وبلاگ

افزایش بازده و کاهش آلایندگی خودروهای سنگین

فروشگاه آنلاین لوازم یدکی کامیون

مقدمه:

خودروهای سنگین، مانند کامیون ها، اتوبوس ها و ماشین های باری، نقش مهمی در حمل و نقل، تجارت و اقتصاد دارند. اما این خودروها همچنین مصرف بالای سوخت و تولید زیاد گازهای گلخانه ای را به همراه دارند که باعث آلودگی هوا و تغییرات اقلیمی می شوند. بر اساس گزارش سازمان جهانی بهداشت، آلودگی هوا در سال 2023 بیش از 7 میلیون نفر را کشته است. بر اساس گزارش سازمان همکاری و توسعه اقتصادی، خودروهای سنگین حدود 30 درصد از مصرف سوخت و 40 درصد از تولید گاز دی اکسید کربن در حمل و نقل را به خود اختصاص داده اند. بنابراین، بهبود عملکرد و کارآیی خودروهای سنگین از اهداف مهم پژوهش در صنعت خودرو است.

پرسش تحقیق این مقاله این است که چگونه می توان با استفاده از راه های مختلف، وزن، بازده و آلایندگی خودروهای سنگین را بهبود بخشید. هدف این مقاله نیز بررسی راه های کاهش وزن، افزایش بازده و کاهش آلایندگی خودروهای سنگین با توجه به جنبه های فنی، اقتصادی و زیست محیطی است. این مقاله با فرض اینکه خواننده با مفاهیم پایه ای درباره خودروهای سنگین آشنا است، نوشته شده است.

 

پس زمینه:

خودروهای سنگین، به دلیل وزن و حجم بالای خود، نیاز به توان و انرژی زیادی دارند که باعث مصرف بالای سوخت و تولید زیاد گازهای گلخانه ای می شوند. این خودروها در مقابل دو عامل مقاومت در حرکت خود هستند: مقاومت هوا و مقاومت لغزش. مقاومت هوا، نیرویی است که هوا به جهت مخالف حرکت خودرو وارد می کند و باعث کاهش سرعت و بازده خودرو می شود. مقاومت لغزش، نیرویی است که بین تایر و جاده ایجاد می شود و باعث کاهش گشتاور و بازده خودرو می شود. برای کاهش این دو عامل مقاومت، راه های مختلفی وجود دارد که در ادامه به آنها اشاره می شود.

راهکارهای افزایش بازدهی و کاهش آلایندگی خودروهای سنگین

بهبود طراحی هوادینامیک خودرو:

طراحی هوادینامیک خودرو، عامل مهمی در کاهش مقاومت هوا و افزایش بازده خودرو است. طراحی هوادینامیک خودرو، به شکل و سطح خارجی خودرو اطلاق می شود که تاثیر بر رفتار هوا در حین حرکت خودرو دارد. هدف از طراحی هوادینامیک خودرو، کاهش ضریب تخلخل (Cd) است که نشان دهنده مقدار نسبی نیروی مقابل حرکت است که هوا به خودرو وارد می کند. ضریب تخلخل، به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله شکل، سطح، جنس، رنگ، جزئیات و لوازم جانبی خودرو. برای کاهش ضریب تخلخل، راه های زیر را می توان پیش گرفت:

  • استفاده از شکل های گرد و صاف برای کاهش توربولانس (آشفتگی) هوا در پشت خودرو
  • استفاده از سطح های صاف و بدون درز برای کاهش اصطکاک (چسبندگی) هوا به سطح خودرو
  • استفاده از جنس های سبک و نفوذپذیر برای کاهش فشار (فوران) هوا در داخل خودرو
  • استفاده از رنگ های روشن و با بازتاب بالا برای کاهش جذب (گرم شدن) حرارت تابشی
  • استفاده از جزئیات و لوازم جانبی مناسب برای بهبود جریان (گذر) هوا در اطراف خودرو

برای مثال، چندین پژوهش نشان داده اند که استفاده از کاور (پوشش) برای چرخ ها، اسپویلر (پره) برای بال عقب، دیفیوزر (پخش کننده) برای زیر خودرو و اسکرت (دامنه) برای کنار خودرو، می تواند ضریب تخلخل را به میزان قابل توجهی کاهش دهد . همچنین، استفاده از شکل های مخروطی، بیضوی، قطره ای و موج دار برای بدنه خودرو، می تواند ضریب تخلخل را به میزان قابل ملاحظه ای کاهش دهد . با کاهش ضریب تخلخل، مقاومت هوا کاهش یافته و بازده خودرو افزایش می یابد. بر اساس گزارش سازمان حمل و نقل جاده ای آمریکا، بهبود طراحی هوادینامیک خودروهای سنگین می تواند باعث کاهش مصرف سوخت تا 15 درصد و کاهش تولید گاز دی اکسید کربن تا 20 درصد شود.

