الرئيسية ميكانيكا سيارات نظم التحكم فى إنبعاثات العادم فى محرك السيارة Emission Control Systems

ميكانيكا سيارات

نظم التحكم فى إنبعاثات العادم فى محرك السيارة Emission Control Systems

Hisham Ali 0

A+ A-

نظم التحكم فى إنبعاثات العادم فى محرك السيارة ( Emission Control Systems )

أنطمة التحكم فى إنبعاثات العادم ( Emission Control Systems )

 و وظيفة هذه الأنظمة لتقليل كمية الغازات الضارة و الملوثة للبيئة الناتجة من محركات السيارات ، و هذه الغازات أو الإنبعاثات يوجد منها أربع أنواع :-

1. الهيدروكربونات ( HC ) :- و هذه الإنبعاثات تنتح من الوقود الغير كامل الإحتراق أو من تبخر الوقود .
2. أول اكسيد الكربون ( CO ) :- وهذا الغاز ينتج من وقود محترق إحتراقاً جزئياً ، و هو أخطر أنواع الإنبعاثات ، فهو ليس له لون أول رائحة ، و لكنه مميت إذا تم إستنشاقه بكميات كبيرة ، لأنه يتحد مع أوكسجين الموجود فى الدم فى جسم الإنسان فيمنع وصوله إلى أنسجة الجسم ، تزداد كمية هذا الغاز فى العادم ، إذا كان خليط الوقود غنى ( أى نسبة الوقود أعلى من الهواء ) .
3. أكاسيد النيتروجين ( NOx ) :- و هذه الأكاسيد تنتج من وجود حرارة عالية أثناء الإحتراق ن وهى غازات ذات لون بنى ، و تسبب أضرار بالعين و الجهاز التنفسى للإنسان .
4. المواد الصلبة بالعادم ( Particulates ) :- و المقصود بها الجزئيات الناتجة من الكربون و إضافات الوقود و التى تخرج من ماسورة العادم و الشكمان ، هذه المواد تكون أكثر فى محركات الديزل .

- و تأتى هذه الإنبعاثات من ثلاث مصادر أساسية فى المركبة ( السيارة ) :- 

1- بخار الوقود ( 20% ) .

2- الغازات المهربة إلى علبة المرفق بالمحرك ( 20% ) .

3- غازات العادم الناتجة من المحرك ( 60% ) .

- و يوجد هناك طريقتان أو وسليتان لتقليل الإنبعاثات الخارجة من المحرك أو من أنظمة العادم إلى المجال الجوى :- 

(1) عمل تعديلات على المحرك ( Engine Modifications ) .

- للحصول على أفضل نواتج للإحتراق ، يجب أن يكون إحتراق الوقود إحتراقاً كاملاً ، لذلك تم عمل بعض التعديلات لتحسين كفاءة الإحتراق  ومنها :-

1. إستخدام خليط فقير :- و هو أن يكون نسبة الهواء أعلى من نسبة الوقود فى الخليط ، و ذلك لتقليل نسبة HC و CO فى العادم ، فكمية الهواء الكبيرة تساعد على احتراق تام للوقود .
2. تقليل نسبة الإنضغاط :- فهى تساعد على تقليل إنبعاثات أكاسيد النيتروجين نظرأ لإنخفاض درجة حرارة الإحتراق ، و أيضاً تسمح بإستخدام وقود خالى من الرصاص ، وبالتالى تقل نسبة إنبعاث HC و يقل تكون المواد الصلبة بالعادم .
3. زيادة فترة تراكب الصمامات :- و فترة التراكب ( هى المدة التى يكون فيها صمام السحب و العادم مفتوحان فى نهاية شوط العادم و بداية شوط السحب ) ، و زيادة هذه الفترة تساعد على تقليل نسبة إنبعاثات أكاسيد النيتروجين ، بحيث يتم تلويث الشحنة النقية بالعادم الخارج و هذا يعمل على خفض درجة حرارة الإحتراق ،  وبالتالى تقل إنبعاثات NOx .
4. تقسيمة الصمامات و قواعدها :-  وهى من التعديلات اللازمة لمنع التآكل الزائد عند إستعمال وقود خالى من الرصاص ، لإن إضافات الرصاص تعمل كوسيط تزييت عالى الحرارة ، لذلك فهى مهمة .
5. الحجم الصغير لغرفة الإحتراق :- حيث أن المساحة الصغيرة لغرفة الإحتراق تزيد من كفاءة الإحتراق ، و بالتلى تقل كمية الحرارة المسربة من خليط الوقود إلى رأس الإسطوانات ، و تزداد الحرارة المتبقية لحرق الوقود .
6. رفع درجة حرارة التشغيل :- و تستخدم لتقليل إنبعاثات HC و CO .

