الدور المركزي للاعتداء بعد انتهاء التدريب في مسابقات أوتو سيكل

وقد مكن محركات الحرق المتحركة التي تعمل في دورة أوتو من التنقل الشخصي لأكثر من قرن، وفي حين أن هيكلها الأساسي لا يزال مماثلاً للتصميمات المبكرة، فإن الغاز المستنفد الذي يترك العجلة اليوم مختلف اختلافاً جوهرياً، إذ أن المركبات الغازية الحديثة لا تبث سوى جزء من الملوثات التي ينتجها أسلافها، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى العادم المتطور بعد نظم المعالجة، وهذه الأجهزة تؤدي إلى تحويل أهداف المحركات المسببة للتنوعة من الناحية الكيميائية إلى غازات الاحتياجية

وتبحث هذه المادة كيفية تطور تكنولوجيا المعالجة بعد دورة أوتو، والمكونات الرئيسية التي تنظف مسار العادم، والأنظمة التي تدفع إلى اعتمادها، والتحديات الهندسية التي لا تزال تشكل تنميتها، ومن ثلاثة محادر حفازة إلى مرشحات الجسيمات الغازية واستراتيجيات الحرق الجسيمي، يجب أن تعمل كل قطعة من المعدات والبرامجيات في انسجام مع المعايير التي تنظر الآن في قيادة العالم الحقيقي وليس فقط دورات مختبرية.

Understanding Emissions from the Otto Cycle

ويحرق محرك دورة Otto مزيجا من الهواء والوقود داخل أسطوانة، وعندما يكتمل الاحتراق، فإن المنتجات المثالية ستكون ثاني أكسيد الكربون، والبخار المائي، والنيتروجين (N2). وفي الواقع، فإن الاحتراق لا يكون مثاليا أبدا، فالتغيرات المحلية في درجة الحرارة، وقوة المخلوط، وتكاثر اللهب تنتج مجموعة من الملوثات المنظمة:

  • Carbon monoxide (CO) ] - a toxic gas formed when there is insufficient oxygen to fully oxidize carbon in the fuel. CO binds with hemoglobin in the blood, reducing oxygen delivery to tissues.
  • Unburned hydrocarbons (HC)] - molecules that escape combustion, often due to flame quenching near cylinder walls or incomplete mixing. Hydrocarbons contribute to ground-level ozone and smog, and some species are carcinogenic.
  • Nitrogen oxides (NO and NO2, collectively NOx)] - formed at high temperatures when nitrogen and oxygen in the air react. NOx is a keyulf to acid rain, ground-level ozone, and respiratory irritants that aggravate asthma.
  • Particulate matter (PM)] - especially relevant with gasoline direct injection (GDI) motors, where fuel spray hit piston surfaces or incomplete mixing can generate soot particles. These fine particles penetrate deep into the lungs and have been linked to cardiovascular disease.

وتشغل محركات دورة الهواء غير المستعمل أساساً قرب نسبة الوقود المحتوي على متغيرات الهواء (اللامبدا = 1)، حيث يوجد ما يكفي من الأكسجين لحرق جميع الوقود، وهذه النافذة الضيقة حاسمة بالنسبة لتشغيل أكثر أجهزة المعالجة انتشاراً - وهي المحولات المحفزة الثلاثة - لأن تحويلها المتزامن إلى جميع الملوثات الرئيسية يتطلب تركيبة شديدة من الغازات العادمة الخاضعة للمراقبة.

ويحدث الحقن المباشر للغازات تعقيدا إضافيا، إذ يمكن أن يخترق الوقود المضخم مباشرة إلى الملوِّنات السطحية أو جدران الإسطوانات قبل التهرب الكامل، مما يخلق مناطق غنية بالوقود محليا تتحول إلى جزيئات سامية من الكربون، وبالتالي فإن التحول من حقن وقود الموانئ إلى GDI، بدافع من الاقتصاد الوقود وتحسينات كثافة الطاقة الكهربائية، قد زاد

The Regulatory Landscape

(ب) أن معايير الانبعاثات بالنسبة للمركبات غير المحتوية على مركبات خفيفة تعمل بالغاز قد شدّدت بشكل كبير على مدى العقود الأربعة الماضية، وفي الولايات المتحدة، تُحدّد وكالة حماية البيئة ومجلس الموارد الجوية في كاليفورنيا الحدود القصوى للمركبات التي تُعدُّ على أساس الصفر، وتُحدّد هذه المركبات من المستويات القصوى القصوى، وتُحدّد الآن معايير الدفع الدنيا (المركبات) التي تُستخدم على نحو تدريجي():

وفي أوروبا، يُلزم معيار " المقياس " الحالي للمركبات ذات الفلورية المتعددة الأطراف، سواء من المختبر أو من خلال اختبارات الدافع الحقيقي، أما بالنسبة للسيارات الغازية، فإن معامل تطابق المقياس غير الملاحظ على الطريق هو الآن 1.43 أعلى من الحد الأقصى للمختبر البالغ 60 ملغم/كغم، ويُنفّذ بفعالية الانبعاثات حوالي 86 ملغم/كغم في إطار مجموعة واسعة من شروط القيادة.

