تحقیق درباره سيستمهاي انتقال قدرت

مقدمه

    امروزه سيستم انتقال قدرت دستي MT) )(موسوم به گيربكس دستي) كه به وسيله راننده از طريق سيستم تعويض دنده و عملكرد كلاچ كنترل مي‌شود، در حال تغيير و تحول مي‌باشد. در سالهاي گذشته تعداد نسبت تبديل‌ها از چهار به پنج رشد يافته و براي خودروهاي ورزشي اين تعداد حتي به 6 دنده (مستقيم يا جلو) نيز مي‌رسد. اين افزايش تعداد دنده‌ها در كاهش مصرف سوخت موثر مي‌باشد. در حال حاضر صنايع سيستم انتقال قدرت متعارف در جهت افزايش كاربرد مواد سبك، افزايش تعداد نسبت تبديل‌ها، كاهش تعداد قطعات متحرك و افزايش كنترل الكترونيكي در حال تغيير است.

            سيستم‌هاي انتقال قدرت در حالت كلي به چند نوع تقسيم‌بندي مي‌شوند:

- سيستم انتقال قدرت دستي (گيربكس دستي)

- سيستم انتقال قدرت اتوماتيك (AT)

 - سيستم انتقال قدرت دستي با كلاچ اتوماتيك (MTAC)

- سيستم انتقال قدرت دستي اتوماتيك شده (AMT)

 - سيستم انتقال قدرت با تغييرات نسبت تبديل پوسته (CVT)

- سيستم انتقال قدرت متغير نامحدود (IVT)

            سالهاي متمادي اروپايي‌ها فقط از دو نوع گيربكس استفاده مي‌كردند- گيربكس اتوماتيك مرسوم و گيربكس متداول دستي. اما در اين ايام امريكايي‌ها و ژاپني‌ها بيشتر از گيربكس‌هاي اتوماتيك مرسوم به عنوان گيربكس استاندارد برروي خودروها استفاده مي‌نمودند. علت اين موضوع اين بود كه اروپايي‌ها معتقد بودند كه سيستم انتقال قدرت اتوماتيك گران و پرهزينه است. گذشت زمان سبب تغيير اين برداشت از گيربكس اتوماتيك شد. موضوعاتي مثل قابليت رانندگي، اقتصادي بودن، همچنين افزايش سطح درآمد مردم در اروپا باعث شد كه مردم اروپا پيش از پيش به گيربكس اتوماتيك گرايش پيدا كنند.

            از ديگر دلايل اين تغيير عقيده مي‌توان مسئله نياز به كاهش آلاينده‌هاي خروجي خودرو و نيز نياز به بهينه‌سازي مصرف سوخت با توجه به افزايش قيمت سوخت و مسئله حفظ محيط‌زيست اشاره كرد.

            صنعت گيربكس و سيستم انتقال قدرت امروزه توسط سازندگان توانمند در اروپا، آمريكا و ژاپن تقريباً به همه دنيا راه پيدا كرده است. در امريكا و ژاپن همانگونه كه اشاره شد اكثر خودروها مجهز به گيربكس اتوماتيك هستند. در صورتي كه در اروپا فقط %15 خودروها مجهز به گيربكس اتوماتيك هستند و بقيه بازار اختصاص به گيربكس‌هاي دستي دارد. در اروپا جائيكه پايه طراحي و ساخت سيستم‌هاي انتقال قدرت دستي استوار است، تحقيقات وسيعي در زمينه اتوماتيك كردن گيربكس‌هاي دستي در حال انجام است. نمونه‌هاي موفق و خوبي را نيز برروي خودروها سوار كرده‌اند. اين گيربكسها ابتدا برروي خودروهاي ميني و سبك سوار شده است ولي در آينده نزديك اين نوع سيستم انتقال قدرت برروي خودروهاي لوكس با حجم بالا نصب خواهد شد. در زمينه گيربكس CVT نيز اروپائيها كارهاي ارزشمندي را كرده‌اند اما هزينه بالا و نيز كارايي كم نسلهاي اول CVT در جهت انتقال گشتاور مانع از توسعه لازم اين نوع سيستم انتقال قدرت شده است. گيربكسهاي اتوماتيك در اروپا براي ماشينهاي سنگين و لوكس با حجم خيلي بالا استفاده مي‌شود و در اين كلاس از خودرو از جايگاه ويژه‌اي برخوردار است. انديشه كلي توسعه سيستم انتقال قدرت بهبود بخشيدن به كاهش مصرف سوخت، كاهش انتشار آلاينده‌ها و عملكرد بهتر و در عين حال افزايش قابليت رانندگي و افزايش راندمان خودرو وهمچنين كاهش هزينه‌ها براي مشتري مي‌باشد. يكي از ابزارهاي موثر در دستيابي به اين اهداف استفاده از الكترونيك براي كنترل بهتر سيستم انتقال قدرت مي‌باشد. به همين خاطر امروزه مشاهده مي‌شود كه گيربكس سازان قدمت دار جهان چه در زمينه گيربكس‌هاي اتوماتيك و چه دستي در طراحي محصولات جديد خودشان ارتباط تنگاتنگ با شركتهاي بزرگ الكترونيك برقرار كرده‌اند تا از اين طريق سختگيريهاي دولتها را در جهت كاهش مصرف سوخت و كاهش ميزان آلودگي و نيازهاي مشتريان خودشان را پاسخگو باشند.

انواع سيستمهاي انتقال قدرت را نام ببرید :

1-1- سيستم انتقال قدرت دستي

            كاربرد اين نوع گيربكس در خودروهاي اروپايي متداول است. اين نوع گيربكس بوسيله راننده از طريق سيستم تعويض دنده و كاركرد كلاچ كنترل مي‌شود. در سالهاي گذشته تعداد نسبت تبديل‌ها از چهار به پنج رشد يافته و براي خودروهاي ورزشي اين تعداد حتي به 6 دنده (مستقيم يا جلو) نيز مي‌رسد. اين افزايش تعداد دنده‌ها در كاهش مصرف سوخت موثر مي‌باشد.

1-2- سيستم انتقال قدرت اتوماتيك

            گيربكس متداول براي خودروهاي سوار در آمريكا، گيربكس اتوماتيك مي‌باشد. در اين نوع گيربكس از يك مبدل گشتاور جهت تعويض نرم دنده‌ها استفاده مي‌شود. نسل‌هاي قديم اين گيربكس داراي 3 دنده است. اما سالهاي اخير گيربكس‌هاي زيادي با 4 دنده و حتي5 دنده نيز به بازار عرضه شده است، همچنين شركت ZF آلمان اخيراً گيربكس 6 دنده اتوماتيك را نيز به بازار عرضه كرده است، اين گيربكس برروي خودروهاي سري BMW7 آلمان نصب شده است.

از ويژگي‌هاي اين گيربكس 6 دنده مي‌توان كاهش مصرف سوخت 5 تا 7 درصدي و نيز كاهش 13 درصدي وزن را نسبت به نسخه 5 دنده آن نام برد. لازم به ذكر است كه در امريكا تقريباً 88% خودروهاي سواري مجهز به گيربكس اتوماتيك هستند. اين رقم در ژاپن به 87% مي‌رسد و در اروپا تنها 15% از خودروهاي سواري مجهز به گيربكس اتوماتيك هستند.

  يك نوع سيستم تعويض دنده طراحي شده براي گيربكس‌هاي اتوماتيك موسوم به سيستم تعويض دنده آنتونو مي‌باشد. در گيربكس‌هاي اتوماتيك مرسوم، تعويض دنده از يك دنده به دنده ديگر به صورت پله‌اي اتفاق مي‌افتد و اين باعث تغيير لحظه‌اي سرعت مي‌گردد. در سيستم آنتونو، در حالت گذر از يك دنده به دنده ديگر، سيستم كلاچ وظيفه انتقال قدرت را بعهده مي‌گيرد، لذا هيچ وقت انتقال نيرو از موتور به چرخ منقطع نمي‌شود. همين امر موجب مي‌شود كه احساس رانندگي بهتري بوجود آيد. سيستم تعويض دنده خودكار آنتونو (AAD) از يك ايده كاملاً واضح و ساده استفاده مي‌كند. تغيير دنده‌ها بوسيله دو نيرويي كه بطور طبيعي در حين انتقال قدرت بوجود مي‌آيند صورت مي‌گيرد. دو نيرويي كه جايگزين المانهاي مصرف كننده انرژي در گيربكسهاي اتوماتيك موجود مي‌شوند. يكي از اين دو نيرو، نيروي محوري ايجاد شده در اثر درگيري چرخ‌دنده‌هاي مارپيچ است كه تمايل دارد چرخ دنده‌هاي درگير را در امتداد شفت‌هايشان از يكديگر دور كند. ديگري نيروي گريز از مركز ايجاد شده بوسيله اجسام دوار مي‌باشد. اگر تعادل بين اين دو نيرو يعني نيروي گريز از مركز و نيروي محوري در يك نمونه كلاچ بررسي شود، عملكرد اين سيستم بهتر درك مي‌شود.

در حين شتاب، گشتاور از طريق شفت ورودي اعمال مي‌شود. نيروي محوري ايجاد شده از درگيري چرخ دنده‌هاي مارپيچ، چرخ‌دنده حلقه‌اي را به سمت باز شدن كلاچ رانده و آن را در وضعيت باز نگه مي‌دارد و در نتيجه انتقال قدرت از طريق مجموعه چرخ دنده سياره‌اي اتفاق افتاده و يك نسبت تبديل كاهنده دور كه اولين نسبت تبديل است شكل مي‌گيرد. در اين حالت چرخ دنده خورشيدي مجموعه سياره‌اي با كمك يك سيسم جانبي قفل است. در وضعيت انتقالي (حالت گذر از دنده يك به دو) نيروي محوري با نيروي گريز از مركز برابر مي‌شود و كلاچ شروع به لغزش مي‌كند به محض اينكه اين لغزش افزايش مي‌يابد نيروي محوري كاهش خواهد يافت. بخشي از توان از طريق كلاچ انتقال مي‌يابد كه باعث مي‌شود نيروي محوري بطور تصاعدي حذف شده و كلاچ بطور كامل بسته شود. در اين حين، نسبت تبديل بصورت پيوسته تا لحظه يكي شدن دور شفت ورودي و خروجي كه نسبت تبديل دوم است، كاهش مي‌يابد. در حين حركت در دنده دو كه هيچ نسبت تبديلي از طريق چرخ‌دنده‌ها صورت نمي‌گيرد، نيروي گريز از مركز از نيروي محوري كه در اين حالت مقدار آن صفر است بزرگتر بوده و كلاچ را همواره بسته نگه مي‌دارد. در اين حال به منظور كاهش استهلاك چرخ‌دنده‌هاي مجموعه سياره‌اي مي‌توان قفل چرخ‌دنده خورشيدي مجموعه را برداشت.

 در فرايند دنده معكوس، در اثر افزايش بار روي شفت خروجي يا كاهش گشتاور روي شفت ورودي دور پايين مي‌آيد. با پايين آمدن دور، نيروي گريز از مركز كاهش يافته و ديگر براي بسته نگه داشتن كلاچ كافي نبوده و بنابراين لغزش كلاچ شروع خواهد شد. به محض شروغ لغزش مجموعه، چرخ‌دنده خورشيدي مجدداً فعال شده و در اثر نيروي محوري درگيري چرخ‌دنده‌هاي مارپيچ، كلاچ كاملاً باز مي‌شود. بدين ترتيب نسبت تبديل كاهنده (دنده يك) بطور يكنواخت ايجاد مي‌گردد. صفحات كلاچ اين سيستم از يك ويژگي خود حفاظتي برخوردار هستند كه مانع از آسيب ديدن آنها در دماي كاركرد بالا مي‌شود. در هنگام لغزش، دماي روغن بين صفحات كلاچ افزايش يافته و در نتيجه ويسكوزيته آن پايين مي‌آيد. روغن با ويسكوزيته كم بطور طبيعي از بين صفحات فرار كرده احتمال قفل شدن كلاچ افزايش مي‌يابد. فرايند شرح داده شده در بالا فقط دو نسبت تبديل را فراهم مي‌كند كه البته قادر به پوشش دادن تمام دامنه عملكرد خودروهاي جديد نيست. براي ايجاد 4، 6 يا هشت نسبت تبديل به ازاي هر جفت نسبت تبديل جديد لازم است يك مجموعه سياره‌اي به طور سري اضافه شود. پلانچر پمپ روغن نيرو را از طريق ياتاقان كف گرد به كلاچ اصلي مجموعه و پوسته نگه دارنده كلاچ منتقل مي‌كند بطوريكه اعضاء دوار كلاچ يكطرفه را به پوسته قفل مي‌كند. بطوريكه اعضاء دوار كلاچ يكطرفه را به پوسته قفل مي‌كند. بنابراين كلاچ مي‌تواند تحت گشتاور باز شود و يك نسبت تبديل ثابت بدون مشكل چه از نظر گشتاور و يا سرعت در مجموعه سياره‌اي اعمال گردد. يك شير ساده حركت پلانچر را كنترل مي‌كند. فشار لازم براي حركت پلانچر توسط يك پمپ فشار پايين (p £3 bar) تامين مي‌شود. بعلت سطح بزرگ اين پلانچر با همين فشار كم يك نيروي بزرگ جهت باز كردن كلاچ ايجاد مي‌گردد

- مزايا

            AAD آنتونو بطور قابل ملاحظه‌اي ساختمان گيربكس اتوماتيك سنتي را ساده مي‌نمايد. اين مزيت براي توليد كنندگان خودرو يا گيربكس، اندوخته‌هاي جالب توجهي را در قيمت، راندمان، اندازه و وزن ايجاد مي‌كند.

- كاربردها

            كاربردي AAD به وسيله‌ي راننده به همان روش بكار گرفته در گيربكس‌هاي اتوماتيك مرسوم است. در اين سيستم نيز تعويض دنده از دنده‌اي ديگر همچون يك گيربكس اتوماتيك متداول به نرمي انجام مي‌پذير اما در طي حركت، انتقال قدرت به چرخها هرگز منقطع نمي‌شود. اين ويژگي ديناميك وسيله نقليه را بهبود مي‌بخشد. بطوريكه كله كردن خودرو با استفاده از اين سيستم تعويض دنده فوق‌العاده خفيف مي‌گردد و احساس رانندگي بهتري به سرنشينان خودرو دست مي‌دهد. ارزيابي‌هاي مستقل توسط شركت‌هاي خودرو و گيربكس و مراكز آزمايشگاهي اثبات مي‌كند كه AAD پشرفت‌هاي عمده‌اي را برخلاف طرح‌هاي ارائه شده قديمي حاصل كرده و به مزاياي قابل توجهي در برابر سيستم‌هاي اتوماتيك متداول امروزي دست يافته است.

- منافع كاربران

· 15 تا 30 درصد بهبود راندمان مصرف سوخت

· سرعت گيري (شتاب) سريع‌تر

· حداكثر سرعت بالاتر

· حساسيت بيشتر

· ديناميك حركت بهتر خودرو

· قطع نشدن انتقال قدرت به چرخ‌ها در حين حركت

- منافع توليدكنندگان

· كاهش 30 تا 40 درصد هزينه تمام شده محصول

· ابعاد كوچك (كوچكترين طرح 4 و 6 سرعته در دنيا)

· تا 30 درصد كاهش وزن

· حداقل شدن هزينه‌هاي دگرگوني كامل محصول

            همه اينها به عواملي جهت سودآوري بيشتر محصول مجهز به اين سيستم مي‌شود. گيربكسهاي اتوماتيك مجهز به سيستم آنتونو براي عملكرد مناسب، راندمان فوق‌العاده، فشردگي و سادگي حداكثر ساخته شده‌اند. آنها سبب كارا شدن بهتر خودروها و مهمتر از همه تبلور احساس خوشايندي است كه به سرنشينان خودرو دست مي‌دهد. از اين نظر AAD نسبت به ساير اتوماتيك‌هاي جديد، كه در نرمي يا حساسيت‌هاي رانندگي يا هر دو مورد نااميد كننده هستند، قابل مقايسه نيست.

بكار بردن قطعات مرسوم و تكنولوژي‌هاي توليد امروزي در AAD به اين معني است كه AAD مي‌تواند بطور انبوه در مراكز توليد گيربكس‌هاي موجود با هزينه انساني كم توليد گردد. نداشتن تكنولوژي‌هاي پيچيده و سيستم‌هاي غيرقابل اطمينان موجب مي‌شود كه دوام و عمر كاري قطعات بهتر از گيربكس‌هاي طرح قديم باشد.

فرآيند توسعه‌ي AAD آنتونو، در طي يك دهه مرهون توجه برخي از مهندسان خلاق دنيا است. پيشرفت سريع AAD تا مرحله نمونه‌سازي و تشويق غيرقابل وصف توليدكنندگان وسايل نقليه، نشان‌دهنده اعتماد آنها به تكنيك AAD است. همه اين موارد حاكي از موفقيت AAD در آينده نزديك خواهد بود.

            مهمترين موضوعات جهت طراحي و توسعه محصول گيربكس عبارتند از:

· مصرف سوخت

· شتاب

· كيفيت جابجاي دنده‌ها

· كاهش صدا

· كيفيت و قابليت اطمينان

الف- مصرف سوخت

- كنترل لغزش مبدل كلاچ (Slip Controlled Converter Clutch = SCC)

            براي دست‌يابي به اهداف كاهش مصرف سوخت و همچنين دست‌يابي به محدوديت‌هاي تعيين شده در قالب مقررات دولتي كه در الزامات جديد (EU3) آورده شده است، لازم است تا از قابليتهاي موتور هميشه در حد بهينه استفاده شود. براي مثال در دورهاي پايين موتور لازم بود افت‌هاي هيدروليكي مبدل را حدالاامكان كاهش داد. در گذشته به خاطر مشكلات ارتعاشي و امكان قفل كردن كلاچ در دورهاي پايين انجين كاهش افت‌هاي هيدروليكي ممكن نبود. مبدل‌هاي مدرن از روش كنترل لغزش قفل‌كننده جهت كاهش افت‌هاي هيدروليكي ايجاد شده استفاه مي‌كنند. با توسعه اين روش امروزه امكان سويچ كردن به سيستم SCC در دورهاي پايين انجين (حدود RPM- 1200) ممكن مي‌باشد. براي افزايش رنج مد SCC لازم است تا ظرفيت حرارتي كلاچ نيز بهبود يابد. با توجه به گشتاور خروجي انجين، ZF از سيستم كلاچ قفل كننده يك يا دو طرفه در مبدلها استفاده مي‌كند. براي بهبود خنك كاري سيستم كلاچ از صفحات شياردار استفاده شده است. تا با عبور روغن از ميان اين شيارها راندمان خنك كاري سيستم كلاچ بهبود يابد. نتايج مشابهي نيز با استفاده از قفل‌كننده‌هاي يك طرفه‌اي (شبيه به لنت‌هاي ترمز كفشكي) كه سطوح اصطكاك آنها برروي بدنه مبدل فيكس مي‌شوند نيز بدست مي‌آيد. گرماي حاصل از اصطكاك به داخل يك پيستون كه توسط روغن به خوبي خنك كاري مي‌شود، انتقال پيدا مي‌كند.

- كاهش فشار اصلي (Reduction of Main Pressure)

            يكي از محسنات اين گيربكس كاهش ميزان فشار اصلي جهت انتقال گشتاور در دورهاي پايين انجين مي‌باشد. در شرايط مساوي در گيربكسهاي متداول اتوماتيك، فشار لازم حدود 5/6 بار مي‌باشد. در حالي كه در اين گيربكس اين فشار به 5/4 بار كاهش پيدا كرده است. يكي از عوامل مؤثر در كاهش اين فشار توسعه و پيشرفت در سيستم‌هاي كنترل جديد هيدروليكي جهت كنترل بهينه شيرهاي هيدروليكي مي‌باشد.

- كاهش افتهاي گشتاور مقاوم حركت

            در كنار بهبود عملكرد مجموعه سيستم در اين گيربكس، افت‌هاي گشتاور مقاوم حركت نيز كاهش يافته. با كاهش اين افت‌ها و عملكرد بهتر مجموعه گيربكس‌، مصرف سوخت گيربكس نيز كاهش محسوسي را نشان مي‌دهد. از عوامل مؤثر جهت كاهش افت‌هاي گشتاور مقاوم حركت مي‌توان موارد زير را ذكر كرد:

· حذف چرخ‌هاي آزاد

· حذف ترمزهاي نواري

· استفاده از ياتاقانهاي سوزني قفسه‌اي براي چرخ‌دنده‌هاي سياره‌اي

· كاهش رينگهاي پيستون

· استفاده از صفحات موج‌دار در كلاچ

· بهينه‌سازي سيستم تغذيه روغن جهت روانكاري

            انجام يك مقايسه بين ميزان گشتاور مقاوم بصورت تابعي از سرعت چرخ‌دنده و دور انجين، بين گيربكس 5HP18 و 5HP19 بدون استفاده از پمپ روغن، نشان مي‌دهد كه ميزان گشتاور مقاوم در SHP19 نسبت به نسخه قبلي SHP18 در كليه شرايط كاهش داشته است.

- استراتژي جابجايي (Shift Strategy)

            امروزه با آمدن كنترلرهايي با قابليت 32 بيتي به بازار، تغيير برنامه‌هاي جابجايي دنده‌ها (Shift Pro-Gramms) از مد اقتصادي به مد اسپرت نيز ممكن مي‌باشد. نرم‌افزارهايي كه برروي اين كنترلرها نصب مي‌شوند در واقع قدرت يادگيري دارند. آنها با ذخيره رفتار رانندگي راننده و پروفيل‌ جاده در واقع پي به خواسته راننده مي‌برند. آنگاه فرمان‌هاي لازم جهت جابجايي دنده‌ها را ارسال مي‌كنند. ممزوج كردن اين سيستم‌هاي كنترلي با گيربكس 5 دنده شركت ZF امكان انتخاب نسبت تبديل مناسب با توجه به درخواست راننده را به خوبي ممكن مي‌سازد.

با استفاده از حلقه‌هاي بسته در برنامه‌ريزي اين كنترلرها در واقع تعداد جابجايي دنده‌ها بيشتر از گذشته صورت مي‌گيرد تا درخواست راننده در مورد رفتار مناسب خودرو جامه عمل بپوشد. اين جابجاي‌ها بدون آگاهي راننده صورت مي‌گيرد و در واقع راننده از تعداد اين جابجايي‌ها بي‌خبر مي‌باشد. نقاطي كه جابجايي بايد صورت گيرد توسط سازنده خودرو تعيين مي‌شود. در تعيين اين نقاط بايد دقت كافي صورت بگيرد چرا كه تعيين مناسب اين نقاط تاثير مستقيم و مؤثري در كاهش مصرف سوخت و كاهش انتشار گاز CO2 در محيط اطراف دارد.

ب- كاهش وزن كل

            با توسعه و بكارگيري سيستم (SCC) در گيربكس اتوماتيك، امكان بكارگيري مبدلهاي گشتاور با سيستم‌هاي هيدروليك جمع و جور و فشرده نيز بوجود مي آيد. البته قابل ذكر است كه اين سيستم‌هاي هيدروليك داراي نقاط ضعف نيز مي‌باشند. (خصوصاً از جنبه اتلاف انرژي). لاكن اين نقاط ضعف در شرايط مختلف خودرو (از نظر رانندگي) خود را آشكار نمي‌كنند. در هر حال استفاده از اين سيستم‌هاي هيدروليكي جمع و جور و فشرده، سبب كاهش محسوس وزن كل گيربكس شده است. از ديگر عوامل موثر در كاهش وزن اين گيربكس مي‌توان كاهش تعداد چرخ‌هاي آزاد را نام برد. از اقدامات موثر ديگر كه باعث كاهش وزن گيربكس SHP19 شده است مي‌توان استفاده از روشهاي جديد قالبهاي سنبه ماتريس جهت طراحي و ساخت قالبهاي پوسته گيربكس SHP19 نام برد. با استفاده از اين تكنولوژي ضخامت پوسته گيربكس كاهش يافته، همچنين با كاهش حجم روغن لازم به مقدار 1 ليتر وزن گيربكس نيز سبكتر شده است. در جمع در مقايسه با گيربكس SHP18 وزن گيربكس SHP19 مقدار 5 كيلوگرم سبكتر شده است.

ج- افزايش ظرفيت انتقال گشتاور در دورهاي پايين

            علاوه‌بر كاهش وزن گيربكس SHP19، يكي ديگر از نقاط قوت اين گيربكس افزايش ظرفيت انتقال گشتاور در دورهاي پايين انجين اين گيربكس مي‌باشد. با افزايش ظرفيت انتقال گشتاور مي‌توان اين گيربكس را جايگزين گيربكس‌هاي بزرگتر با همان ظرفيت گشتاور كرد.

            با توجه به آمارهاي منتشره در طيف بزرگ، امروزه ثابت شده است كه حركت با استفاده از دورهاي بالاي موتور در مسيرهاي شهري و همچنين بزرگ راه‌هاي داخل شهرها ميسر نمي‌باشد. يا به عبارت ديگر جهت بهبود عملكرد خودرو در داخل معابر عمومي شهري بهتر است كه ظرفيت انتقال گشتاور خودرو در دورهاي پايين انجين افزايش يابد. براي مثال در هنگام ترافيك، خودرويي كه در دورهاي پايين از گشتاور بيشتري برخوردار است راحت‌تر حركت مي‌كند تا خودرويي كه همان گشتاور را در دورهاي بالاتر در اختيار راننده مي‌گذارد آمار نشان مي‌دهد زمانهاي لازم براي حركت خودرو با گشتاور مناسب در دورهاي بالاي انجين به شدت در معابر عمومي كاهش يافته است. همين مسئله سبب شد تا  ZF با بازنگري مجدد، ظرفيت انتقال گشتاور گيربكسهاي SHP19 و SHP24 را نسبت به نسخه‌هاي پيشين طراحي اين گيربكس به ترتيب 17 درصد و 24% افزايش دهد.

د- كاهش صداي ناخواسته گيربكس

            براي كاهش صداي ناخواسته گيربكس، مطالعات، آزمايشات و اندازه‌گيري‌هاي زيادي در دو شاخه مختلف انتشار صوت صورت گرفت.

· شاخه اول: انتقال صوت از طريق قطعات و پوسته (Structure Borne Noise)

· شاخه دوم: انتقال صوت از طريق هواي اطراف (Air Borne Noise)

            دستاوردهاي مهم بدست آمده از اين مطالعات نشان مي‌دهد كه موارد زير بيشترين اثر را در جهت كاهش صوت در گيربكس خواهند داشت.

· ميزان سختي ياتاقان‌هاي پينيون

· ميزان سختي محل چرخ دنده سياره‌اي

· كاهش انتقال صوت ناشي از ضربات  چرخ‌دنده سياره‌اي با استفاده از ياتاقان‌هاي پهن‌تر

· افزايش سطح درگيري چرخ‌دنده‌ها با يك ديگر

· كاهش تصحيح زاويه هليكس چرخ‌دنده‌ها

            با كمك سازندگان خودرو در جهت بهينه‌سازي و كاهش كلي صداي ناخواسته در خودرو، خصوصاً مقوله‌ واسطه‌ها (Interfaces) بين سيستم انتقال قدرت و اطاق خودرو، قدمهاي مؤثري در راستاي كاهش صداي ناخواسته برداشته شد.

و- توليد

            يكي از راه‌هاي كاهش مصرف انرژي گيربكس، جمع وظايف مختلف چند قطعه در يك قطعه است. نتيجه اينكه با اين تدبير مي‌توان تعداد كل قطعات را كاهش داد. شكل 5- پيشرفت حاصل شده با طراحي‌هاي مختلف و پي در پي نشان مي‌دهد. پارامتر مهم ديگر، زمان كل توليد گيربكس است. گيربكس‌هاي SHP19 نياز به 10 درصد زمان كمتر توليد در مقايسه با گيربكس SHP18 سابق دارد. كاهش وزن صرفه‌جويي در منابع مواد و نياز به انرژي را فراهم مي‌نمايد. استفاده از تكنولوژي‌هاي نو مثل منگنه كاري قطعات فولادي زمان‌هاي فرايند توليد را نيز كاهش مي‌دهد. مخصوصاً براي حجم توليد انبوه. روش‌هاي روكش كاري سخت (Hard Coating) سطوح آلومينيومي نياز به انرژي زيادي دارند و از مواد گران قيمتي كه مستعد اتلاف انرژي هستند، استفاده مي‌كنند. اين بخش از فرايند توليد با استفاده از مواد آلومينيومي مخصوص با همان دوام جايگزين شده‌اند. مونتاژ ساده و قابليت دمونتاژ در توليد، دوره‌هاي زمان سرويس پس از فروش و تلفات مواد را كاهش مي‌دهد.

ه- بازيافت

            مهمترين فاكتور در گيربكس در جهت آلودگي محيط‌زيست قطعاً روغن داخل گيربكس مي‌باشد. امروزه روغن‌هايي به بازار ارائه مي‌شوند كه براي تمام عمر خودرو كفايت مي‌كنند. استفاده از اين روغن يك قدم مؤثر در راستاي حفظ محيط‌زيست خواهد بود. همچنين با كاهش حجم روغن لازم به ميزان يك ليتر قدم مؤثر ديگري در اين جهت برداشته مي شود. مواد ديگري كه در گيربكس‌ها بكار مي‌رود، تقريباً همه آنها قابل بازيافت هستند و خطري براي محيط زيست ندارند (شكل 6).

1-3- سيستم انتقال قدرت دستي اتوماتيك شده (AMT)

            اغلب مردم در مورد افزايش ترافيك، مقررات فزاينده و هزينه‌هاي فوق‌العاده بنزين شكوه و شكايت مي‌كنند. عوامل ذكر شده، لزوم افزايش اتوماتيك‌سازي زنجيره‌ محرك خودرو را خاطر نشان مي‌سازند. راه‌ كارهاي قابل قبول در اين خصوص به چگونگي در نظر گرفتن موضوعاتي همانند صرفه‌جويي و رضايت بخشي سيستم‌هاي جديد در اين فرايند بستگي دارند. اتوماتيك سازي گيربكس‌هاي دستي از يك طرف موجب رضايت و خرسندي مشتري شده و از طرف ديگر مصرف سوخت را كاهش مي‌دهد. با استفاده از مديريت الكترونيكي كلاچ (ECM) در گيربكسهاي دستي، راننده، زمان و چگونگي تعويض دنده را تشخيص مي‌دهد. در اينجا رفتار خيلي شبيه به يك گيربكس دستي متعارف است. شركت LUK يكي از شركت‌هايي است كه در مقوله كلاچ اتوماتيك براي كليه كلاس‌هاي وسايل نقليه با ظرفيتهاي گشتاور متفاوت تسلط پيدا كرده است. ECM مي‌تواند در هر كلاس از گشتاور، براي رانندگاني كه دوست دارند دنده‌ها را بدون استفاده از پدال كلاچ  جابجا كنند، ارائه مي شود.

در سيستم AMT شركت LUK علاوه‌بر استفاده از فعال‌كننده الكتريكي براي كلاچ از دو فعال‌كننده الكتريكي ديگر به منظور تعويض دنده استفاده نموده است. اين تحريك‌كننده‌ها مستقيماً برروي گيربكس مونتاژ شده‌اند. در اين سيستم از اهرم‌هاي تعويض دنده نيز اثري نمي‌باشد. اين تحريك‌كننده‌ها در حقيقت جايگزين اهرم‌هاي تعويض دنده نيز شده‌اند. در اين نوع از گيربكس، دنده‌ها بطور اتوماتيك تعويض مي‌شوند. در مقايسه با گيربكس اتوماتيك (AT) پله‌اي، ASG بايد در زمان جابجايي نيروي كشش را قطع كند، اين قطع نيروي كشش در خودروهايي با گشتاور كم (خودروهاي سواري كلاس كوچك و متوسط) چندان اهميت ندارد، اما در خودروهاي با گشتاور بالا (مثل كاميون‌ها) با توجه به كاربرد آنها چندان مطلوب نمي‌باشد. بنابراين مي‌توان پيش‌بيني كرد كه ASG اساساً در خودروهاي كوچك و متوسط مورد پذيرش قرار گيرد.

تحقیق درباره نقش نانوفناوري در حذف مواد سمي از آب و پساب

يكي از معضلات زيست محيطي صنايع، فاضلاب صنعتي است. فلزات سنگين با توجه به توسعه شهرنشيني و صنايع كه منجر به افزايش ميزان فاضلاب و پساب شده است، عمدتاً از طريق دفع نادرست و غيربهداشتي فاضلاب شهري و پساب صنعتي وارد محيط زيست مي شود.

مرگ و ميرهاي آبزيان در اثر تخليه پسابهاي محتوي فلزات سنگين در دنيا و ايران بي سابقه نيست. مزارع كشاورزي اطراف تهران كه با فاضلاب آبياري مي شود از اين آلودگي ها تأثير گرفته است. فلزات سنگين شامل سرب، جيوه، روي، نيكل، كرم، كادميوم و غيره است كه همگي آنها از جمله مواد سمي به شمار مي آيند.

وجود فلزات سنگين و غلظت بيش از حد استاندارد در آب شرب باعث عوارض مختلف نظير مسموميت، حساسيت شديد، ضايعات كروموزومي، عقب افتادگي ذهني، فراموشي، سنگ كليه، نرمي استخوان و انواع سرطان

مي شود. آرسنيك از آلاينده هاي بسيار سمي رايجي است كه هم به طور طبيعي و هم به شكل پسابهاي انساني باعث آلودگي آب مي شود. در ايالات متحده ميزان استاندارد آرسنيك در آب آشاميدني به ppb 10 (يك در ميليارد) كاهش داده شده و اين رقمي است كه در اغلب سازمان هاي تصفيه آب، رسيدن به آن بسيار دشوار است. بين10 تا20 درصد جمعيت بسياري از كشورهاي در حال توسعه مانند بنگلادش مسموميت با آرسنيك را تجربه كرده اند كه اين امر يك فاجعه بهداشتي تلقي مي شود. به اين ترتيب نياز شديدي به فناوري هاي نوين كه بتواند آلاينده هاي فلزي سنگين را از آب آشاميدني و پساب حذف كند، احساس مي شود.

در اين خصوص، يكي از راهكارهاي پژوهشي محققان، اين بوده كه مواد جديد (INM) را به منظور توليد ذرات كامپوزيت فوق مغناطيسي (SPMC) نانو ذرات اكسيد آهن در يك محيط شيشه اي قرار داده اند. با استفاده از خاصيت مغناطيسي اين ذرات ميكروني و نانو متري، به راحتي مي توان فلزات سنگين را جذب كرد. اين ذرات كه داراي خاصيت فوق مغناطيسي هستند به درون آب فرستاده مي شوند و فلزات سنگيني را كه در آنجا وجود دارند جذب مي كنند. سپس اين آب از يك ميدان مغناطيسي عبور داده مي شود و ذرات فوق مغناطيسي حاوي فلزات سنگين از جريان خارج مي شوند. يكي از مزاياي اين روش آن است كه برخلاف روشهاي قبلي مانند فرآيندهاي ته نشيني يا شيميايي در پايان عمل تصفيه، مي توان به خلوص بالايي رسيد. اين موضوع به خصوص زماني مهم است كه فلزات مورد نظر خيلي سمي باشند.

نانو بلورهاي مغناطيسي به عنوان هسته اصلي سيستمهاي تصفيه جديد استفاده مي شود. سطوح معدني آهني نه تنها تمايل شديدي به جذب فلزات سنگيني مانند آرسنيك دارد، بلكه با انتخاب اندازه مناسب مي توان به راحتي اين ذرات مغناطيسي را به واسطه جداسازي مغناطيسي از آب جدا كرد. محققان راهبردي را براي توليد ذرات مغناطيسي تك پراكنشي به قطر20-15 نانومتر- مناسب ترين اندازه براي جداسازي مغناطيسي- توسعه داده اند. هنگام توليد اين مواد در حلالهاي آلي، استفاده از روشهاي شيميايي كنترل سطح ضروري است. دانشمندان براي اولين بار توانستند از تقسيم اكسايشي گروههاي پوششي آب گريز روي اين نانو ذرات استفاده كنند و تنها طي اين مرحله به موادي قابل حل در آب با بازدهي بالا دست يابند. در نظر گرفتن تمام اين نتايج، نشان مي دهد كه نانو ذرات مغناطيسي، جاذب هاي بسيار كارآمدي براي آرسنيك خصوصاً در PH پايين هستند و خاصيت جذبي غيرقابل برگشت آنها، مخزن مناسبي را براي جمع آوري آلاينده ها فراهم مي كند. در پايان نيز جداسازي مغناطيسي مورد ارزيابي قرار گرفته است. دانشمندان با استفاده از فیلتراسيون مغناطيسي توانسته اند اين ذرات را برحسب اندازه آنها جدا كنند و بازدهي اين عمل و امكان دستكاري مغناطيسي آنها را افزايش دهند. شركت هاي آلماني سالانه حدود15 هزار تن از اين نوع فلزات را توليد مي كنند كه اين رقم در ايالات متحده بالاتر است. يكي از مهمترين اهداف طرفداران محيط زيست، حذف مواد سمي و خطرناك از چرخه طبيعت است كه با بهره گيري از دانش و فناوري نانو

مي توان باعث جدا سازي آنها از محيط طبيعي شد. با توجه به اينكه اغلب آلايندگي هاي ناشي از آرسنيك به كشورهاي جهان سوم اختصاص دارد، لذا بايد نانو تكنولوژي همزمان با پيشرفت ها در اين رشته و اعلام كشفيات جديد در سطح جامعه و افكار عمومي شناسانده شود.

تحقیق درباره  سوخت هیدروژنی

هیدروژن

هیدروژن یا آبزا، یک عنصر شیمیایی در جدول تناوبی است كه با حرف H و عدد اتمی ۱ نشان داده شده است. هیدروژن عنصری بی رنگ، بی بو، غیر فلز، یک ظرفیتی و گازی دو اتمی، با خاصیت شعله وری فوق العاده بالا است. هیدروژن سبک‌ترین و فراوانترین عنصر در جهان بوده و در آب و نیز در تمامی ترکیبات آلی و موجودات زنده یافت می‌شود. هیدرژن قابلیت واکنش شیمیایی با بیشتر عناصر را دارد. ستارگان در توالی اصلی خود به وفور از هیدروژن در حالت پلاسمایی تشکیل شده اند. این عنصر در تولید آمونیاک، به‌عنوان یک گاز بالا برنده، یک سوخت جایگزین و اخیرا به‌عنوان منبع انرژی مورد استفاده پیلهای سوختی قرار می‌گیرد.

در آزمایشگاه، از واکنش اسیدها بر فلزهایی مثل روی، بدست می‌آید. اما برای تولید در حجم زیاد از الکترولیز آب که معمول‌ترین روش است، استفاده می‌شود. اکنون دانشمندان سعی دارند تا روش‌های جدیدی را بوجود آوردند که از جلبک‌های سبز برای تولید هیدروژن استفاده نمایند.

ویژگی‌های درخور نگرش چیست

هیدروژن سبک‌ترین عنصر شیمیایی بوده با معمول‌ترین ایزوتوپ آن که شامل تنها یک پروتون و الکترون است. در شرایط فشار و دمای استاندارد هیدروژن یک گاز،2H، دو اتمی با نقطه جوش27/20°K و نقطه ذوب 02/14°K را می سازد. در صورتیکه این گاز تحت فشار فوق العاده بالایی، مانند شرایطی که در مرکز غولهای گازی وجود دارد، قرار گیرد مولکولها ماهیت خود را از دست داده و هیدروژن بصورت فلزی مایع در می‌آید. اما در فشارهای بسیار پایین مانند شرایطی که در فضا یافت می‌شود، به این علت که هیچ راهی برای ترکیب اتمهایش وجود ندارد، هیدروژن تمایل دارد تا بصورت اتم‌های مجزا در آمده؛ابرهای 2H (هیدروژنی) تشکیل می‌شود که به شکل گیری ستارگان نیز مرتبط است.

این عنصر نقش بسیار حیاتی در تأمین انرژی جهان از طریق واکنش پروتون-پروتون و چرخه کربن-نیتروژن به عهده دارد(اینها فرآیندهای هم جوشی هسته‌ای هستند که با ترکیب دو اتم هیدروژن به یک اتم هلیم، مقدار بسیار عظیمی از انرژی آزاد می‌کنند.)

کاربردها

به مقدار بسیار زیادی هیدروژن در فرآیند هابر (Haber Process) صنعت نیاز است، مقدار قابل توجهی در  تولید آمونیاک، هیدروژنه کردن چربی‌ها و روغن‌ها، و تولید متانول. سایر مواردی که نیازمند هیدروژن است عبارت‌اند از:

آلکیل زدایی آبی (هیدرودیلکیلاسیون hydrodealkylation)، گوگردزدایی آبی (هیدرودیسولفوریزاسیون، hydrodesulfurization) و هیدروکرکینک (hydrocracking)

تولید اسید هیدروکلریک،جوشکاری،سوخت‌های موشک و احیاء سنگ معدن فلزی؛

هیدروژن مایع در تحقیقات سرما‌شناسی مانند مطالعات ابررسانایی بکار می‌رود؛

تریتیوم که در رآکتورهای اتمی تولید می‌شود در ساخت بمبهای هیدروژنی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

هیدروژن چهارده و نیم بار از هوا سبکتر است و سابقا به‌عنوان عامل بالا برنده در بالون‌ها و کشتی‌های هوایی مورد استفاده قرار می‌گرفت تا وقتیکه فاجعه هیندنبرگ ثابت کرد که استفاده از این گاز برای این منظور بسیار خطرناک است.

دوتریوم به‌عنوان یک کند کننده جهت کاهش حرکت نوترونها در فعالیت‌های هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد، و ترکیبات دوتریوم در شیمی و زیست‌شناسی در مطالعات تأثیرات ایزوتوپ، مورد استفاده واقع می‌شوند.

تریتیوم که یک ایزوتوپ طبقه بندی شده در علوم زیست‌شناسی است که به‌عنوان یک منبع تشعشع در رنگهای نورانی کاربرد دارد.

هیدروژن می تواند در موتورهای درون سوز سوخته شود و یا در پیلهای هیدروژنی انرژی بصورت برق تولید کند.تاکنون چند خودرو آزمایشی توسط شرکتهای مختلف اتومبیل سازی از جمله BMW(موتور گرمایی) و Mercedes Benz ،Toyota ،Opel و ... (پیل هیدروژنی) تولید شدند. پیل‌های سوختی هیدروژنی، به‌عنوان راه کاری برای تولید توان بالقوه ارزان و بدون آلودگی، مورد توجه قرار گرفته است.

تاریخچه

هیدروژن (در زبان فرانسه به معنی سازنده آب و واژه یونانی hudôr یعنی "آب" و gennen یعنی "تولید کننده") برای اولین بار در سال ۱۷۷۶ به‌وسیله هنری کاوندیش به‌عنوان یک ماده مستقل شناخته شده، آنتونی لاوازیه نام هیدروژن را برای این عنصر انتخاب کرد.

پیدایش

هیدروژن فراوان ترین عنصر در جهان است بطوریکه ۷۵٪ جرم مواد طبیعی از این عنصر ساخته شده و بیش از ۹۰٪ اتم‌های تشکیل دهنده آنها اتم‌های هیدروژن است.

این عنصر به مقدار زیاد و به فور در ستارگان و سیارات غولهای گازی یافت می‌شود. به نسبت فراوانی زیاد آن در جاهای دیگر، هیدروژن در اتمسفر زمین بسیار رقیق است(۱ ppm برحسب حجم). متعارف‌ترین منبع برای این عنصر در زمین آب است که از دو قسمت هیدروژن و یک قسمت اکسیژن (H2O) ساخته شده است.

منابع دیگر عبارتند از بیشترین اشکال مواد آلی که در اندام تمام موجودات زنده شناخته شده وجود دارند، زغال،سوخت فسیلی و گاز طبیعی. متان (CH4)، که یکی از محصولات فرعی فساد ترکیبات آلی است که اهمیت منابع آن رو به افزایش است.

هیدروژن از چندین راه مختلف بدست می‌آید:

 عبور بخار از روی کربن داغ، تجزیه هیدروکربن به‌وسیله حرارت، واکنش هیدروکسید سدیم یا پتاسیم بر آلومینیوم، الکترولیز آب یا از جابجایی آن در اسیدها توسط فلزات خاص.

هیدروژن تجاری در حجم های زیاد معمولاً به‌وسیله تجزیه گاز طبیعی تولید می‌شود.

ترکیبات

هیدروژن سبک ترین گاز ها با اکثر عناصر ترکیب شده و ترکیبات مختلف را بوجود می‌آورد. هیدروژن دارای عدد اکترونگاتیویته ۲.۲ است پس هیدروژن هنگامی ترکیبات را می‌سازد که عناصر غیر فلزی تر و عناصر فلزی تری وجود داشته باشند. در این حالت(غیر فلزی) تشکیل دهنده‌ها, هیدریدها نامیده می‌شوند، که هیدروژن یا بصورت یونهای -H یا بصورت حل شده در عنصر دیگر وجود خواهد داشت (مانند هیدرید پالادیوم). در حالت دوم (ترکیب با فلز) هیدروژن تمایل برای تشکیل پیوند کووالانسی دارد، چون یونهای + Hبصورت یک اتم عریان فاقد الکترون در می‌آیند بنابراین تمایل شدیدی به جذب الکترونها به سمت خود دارند. هر دوی اینها تولید اسید می‌کنند. لذا حتی در یک محلول اسیدی می‌توان یونهایی مثل+ O۳H را دید که گویی پروتونها محکم به چیزی چسبیده اند.

هیدروژن با اکسیژن ترکیب شده و تولید آب می‌کند، که در این واکنش مقدار زیادی انرژی را بصورتی آزاد می‌کند که، باعث انفجار در هوا می‌گردد. به تولید اکسید دوتریوم یا O۲D، که معمولاً آب سنگین گفته می‌شود می انجامد. همچنین هیدروژن با کربن یک سری ترکیبات گسترده‌ای را بوجود می‌آورد. بخاطر ارتباط این ترکیبات با چیزهای زنده، این ترکیبات را ترکیبات آلی می‌نامند، و به مطالعه خصوصیات این ترکیبات شیمی آلی گفته می‌شود.

حالتها

در شرایط عادی گاز هیدروژن ترکیبی از دو نوع متمایز مولکول است که با هم از نظر جهت چرخش الکترون‌ها و هسته تفاوت دارند. این دو شکل به نام ارتو- و پارا- هیدروژن معروفند. (این مورد با ایزوتوپ‌ها فرق می‌کند به پاراگراف بعد توجه کنید.) در شرایط استاندارد هیدروژن معمولی ترکیبی از ۲۵٪ شکل پاراو ۷۵٪ شکل ارتو است. شکل ارتو را نمی‌توان بصورت حالت خالص آن تهیه کرد. این دو مدل هیدروژن از نظر انرژی با هم متفاوتند که این مسئله موجب می‌گردد، تا خصوصیات فیزیکی آنها کمی متفاوت باشد. مثلاً نقطه ذوب و جوش پاراهیدروژن تقریباً 0.1K° پایین تر از ارتوهیدروژن است.

ایزوتوپ ها هیدروژن

پروتیوم , معمولی ترین ایزوتوپ  هیدروژن فاقد نوترون است گرچه دو ایزوتوپ دیگر به نام دوتریوم دارای یک نوترون و تریتیوم رادیو اکتیویته دارای دو نوترون، وجود دارند. دو ایزوتوپ پایدار هیدروژن پروتیوم(1H-) و دیتریوم(2H-,D ) هستند. دیتریوم شامل۰.۰۱۸۴- ۰.۰۰۸۲ ٪ درصد کل هیدروژن است (IUPAC)؛ نسبتهای دیتریوم به پروتیوم با توجه به استاندارد مرجع آب VSMOW اعلام می‌گردد. تریتیوم(T یا 3H-)، یک ایزوتوپ پرتوزا (رادیواکتیو) دارای یک پرتون و دو نوترون است. هیدروژن تنها عنصری است که ایزوتوپ‌های آن اسمهای مختلفی دارند. به نظر منطقي مي رسد.

هشدارها

هیدروژن گازی است با قدرت افروزش بسیار زیاد. این گاز همچنین به شدت با کلر و فلوئور واکنش نشان می‌هد. O۲ D، یا آب سنگین برای بسیاری از گونه‌ها سمی است. اما مقدار قابل توجهی از آن برای کشتن انسان لازم است.

سوخت هیدروژنی    چیست                                    

در ساليان اخير توجه به كار بر روي هيدروژن به عنوان جايگزين سوختهاي معمول افزايش يافته است.

موانع علمي اين امر كه به موانع اقتصادي آن دامن زده است موجب شده كه كمتر از آن به عنوان سوخت ياد شود ولي تحقيقات علمي همچنان ادامه دارد در مقايسه با سوختهاي رايج ,هيدروژن حجم بالاتري را به دليل گاز بودن اشغال مي كند يكي از راههاي از بين بردن اين مشكل بكار بردن اتانول به عنوان حامل هيدرژن است .هيدروژن همراه با اتمهاي كربن اتانول حمل ميشود و سپس از آن آزاد شده و در اختيار سلول سوختي قرار ميگيرد .(اين مواد در ماشين هاي اتانول سوز نيز ميسر است . )

هيدروژن ,منبع نويد بخشي براي تامين انرژي در سوختهاي آينده بشمار مي آيد ,زيرا ميتوان آن را در پيلهاي سوختي به كار گرفت .از لحاظ نظري ,پيلهاي سوختي بازده تبديل انرژي بالاتري نسبت به تجهيزات احتراقي كنوني دارند.حتي اگر هيدروژن را به عنوان سوختي احتراقي به كار گيريم, هيچ دي اكسيد كربن خروجي مشاهده نخواهيم كرد.به هر حال هيدروژن مي بايد از ديگر منابع انرژي توليد و جدا وبه گونه اي ايمن استفاده شود.                                                                 

آزمایشات انجام گرفته در ایستگاه فضایی بین المللی می تواند حركت به سوی اقتصاد مبتنی بر هیدروژن را تسریع كند. تصور كنید برای سوخت گیری خودروتان به سمت جایگاه سوخت رسانی حركت می كنید، دهانه لوله سوخت رسانی را وارد مخزن سوخت خودرو می كنید، اما سوختی كه مصرف می كنید، از نوع سوخت های متداول نیست بلكه هیدروژن است. هیدروژن گازی بی رنگ و بی بو است كه از سوختن آن فقط بخار آب حاصل می شود كه سریع و بدون هیچ خطری توسط محیط اطراف جذب می شود. یك كیلوگرم از هیدروژن تقریباً سه برابر همین میزان بنزین انرژی آزاد می كند. و این در حالی است كه هیدروژن فراوان ترین عنصر طبیعت محسوب می شود! پس جای تعجب نیست كه چرا دانشمندان در تلاش اند تا راهی بیابند كه بتوان از هیدروژن به عنوان سوخت در خودروها استفاده كنند. ال ساكو مدیر مركز تولید مواد پیشرفته تحت جاذبه ضعیف (CAMMP) در دانشگاه نورسسترون بوستون كه زیر نظر ناسا مشغول فعالیت است در این زمینه می گوید: «ده ها شركت از جمله بزرگ ترین شركت های سازنده خودرو، موتورهایی را طراحی كرده اند كه از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می كند. این موتورها بسیار شبیه به موتورهای احتراق داخلی هستند كه ما امروزه به طور گسترده ای از آنها استفاده می كنیم. سلول های سوختی ( یكی دیگر از منابع ممكن برای تولید نیرو در خودروها ) نیز از هیدروژن استفاده می كنند. برای آنكه استفاده از این فناوری ها در زندگی روزمره ممكن شود، لازم است دانشمندان راهی برای ذخیره سازی و انتقال ایمن هیدروژن بیابند كه از لحاظ هزینه به صرفه بوده و با هزینه های استفاده از بنزین قابل مقایسه باشد.» اما انجام این كار چندان هم آسان نیست. گاز هیدروژن سبك و فرار است. مولكول های كوچك H2 از طریق روزنه ها و شكاف ها و همچنین از طریق بست ها و شیرها بسیار سریع نشت می كنند و هنگامی كه از این طریق خارج شدند خیلی زود تبخیر می شوند. هیدروژن چهار برابر سریع تر از متان و ده برابر سریع تر از بخارهای بنزین نفوذ می كند. این مسئله در مورد حفظ ایمنی دستگاه از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است چرا كه قطرات هیدروژن بسیار سریع تبخیر شده و در محیط پراكنده می شوند و می توانند ایمنی سیستم را به خطر اندازند. این مسئله می تواند برای هر كسی كه می خواهد گاز هیدروژن را ذخیره كند، دردسرساز شود. هر چند كه هیدروژن مایع بسیار متراكم است و ذخیره سازی آن آسان به نظر می رسد، اما در عین حال ذخیره كردن آن می تواند مشكلاتی را نیز به همراه داشته باشد.

سامانه ‌هايي كه براي ذخيره هيدروژن توسعه يافته‌اند، عبارتند از:                                       

هيدروژن فشرده، هيدروژن مايع و پيوند شيميايي ميان هيدروژن و يك ماده ذخيره (براي مثال، هيدريد فلزات).                                           

با اين كه تاكنون هيچ سامانه حمل و نقل و توزيع مناسبي براي هيدروژن وجود نداشته، اما توانايي توليد اين سوخت از مجموعه متنوعي از منابع و خصوصيت پاك سوز بودن آن، هيدروژن را به سوخت جانشين مناسبي تبديل كرده است.                                                

هيدروژن يکي از ساده‌ترين و سبك‌ترين سوخت هاي گازي است که در فشار اتمسفري و دماي جوي حالت گاز دارد. سوخت هيدروژن همان گاز خالص هيدروژن نيست، بلكه مقدار كمي اكسيژن و ديگر مواد را نيز با خود دارد. منابع توليد سوخت هيدروژن شامل گاز طبيعي ، زغال سنگ ، بنزين و الكل متيليك هستند. فرآيند فتوسنتز در باكتري ها يا جلبك ها و يا شكافتن آب به دو عنصر هيدروژن و اكسيژن به كمك جريان الكتريسيته يا نور مستقيم خورشيد از آب، روش هاي ديگري براي توليد هيدروژن هستند.                                              

در صنعت و آزمايشگاه هاي شيمي، توليد هيدروژن به طور معمول با استفاده از دو روش شدني است: 1- الكتروليز

 2- توليد گاز مصنوعي از بازسازي بخار يا اكسيداسيون ناقص.

 در روش الكتروليز با استفاده از انرژي الكتريكي، مولكول‌هاي آب به هيدروژن و اكسيژن تجزيه مي‌شوند. انرژي الكتريكي را مي‌توان از هر منبع توليد الكتريسيته كه شامل سوخت هاي تجديد پذير نيز مي‌شوند، به دست آورد. وزارت نيروي آمريكا به اين نتيجه رسيده است كه استفاده از روش الكتروليز براي توليد مقادير زياد هيدروژن در آينده مناسب نخواهد بود.                           

