا از جنس كتان، رایون، پلی‌استر و یا نایلون می‌باشند. تعداد لایه‌های یك تایر از ۲ تا عمدتا ۱۲ (و گاهی بیشتر) هستند كه بسته به ابعاد، ساختار، نوع كاربری و میزان فشار باد انتخاب می‌شوند.
رویه(Tread)، حجم زیادی از آمیزه است كه در محدوده تماسی تایر با سطح جاده قرار می‌گیرد، دارای شیار و چینه بوده كه تعداد، شكل هندسی و پارامترهای دیگر آن توسط طراح در نظر گرفته می‌شود.
وظیفه رویه كه شاید مهمترین نقش را در بحث ما بازی می‌كند، عبارتست از:
ـ حفاظت از منجید در برابرصدمات مكانیكی خارجی كه منجربه پنچر شدن تایر می‌شوند.
ـ اطمینان ازایجادخصوصیاتی نظیر: كشانش و چنگزنی.
ـ افزایش طول عمر تایر با در نظرگرفتن آمیزه مناسب جهت آن.
دیواره(Sidewall)، از رویه تایر به سمت پائین به محدوده دیواره می‌رسیم كه وظیفه حفاظت از تایر در آن منطقه را برعهده دارد. دیواره از آمیــــزه به ضخامـــــت۴ -۳ میلیمتر تشكیل شده است. در برخی تایرها برای زیبائی این دیواره سفید و یا رنگی می‌باشد.
مغناطیس و كاهش مصرف سوخت
میزان بهره‌وری یک اتومبیل حدود ۹ درصد است. این بدان معناست که خودروی شما بیش از میزانی که برای حرکت لازم است، انرژی مصرف می‌کند و شما هزینه بیشتری از آنچه مصرف می‌کنید، می‌پردازید.
در مقاله حاضر، تلاش شده است چگونگی بکارگیری یک دستگاه کوچک تولیدکننده میدان مغناطیسی و نیز چگونگی کاهش مصرف وکاهش آلودگی زیست محیطی با استفاده از خواص مغناطیسی حاصل از آن، شرح داده شود.اغلب سوختهای مصرفی در موتورهای درون‌سوز، مایع هستند. اما همین سوخت مایع نمی‌سوزد مگر اینکه تبدیل به بخار شده و با هوا ترکیب گردد. گازهای خروجی از موتور اتومبیل‌ها شامل هیدروکربن نسوخته(HC) مونواکسیدکربن(CO) و اکسیدنیتروژن است (NOX) . هیدروکربن نسوخته و اکسیدنیتروژن در هوا اکسیده شده و باعث تحریک چشم و حلق، بوی بد هوا، آسیب‌های گیاهی و کاهش دید می‌گردد.
نیتروژن اکسید شده نیز سمی است. مونواکسیدکربن مانع استفاده از تمام توان خون جهت حمل اکسیژن به مغز شده و باعث کاهش توان واکنش به موقع و تفسیر و تصمیم صحیح می‌شود .
در ابتدا با بیان عوامل و عناصر دخیل در احتراق و بررسی ساختمان شیمیایی آنها به اثر مغناطیس روی آنها خواهیم پرداخت و در نهایت چگونگی اثر این نیرو برای ایجاد سوخت و احتراق کامل‌تر را بررسی خواهیم کرد.
در دهه پنجاه یک دانشمند آمریکایی در رشته هوافضا، به نام سیمون راسکین، مشخص کرد که (هیدروژن پارا) می‌تواند به حالت پرانرژی‌تری (ارتو) تحت اثر یک ایجادکننده میدان مغناطیسی تبدیل شود که مشخصا باعث افزایش قابل توجه انرژی اتم و واکنش‌پذیری سوخت گردد و نهایتا احتراق کامل‌تررا ایجاد نماید.
در سال ۱۹۵۲، دکترفلیکس بلاک، ازدانشگاه استانفورد و دکتر ادواردپورسل از دانشگاه هاروارد به دلیل تحقیقاتشان روی نیروی مغناطیس و رزونانس جایزه نوبل را اخذکردند.
افراد فوق، اثرکاتالیتیک مغناطیس را روی ساختمان هیدروژن و شکستن زنجیره سوختها بیان کردند.
ساختمان پیچ خورده سوخت های فسیلی را می‌توان با عبوردادن نور از سوختهای مایع و ثبت توسط دوربین‌های مادون قرمز و با تعیین ضریب انکسار آن اثبات كرد.