(2) أنظمة التحكم فى الإنبعاثات ( Emission Control Systems ) .

- و يستخدم بعض أنواع أنظمة التحكم لتقليل إنبعاثات العادم الناتجة من محركات السيارات و الخارجة إلى الهواء الجوى ، و من هذه الأنظمة :-

1. نظام تهوية علبة عمود المرفق ( PCV System ) ( Positive Crankcase Ventilation ) .
2. نظام تسخين الهواء الداخل للمحرك ( Heated Air Inlet System ) .
3. نظام التحكم فى أبخرة الوقود ( Fuel Evaporation Control System ) .
4. نظام تدوير غازات العادم ( Exhaust Gas Re-circulation System ) ( EGR )  .
5. نظام حقن الهواء ( Air Injection System ) .
6. المحول الحفزى ( Catalytic Converter ) .

(1) نظام تهوية علبة عمود المرفق .

- يتم إستخدام هذا النظام لسحب الغازات المسربة التى تتولد بسبب تسرب الضغط من خلال شنابر المكبس فى شوط القدرة ، و تتكون هذه الغازات من HC و CO و مواد صلبة و كميات قليلة من المواد الحمضية ، لأنها يمكن ان تتسب فى :- 

1. صدأ اجزاء المحرك بسبب وجود الكبريت و المياه و HC .
2. تحلل زيت المحرك .
3. تكوين رواسب طينية تسبب فى انسداد ممرات الزيت .
4. تلوث الهواء الجوى ( CO و HC ) .

- و يوجد عدة أنظمة لتهوية عمود المرفق :- 

1. نظام التهوية المفتوح :- و فى هذا النظام يتم فيه خروج الغازات إلى الهواء الجوى ، و هذا نظام رديئ ، لأنه يتسبب فى تلويث الهاء الجوى ، ونقص الزيت و تلفه ، و زيادة إستهلاك الوقود .  
2. نظام التهوية الإيجابى المفتوح ( PCV System ) :- و فى هذا النظام يتم خروج العادم إلى مجمع السحب عن طريق صمام تهوية علبة المرفق ، ليتم حرقها مرة أخرى مع الشحنة الجديدة ، و هذا النوع أفضل من السابق و لكن به عيب واحد ، أنه فى حالة إنسداد الصمام يتم خروج الغازات إلى الهواء الجوى من خلال فتحة ملئ الزيت .
3. نظام التهوية الإيجابى المغلق ( PCV System ) :- و فى هذا النظام لايوجد فتحة تهوية فى غطاء ملئ الزيت للمحرك ، و هذا النظام يستخدم فى معظم السيارات الحديثة ، و نظرية عمل هذا النظام تتلخص فى وجود لى متصل بين مجمع السحب و صمام تهوية علبة المرفق ( PCV Valve ) ،  ومع دوران المحرك تتولد خلخلة فى منطقة علبة المرفق ( الكارتيره ) ، و يتم سحب الهواء من خلال فلتر الهواء عن طريق لى تصريف أخر إلى غطاء الصمامات فى الجانب الأخر و منه إلى علبة المرفق ، و هنا يتم الخلط بين الهواء النقى و أبخرة الوقود ( أبخرة علبة المرفق ) ، و يتم سحب هذا الخليط إلى مجمع السحب عن طريق صمام تهوية علبة المرفق ، و منه إلى غرفة الإحتراق داخل الإسطوانة ليت حرقها مع الشحنة الجديدة ، و بهذه الطريقة تم معالجة خروج الغازات إلى الهواء الجوى فى حالة السرعات العالية ، أو إنسداد الصمام ، و بالتالى تم التخلص من الأبخرة الضارة ، و منع الأبخرة من الوصول إلى الهواء الجوى ، و تحسين إستهلاك الوقود .

(2) نظام تسخين الهواء الداخل للمحرك ( Heated Air Inlet System ) .

- و يساعد هذا النظام فى سرعة الوصول إلى درجة حرارة التشغيل للمحرك ، فهو يقوم بالمحافظة على درجة حرارة الهواء الداخل للمحرك عند حوالى 21 ْ ، و بالمحافظة على ثبات درجة الحرارة للهواء ، يمكن معايرة نظام حقن المحرك ، بحيث يعطى خليطاً فقيراً ، يعمل على تقليل الإنبعاثات ، و يتكون النظام من صمام حرارى يتم تركيبه فى فلتر الهواء ، للتحكم فى موتور الخلخلة و باب التحكم الحرارى ، و يتم توصيل أنبوب إمداد للخلخة بين المحرك و الصمام الحرارى ، و أنبوب أخر بين الصمام الحرارى و موتور الخلخة ( و هو عبارة عن رداخ ) ، و يقوم موتور الخلخة ( رداخ التخلخل ) بتشغيل بوابة التحكم فى الهواء بمدخل فلتر الهواء ، ويتكون هذا المونور من رداخ و نابض و ذراع و غرفة الرداخ ، فعند تطبيق الخلخلة على الموتور ، يتم سحب الرداخ و الذراع إلى أعلى فيتحرك باب فلتر الهواء ، و تتلخص فكرة هذا النظام فى ( بوابة فلتر الهواء تتحكم فى دخول الهواء البارد و الهواء الساخن ، لما تكون البوابة مفتوحة بيدخل الهواء البارد من الخارج إلى المحرك ، و لما بتكون البوابة مغلقة بيدخل الهواء الساخن من حول مجمع العادم إلى المحرك ) .

(3) نظام التحكم فى أبخرة الوقود ( Fuel Evaporation Control System ) .

- و يعمل هذ النظام على منع خروج بخار الوقود من أنظمة الحقن و من خزان الوقود إلى الهواء الجوى ، و هذه الأبخره عبارة مركبات هيدروكربونية و هى من أخطر ملوثات الحياة ، ومصادر إنبعاث هذه الهيدروكربونات :-

• غازات العادم .
• فتحات التهوية للمغذى و خزان الوقود .
• علبة المرفق .

- و يتكون هذا النظام من :- 

1- غطاء خزان الوقود :- تم تصيم هذا الغطاء لمنع تسرب سائل الوقود أثناء إنقلاب المركبة ، و منع تسرب أبخرة الوقود إلى الهواء الجوى من خلال عنق خزان الوقود ، و ينكون هذا الغطاء من صمامين ( صمام ضغط - صمام تخلخل ) ، فـ صمام الضغط لحماية الخزان من الضغط الزائد نتيجة للتمدد الحرارى للوقود ، وصمام التخلخل لحماية الخزان من الإنكماش أثناء سحب الوقود من الخزان ، فهو يسمح بدخول الهواء تعويضاً عن الموقود المسحوب بـ مضخة الوقود فى حالة إنسداد فتحة تهوية الخزان .

2- خزان إضافى للتمدد :- و يوضع داخل الخزان الأساسى ،  وهو خاص بالتمدد و يوجد به مجموعة من الثقوب يتم إختيار عددها و قطرها على حسب حجم الخزان الأساسى ، مما يبقي حجماً خالياً فى أعلى الخزان ، بحيث يسمح بتمدد الوقود أو البخرة الناتجة عن الوقود و هذا ما يسمى بــ ( قبة هواء الخزان ) ، و هى تشكل فراغاً تصل إلى نسبة 10% من حجم الخزان .

3- وحدة فصل الأبخرة عن السائل :- و هذه الوحده تستخدم لمنع دخول الوقود السائل إلى منظومة التحكم فى تبخير الوقود ( علبة الفحم ) ، و يوجد منها ثلاث أنواع شائعة الإستخدام :-
(1) الخلية الإسفنجية المفتوحة :- و هى عبارة عن خلية إسفنجية داخل حيز صغير به فتحتان ، الفتحة العلوية بها خانق فنشورى و ماسورة مركب عليها خرطوم يصلها بعلبة الفحم ، و الفتحة السفلية تسمح بمرور أبخرة الوقود ، و يتم تركيب هذه الوحدة فى منتصف الجزء العلوى للخزان .

(2) الماسورة الواقفة :- و هذه الوحدة تتكون من عدد من الأنابيب ذات أطوال مختلفة ممتدة و متصلة بأركان الخزان ، ويوجد بهذه الوحدة خط تهوية متصل بمنطقة التخزين فى علبة الفحم و التى تتصل بأعلى أنبوب ، و تركب هذه الوحدة أعلى خزان الوقود فى وضع رأسي ، و الأنابيب الممتدة ذات الأطوال المختلفة تعمل على تهوية الخزان اثناء استهلاك المحرك للوقود ، و أحد من هذه الخطوط يعمل على إرجاع الوقود السائل مرة أخرى إلى الخزان فى حالة وجود أو تجمع قطرات الوقود فى وحدة الفصل ، وبالتالى تعمل هذه الوحدة على منع وصول الوقود السائل إلى علبة الفحم .

(3) العوامة :- و يتم تركيب العوامة أعلى الخزان ، وفى بعض السيارات يتم تركيبها فى الخزان ، و للعوامة صمام مدبب و ياى موضوع داخل جسم له فتحتان ( فتحة علوية - فتحة سفلية ) ، و الفتحة السفلية تسمح بمرور الأبخرة إلى جسم العوامة ، و الفتحة العلوية بها خانق فنشورى و ماسورة بها خرطوم متصل بعلبة الفحم ، و فكرة عمل هذه العوامة " عند زيادة ضغط الأبخرة ، يتم دفع العوامة إلى من خلال الياى ليتم فتح الصمام المدبب لمرور الأبخرة إلى علبة الوقود " .

4- علبة الفحم :- و وظيفة علبة الفحم أنها تقوم بتخزين بخار الوقود الناتج من خزان الوقود أو المغذى عند عدم عمل المحرك ، وبعد تشغيل المحرك فإن الخلخلة الناتجة من مجمع السحب تسحب الأبخرة عن طريق تمرير الهواء الجوى إلى العلبة و منها إلى مجمع السحب ، و تصنع هذ العلبة من المعدن أو البلاستيك و تملأ ببلورات فحم نشطة تعمل على إمتصاص بخار الوقود و منع هروبها إلى الهواء الجوى ، و يوجد أعلى العلبة أماكن تركيب لخط تصريف خزان الوقود و أخر للمغذى و أخر للتنظيف ، وفى أسفل العلبة يوجد فلتر هواء صغير يعمل على تنظيف الهواء الدخل إلى العلبة .

(4) نظام تدوير غازات العادم ( Exhaust Gas Re-Circulation System ) ( EGR System ) .

- و هذا النظام يسمح لغازات العادم المحترقة بالدخول إلى مجمع السحب ، لتخقيض درحة حرارة إحتراق الخليط ، و بالتالى تقليل إنبعاثات NOx فى العادم ، و هذا النظام لايعمل فى كل فترات تشغيل المحرك ، و لكن يعمل فى خلال الأحوال الأتية :- 

• عندما يعمل المحرك عند درجة حرارة التشغيل العادية .
• عندما تسير المركبة بسرعة 48 إلى 112 كم/س .

- و يمكن إرجاع غازات العادم بطريقيتين ، و هما :-

1- إرجاع غازات العادم داخلياً :- و تتم هذه العملية من خلال التحكم فى فترة تراكب الصمامات ( و هى الفترة التى يكون فيها صمام السحب و صمام العادم مفتوحين فى نفس الوقت ) ، وبزيادة هذه الفترة تزداد نسبة العادم المتبقية ، ولكن إذا زادت الفترة عن الحد المطلوب فإنها تتسبب فى عدم إستقرار المحرك .

2- إرجاع غازات العادم خارجياً :- و تم إستخدام هذه الطريقة بدلاً من الطريقة الأولى لصعوبة التحكم فى فترة التراكب ، و صعبة الوصول إلى القيم المحددة لأكاسيد النيتروجين ، و لذلك تم إستخدام طريقة إرجاع العادم خارجياً ، و هناك ثلاث أنظمة تتحكم فى غازات العادم :- 

1. منظومات نيوماتية ( Pneumatic Systems ) .
2. منظومات ميكانيكية ( Mechanical Systems ) .
3. منظومات إلكترونية ( Electronic System ) .

المنظومتان النيوماتية و الميكانيكية لهما عيب و هو عدم القياس الدقيق لكمية العادم الراجعة و النى تؤدى إلى خشونة المحرك ، و زيادة إنبعاثات الهيدروكربونات ، و لكن المنظومة الإلكترونية تعطى قياسات دقيقة لجميع ظروف التشغيل الخاصة بالنظام ، و لكن للعلم كل منظمات التحكم EGR تؤدى إلى رواسب صلبة مع مرور الزمن ، مما يؤدى إلى إعاقة فى الصمامات أو فى خطوط التدفق مما يقلل كمية غازات العادم الراجعة .

أجزاء المنظومة الإلكترونية 

أجزاء صمام EGR 

- و يتكون نظام تدوير غازات العادم البسيط من صمام لتدوير غازات العادم ( EGR Valve ) ، و خط خلخلة متصل بالمغذى ، و صمام EGR يعمل بالخلخلة و يركب فى مجمع السحب بالمحرك ، و يتكون الصمام من غشاء تخلخل مطاطى ( رداخ ) و نابض و مكبس و صمام عادم و جسم الرداخ ، و وظيفته التحكم فى سريان العادم إلى مجمع السحب ، و تدور غازات العادم خلال رأس الإسطوانات و مجمع السحب إلى صمام EGR .

- و نظرية عمل هذا النظام :- عند سرعة اللاحمل ، يكون صمام الخانق مفلق ، و هذا يمنع وصول الخلخلة إلى صمام تدوير الغازات ، و يحافظ النابض على الغلق و منع دخول الغازات إلى مجمع السحب ، و عند فتح صمام الخانق خلال زيادة سرعة المحرك ، تصل الخلخة إلى خط صمام EGR ، فتقوم الخلخلة بسحب الرداخ إلى أغلى ، فيسحب الرداخ الصمام و يفتحه ن و بالنالى تدخل غازات العادم إلى مجمع السحب .

نظرية عمل النظام

(5) نظام حقن الهواء ( Air Injection System ) .

- و هذه المنظومة وظيفتها الرئيسية هى حقن هواء إضافى فى مسار العادم ، لحرق الملوثات الناتجة مثل الهيدروكربونات HC فى ماسورة العادم من خلال مضخة هواء تأخذ حركتها من سير متصل بالمحرك ، فالأوكسجين الوجود فى الهواء النقى المدفوع من خلال المضخة يؤدى إلى إستمرار إشتعال الوقود الغير محترق و المحترق جزئياً ، و يتكون نظام حقن الهواء من الأجزاء الرئيسية التالية :-

1. مضخة الهواء :- و هى تقوم بدفع الهواء إلى النظام عند ضغط منخفض ، و تأخذ حركتها من خلال سير متصل بالمحرك .
2. صمام التحويل :- و يعمل على منع دخول الهواء إلى النظام خلال تقصير المحرك ( أى خلال إبطاء سرعة السيارة ) .
3. مجمع توزيع الهواء :- و يقوم بتوجيه الهواء إلى صمامات العادم بالمحرك ، و يركب بمجمع العادم أو برأس الإسطوانات بواسطة مسامير ربط .
4. صمام مراجعة هوائى :- و يقوم بمنع غازات العادم من الدخول إلى النظام ، و يتم تركيبه فى الخط الواصل بين صمام التحويل و مجمع توزيع الهواء .

