دانلود مقاله آلودگی زیست محیطی و آلودگی محیط زیست


Widget not in any sidebars

اندازه موتور احتراقی بگونه ای است که بتوانند قدرت لازم جهت شتاب گیری مطلوب را برای خودرو فراهم کنند. لذا این موتورها معمولا حجیم و سنگین هستند.
راندمان حرارتی این موتورها بستگی زیادی به نقطه کار آن ها دارد و دائما در طول حرکت اتومبیل بسته به شرایط تغییر می کند. بعلاوه چون این موتورها باید بگونه ای طراحی شوند که پاسخگوی نیاز خودرو در هنگام شتاب گیری باشند، در مواقع عادی راندمان بسیار پایینی دارند.
کل انرژی جنبشی خودرو در هنگام ترمز گیری به گرما تبدیل شده و به هدر می رود.
با بررسی انجام شده توسط پژوهشگران متوجه این مساله شده اند که استفاده از خودرو های هیبرید الکتریکی می تواند پاسخگوی مطالب بیان شده باشد. خودروی هیبرید به خودرویی گفته می شود که برای تولید قدرت از دو یا چند منبع تولید کننده انرژی و مبدل انرژی بهره می برد. امروزه استفاده از منابع انرژی نو در خودروهای هیبرید با استقبال چشمگیری روبرو شده است. معمول ترین منبع انرژی نو که در این خودروها بکار میرود، پیل سوختی می باشد. همچنین از باطری نیز در این خودروها استفاده می شود. با بکارگیری خودروهای هیبرید امکان استفاده از قابلیت های هر دو نوع خودروی احتراقی و الکتریکی فراهم می گردد. بنابراین با استفاده از خودروهای هیبرید آلودگی زیست محیطی کاهش می یابد همچنین قدرت شتاب گیری ماشین تقویت می شود ]3[. با توجه به استفاده از دو منبع اصلی پیل سوختی و کمکی باطری، کنترل این دو منبع مساله ای پیچیده می باشد. با کنترل این دو منبع می توان میزان مصرف سوخت خودرو، سطح آلودگی تولید شده و همجنین میزان شارژ باطری ها را تعیین نمود.
با توجه به مطالب مطرح شده، هدف استفاده از خودروهای هیبرید این است که از مزایای هر دو موتور احتراقی و الکتریکی استفاده شده و معایب آن ها نیز مرتفع گردد. برخی از نقاط ضعف موتورهای احتراقی در زیر ارائه شده است ]2[.
با بکارگیری سیستم رانش الکتریکی در کنار سیستم رانش احتراقی، بخش عمده ای از توان خودرو در مواقع شتاب گیری و شیب پیمایی توسط سیستم الکتریکی تامین می شود. بنابراین اندازه موتور احتراقی کاهش می یابد.
شرایط کاری موتور احتراقی بطور کامل یا جزیی از شرایط کاری خودرو نظیر سرعت، شتاب، گشتاور و توان می باشد و در نتیجه موتور احتراقی در اکثر موارد در محدوده راندمان حداکثر خودش کار می کند.
در هنگام ترمز گیری، موتور الکتریکی بصورت ژنراتور عمل کرده و انرژی جنبشی خودرو را تا اندازه زیاد بازیافت می کند. این انرژی در هنگام شتاب گیری مجددا به خودرو برگردانده می شود.
با توجه به خودروهای هیبریدی در سال های اخیر مطالعات بسیاری درباره طراحی و ساخت این نوع از خودروها انجام شده است.