هیدروژن سبکترین و پایه‌ای‌ترین عنصر شناخته شده توسط انسان است و شاکله عمده سوختهای هیدروکربنی (در کنار کربن و مقدار کمی سولفور و گازهای بی اثر ) می‌باشد. این عنصر دارای یک بار مثبت (پروتون ) و یک بار منفی(الکترون) است که باعث ایجاد ساختار دو قطبی در آن می‌شود، همچنین بسته به موقعیت قرارگیری هسته‌ها می‌تواند دیامگنتیک و پارامگنتیک (بر حسب شدت پاسخ به جریان مغناطیس) باشد . همین ساختمان، در نهایت سادگی در دو حالت متفاوت پارا و ارتو که بیانگر چگونگی پیچش زنجیره‌های ساختمان آن است تقسیم‌بندی شده است .
وضعیت و چگونگی پیچش ساختمان اتم در گازها؛ اثر شگرفی در تعیین اختصاصات فیزیکی نظیر گرما و فشار بخار و نیز در تعیین نوع عکس‌العمل آنها دارد. مثلا مولکول ارتو هیدروژن بسیار ناپایدار است و بسیار بیش از نوع پارا واکنش‌پذیری دارد و به همین دلیل سوخت مورد استفاده در شاتل‌ها در حالت پارا نگهداری می‌شود و قبل از استارت به نوع ارتو تبدیل می‌شود تا فرایند احتراق آغاز شود.
هیدروکربن‌ها، اساسا ساختمانی شبیه به قفس دارند و همین دلیل است که مانع اکسیده شدن کربنهای داخلی در جریان احتراق می‌گردند. علاوه بر این، با ایجاد پیوند و ارتباط گروه‌های هیدروکربنی تعداد بیشتری از شبه مجموعه‌ها ایجاد می‌گردد که به نام خوشه‌ها یا زنجیره‌ها مشهورند .همین امر باعث می‌شود تا دسترسی اکسیژن به قسمتهای داخلی این زنجیره‌ها ناممکن شده و امر احتراق کامل صورت نگیرد.
برای سوختن کامل هیدروکربن‌ها مقدار کافی از اکسیژن و هوا مورد نیاز است تا بتواند عناصر سوخت را اکسیده کند . مثلا برای سوختن یک کیلوگرم بنزین، ۱۵ کیلوگرم هوا لازم است. در گازهای متصاعده از اتومبیل‌ها، مونواکسیدكربن، هیدروژن، هیدروکسیدکربن، اکسیژن و اکسید نیتروژن وجود دارد. با متصاعد شدن این گازها زندگی موجودات زنده با خطرات شگرفی مواجه گشته است.
طراحان موتورهایی با سوخت داخلی طی سالیان دراز تنها یک هدف داشته‌اند و آن القاء احتراق کامل بوده است . ایجاد حرارت زیاد در سیلندر مهمترین مشکلی است که هنگام القاء فشار بیش از حد جهت احتراق صورت می‌گیرد. در موتورهای نسل قدیم تولید و انتشار هیدروکربن نسوخته و مونو اکسیدکربن بسیار زیاد بود ولی انتشار نیتروژن به مراتب کمتر بوده که این امر در موتورهای پرفورمنس با کم کردن سیر خزنده صعودی نسبتهای فشاری عکس شده و تولید اکسید نیتروژن افزایش یافته است که این امر در موتورهای توربو به حد اکثر خود می‌رسد.
در سیستمهای الکترونیک کنترل احتراق، ضمن نصب دستگاههای اندازه‌گیری نسبت هوا / سوخت با افزودن سیستم جدید خارج‌کننده گازها مانند سیستمهای مبدل کاتالیتیک، قدرت کم کردن مواد سمی از اگزوز کاهش اساسی یافته است. ولی در هر دو نوع فوق کماکان تنها بخشی از هیدروکربنها می‌سوزند و مابقی به صورت آلاینده‌ها به محیط زیست وارد می‌شود و یا به صورت دوده بسیار غلیظی به دیواره سیلندر می‌چسبد و همه اینها یعنی احتراق ناقص .
با شروع احتراق اولین عنصری که می‌سوزد ( اکسیده می‌شود ) مولکول هیدروژن است ( ترکیب الکترون سطح خارجی با اکسیژن ) و البته پس از آن نوبت به اتم کربن است .چون مدت زمان احتراق بسیار کوتاه است بالطبع تنها هیدروژن در این مرحله می‌سوزد و قسمت اعظمی از کربن بدون اکسیداسیون باقی مانده و احتراق ناقص صورت می‌پذیرد.
دستگاههای مغناطیسی چیست و چگونه کار می‌کند:
ساده‌ترین فرم یک میدان مغناطیسی شامل یک آهن‌ربا با قطبهایN&S است . با استفاده از همین فرم بسیار ابتدائی به صورتی که دو آهن‌ربا در یک قاب پلاستیکی گنجانده شده و به ساده‌ترین فرم ممکن نصب می‌گردد می‌توان به میزان قابل توجهی از مصرف سوخت کاست و شدت آلایندگی را به طور موثری کم کرد.
قطب S در مجاورت لوله سوخت و قطب N در مجاورت هوا قرار می‌گیرد. نیروی مغناطیس باعث تبدیل مولکولهای سوخت به مولکولهایی با بار مثبت و قابل ترکیب با مولکولهای بار منفی شده هوا می‌شوند. در این حالت همزمان تولید دی اکسید نیتروژن افزایش یافته و چون این عنصر اکسیده نمی‌شود و آلودگی زیست محیطی ایجاد نمی‌کند لذا حداکثر کارایی احتراق زمانی است که دی اکسید کربن در محفظه احتراق فراوان باشد .
عملا نیروی مغناطیس با تغییر در وضعیت قرارگیری الکترونهای سطح هیدروژن باعث افزایش واکنش پذیری آن شده و ترکیب با اکسیژن را تسهیل می‌نماید.
خاصیت مغناطیسی آهن ربا باید بیش از ۵۰۰ گاوس باشد وگرنه ممکن است سوخت قبل از رسیدن به محفظه احتراق، خاصیت مغناطیسی خود را از دست بدهد.
●چگونگی نصب و محل قرارگیری آن
کاملتر کردن احتراق، اصلی‌ترین هدفی است که در استفاده از این دستگاه دنبال می‌شود لذا محل نصب آن از اهمیت بسزایی برخوردار خواهد بود.به طور کلی باید گفت که با توجه به تنوع در تولید اتومبیل‌ها عملا برحسب آزمایش و تجربه می‌توان محل دقیق نصبی که کارایی دستگاه را به حداکثر برساند، پیدا کرد. در مجموع دانستن نکات ذیل ضروری است :
۱- دستگاه باید روی لوله انتقال سوخت بین پمپ و کاربراتور یا انژکتور نصب شود و نصب روی لوله برگشت‌دهنده هیچ گونه تاثیری نخواهد داشت.
۲- اثربخشی و کارایی سیستم با تعداد سیلندرها رابطه مستقیم دارد.
۳- حجم موتور نیز در کارایی سیستم موثر است چنانکه هر چقدر حجم موتور بالاتر باشد به دلیل افزایش انرژی جنبشی سوخت، اثربخشی سیستم بیشتر خواهد بود .
۴- در ماشین‌آلات سنگین و در اتومبیل‌های مسابقه نصب بیش از یک دستگاه ضروری است. مثلا کارخانه کاترپیلار با نصب یک دستگاه روی هر لاین، به حداکثر کارایی لازم رسیده است.
۵- لوله انتقال نباید خود خاصیت مگنتیک داشته باشد و نیز در لوله جنس فلزی کارایی بیشتر از انواع پلاستیکی و لاستیکی (که شاید به دلیل رادیاسیون بهتر باشد ) خواهد بود .
۶- نصب دو دستگاه در فاصله ۴۵ سانتیمتری توان و کارایی را بیشتر می‌کند.
۷- چگالی مغناطیسی لازم از ۱۰۰۰ تا ۳۵۰۰ گاوس متغیر است .
●●نتیجه
آنچه در استفاده از دستگاه القای مغناطیس روی سوخت حاصل می‌شود تغییر در سطح مولکولی است که واکنش‌پذیری را به حداکثر رسانده و ترکیب با هوا (اکسیداسیون) را افزایش می‌دهد لذا مصرف سوخت به دلیل احتراق کاملتر به حداکثر رسیده و آلودگی را به حداقل می‌رساند .

شهرام اسلامی
منابع:
www.caranddriver.com

منبع : مجله گسترش صنعت