- نظرية عمل النظام :- عند دوران المحرك ، تقوم المضخة بدفع الهواء إلى صمام التحويل ، و فى حالة ثبات سرعة المحرك أو زيادة السرعة ، يمر الهواء من خلال صمام التحويل و صمام المراجعة و مجمع توزيع الهواء حتى يصل إلى صمامات المحرك ، و فى حالة التقصير للمحرك بحيث يكون الخليط غنى ، يقوم صمام التحويل بمنع سريان الهواء إلى مجمع العادم ، و هذا يمنع من حدوث حريق عكسي و الذى يؤدى إلى تلف نظام العادم بالسيارة .

أجزاء نظام حقن الهواء 

(6) المحول الحفزى ( Catalytic Converter ) .

-  و وظيفة المحول الحفزى هى أكسدة ( حرق ) إنبعاثات HC و CO من العادم و تحويلها من غازات ضارة إلى غازات غير ضارة ( ثانى أكسيد الكربون و بخار ماء ) ، فـ المحول الحفزى عبارة عن وعاء صلب مقاوم للصدأ و مقاوم للحرارة له مدخل و مخرج ، بداخله مادة حفازة تصنع من البلاتين أو البلاديوم أو الرديوم أو خليط من مادتين من تلك المواد ، وتعمل هذه المواد على تقليل الملوثات ( HC , CO ) ، وتطلى مادة الحفاز على كتلة من السراميك ( تشبة خلية النحل ) ، و يوجد ثلاث أنواع من المحولات الحفزية :- 
1- المحول الحفزى الفردى :-  هذا المحول يحتوى على طبقة ةاحدة ، و يعمل المحرك بخليط فقير فى حالة وود هذا النظام ، و يتم أكسدة الهيدروكربونات و تحويلها إلى ثانى أكسيد الكربون و بخار ماء ، ولكن له عيب واحد و هو إبقاء أكاسيد النيتروجين كما هى .

المحول الحفزى الفردى

2- المحول الحفزى المزدوج :- و هذا المحول يحتوى على طبقتين ، الطبقة الأولى تعمل على تقليل أكاسيد النيتروجين NOx و تحويلها إلى أمونيا NH3 ، و الطبقة الثانية تعمل على تقليل الهيدروكربونات HC و أول أكسيد الكربون CO و تحويلها إلى ثانى أكسيد الكربون و بخار ماء ، لكن يوجد عيبين لهذا النوع :-

1. زيادة إستهلاك الوقود :- لأن المحرك يعمل بخليط غنى فى حالة وجود هذ النظام .
2. نسبة التخفيض الكلية لأكاسيد النيتروجين محدودة :- عند مرور الأمونيا خلال طبقة الأكسدة تعود مره أخرى إلى NO ، وبالتاى نسبة التخفيض الكلية محدودة بحوالى ( 70 % : 80% ) .

المحول الحفزى المزدوج

3- المحول الحفزى الثلاثى :- و هذا المحول يحتوى على طبقة واحدة تحتوى على ثلاثة مسارات ، و يعمل هذا النوع على تقليل كل من الهيدروكربونات وأكاسيد النيتروجين بدرجة عالية ، وذلك لإستخدام دائرة إلكترونية تقوم بقياس نسبة الأوكسجين فى العادم و لذلك تتم المعالجة من خلال وحدة التحكم فى ظروف التشغيل المختلفة .

المحول الحفزى الثلاثى

- و هناك بعض السيارات تستخدم محولان ( محول رئيسي - محول صغير ) ، المحول الحفزى الصغير يركب بالقرب من المحرك ، وهذا المحول يسخن بسرعة عند بدء تشغيل المحرك ( يكون المحرك و المحول الحفزى الرئيسي بارد ) ، وذلك لتقليل الإنبعاثات خلال فترة وصول المحرك ‘لى درجة حرارة التشغيل .

- وبكدا نكون شرحنا كل حاجة عن أنظمة النحكم فى الإنبعاثات بالتفصيل ، لو فيه أى أسئلة عن الموضوع ممكن تسيبها فى التعليقات و ان شاء الله نكون عند حسن ظنك ، و ان شاء الله نقدر نفيدكو أكتر و أكتر .. و نتمنى اننا نكون أفادناكو بقدر المستطاع .. نرجو المشاركة و المتابعة .. وشــــــــــــكــراً ..

الوسوم: ميكانيكا سيارات