 

  • استفاده از مواد سبک وزن برای ساخت بدنه و قطعات خودرو:

استفاده از مواد سبک وزن برای ساخت بدنه و قطعات خودرو، عامل دیگری در کاهش وزن و افزایش بازده خودرو است. وزن خودرو، تاثیر بر میزان توان و انرژی لازم برای حرکت خودرو دارد. هر چه وزن خودرو کمتر باشد، نیاز به توان و انرژی کمتری دارد و در نتیجه مصرف سوخت و تولید گازهای گلخانه ای کمتری دارد. برای کاهش وزن خودرو، راه های زیر را می توان پیش گرفت:

  • استفاده از مواد کامپوزیت (ترکیبی) برای ساخت بدنه خودرو. مواد کامپوزیت، موادی هستند که از ترکیب دو یا چند ماده با خصوصیات متفاوت ساخته شده اند. مثلا، فایبرگلاس، یک ماده کامپوزیت است که از ترکیب الیاف شیشه و رزین پلیمری ساخته شده است. مواد کامپوزیت، مزایای زیر را دارند:
    • سبک وزن هستند و در نتیجه کاهش وزن خودرو را به همراه دارند.
    • مقاوم در برابر ضربه، سایش، خوردگی و حرارت هستند و در نتیجه افزایش عمر خودرو را به همراه دارند.
    • قابل شکل پذیری هستند و در نتیجه امکان طراحی هوادینامیک خودرو را فراهم می کنند.
  • استفاده از آلیاژ های فلزی (آلومینیوم، تیتانیوم، مگنزیم و غیره) برای ساخت قطعات خودرو. آلیاژ های فلزی، موادی هستند که از ترکیب دو یا چند فلز با نسبت های مشخص ساخته شده اند. مثلا، آلومینات، یک آلیاژ فلزی است که از ترکیب آلومینیوم و نقره ساخته شده است. آلیاژ های فلزی، مزایای زیر را دارند:
    • سبک وزن هستند و در نتیجه کاهش وزن خودرو را به همراه دارند.
    • مقاوم در برابر ضربه، سایش، خوردگی و حرارت هستند و در نتیجه افزایش عملکرد خودرو را به همراه دارند.
    • قابل بازیافت هستند و در نتیجه کاهش آلودگی محیط زیست را به همراه دارند.

برای مثال، چندین پژوهش نشان داده اند که استفاده از مواد کامپوزیت و آلیاژ های فلزی برای ساخت بدنه و قطعات خودروهای سنگین می تواند باعث کاهش وزن خودرو تا 40 درصد و کاهش مصرف سوخت تا 20 درصد شود.

 

بهینه سازی موتور و سیستم انتقال برای افزایش بازده سوخت:

بهینه سازی موتور و سیستم انتقال، عامل دیگری در افزایش بازده و کاهش آلایندگی خودرو است. موتور، قلب خودرو است که انرژی شیمیایی سوخت را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. سیستم انتقال، عضو خودرو است که انرژی مکانیکی را از موتور به چرخ ها منتقل می کند. بازده سوخت، نسبت انرژی خروجی به انرژی ورودی است که نشان دهنده کارآمدی تبدیل و انتقال انرژی است. هر چه بازده سوخت بالاتر باشد، مصرف سوخت و تولید گازهای گلخانه ای کمتری دارد. برای بهینه سازی موتور و سیستم انتقال، راه های زیر را می توان پیش گرفت:

  • استفاده از موتور های دیزل (سوخت روغنی) به جای موتور های بنزین (سوخت گازوئیل) برای خودروهای سنگین. موتور های دیزل، موتور های احتراق داخلی هستند که با فشار بالا، هوا را گرم کرده و سپس سوخت را به آن اضافه می کنند. موتور های بنزین، موتور های احتراق داخلی هستند که با جرقه الکتریکی، مخلوط هوا و سوخت را به احتراق در می آورند. موتور های دیزل، مزایای زیر را دارند:
    • بازده سوخت بالاتر دارند و در نتیجه مصرف سوخت کمتر و تولید گاز دی اکسید کربن کمتر دارند.
    • تولید گشتاور (چرخش) بالاتر دارند و در نتیجه قابلیت حمل بار بالاتر دارند.
    • عملکرد بهتر در دما و فشار بالاتر دارند و در نتیجه مناسب تر برای شرایط جاده ای و آب و هوای خودروهای سنگین هستند.
  • استفاده از توربین (پروانه) باد برای تقویت (افزایش) فشار هوا قبل از وارد شدن به محفظه احتراق موتور. توربین باد، قطعه ای است که با استفاده از جریان هوای خروجی از خروج لوله، چرخیده و هوای ورودی را فشار داده و به محفظه احتراق منتقل می کند. توربین باد، مزایای زیر را دارد:
    • باعث افزایش حجم و اکسیژن هوای ورودی می شود و در نتیجه افزایش قدرت و بازده موتور را به همراه دارد.
    • باعث کاهش دما و گازهای خروجی می شود و در نتیجه کاهش آلودگی و افزایش عمر موتور را به همراه دارد.
  • استفاده از گیربکس (دنده) اتوماتیک به جای گیربکس دستی برای سیستم انتقال. گیربکس اتوماتیک، قطعه ای است که با استفاده از سنسور ها، کنترل ها و سروو ها، بدون نیاز به دخالت راننده، دنده مناسب را برای شرایط حرکت خودرو انتخاب می کند. گیربکس دستی، قطعه ای است که با استفاده از دسته و پدال، توسط راننده، دنده مناسب را برای شرایط حرکت خودرو انتخاب می کند. گیربکس اتوماتیک، مزایای زیر را دارد:
    • باعث کاهش مصرف سوخت و تولید گازهای گلخانه ای می شود زیرا با انتخاب دنده مناسب، نسبت توان به سرعت را بهینه می کند.
    • باعث افزایش راحتی و امنیت راننده می شود زیرا بدون نیاز به تغییر دسته و پدال، تمرکز بیشتری بر رانندگی دارد.
    • باعث کاهش سایش و خرابی قطعات سیستم انتقال می شود زیرا با کنترل دقیق و هماهنگ، فشار و لغزش کمتری بین قطعات ایجاد می کند.

برای مثال، چندین پژوهش نشان داده اند که استفاده از موتور های دیزل، توربین باد و گیربکس اتوماتیک برای خودروهای سنگین می تواند باعث افزایش بازده سوخت تا 30 درصد و کاهش تولید گاز دی اکسید کربن تا 40 درصد شود.

 

استفاده از تکنولوژی های نوین برای جایگزینی یا کمک به موتور های احتراقی:

استفاده از تکنولوژی های نوین، عامل دیگری در افزایش بازده و کاهش آلایندگی خودرو است. تکنولوژی های نوین، تکنولوژی هایی هستند که از منابع انرژی تجدیدپذیر، پاک و کارآمد برای تولید و انتقال انرژی استفاده می کنند. این تکنولوژی ها، می توانند به دو دسته تقسیم شوند: تکنولوژی های جایگزین و تکنولوژی های کمکی. تکنولوژی های جایگزین، تکنولوژی هایی هستند که به جای موتور های احتراقی، برای حرکت خودرو استفاده می شوند. مثلا، خودروهای الکتریکی، خودروهایی هستند که از موتور الکتریکی برای حرکت استفاده می کنند. تکنولوژی های کمکی، تکنولوژی هایی هستند که به علاوه موتور های احتراقی، برای حرکت خودرو استفاده می شوند. مثلا، خودروهای هیبرید، خودروهایی هستند که از ترکیب موتور احتراقی و موتور الکتریکی برای حرکت استفاده می کنند. این تکنولوژی ها، مزایای زیر را دارند:

  • باعث کاهش مصرف سوخت و تولید گازهای گلخانه ای می شوند زیرا با استفاده از منابع انرژی پاک و کارآمد، نسبت به موتور های احتراقی، آلودگی کمتر و بازده بالاتر دارند.
  • باعث افزایش قابلیت حمل بار و عملکرد خودرو می شوند زیرا با استفاده از سامانه های کنترل و رگولاتور، قدرت و گشتاور مناسب را برای شرایط حرکت خودرو فراهم می کنند.
  • باعث کاهش هزینه نگهداری و عمل آوری خودرو می شوند زیرا با استفاده از قطعات ساده و بادوام، سایش و خرابی کمتر و عمر بالاتر دارند.

برای مثال، چندین پژوهش نشان داده اند که استفاده از تکنولوژی های نوین برای خودروهای سنگین می تواند باعث کاهش مصرف سوخت تا 50 درصد و کاهش تولید گاز دی اکسید کربن تا 60 درصد شود.