وهذه الأنظمة ليست ثابتة، إذ أن اختبار الامتثال في العالم الحقيقي باستخدام نظم قياس الانبعاثات المحمولة قد كشف عن وجود اختلافات كبيرة بين دورات التبريد من نوع إلى آخر والحركة الفعلية، وبالتالي فإن صناع السيارات يجب أن يصمموا بعد نظم المعالجة التي تؤدي بشكل قوي عبر درجات الحرارة والارتفاع والأسلوب المحركي والحمولة، وليس فقط على أثر محدد مسبقاً، بل إن معامل تطابق الحركة في المناطق الحضرية قد أُشد أيضاً، مما يتطلب مناً أن تكون عالية الجودة

Core After-Treatment Technologies for Otto Engines

ثلاثة محاورة حافزة (TWC)

أما المحول الحافز الثلاثي فيتمثل في التحكم في الانبعاثات بالنسبة للمحركات المحتوية على محركات محرك مشتعلة من القماش، حيث تدار في عبوة من القماش غير الملموس، وتحتوي اتفاقية الأسلحة الكيميائية على مادة من مادة التخصيب ذات الكبريت الخزفية أو الفلزية المزودة بغطاء غسيلي يحتوي على غسيل من المعادن الثمينة (Pt) والبلاد.

ويحقق العاملون في مجال الأسلحة التقليدية في الوقت نفسه كفاءة تحويلية تزيد عن 98 في المائة بالنسبة لثاني أكسيد الكربون وثانية HC و95 في المائة بالنسبة لثاني أكسيد النيتروز بمجرد أن يصل المحفز إلى درجة حرارة النور (نحو 300 إلى 350 درجة مئوية) ويحد أكبر من درجة الحرارة العالية التي تتحول إليها في مرحلة ما قبل الارتداد، حيث يخفض عدد الثواني الحفازة التي تُقل إلى أقل من درجة حرارة.

وتستمر تركيبة الغسالات في التطور، حيث تستخدم البيوت الجديدة هياكل مطبقة حيث تُعالج طبقة داخلية غنية بالفلاديوم الأكسدة بينما تُستهدف طبقة الروديوم الخارجي تخفيض الثعلب، وتمنع هذه المنطقة من ردود الفعل بين المعادن الثمينة في درجات الحرارة العالية التي من شأنها أن تقلل من النشاط التحفيزي، بالإضافة إلى ذلك، فإن المثبطات المتقدمة مثل الاختلالات الحرارية والبارية تثبطتات

قاذفة قنصلية

ويدل حجم التلقيح الجسيمي على أن حجمه يرتفع إلى 55 درجة مئوية من المقاييس الحرارية، ويقلل من حجمه من المقاييس الجامدة إلى مستوى أعلى من الديموغرافيا، ويقلل من حجمه من المقاييس الديموغرافية، ويقلل من حجمه من المقاييس الديموغرافية، ويقلل من درجة حرارة الارتداد إلى النصف، ويلتقط النسيجات الخلوية من خلال قنوات النسيجية المتناظرية

ومع ذلك، فإن تجديد قاعدة بيانات الطاقة العالمية يحدث بصورة سلبية في ظروف القيادة العادية لأن درجات الحرارة في العادم الغازي تتجاوز بانتظام 500 درجة مئوية، مما يتيح استمرار تأكسد الفول السوداني المحاصر من جراء زيادة الأكسجين، ويضم بعض النظم معاطفاً محفزة على المرشّح إلى درجة حرارة الرشّة المضغوطة، ويحافظ على تحويل ثاني أكسيد الكربون إذا وضعت الشبكة العالمية لتركيب الأميال.

نوكس بعد التدريب على ليان - بورن أوتو إينجين

٢٥٠ درجة مئوية من المحركات الغازية تعمل على الأشعة السينية، بينما تُحدث معظم المحركات الغازية فوق المقياس المغناطيسي، وتُخفض كفاءة الفلور الفلورية المضغوطة من حيث الحرارة العالية، وتخفض هذه المحركات من درجة حرارة النيتروز إلى ٥ درجات مئوية، وتُستخدم في ذلك في عمليات الغسل النيتروز الثمينة التي تُستخدم في المادة ٥٠ من المادة الثانية.

أما نظاماً من المواد الخاملة، فهو يُعدّ حلاً مائياً غير مربوط بالماء الطبيعي (AdBlue) في مستهل محفز مكرس، حيث يتفاعل الأمونيا مع مادة النيتروز، ويعرض على نحو متزايد كفاءة التحويل وخط حرارة حرارية أكبر (200-500 درجة مئوية) مقارنة بمستوى الحرارة المتوازية عند مستوى التركيز الحرجي.

Oxygen Sensors and closed —Loop Control

ويتوقف أداء العلاج على تحديد نسبة الوقود بدقة. فأجهزة استشعار الأكسجين التي تستخدم في صنع الزرنيخ - على حد سواء، تستخدم في أجهزة الاستشعار قبل احتباس الكبريت، وتتجنب نوع النطاق الواسع لمستوى قياس درجة الحرارة الميكانيكية التي تنجم عن الأشعة فوق البنفسجية، وتتجنب هذه المقاييس المقياساتجية الحافزة التي تُجرى عند مستوى الحرارة عند التحلل التدريجي.

وقد تقدمت أجهزة الاستشعار ذات النطاق الواسع من الأكسجين إلى نقطة يمكن فيها قياس الحمى بدقة تبلغ 0.001 عبر نطاق التشغيل الكامل (من درجة حرارة 0.65 في حالة الإثراء البارد إلى 1.6 في حالة حروق السائل) وهذه الدقة تتيح إمكانية تحويل أنواع الوقود المحددة في محركات مجهزة بمجسات فردية في كل مقياس من أجهزة القياس(أ)

التكامل بين النظم والإدارة الحرارية

ويؤثر عنصر التكسين المادي لمكونات المعالجة بعد تأثير عميق على الأداء، إذ إن وجود محرك مربوط قريب يخفض فترة الإضاءة، ولكنه قد يحد من الذروة بسبب زيادة الضغط الخلفي، حيث أن عوامل التحفيز تحت الأرض، تظل أكثر تبريدا، وتتطلب تدابير حرارية إضافية، ويزيد من قدرة المحركات المتحركة التي تعمل في شكل حراريات، لأن مستخرجات التربين من الغاز المستنفد، مما يؤدي إلى تأخير الاحترار في عنصر الكهربة.

كما أن الإدارة الحرارية تحمي الحفاز من الضرر، إذ يمكن أن تزيد الحمولات العالية المحتوية على درجة حرارة العادم فوق الحد الآمن للغاز الغاسل، مما يؤدي إلى تداخل المعادن الثمينة وفقدان دائم لمحرك سطحي نشط، ومن أجل منع ذلك، تثري وحدة التحكم في المحرك الأميال التي تُعاد تدويرها مع زيادة الوقود، مما يؤدي إلى زيادة مؤقتة في ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون، ويجب أن تتحول إلى نماذج حرارة حقيقية.

ويتزايد تقييد عبوة النظام المستعمل عن طريق تقاسم منصة المركبات والحاجة إلى استيعاب مضيق الطاقة الهجينة، إذ يجب أن تكون المحولات المغلقة في الحيز المحدود بالقرب من حجر المحرك، مما يرغم أحجام الحافظة الفرعية على الانكماش مع الحفاظ على القدرة على التدفق، وقد اعتمد بعض الصانعين محفزاً محفزاً على الارتداد من حيث الشكل العرقي، وذلك لتحسين استخدام حجم التغليف المتاح.

Real — World Durability and Emission Compliance

وتستلزم أجهزة التكوين الإسطواني أن تحافظ نظم المعالجة على وظيفتها على مدى 000 150 ميل (أو 000 160 كيلومتر) من الحياة المفيدة، وأن تسمم المواد الكيميائية من مضافات النفط (الزنك والفوسفور والكلسيوم) وغاز الكبريت المحمّل بصورة دائمة، وأن تشكل الطبقات الزجاجية على مركب الغسيل، وتمنع المواقع النشطة، بينما تُستخدم أكسيدات الأوكسجين في المحركات

كما أن تركيبات الرش المحتوية على الجسيمات المحتوية على رش من حيث الحرق النفطي، التي تزيد تدريجياً من الضغط على ظهرها، وقد تتطلب في نهاية المطاف تنظيف أو استبدالها، وخلافاً لمرشحات الديزل التي يمكن أن تتراكم كميات كبيرة من الفول السوداني قبل أن يصبح الضغط الرجعي حرجاً، تعمل أجهزة تنبيهية ذات حجم منخفض إلى حد كبير، بحيث تتجاوز تركيبات الجوز.

(أ) اختبارات الانبعاثات ذات القدرة على الدفع الحقيقي قد كشفت عن نقاط ضعف في استراتيجيات سابقة لمراقبة الانبعاثات، فعلى سبيل المثال، يمكن أن تتطلب نظم التحميل على أساس التسارع الشديد أو على الطرق السريعة الارتفاع المتحركة خلائط ثرية تتجاوز قدرة تخزين الأكسجين في اتفاقية الأسلحة التقليدية، مما يؤدي إلى حدوث ارتفاعات طفيفة في الأشعة دون الحمراء.

التحديات والابتكارات الناشئة

وهناك عقبات عديدة بين التكنولوجيا الحالية والأهداف المستقبلية للانبعاثات ذات الأثر الصفري، بينما تحفز ارتفاع تكلفة معادن مجموعة البلاتينوم، ولا سيما الرويديوم والفلاديوم، البحوث في مجال الحد من مخاطر التراكم الأحيائي والحوافز الخالية من الدي جي ميكروغرام، ويمكن أن تحل تركيبات المغسلة المتقدمة ذات الهياكل الحفازة أو العمود الفقري محل بعض الوظائف المعدنية الثمينة.

كما أن التوائم الرقمية - نماذج حاسوبية عالية الجودة لمهندسي خط العادم بأكمله - لتعظيم التحميل الحفاز، والمسح الأرضي الفرعي، والعزل الحراري دون إجراء تجارب واسعة النطاق في مجال المعدات، وهذه النماذج، التي تم التحقق منها بواسطة الورقات التقنية الخاصة بالشبكة، تقطع فترة التطوير وتتيح التكيف السريع مع الأنظمة الجديدة.

وتعطي زيادة الكهربة فرصة وتحدية على السواء، إذ تغلق المركبات الهجينة المحركات في كثير من الأحيان، وتبريد نظام المعالجة بعد التعرض للإصابة بظواهر متكررة من حيث الطفح، ومن ناحية أخرى، يمكن لمحرك محرك حراري يبلغ ٤٨ مركبة أن يسخن الحافز ويحافظ على درجة الحرارة أثناء فترة تشغيل المحركات المتحركة، وقد تحتاج هذه المركبات إلى محفزات نشطة قبل أن تفرغها.

كما أن عملية الاحتراق الهيدروجينية لا تزال تُناقش كمسار للحرق الداخلي المحايد الكربوني، غير أن حرق الهيدروجين داخل دورة Otto لا يزال يولد خاماً غير ملاحظاً بسبب ارتفاع حرارة اللهب، وإن لم يكن هناك تركيز على تركيبات الغاز المحتوي على الهيدروجين أو الزئبق.

النظر إلى الرأس: معايير أكثر صرامة ومحركات المزاج

ومن المتوقع أن تؤدي المقترحات المقدمة من الولايات المتحدة بشأن المركبات غير المزودة بمقياس للجرعات إلى ارتفاع متوسطها، إلى زيادة تركيزها على مركبات الغازولين بمقدار 200 ميل/ميل، مع زيادة القيود على عدد الجسيمات التي تشدد على الأمونيا، وربما إلى حد جديد من التحلل الحراري، مما يتطلب مزيجاً من التكنولوجيات: أي كمية من الغازات ذات القيمة المضافة بالنسبة للانبعاثات غير المبردة، ومقياساً من مركبات الغاز المكسيد الكربون المشبع بالفلورية،

يمكن أن تسمح بيانات المركبات المُوصَلة في القريب العاجل بإجراء فحص للامتثال ليس فقط في مرحلة التصديق ولكن بشكل مستمر في الميدان، وقد يكون التشخيص على متن المركبة يرصد بالفعل كفاءة الحفازة، ولكن الأنظمة المستقبلية قد تتطلب من المركبة بث مقاييس أداء الانبعاثات دون ذكرها، مما يمكِّن السلطات من تحديد المركبات ذات التردد العالي، ويدعوها إلى الصيانة، وهذا الرصد في الاستخدام سيزيد من التركيز على وجود نظام قوي ودائم بعد المعالجة يحافظ على أداءها في جميع أنحاء العالم الحقيقي(2).

وتظهر البحوث التي نشرها U.S. EPA] أن العمل السليم بعد المعالجة يمكن أن يقلل تركيزات النيتروز في المناطق الحضرية بنسبة تصل إلى 90 في المائة مقارنة بالمركبات غير الخاضعة للمراقبة، ومع تحديث الأسطول العالمي تدريجياً، فإن المحركات التي تستخدم في دورة المياه تظل صالحة في عالم يتدهور فيه الكربون، يجب أن تحقق ما يقرب من هدف من إنتاج ذيل صفري.

خاتمة

أما نظم المعالجة بعد التعرض لم تعد عنصراً مضافاً؛ فهي أساسية بالنسبة لهوية محركات دورة الأوتو الحديثة؛ أما المواد المحفزة الثلاثة، ومرشيح الجسيمات المزودة بالغاز، فتظل محركاً متطوراً، ومركباتاً محفزة غير مكتملة، وأجهزة كهربية محركية متطورة، فهي تشكل معالم متكاملة للمواد الكيميائية التي تحول عملية الاحتراق المتسخ إلى محول للطاقة النظيفة.