1-2 ساختارهای نوین در خودرو
یکی از مسائل مهم در استفاده از خودروهای با موتور احتراقی، آلودگی محیط زیست می باشد. استفاده از خودروهای احتراقی باعث آسیب های جدی محیط زیست و در نتیجه آن برای بشر شده است. ارتباط تنگاتنگی بین آلودگی محیط زیست بویژه در مناطق شهری با نحوه عملکرد خودروها وجود دارد. با بررسی انواع آلودگی های ناشی از خودروها و اثرات هر یک از آنها در آسیب رساندن به محیط زیست، استانداردها و حدود مشخصی برای هر یک از آلاینده ها تعیین کرده اند. هیدروکربن ها، اکسیدهای نیتروژن، منوکسید کربن و ذرات معلق مهمترین پارامترهایی هستند که در تمامی استانداردهای مطرح شده مورد توجه قرار گرفته اند. دی اکسید کربن و دی اکسید گوگرد از محصولات ناشی از احتراق سوخت های فسیلی در موتورهای احتراق داخلی می باشند ]4[.
با توجه به روند رو به کاهش سوخت های فسیلی و نوسان های شدید بازار نفت، تحول در فن آوریهای معمول مورد استفاده در صنعت خودرو امری ضروری بنظر می رسد. همچنین مصرف انرژی هر روز در حال افزایش است که این افزایش را می توان در کاهش مقدار ذخایر نفت در انبار های کشورهای صنعتی و قیمت جهانی نفت ملاحظه کرد. از طرفی تعداد خودروهای در حال استفاده روز به روز در حال افزایش است. بنابراین با توجه به مباحث مطرح شده منابع موجود قادر به تامین نیازهای انرژی جامعه بشری نمی باشد.
تا به اینجا برخی از مشکلات استفاده از خودروهای احتراقی مطرح گردید. بنابراین بایستی برای غلبه بر مشکلات ذکر شده خودرو های با مصرف سوخت و آلودگی کمتر را بکار گرفت.
1-3 تاریخچه خودروهای هیبریدی
در سال 1898 دکتر پورشه مهندس آلمانی اولین خودروی الکتریکی را ساخت. این خودرو فقط با باطری قابلیت طی مسافت 40 مایل را داشت. در سال 1903 میلادی یک خودروی بنزینی-الکتریکی بوسیله شرکت انگلیسی کریگر طراحی و ساخته شد. در سال 1905 یک خودروی هیبرید توسط یک مهندس آمریکایی به نام پایپر ساخته شد. در این خودرو، از موتور الکتریکی به عنوان یک موتور کمکی استفاده شد زیرا موتورهای بنزینی آن زمان دارای قدرت بالایی نبودند. خودروی ساخته شده در مدت زمان 10 ثانیه قادر بود سرعت خود را از صفر به 40 کیلو متر در ساعت برساند. پس از آن در سال 1964 میلادی شرکت گالت موتور کانادایی، یک خودرو هیبرید جدید کم مصرف را وارد بازار کرد. این خودرو دارای یک موتور احتراقی دو زمانه کوچکی بود که با دو پیستون، توانی برابر 10 اسب بخار تولید می کرد. محور خروجی موتور احتراقی در این خودرو به یک ژنراتور وصل شده بود که دارای دو خروجی بود. یکی از خروجی ها به موتور الکتریکی و دیگری به باطری متصل بود و موتور الکتریکی نیز مستقیما به دیفرانسیل وصل می شد. این خودرو فقط با مصرف 4 لیتر بنزین قادر بود مسافت 110 کیلومتر را با سرعت 50 کیلو متر در ساعت طی کند. به تدریج با افزایش قدرت موتورهای احتراقی و عدم نیاز به موتور الکتریکی بعنوان کمکی، ایده خودروهای هیبرید به فراموشی سپرده شد تا اینکه در سال 1968 میلادی شرکت جنرال موتورز خودروی هیبریدی را وارد بازار کرد. این خودرو دارای موتور استرلینگ با توان 80 اسب بخار بود که به یک ژنراتور متصل می شد. در این خودرو برای جبران کمبود توان موتور از 14 عدد باطری استفاده شده بود. این خودرو دارای دو موتور القایی سه فاز 20 اسب بخاری بود ]5[.