اعمال استانداردهای محیط زیستی سخت گیرانه برای کاهش آلودگی هوا:

اعمال استانداردهای محیط زیستی سخت گیرانه، عامل دیگری در کاهش آلودگی هوا است. استانداردهای محیط زیستی، قوانین و مقرراتی هستند که توسط دولت ها و سازمان های بین المللی برای کنترل و محدود کردن تولید و تخلیه آلاینده های محیط زیست توسط خودروها و صنایع ابلاغ می شوند. این استانداردها، معمولا، حداکثر مقدار آلاینده های مجاز را برای هر نوع خودرو و سوخت مشخص می کنند. برای رعایت این استانداردها، راه های زیر را می توان پیش گرفت:

  • استفاده از سوخت های پاک و با کیفیت بالا برای خودروها. سوخت های پاک و با کیفیت بالا، سوخت هایی هستند که دارای مقادیر کمتری از گوگرد، سرب، نیتروژن و ذرات جامد هستند. این سوخت ها، باعث کاهش تولید گازهای گلخانه ای و ذرات جامد می شوند.
  • استفاده از دستگاه های کنترل آلودگی برای خودروها. دستگاه های کنترل آلودگی، قطعات و لوازم جانبی خودرو هستند که با استفاده از فرآیندهای شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیک، آلودگان را از گازهای خروجی خودرو جدا یا تبدیل می کنند. مثلا، کاتالیزور (مبدل) فلزات گرانبها، دستگاه کنترل آلودگی است که با استفاده از فلزات گرانبها مانند پلاتین، پالادیوم و رودیوم، گازهای نوکس (NOx)، منوکسید کربن (CO) و هیدروکربن (HC) را به گاز دی اکسید کربن (CO2)، آب (H2O) و نیتروژن (N2) تبدیل می کند.
  • اجرای برنامه های بازرسی و تعمیر خودروها. برنامه های بازرسی و تعمیر خودروها، برنامه های عملکرد و نظارت دولت هستند که با استفاده از تست ها و ابزارهای اندازه گیری، عملکرد و آلودگان خودروها را بررسی و در صورت لزوم، تعمیر یا جایگزین می کنند.

اعمال استانداردهای محیط زیستی سخت گیرانه برای کاهش آلودگی هوا:

اعمال استانداردهای محیط زیستی سخت گیرانه، عامل دیگری در کاهش آلودگی هوا است. استانداردهای محیط زیستی، قوانین و مقرراتی هستند که توسط دولت ها و سازمان های بین المللی برای کنترل و محدود کردن تولید و تخلیه آلاینده های محیط زیست توسط خودروها و صنایع ابلاغ می شوند. این استانداردها، معمولا، حداکثر مقدار آلاینده های مجاز را برای هر نوع خودرو و سوخت مشخص می کنند. برای رعایت این استانداردها، راه های زیر را می توان پیش گرفت:

  • استفاده از سوخت های پاک و با کیفیت بالا برای خودروها. سوخت های پاک و با کیفیت بالا، سوخت هایی هستند که دارای مقادیر کمتری از گوگرد، سرب، نیتروژن و ذرات جامد هستند. این سوخت ها، باعث کاهش تولید گازهای گلخانه ای و ذرات جامد می شوند.
  • استفاده از دستگاه های کنترل آلودگی برای خودروها. دستگاه های کنترل آلودگی، قطعات و لوازم جانبی خودرو هستند که با استفاده از فرآیندهای شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیک، آلودگان را از گازهای خروجی خودرو جدا یا تبدیل می کنند. مثلا، کاتالیزور (مبدل) فلزات گرانبها، دستگاه کنترل آلودگی است که با استفاده از فلزات گرانبها مانند پلاتین، پالادیوم و رودیوم، گازهای نوکس (NOx)، منوکسید کربن (CO) و هیدروکربن (HC) را به گاز دی اکسید کربن (CO2)، آب (H2O) و نیتروژن (N2) تبدیل می کند.
  • اجرای برنامه های بازرسی و تعمیر خودروها. برنامه های بازرسی و تعمیر خودروها، برنامه های عملکرد و نظارت دولت هستند که با استفاده از تست ها و ابزارهای اندازه گیری، عملکرد و آلودگان خودروها را بررسی و در صورت لزوم، تعمیر یا جایگزین می کنند.

برای مثال، چندین پژوهش نشان داده اند که اعمال استانداردهای محیط زیستی سخت گیرانه برای خودروهای سنگین می تواند باعث کاهش تولید گاز دی اکسید کربن تا 80 درصد و ذرات جامد تا 90 درصد شود.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *