طراحی و ساخت سامانه ارتقا راندمان کاتالیست با استفاده از سیستم فوتو ولتائی جهت کاهش نشر آلاینده ها در مرحله استارت سرد یک موتور احتراق داخلی

موتور های احتراق داخلی، مولد انرژی و از پرکاربردترین فن آوری ها در صنایع حمل و نقل هستند. احتراق ناقص سوخت های فسیلی در موتورهای احتراق داخلی همواره همراه با محصولات احتراق از قبیل منوکسید کربن، هیدروکربورها، اکسیدهای گوگرد، اکسید های نیتروژن و ذرات معلق می باشد. بطور کلی در انواع موتور ها آلاینده های ناشی از سوخت ها، 90% از نوع گازی و10% آن به صورت ذرات معلق می باشند. مسئله آلودگی هوا از مشکلات حاد و بحرانی در کشور و بویژه در کلانشهر ها بشمار می رود. این آلاینده ها از نظر زیست محیطی، کارکرد و فرسودگی اجزای مختلف موتور بسیار زیانبار هستند. تا کنون تلاشهای زیادی برای کاهش نشر این آلاینده ها از طریق تغییر در مکانیزم های موتور های احتراق داخلی، بهبود نوع و کیفیت سوخت مورد استفاده، بهبود شرایط کارکرد این گونه موتورها و استفاده از سیستم های کنترلی پیشرفته تر، انجام شده است. در طی یک دهه ی اخیر عمده فعالیت ها و کار های پژوهشی در جهت کاهش این آلاینده ها از خروجی اگزوز موتور های احتراق داخلی، معطوف به بکار گیری مبدل های کاتالیستی جهت تبدیل این آلاینده ها به موادی حتی الامکان پاک یا با سمیت و تخریب پایین تر بوده است. یک فرآیند مهم آلودگی در موتورهای احتراق داخلی، احتراق ناقص و نسبتا بسیار آلاینده زا در مرحله ی استارت سرد می باشد. بطوریکه عمده ی آلاینده های هیدروکربوری در طی این مرحله ی گذار تولید می گردد. جهت کاهش آلاینده های خروجی در مرحله ی استارت سرد تدابیر متنوعی اندیشیده شده است که هر یک مزایا و محدودیت هایی دارند. در این پژوهش پس از امکان سنجی اولیه و با توجه به نیازمندی های گرمایشی کاتالیست در مرحله ی استارت سرد و بر مبنای مدل ها و محاسبات نظری یک سامانه ی پیش گرمایش الکتریکی برای مبدل کاتالیستی قابل نصب بر روی موتور تک سیلندر بنزینی طراحی و ساخته شد. برای تامین توان الکتریکی مورد نیاز این سامانه از یک سامانه ی فتوولتایی استفاده گردید. پس از هماهنگ سازی مجموعه، سلسله آزمایش هایی جهت سنجش میزان اثربخشی سامانه در کاهش آلاینده های منتشره طراحی کرده و به انجام رسید. نتایج تحلیل داده ها میانگین کاهش 86/15 درصدی در میزان آلاینده های اصلی در مرحله ی استارت سرد را نشان می دهد. به طوریکه این میزان برای آلاینده ی هیدروکربوری 66/16درصد بود و برای آلاینده ی منوکسید کربن 06/15 درصد کاهش در انتشار آلایندگی در مرحله ی استارت سرد (در اینجا 40 ثانیه ی ابتدایی پس از شروع به کار موتور) حاصل گردید. با توجه به مجزا بودن سامانه از مجموعه موتور، کاهشی در توان مفید تولیدی موتور مشاهده نشد.