ریشه لغوی

دید کلی

تاریخچه

سیر تحولی و رشد

انواع وسایل نقلیه موتوری

ساختمان اتومبیل ها

• شاسی:
  به تمام گروه ساختمانی و تمام سیستم‌هایی گفته می‌شود که برای حرکت اتومبیل لازم است. <
  
  
• اتاق:
  اتاق محل قرارگیری بار یا مسافر است که پس از ساخت بر روی شاسی نصب می گردد.
  
  
• سیستم برقی:
  این سیستم در تمام اتومبیل ها وجود دارد. وظایف مختلفی را مثل کمک کردن به حرکت اتومبیل و یا فراهم آوردن آسایش سرنشین را انجام می دهد.

طرز کار خودرو

کاربرد خودرو

• حمل و نقل:
  واژه حمل و نقل خود گویای فعالیت انجام شده توسط خودرو ها می‌باشد. چرا که قسمت اعظم مواد و اشیاء موجود در پیرامون ما برای قابل استفاده و قابل دسترس شدن به حمل و انتقال از مکان اولیه خود نیازمند هستند. البته جابجا شدن انسان‌ها نیز خود بخش وسیعی از حمل و نقل را شامل می‌شود.
  
  
• تولید توان کشی:
  کاربرد دیگر خودروها در تولید توان کشی است که در بخش‌هایی مثل کشاورزی و یا صنعت و یا خدمات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کاربرد می‌تواند در قالب یک تراکتور کشاورزی یا یک لیفت تراک و یدک کش و یا یک ماشین راهسازی جلوه گر شود.

   صنعت اتومبیل سازی در ابتدا به صورت اتفاقی به وسیله چند مخترع صورت گرفت ولی به طور پیوسته روی آن کار کردند تا آن که به صورت کنونی درآمده اتومبیل وسیله ای است که در طول دهه های طولانی به وسیله افراد مبتکر و مخترم زیادی تکمیل گردیده و کار شخص خاصی نمی باشد.

اتومبیل ابتدا از نیروی بخار استفاده می نمود و شباهت زیادی به درشکه داشت، ولی به مرور گذشت زمان، توسط طراحان و مهندسان به شکل امروزی در آمد و به حداکثر ایمنی و رفاه رسید، که تقریبا جزء اصلی زندگی انسان ها گردیده است.

این صنعت با اختراع موتور احتراقی در سال 1860 میلادی به وسیله یک بلژیکی به نام اتین لونوار اختراع گردید و سپس به صورت خیلی سریع تغییرات عمده ای نمود. با پی بردن به نیروی موتور احتراقی روند تکامل این صنعت تداوم یافت و در بین سال های 1860 تا 1970 میلادی در اروپا اختراعات مختلفی به وسیله چند تن از مهندسین انجام گرفت.

ابتدا ساخت یک موتور کوچک و نصب آن به روی یک گاری کوچک بود که توسط زیگفرد مارکوس در سال 1874 میلادی در شهر وین انجام گرفت. موتور این وسیله نقلیه بخاری یا موتورهای برونسوز می گویند. به تدریج موتورهای برونسوز تبدیل به موتورهای درونسوز گردید که مخلوط هوا و گاز در داخل سیلندر به وسیله جرقه محترق می گردد. نمونه تکمیل شده موتور احتراق داخلی که موتور های امروزی شبیه به آن است توسط یک مهندس آلمانی به نام نیکلاس اتو با موفقیت ساخته شد و به همین جهت است که رشته تعمیرات اتومبیل های بنزینی را اتومکانیک گویند. در این سیستم عمل تراکم سوخت از احتراق در داخل سیلندر صورت می گرفت و راندمان بسیار بالایی داشت. دو نفر دیگری که نامشان در صنعت اتومبیل سازی بسیار معروف است عبارت بودند از گات لیب دایمر و کارل بنز که در یک زمان به صورت جدا گانه کار می کردند ولی جهت فعالیتشان یکی بود.

دایملر که در سال 1834 در آلمان متولد شد ابتدا برای اتو کار می کرد ولی در سال 1882 فعالیت خود را با دایر کودن کارگاهی در شهر اشتوتکارت آلمان به طور جداگانه ادامه داد و در این شهر با شخصی به نام ویلهم مای باخ که او نیز از شاگردان اتو بود شریک شد و در مدت یک سال اولین موتور خود را وارد بازار نمودند. موتور آنها نوعی موتور سبک با سرعت بالا در حدود RPM 900 بود که نسبت به موتورهای احتراق داخلی آن زمان که حداکثر دورشان RPM 200 بود قابل مقایسه نبود این موتور کم کم کاملتر شد و به موتور دو سیلندر V شکل تبدیل شد، مجهز به کاربراتور بود که این کاربراتور را آقای مای باخ طراحی نموده بود. اولین سیستم جرقه زنی الکتریکی را بنز طراحی نمود و از سوپاپ قارچی شکل و سیستم خنک کننده توسط آب استفاده نمود.

اولین موتوری که در اتومبیل در جلوی وسیله نقلیه قرار داشت در سال 1891 میلادی ساخته شد.

در اصل خودرو ترجمه کلمه vehicle   میباشد و به طور کلی هر نوع  وسیله چرخدار یا بدون چرخ که باعث سهولت در جابجایی انسان یا بار شود خودرو نامیده میشود مانند ( دوچرخه ، درشکه ، موتورسیکلت ، اتومبیل ، هواپیما و هلیکوپتر و...) البته امروزه منظور از خودرو بیشتر وسایل نقلیه ای هستند که نیروی خود را از انسان یا حیوان تامین نمیکند ( که در نتیجه دوچرخه  و درشکه و گاری و... حذف میشوند) گرچه بطورعام منظور از خودرو در زبان فارسی معادل انگلیسی کلمه Automobile   میباشد که یعنی وسیله چرخدار متحرک زمینی با یک مولد قدرت مکانیکی ( مثل قطار ، اتومبیلهای سواری ، کامیون ها و...)

آلايندگي و مصرف سوخت خودروها بدليل محدوديتهاي زيست محيطي، ظرف 10 سال آينده بايستي به ميزان قابل توجهي بهبود يابد. فن آوريهاي جديد در زمينه موتورهاي بنزيني، نظیر كوچك سازي موتورها به لحاظ اندازه (Downsizing) با استفاده از تقويت بالای آنها (High Boosted)، موتورهاي با تزريق مستقيم (GDI) و سيستم سوپاپهاي كاملاً متغير (Fully Variable Valve Train) هم اکنون در حال توسعه می باشند. در مورد موتورهاي ديزل نيز بخشهايی که انتظار می رورد توسعه يابند، شامل انژكتورهاي پيزو الكتريك، فيلترهاي ذرات معلق و سيستم كاتاليستهاي DeNOx می باشند.

در اين يادداشت ابتدا به بررسی الزامات استانداردهای آلايندگی پرداخته و پس از آن تمهيداتی که جهت دستيابی به اين استانداردها در موتورهای بنزينی و ديزل بکار گرفته شده است را معرفی می نماييم. در بخش اول موتورهای بنزينی را مورد بحث و بررسی قرار خواهيم داد. الزامات استانداردهای آلايندگی در آينده:قوانين اروپايي روي آلاينده هاي خطرناك اگزوز كه در سال 2000 نسبتاً سختگيرانه به اجرا در آمد بار ديگر در سال 2005 سختگيرانه تر خواهد شد. محدوديتهاي استاندارد آلايندگي EURO IV براي آلاينده هاي HC و NOX و ذرات معلق حدود 50% سطح كنوني اين گازهاي مضر مي‌باشد (استاندارد آلایندگی اروپا در سال 2004 مطابق با استاندارد EURO III است). مرحله بعد در استانداردهاي اروپايي كهEURO V  ناميده ميشود احتمالاً با تمركز روي ذرات معلق، به بهينه سازي بيشتري نياز دارد. 

از سوی دیگر در استاندارد آمريكايي TIER 2 كاهش مرحله به مرحله NMOG (گازهاي اورگانيك غير متان) و کاهش متوسط NOX ناشی از ناوگان اتوبوسرانی از سال 2004 تا 2007 مد نظر است . از سال 2003 به بعد در كاليفرنيا ميبايستي حداقل 10% فروش هر سازنده اتومبيل، خودروهایي با آلايندگي صفر يا معادل آن باشد. نگراني در مورد اثر گازهای گلخانه ای، خودروسازان اروپايي را وادار كرده است كه تا سال 2008 خودروهايی توليد نمايند كه متوسط CO2 منتشره از آنها زير 140 gr/Km باشد. يعني كاهش مصرف سوخت بايستي به ميزان بيش از 25% در مقايسه با سطح تعيين شده در سال 1995 باشد. همچنین كاهش بيشتر به سطح 120 gr/Km تا سال 2012 نيز در سال 2003 تحت بحث و بررسي قرار گرفت.

از طرفی همزمان با طرح مباحث آلایندگی، مشتريان نيازمند ايمني و آسايش بيشتري نسبت به سابق خواهند بود كه این مساله تنها با افزایش وزن خودرو ميسر خواهد شد و واضح است که اين موضوع با مصرف كمتر انرژي منافات دارد. همچنين ضمن حفظ حداقل عملكرد خودرو، در عین حال نباید هزينه مالكيت خودرو افزايش يابد. فن آوري آينده در موتورهاي بنزيني:هدف اصلي در توسعه موتورهاي اشتعال جرقه اي، بهبود مصرف سوخت و در نتـيجه كاهش انتشار گاز CO2 ميباشد. از ديدگاه ترموديناميكي، دستيابي به راندمان بيشتر، با عملكرد موتور در بارهاي زياد و كاهش در افت تبادل گاز و حرارت در بارهاي جزيي ممكن ميباشد. راه حلهاي فني براي اين منظور عبارتند از :كوچك سازي سايز موتورها و استفاده از سوپر شارژ، فن آوري سوپاپهاي كاملاً متغير و پاشش مستقيم.كوچك سازي(DOWNSIZING )يك استراتژي براي بهبود قابل توجه در مصرف سوخت، كاهش حجم جابجايي موتور با حفظ شكل منحني گشتاور ميباشد.با افزايش فشار تغذيه تا 2.5 بار و كاهش نسبت تراكم در بارهاي زياد مي توان به اين هدف دست يافت. در شكل شماره يك، منحني هاي گشتاور و مصرف سوخت دو موتور يكي موتور 3 ليتري با تنفس طبيعي و ديگري موتور 1.5 ليتري با سوپر شارژ بالا، با يكديگر مقايسه شده است. همانگونه كه شكل نشان مي دهد، مصرف سوخت ويژه در بارهاي جزيي در حدود 2.5% بهبود يافته است. فن آوري جديد مورد نياز براي اين منظور در سمت راست شكل نشان داده شده است.

سوپر شارژهاي مكانيكي با راندمان بالا دستيابي به گشتاورهاي لحظه اي و بالا را فراهم مي نمايد.  استفاده از سوپرشارژ منجر به پديده ناك یا ضربه در بارهاي زياد مي گردد. براي احتراز از اين موضوع يك سيستم نسبت تراكم متغير ابداع شده است (پايين سمت راست شكل) تا با كاهش نسبت تراكم،  دستيابي به فرايند احتراق بدون ناك را در بارهاي زياد ممكن سازد؛ در حاليكه قادر است در بارهاي جزيي، تراكم بهينه را حفظ نمايد.