در اواخر دهه 1990 دو خودروی هیبریدی جدید برای شرکت های تویوتا و هوندا وارد بازار شدند ]6[. خودروی تویوتا یک خودرو با ظرفیت 4 نفر بود. موتور بکار رفته در آن خودرو 4 سیلندر بنزینی بود. این خودر دارای طراحی بسیار دقیقی بود. راندمان این خودرو بالا و آلودگی آن بسیار کم بود. این موتور به یک گیربکس متغیر کوپل شده است که بصورت الکتریکی کنترل می شود. در این خودرو از 38 عدد باطری استفاده شده است. خودروی تویوتا از یک موتور الکتریکی 40 اسب بخار و یک ژنراتور مستقل برای بازیابی انرژی ناشی از ترمز استفاده می کند. این خودرو برای پیمودن 100 کیلومترمسافت حدود 4 لیتر بنزین مصرف می کند. در مقابل خودروی هوندا یک خودروی نیمه هیبرید است که توسط یک موتور بنزینی 3 سیلندر 50 کیلوواتی تغذیه می شود. همچنین یک موتور الکتریکی 10 کیلوواتی بعنوان منبع دوم تولید توان در کنار موتور بنزینی بکار گرفته شده است. این خودرو برای پیمودن 100 کیلومترمسافت حدود 4/3 لیتر بنزین مصرف می کند.
1-4 ساختار خودروهای هیبرید
خودروی هیبرید از دو یا چند منبع انرژی و مبدل انرژی برای تولید قدرت استفاده می کند. اگر یکی از منابع بکار رفته منبع الکتریکی باشد، به خودرو هیبرید الکتریکی گفته می شود. در شکل زیر ساختار خودروهای هیبرید الکتریکی نشان داده شده است.

شکل 1-1: ساختار خودروهای هیبرید الکتریکی
با توجه به شکل 1-1 واضح است که هر دو سیستم انتقال قدرت با هم در توان مورد نیاز خودرو را تولید می کننتد. توان تولیدی هر یک از سیستم های انتقال قدرت با یکدیگر جمع شده و به چرخ ها انتقال داده می شود. از طرفی هریک از این سیستم ها قادرند که هم تزریق کننده انرژی باشند و هم دریافت کننده انرژی. همانطور که از شکل مشخص است سیستم 1 یکطرفه است یعنی فقط می توان از سیستم 1 انرژی دریافت کرد و به آن نمی توان انرژی داد. در صورتی که سیستم 2 دو طرفه بعبارتی هم تزریق کننده انرژی و هم دریافت کننده انرژی می باشد.
اگر در شکل 1-1 برای منبع و مبدل سیستم 1 از سوخت فسیلی و موتور احتراقی و برای منبع و مبدل سیستم 2 از باطری و موتور الکتریکی استفاده کرد نتیجه یک خودروی هیبرید خواهد بود. این خودروی الکتریکی می تواند در بخش الکتریکی انرژی را جذب کند. در این خودروی هیبرید باطری های سیستم الکتریکی را از طریق چرخ ها (بازیابی انرژی ناشی از ترمز) شارژ کرد.
در خودروهای با ساختار سری دو منبع انرژی یعنی باطری و سوخت فسیلی تولید کننده توان یعنی موتور الکتریکی را تامین می کنند. در این ساختار تمام گشتاور و توان داده شده به چرخ ها از سوی موتور الکتریکی به آن ها منتقل می شود. موتور احتراقی انرژی مورد نیاز موتور را تامین می نماید. موتور الکتریکی بطور مستقیم به چرخ ها وصل نیست و در کنار باطری ها بعنوان یک منبع کمکی عمل می کند. در این ساختار برخی از باطری های آن جایگزین موتور احتراقی شده است. در این ساختار در صورت کمبود انرژی از انرژی هنگام ترمز و شارژ باطری ها در زمان طی مسافت استفاده می شود. در ساختار موازی اتلاف در اثر تبدیل انرژی کمتر می باشد. از طرفی بدلیل غیر قابل کنترل بودن سرعت موتور احتراقی، راندمان عملکرد آن پایین است.
1-5 پیل سوختی