سيستم سوپاپ بندي كاملاً متغير:

با سيستم سوپاپ بندي كاملاً متغير مي توان روشهاي مديريت سيلندر و سوپاپها را معرفي نمود. همانطور كه در شكل دو نشان داده شده است، در حال حاضر سوپاپهایي ساخته شده اند كه قادرند با استفاده از نيروي الكترومغناطيسي و يك بازو مابين فنرهاي مكانيكي، هرگونه پروفيل باز و بسته شدني را براي سوپاپها ايجاد نمايند. با كنترل جريان الكتريكي، بازو ميتواند در موقعيت انتهايي خود نگه داشته شود بنابراين سوپاپ مطابق با نياز ميتواند باز يا بسته نگه داشته شود. از آنجائيكه زمانبندي سوپاپها ميتواند بصورت آزادانه تنظيم شود، جرم هواي ورودي و گازهاي باقيمانده را ميتوان با سوپاپها تعيين نمود.

 بدين وسيله ميتوان از افت دريچه گاز اجتناب كرد و ميزان تشكيل NOX را در بارهاي جزئي كاهش داد.  از انجاييكه در اين روش زمان بندي هر سوپاپ براي هر سيلندر را مي توان بصورت جداگانه تنظيم نمود، بنابراين فعال يا غير فعال كردن هر سيلندر با اين روش ميسر ميگردد(Cylinder Cut Off) . مكانهايي كه در آنها سيلندرها غير فعال ميگردد يا سوپاپهاي آنها باز ميگردد در منحني عملكردي موتور در شكل دو نشان داده شده است. اندازه گیری مصرف سوخت نمونه هاي ساخته شده بر اساس این تکنیک، كاهش مصرف سوخت تا 15% و در صورت بكارگيري فرايند غير فعال سازي سيلندرها تا 20% را نشان مي دهد.

پاشش مستقيم:

ابداع سيستمهاي جديد تزريق با فشار بالا و پيشرفت در سيستم كاتاليستهاي DeNOx منجر به اولين توليد انبوه موتورهاي پاشش مستقيم بنزيني با شارژطبقه اي (stratified charge direct injection gasoline engine) شده كه کاهش مصرف سوخت بين 10% تا 15% را به ارمغان آورده است. همانطور كه شكل سه نشان ميدهد،براي دستيابي به بهترين مصرف سوخت، اين موتورها در بارهای جزئي و مخلوط هوا و سوخت بسيار رقيق با نسبتي تا 3 كار ميكنند.

 در بارهاي زياد يا بار كامل به منظور تامين ماكزيمم قدرت خروجي، مخلوط هوا و سوخت بصورت همگن وارد محفظه احتراق می گردد. جهت پايداري فرايند احتراق و اجتناب از تشكيل SOOT (دوده) در بار های جزئي، حالت مخلوط هوا و سوخت با حركت كنترل شده هواي ورودي تامين می گردد. با طراحي نشان داده شده در سمت راست بالاي شكل سه، مخلوط با حركت پيچشي رو به جلو (Forward Air Tumble) در  فاصله هوايی شمع پايدار ميگردد. شايان ذکر است که پايداری فرآيند احتراق در موتورهای GDI، بدليل نسبت هوا به سوخت بالا(رقيق سوز بودن)، از چالشهای اساسی اين نوع موتورها می باشد. در اين حالت از يك انژكتور نوع چرخشي(Swirl-Type) استفاده مي شود. نسل بعدي سيستمهاي پاشش مستقيم که در شكل پائين سمت راست نمايش داده شده است، عملکردی  شبيه به فرآيند احتراق درموتورهاي ديزل خواهند داشت؛ یعنی پاشش توام با فرايند احتراق.از آنجائيكه كاتاليستهاي سه راهه تنها در شرايط استوكيومتريك عمل مي كنند، يك سيستم  کاتاليستی DeNOx بايستي به مجموعه افزوده گردد تا كاهش آلاينده ها را در فرآيند شارژ طبقه ای، مطمئن سازد. به همين دليل سوخت مورد استفاده نيز بايد عاري از گوگرد باشد.