روش ديگر براي توليد گاز مصنوعي، بازسازي بخار گاز طبيعي است. در اين روش، مي‌توان از هيدروكربن‌هاي ديگر نيز به عنوان ذخاير تامين مواد استفاده كرد. براي نمونه، مي‌توان زغال سنگ و ديگر مواد آلي (بيوماس) را به حالت گازي درآورد و آن را در فرآيند بازسازي بخار براي توليد هيدروژن به كار برد. از طرفي چون هيدروکربن هاي فسيلي محدود و رو به اتمام هستند، پس بهتر است ديد خود را به سمت استفاده از منابع تجديد شونده معطوف کنيم.

گاز هيدروژن مي تواند هم از منابع اوليه تجديد پذير و هم از منابع تجديد ناپذير توليد شود. امروزه توليد گاز هيدروژن از منابع تجديد پذير به سرعت مراحل توسعه و رشد خود را مي پيمايد. اين در حالي است که توليد گاز هيدروژن از منابع تجديد ناپذير به ويژه منابع فسيلي به علت محدود بودن اين منابع روز به روز کاهش مي يابد.

پردازنده های سوخت چگونه کار می کنند؟

این سلولها از هیدروژن و اکسیژن الکتریسیته تولید و تنها بخار آب ساتع می کنند. مشکل اصلی سلولهای سوختی هیدروژنی ، ذخیره و توزیع هیدروژن است.

هیدروژن، گازی با دانسیته انرژی زیاد نیست؛ یعنی در مقایسه با یک سوخت مایع مثل بنزین یا متانول انرژی کمی در واحد حجم دارد. لذا قرار دادن مقدار کافی هیدروژن در سلول سوختی یک ماشین هیدروژنی به منظور طی مسافتی معقول و منطقی دشوار به نظر می رسد. هیدروژن مایع، دانسیته انرژی خوبی دارد ، اما باید در دمای بسیار پایین و فشار زیاد نگهداری و ذخیره شود که نگهداری و حمل آن را مشکل می سازد.

سوختهای رایج و معمولی مثل گاز طبیعی ، پروپان ، بنزین وسوختهای  غیر رایج مانند متانول و اتانول ، همه در ساختار مولکولیشان هیدروژن دارند. اگر یک فناوری وجود داشت که هیدروژن را از این سوختها جدا و از آن برای سوخت رسانی به سلول سوختی استفاده می کرد می توان گفت مشکل ذخیره و توزیع هیدروژن به کلی برطرف می شد.این فنا وری در حال توسعه پردازنده سوخت یا مبدل (Reformer ) نام دارد. در این قسمت می آموزیم که مبدل گازی (Steam Reformer ) چگونه کار می کند.

هدف پردازنده های سوخت

وظیفه پردازنده های سوخت، تأمین هیدروژن خالص وابسته برای سلول سوختی ، با استفاده از یک سوخت است که آماده و دردسترس بوده و براحتی قابل حمل است. پردازنده های سوخت باید قادر باشند که این عمل را به روش بهینه و کارآمد با کمترین آلودگی انجام دهند؛ در غیر این صورت آنها مزایای استفاده از سلول سوختی را از بین می برند.

برای اتومبیلها، مسأله اصلی ذخیره انرژی است. برای اجتناب از مخزنهای سنگین و فشرده ، یک سوخت مایع به گاز ارجحیت دارد. شرکتهای مختلف روی پردازنده هایی برای سوختهای مایع مانند بنزین و متانول کار می کنند. بهترین سوختی که در کوتاه مدت توصیه می شود متانول است. در حال حاضر این سوخت بسیار شبیه بنزین، ذخیره و توزیع می شود.

برای خانه ها و ایستگاههای تولید برق، سوختهایی چون گاز طبیعی و پروپان مناسب ترند. بسیاری از خانه ها و ایستگاههای تولید برق قبلاً به منابع گاز طبیعی، لوله کشی و متصل شده اند. بعضی خانه ها نیز که لوله کشی نشده اند ، مخزن پروپان دارند.

بنابراین معقول به نظر می رسد که این سوختها را به هیدروژن تبدیل کرده تا در سلولهای سوختی ساکن استفاده شوند.

متانول و گاز طبیعی هردو می توانند در یک مبدل گازی (steam reformer) به هیدروژن تبدیل شوند. فناوری در حال توسعه، پردازنده سوخت یا مبدل (reformer) نام دارد. در این قسمت می آموزیم که مبدل گازی (steam reformer) چگونه کار می کند.

مبدل گازی (steam reformer)

 دو نوع مبدل گازی وجود دارد؛ یکی متانول را  و دیگری گاز طبیعی را بازسازی می کند.

بازسازی متانول

فرمول مولکولی متانول CH3OH است. هدف مبدل این است که حداکثر هیدروژن (H) ممکن را از این مولکول جدا کند طوری که میزان نشر آلاینده هایی چون کربن مونواکسید را به حداقل برساند.این فرآیند با تبخیر متانول مایع و آب آغاز می گردد. گرمایی که در فرآیند بازسازی تولید شده بود، برای این منظور (تبخیر) استفاده می شود. ترکیب بخار آب و متانول (متانول گازی) از یک اتاقک داغ حاوی کاتالیزگر عبور داده می شود.

هنگامی که مولکول های متانول به کاتالیزگر برخورد می کنند به مونواکسید کربن (CO) و گاز هیدروژن (H2) تجزیه می شوند:

CH3OH => CO + 2H2

بخار آب نیز به گاز هیدروژن و اکیسژن تجزیه می شود. این اکسیژن با CO ترکیب می شود تا CO2 بسازد. با این روش، مقدار بسیار کمی CO آزاد می شود چرا که بیشتر آن به CO2  تبدیل شده است:

H2O + CO => CO2 + H2

 بازسازی گاز طبیعی

گاز طبیعی که بیشترین ماده ترکیبی آن متان(CH4) است ، با عملکردی مشابه پردازش می گردد. متان موجود در گاز طبیعی با بخار آب واکنش داده و گازهای مونواکسید کربن وهیدروژن، آزاد می کند:

CH4 + H2O => CO + 3H2

 همانند عملی که در بازسازی متانول انجام شد، بخار آب به گاز هیدروژن و اکسیژن تجزیه می شود. اکسیژن با CO ترکیب شده و CO2 حاصل می گردد:

 H2O + CO => CO2 + H2

 هیچ کدام از این ترکیبها ایده آل نیستند؛ مقداری از متانول یا گاز طبیعی و مونواکسید کربن بدون اینکه واکنش دهند باقی می مانند. این مواد در مجاورت یک کاتالیزگر با مقدار کمی هوا(برای تأمین اکسیژن) سوزانده می شوند. این عمل، بسیاری از ملکولهای CO باقی مانده را به CO2 تبدیل می کند.

بسیاری روشهای دیگر ممکن است استفاده شود تا آلاینده های دیگری همچون گوگرد که ممکن است در گاز اگزوز باشند را پاک کنند.

به دو دلیل حذف کردن مونواکسید کربن از گاز اگزوز اهمیت دارد: اول اینکه اگر CO از سلول سوختی عبور کند ، کیفیت عملکرد و طول عمر سلول سوختی کاهش می یابد . دوم اینکه این گاز یک آلاینده کنترل شده است که بسیاری از ماشینها مجازند تنها مقدار بسیار کمی از آن را تولید کنند.

پردازنده سوخت و سلول سوختی

برای تولید برق، سیستم های مختلفی باید با هم کار کنند تا جریان الکتریکی خروجی را تأمین نمایند. یک سیستم معمولی از یک مصرف کننده الکتریکی (مثل اتاق خودرو یا موتور الکتریکی) یک سلول سوختی و یک پردازنده سوخت تشکیل شده است.

خودرویی که با سلول سوختی کار می کند را بررسی می کنیم. وقتی که شما پدال گاز(هیدروژن) را فشار می دهید، فعل و انفعالاتی به طور همزمان رخ می دهند.

● کنترل کننده موتور الکتریکی شروع به برقراری جریان در موتور الکتریکی کرده  و موتور الکتریکی نیز گشتاور بیشتری ایجاد می کند.

● در سلول سوختی، هیدروژن بیشتری واکنش می دهد، الکترونهای بیشتری تولید شده، در موتور و کنترل کننده الکتریکی جریان می یابند و نیاز بیشتر به انرژی را برطرف می کنند.

● پردازنده سوخت، متانول بیشتری را درون سیستم - که هیدروژن تولید می کند- پمپ می کند. پمپ دیگری  جریان هیدروژنی را که به سلول سوختی می رود افزایش می دهد.

 فعل و انفعالات متوالی مشابه ای نیز هنگامی که دراتاق، مصرف انرژی بالا می رود رخ می دهد. مثلاً وقتی سیستم تهویه روشن می شود برق خروجی سلول سوختی باید سریعاً افزایش یابد وگرنه چراغها کم نور می شوند تا اینکه سلول سوختی نیاز انرژی را تأمین کرده و افت ولتاژ را جبران نماید.

جنبه های منفی پردازنده های سوخت

پردازنده های سوخت زیانهایی نیز دارند. زیانهایی همچون آلودگی و تأثیر روی بازده کلی.

 آلودگی

اگرچه پردازنده های سوختی می توانند گاز هیدروژن را برای سلول سوختی با آلودگی بسیار کمتر از یک موتور درون سوز تأمین نمایند، مقدار قابل توجهی دی اکسید کربن (CO2) تولید می کنند. اگرچه این گاز یک آلاینده کنترل شده نیست، گمان می رود که در گرم شدن زمین (global warming) نقش داشته باشد.

اگر در یک سلول سوختی هیدروژن خالص استفاده شود ، تنها محصول فرعی آن ، آب (بخار آب) است. CO2  یا هیچ گاز دیگری تولید نمی شود. اما چون خودرو هایی با پردازنده های سوخت از سلول سوختی انرژی می گیرند، مقدار کمی از آلاینده های کنترل شده (مثل مونواکسید کربن) را تولید می کنند، نمی توان نام وسایل نقلیه پاک و غیر آلاینده (ZEVs : zero emission vehicles) را با با توجه به قوانین آلودگی کالیفرنیا بر آنها نهاد. هم اکنون فناوری های اصلی که تحت عنوان ZEV ها شناخته می شوند ، خودرو های الکتریکی با باتری و خودرو های هیدروژنی هستند.

به جای تلاش در جهت بهبود پردازنده های سوخت برای حذف آلاینده های کنترل شده از آنها، برخی شرکتها روی شیوه های جدیدی برای ذخیره یا تولید هیدروژن در وسیله نقلیه کار می کنند. Ovonic روی مخزنی از جنس هیدرید فلزی کار می کند تا هیدروژن را مثل اسفنجی که آب را جذب می کند، جذب کند. با این وسیله نیازی به مخزنهای پرفشار نیست و می توان ظرفیت هیدروژن وسیله نقلیه را افزایش داد.

Powerball Technologies درنظر دارد از گلوله های پلاستیکی کوچکی که مملو ازسدیم هیدرید می باشند استفاده کند. این توپها وقتی باز شده و به داخل آب انداخته شوند هیدروژن تولید می کنند. محصول فرعی این واکنش سدیم هیدرواکسید مایع بوده که یک ماده شیمیایی صنعتی رایج است.

بازده

زیان دیگر پردازنده های سوخت این است که بازده کلی ماشینی که با سلول سوختی کار می کند را کاهش   می دهند. پردازنده سوختی ازگرما وفشار برای کمک به انجام واکنشهایی که هیدروژن آزاد می کنند استفاده می کند.

بسته به نوع سوختی که به کار می رود و بازده سلول سوختی و پردازنده سوخت، بهبود بازده روی خودرو های بنزینی معمولی به طور آشکار کم است.برای این مقایسه بازده های ماشین بنزینی و ماشین با سلول سوختی و ماشین برقی را تحقیق کنید.

تولید هیدروژن از گیاهان و باکتری ها                                         همچنین گاز هيدروژن در اثر واکنش هاي تخميري ميکروارگانيسم هاي زنده، به ويژه باکتري ها و مخمر ها روي بيوماس، توليد مي شود. بيوماس از منابع اوليه تجديد پذير است که از موادي مانند علوفه، ضايعات گياهان و فضولات حيوانات به دست مي آيد. در روند توليد گاز هيدروژن، باکتري هاي بي هوازي با استفاده از پديده تخمير، مواد آلي و آب را به گاز هيدروژن تبديل مي کنند. براي توليد هيدروژن به وسيله باکتري ها دو نوع تخمير وجود دارد: يک نوع تخمير نوري است که در آن به منبع نور نياز است و نوع ديگر، تخمير در تاريکي است که نيازي به نور ندارد. در اين واکنش ها منابع کربني زيادي استفاده مي شود که همگي از بيوماس تامين مي شوند.                      

در طبيعت ميکروارگانيسم هاي بي هوازي در غياب اکسيژن و با استفاده از پديده تخمير، گاز هيدروژن توليد مي کنند، ولي مقدار اين گاز از نظر کمي پايين است و از نظر اقتصادي براي مصارف صنعتي و خانگي و ... قابل توجيه نيست؛ از اين رو بايد با استفاده از روش هايي، بازده توليد گاز هيدروژن را افزايش داد. يکي از روش هايي که مي توان بازده توليد گاز هيدروژن را بالا برد، تغييرات ژنتيک در ژنوم اين باکتري ها با استفاده از روش هاي مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي است. روش ديگر، استفاده از ترکيبي از باکتري هاي هوازي و بي هوازي در کنار هم است. در اين روش چون باکتري هاي بي هوازي در فرآيند تخمير توليد اسيد هاي آلي مي کنند، رفته رفته محيط واکنش اسيدي مي شود و PH پايين مي آيد؛ از اين رو توليد هيدروژن کاهش مي يابد. ولي هنگامي که باکتري هاي هوازي در محيط باشند، از اسيد هاي آلي استفاده و آنها از محيط خارج مي کنند؛ در نتيجه راندمان توليد گاز هيدروژن بالا مي رود.                                             

تحقيق و توسعه                                         

وزارت نيروي آمريكا براي توسعه استفاده از هيدروژن دو برنامه اصلي را دنبال مي‌كند که يکي برنامه هيدروژن وزارت نيرو و ديگري شبكه اطلاعاتي تكنولوژي‌هاي هيدروژن است. هيدروژن، سومين انرژي فراوان بر روي سطح زمين است. همان طور كه به صورت ابتدايي در آب و تركيبات آلي يافت مي شود. هيدروژن از هيدروكربن ها يا آب به دست مي آيد و هنگامي كه به عنوان سوخت مصرف مي شود، يا براي توليد الكتريسيته از آن استفاده مي شود و يا با تركيب مجدد با اكسيژن توليد آب مي كند. از اين رو و با توجه به قابليت بالاي توليد انرژي در اين سوخت اخيراً تلاش هاي زيادي براي جانشين کردن اين سوخت صورت مي گيرد.                                  

مسائل ايمني                                       

هيدروژن از ديدگاه ايمني نيز مطمئن و مطلوب است و براي حمل ونقل ، نگهداري و استفاده، خطرناك تر از سوخت هاي رايج ديگر نيست. به هر صورت مسائل ايمني همچنان به عنوان يكي از اساسي‌ترين مقوله ها در استفاده از انرژي هيدروژن باقي مي ماند.استانداردهاي متداول دنيا امنيت استفاده از آن را با سختگيري در طراحي‌ و انجام آزمايش هاي متعدد فراهم مي آورد. همچنين در حوزة نگهداري و حمل آن، استانداردهاي بسياري براي تمام تجهيزات مرتبط تدوين شده است.

اقتصاد هيدروژن                                                

براي هيدروژن به عنوان يك سوخت، سيستم توزيعي مناسبي وجود ندارد. با اين كه معمولاً انتقال از طريق خط لوله با صرفه‌ترين راه انتقال سوخت‌هاي گازي است، اما در حال حاضر سيستم خط لوله مناسبي موجود نيست. انتقال هيدروژن به طور خاص از طريق مخزن و تانكرهاي گاز صورت مي‌گيرد. استفاده از هيدروژن به عنوان سوخت به يك زير ساختار براي حمل ونقل و نگهداري و با توجه به مسائل ايمني و اقتصادي نياز دارد.                              

ديدگاه ايجاد يك زير ساختار كه هيدروژن را به عنوان منبع انرژي مورد استفاده قرار مي‌دهد، مفهوم اقتصادي بودن اين طرح را پديد آورده كه بهترين راه جهت ايجاد تقاضاي بيشتر براي توليد و مصرف اين انرژي است، زيرا منابع توليد هيدروژن بسيار ارزان و در دسترس هستند. هيدروژن قابليت بالايي براي توليد انرژي دارد و ميزان آلودگي ناشي از مصرف اين سوخت در محيط زيست بسيار کم است. اين سوخت به عنوان منبعي تجديدپذير، پاک و فراوان تر از سوخت فسيلي مي تواند کاربرد زيادي براي نيروگاه ها و بخش حمل و نقل داشته باشد.

متاسفانه برخي از تركيبات ساده هيدروژني كه در آنها هيدروژن با يك عنصر سبك همچون ليتيوم پيوند شيميايي دارد قادر به برطرف كردن نيازهاي خودرو در توليد انرژي نمي‌باشند. چراكه اين مواد عموما در دماي بسيار بالا هيدروژن را آزاد مي‌كنند و اين دما از نقطه نظر مهندسي و استفاده در خودرو عملي نيست. در نتيجه پژوهشگران به تركيبات چندگانه هيدروژني روي آورده‌اند كه مي‌توانند هيدروژن را با چگالي حجمي و وزني بالاتري در ساختارشان ذخيره كنند و هچنين در دماهاي بهتري نسبت به تركيبات ساده و دوگانه هيدروژني در يك واكنش شيميايي هيدروژن را آزاد مي‌كنند.

تحقیق درباره قویترین اسید دنیا

قويترين اسيد دنيا كه لااقل يك ميليون مرتبه قويتر از اسيد سولفوريك غليظ شده مي باشد دريكي از آزمايشگاهاي كاليفرنيا ساخته شد.شايد اين اسيد كمترين ميزان خورندگي را هم داشته باشد.

اين تركيب كربوران اسيد ناميده شده است توليد كنندگان آن مي گويند اين نخستين ابر اسيدي است كه مي توان آنرا در ظرف شيشه اي (لوله آزمايشگاهي ) نگهداري كرد . ابر اسيد قبلي اسيد فلوئور و سولفوريك به قدري قوي است كه مستقيماً (فوراً) مي تواند شيشه را خود حل كند , ولي به نظر مي رسد خاصيت اسيد جديد به پايداري شيميايي قابل توجهش برگردد.

كريستفر ريد از دانشگاه كاليفرنيا ، ديور سيد و همكارانش . اين اسيد مانند همه اسيدها با تركيبات ديگر واكنش نشان مي دهد و يك اتم هيدروژن با بار مثبت به آنها مي دهد اما بنيان باقي مانده آنقدر پايدار است كه آن از واكنش بيشتر خودداري مي كند .

اين دومين واكنشي است كه براي خورندگي ضروري است براي مثال اسيد هيدروفلوريك كه غالباً تركيب شده از دي اكسيد سيليكون مي خورد شيشه را زيرا يون فلوريد به اين سيليكون حمله مي كند همانطوريكه هيدروژن با اكسيژن واكنش مي دهد.

اين اسيد جديد با فرمول(H(CHB11GL11  تمايل بسيار زيادي براي دادن يون هيدروژن داردكه ميزان قدرت اسيدي آنها را تعريف ميكند(معين ميكند)و صد تريليون بار از آب استخر اسيدي تر است اما بنيان باقي مانده اسيد كه نتيجه از دست دادن يون هيدروژن است شامل يازده اتم بور و يك اتم كربن است كه در يك ساختار 20 وجهي قرار گرفته اند .

ريد مي گويد شايد پايدارترين گروه اتمهايي كه در شيمي وجود دارد باشد . هدف اصلي محققان اين است كه با استفاده از اسيد هاي كربوران اتم هاي گاز نجيب زنون را بسادگي اسيدي كنند كاري كه تا كنون انجام نشده است.

تحقیق درباره سیستم های سوخت رسانی الکترونیکی موتور دیزل

مقدمه

دست یافتن به عملکرد نرم موتورهای رفت و برگشتی با پاشش مستقیم سوخت،با دشواریهایی همراه است.برای برطرف کردن این مشکل،پاشش غیر مستقیم سوخت بطور گسترده استفاده شود.در موتورهای با پاشش غیرمستقیم سوخت در یک محفظه احتراق اولیه یا محفظه گردابی طراحی شده در سر سیلندر،که در امتداد محفظه احتراق اصلی است،پاشیده می شود.

موتورهای پاشش غیر مستقیم سوخت دارای بازده کمتری نسبت به موتورها با پاشش مستقیم سوخت می باشند،و از طرفی به مرحله پیش گرمایش بیشتری در استارت سرد موتور نیاز دارند.

اخیرا با استفاده از سیستمهای الکترونیکی کنترل موتور دیزل استفاده از موتورهای پاشش مستقیم افزایش یافته است.

انواع سيستم هاي سوخت رساني پیشرفته موتورهاي ديزل چیست:

1-سيستم سوخت رساني PT(كومينز)

2-سيستم انژكتوري يك واحدي

3-سيستم سوخت رساني Common Rail

4-پمپ انژکتور ردیفی با کنترل الکترونیکی( (PE

1-سيستم سوخت رساني PT (كومينز)

اساس كار سيستم سوخت رسانيPT بر پايه تغييرات فشار (PRESSURE)و زمان(TIME)استوار است.

مفهوم تغييرات فشار و زمان عبارتست از:

تغييرات فشار مربوط به سوخت تحويلي به انژكتورها

تغييرات زمان مربوط به زمان ورود سوخت به انژكتور

هر دو عامل فشار و زمان تعيين كننده مقدار سوخت ارسالي به موتور است.

مدار سیستم سوخت رسانی PT  

در این مدار،پمپ فشار ضعیف سوخت را از باک کشیده و پس از فیلتر کردن به انژکتورها می رساند،در انژکتور سوخت توسط پلانچر،نیروی اسبک،میل تاپیت و میل بادامک تحت فشار قرار گرفته و با فشار زیاد به سیلندر تزریق می شود.

اجزا سیستم سوخت رسانیPT :

• تانک سوخت

• پمپ دنده ای

• گاورنر

• دریچه گاز

• شیر قطع کن

• انژکتورها

گاورنر

قطعات دوار در گاونر که شامل دو وزنه دوار می باشد بروی یک شفت سوار شده است و بوسیله چرخ دنده های داخل مجموعه پمپ سوخت به گردش در می آید.نیروی گریز از مرکز باعث می شود وزنه ها حول پین های که وزنه ها را به حامل متصل ساخته چرخیده و از هم باز شود.حرکت به سمت خارج وزنه ها پلانجر را به سمت راست و در مقابل نیروی فنرهای گاورنر حرکت می دهند

گاورنر چیست

دریچه گاز(کنترل کننده گاز)

دریچه گاز راننده را قادر می سازد تا بطور دلخواه سرعت موتور را بین دور درجا و ماکزیمم دور،بسته به شرایط سرعت و بار تغییر دهد.

شیر قطع کن چیست:

• سوخت عبوری از دریچه گاز از طریق شیر قطع کن به مجرای سوخت تعبیه شده در سر سیلندر و انژکتورها جریان می یابد.شیر قطع کن برای قطع جریان سوخت به انژکتورها و خاموش کردن موتور به کار می رود.

• در صورت خرابی در سیستم برقی می توان سوپاپ شیر را با تغییر وضعیت پیچ تنظیم از نشیمنگاه بلند کرد

شیر قطع کن

انژکتور سیستم PT

سيستم انژكتوري يك واحدي چیست

اين سيستم در دو صورت مكانيكي و الكترونيكي وجود دارد.نوع مكانيكي آن در موتورهاي ديزل ديترويت كه در ديزل ژنراتورها لكوموتيوها راه آهن به كار رفته است.نوع الكترونيكي آن در خودروهاي ديزل سنگين Actorz به كار رفته است.

نوع الكترونيكي خود شامل دو نوع

1-UPS (Unit pump system)

2-UIS (Unit injector system )

سيستم انژكتوري يك واحدي شامل بخش هاي زير است:

بخش اول : تهيه و تحويل سوخت (بخش كم فشار )

بخش دوم : بخش فشار بالا

بخش سوم: کنترل الكترونيكي ديزل EDCبا سنسورها ،عملگرها

بخش چهارم : تجهيزات جانبي (مانند توربو شارژ و بازخوراني هواي خروجي موتور )

بسته به نوع كاربرد و مدل خودرو ممكن است بعضي از اجزا را نداشته باشد.

مراحل كنترل تهيه سوخت موتور درسيستم انژكتور يك واحدي

فصل اول :بخش تامين سوخت شامل قسمتهاي زير است

-مخزن سوخت يا باك

-فيلتر اوليه

-پمپ سوخت

-سوپاپ كنترل فشار

-خنک کن ECU

-خنك كن سوخت

مخزن سوخت (باك )

• مخزن سوخت : سوخت را ذخيره مي كند که آن بايد ضد خوردگي بوده و بايد در دو برابر فشاركاري و حداقل .3barبيش از فشار كاري آب بندي شود.

فيلتر سوخت ديزل:

• وظيفه آن كاهش ناخالصي سوخت از ذرات معلق مي باشد.

پاسخ : سيستم هاي سوخت رساني الكترونيكي موتور ديزل

قسمت دوم

پمپ سوخت:

وظيفه پمپ سوخت در بخش كم فشار آن است كه اجزاي بخش پر فشار را با سوخت به اندازه كافي تغذيه كند.

انواع پمپ سوخت:

1-پمپ سوخت برقي (سواري)

پمپ سوخت برقي فقط در سواري ها و كاميون هاي سبك به كار برده مي شود.

2-پمپ دنده اي

اين پمپ توسط موتور با نيروي مكانيكي كار مي كند و در موتورهاي ديزل با ريل مشترك كاربرد دارد.

3-پمپ پيستوني روتوري

اين پمپ در موتورهاي ديزل يك واحدي به كار مي رود.

پمپ روتوري

سوپاپ كنترل فشار

سوپاپ كنترل فشاريك سوپاپ سر ريز است كه در مجراي برگشت سيستم سوخت رساني انژكتوري قرار گرفته است.توسط اين سوپاپ ،سوخت در مدار كم فشار در حد مناسبي نگهداري مي شود.

خنك كن ECU

در خودروهاي تجارتي ECUروي موتور نصب مي شود و نياز به خنك كاري دارد براي خنك كاري ECUاز سوخت استفاده مي شود.سوخت خنك از مجراي تكيه گاه ECUعبور كرده و قطعات الكترونيكي ECUراخنك كاري مي كند.

سيستم خنك كننده سوخت

سوخت در اثر فشار زياد انژكتورها در سيستم انژكتور UISبه شدت گرم مي شود و سوخت برگشتي داغ براي سنسورهاي مدار سوخت رساني موجود در باك ودر مدار خطرناك است.بنابراين سوخت برگشتي از مدار انژكتورها به دستگاه خنك كن سوخت رفته و حرارت سوخت به مدار خنك كاري منتقل مي شود.

فصل دوم : فشار بالا

سيستم پمپ و انژكتور يكپارچه (UIS)

در اين سيستم پمپ و انژكتور به صورت يك واحد در داخل پوسته مشترك جاسازي مي شوند.

در اين طرح هر كدام از سيلندرهاي موتوريك واحد جداگانه قرار مي گيرد تحريك آنها نيز از طريق بادامك هاي ميل سوپاپ صورت مي گيرد.

طرز كار انژكتور در سيستم UIS:

كار انژكتور در چهار مرحله انجام مي شود :

1-مرحله مكش :

در اين مرحله بادامك به پلانجر نيرو وارد نمي كند و پلانجر با نيروي فنر تا نقطه مرگ بالا حركت مي كند. دراين حالت سوخت با فشار پمپ اوليه (دنده اي ،غلتكي يا پيستوني)از مدار ورودي به داخل انژكتور راه يافته وبه محفظه اتاق سوپاپ سولنوئيدي مي رسد.

مرحله مکش

2-كورس مقدماتي:

باچرخش بادامك پلانجر به طرف پايين حركت مي كند . سوپاپ سولنوئيدي باز ميشود و پلانجر پمپ مي تواند سوخت را با حركت خود به مجراي خروجي و جايي كه سوخت با فشار پمپ ضعيف وجود دارد هدايت كند.

3-كورس تحويل سوخت و تزريق همزمان انژكتور:

در زمان لازم ECUبه سوپاپ سولنوئيدي سيگنال مي فرستد،در نتيجه سوپاپ سولنوئيدي درسيت خود تكيه مي كند.با اين حركت ارتباط مدار فشار ضعيف و مدار فشار قوي قطع مي شود .اين لحظه دقيقا لحظه شروع تزريق مي باشد.

باحركت بيشتر پلانچر به سمت پايين ،سوخت زير پلانجرفشار قرار گرفته و به محفظه فشاري انژكتور هدايت مي شود.وقتي فشار سوخت به 300بار برسد سوزن انژكتور از سيت خود بلند مي شود و سوخت به صورت كاملا اتميزه و پودري شكل به داخل اتاق احتراق تزريق مي شود.

كورس تحويل سوخت

4-كورس نهايي:

پس از پايان تزريق برق سوپاپ سولنوئيدي قطع مي شود و سوپاپ آن مدار برگشت را باز مي كند و ارتباط بين مدار فشار قوي و فشار ضعيف برقرار مي شود.

انژكتور با روش پيش تزريق در يونيت انژكتور:

تزريق سوخت در دو مرحله مقدماتي و نهايي انجام مي شود،لذا توليد گازهاي سمي در آن بسيار كم است و موتور با نرمش و بدون صدا كار مي كند.

طرز كار اين سيستم در چهار مرحله زير تشريح مي شود :

موقعيت اوليه:

سوزن انژكتور و پلانجر در نشيمنگاه خود تكيه كرده اند و سوپاپ سولنوئيدي باز است ،زيرا هيچ گونه فشار در مدار وجود ندارد.

تزريق مقدماتي :

با بسته شدن سوپاپ سولنوئيدي ،فشار در مدار افزايش پيدا مي كند،وقتي فشار به حدي برسد كه سوزن انژكتور در آن حد باز شود،سوزن از نشيمنگاه خود برخواسته و تزريق مقدماتي شروع مي شود.

پايان تزريق مقدماتي :

سوپاپ سولنوئیدی بازمي شود و ارتباط بين محفظه فشار قوي و محفظه فشار ضعيف برقرار مي شود .اين عمل باعث بسته شدن سوزن انژكتور شده و عمل تزريق مقدماتي پايان مي پذيرد.در اين فرآيند حدود1.5ميلي ليتر مكعب سوخت از انژكتور تزريق مي شود.

شروع تزريق اصلي :

با حركت بيشتر پلانجر به سمت پايين ،فشار سوخت در محفظه فشار قوي افزايش يافته و سوزن انژكتور را عليرغم نيروهاي مقاوم از طرف بالا بلند كرده و سوخت در اتاقك احتراق تزريق مي شود.

سيستم انژكتورتك واحدي با فشار بالا(UPS)

اين پمپ ها نسل جديد از پمپ ها تكي هستند كه داراي فشار تزريق بالا تا bar2200 هستند و دليل آن كنترل ورود و خروج سوخت از طريق سوپاپ هاي الكترونيكي مي باشد.

پاسخ : سيستم هاي سوخت رساني الكترونيكي موتور ديزل

قسمت سوم

طرز كار سيستم يونيت پمپ :

در اين سيستم هر سيلندر يك پمپ مستقل دارد كه توسط ميل بادامك به كار مي افتد.سوخت با فشار زياد پس از كنترل درسوپاپ سولنوئيدي با فرمان ECUبه لوله فشار قوي رسيده و به انژكتور منتقل مي شود.

پلانجر نيروي خود را از بادامك ميل سوپاپ مي گيرد.

سوپاپ هاي پمپ توسط سولنوئيدتحريك مي شوند و سولنوئيد از طريق واحد كنترل موتور مديريت مي شود.

سیستم یونیت پمپ UPS  

لوله هاي فشار قوي :

لوله هاي فشار قوي به دليل بالا بودن فشار و كاهش افت فشار در آنها داراي طول كمي هستند.

همه واحدها داراي يك لوله كوتاه فشار قوي هستند كه با طول يكسان در تمام سيلندرها بوده و مقاومت كافي در مقابل سوخت با فشار بالا را دارد. اين لوله ها بدون درز و داراي قطر خارجي6وقطر داخلي 1.8ميلي متر هستند.

لوله فشار قوي

كنترل الكترونيكي ديزل EDC

واحد کنترل الکترونیکی ECU

وظیفه ECUپردازش اطلاعات دریافتی از سنسورها و ژنراتورها و فرمان دادن به عملگرهاست.

برنامه عملیاتی و پروتکل ها در حافظه مخصوص ECUذخیره شده و میکرو کنترل ها که ریز پردازنده هستند،وظیفه پردازش عملیات را عهده دارند.

ECUدارای مدارات متفاوت الکترونیکی است که در یک محفظه فلزی جداسازی شده است.

ECU دارای اتصالات دریافت کننده سیگنال است.و دارای قسمت های زیر است:

• 1-قسمت درایور فشار ضعیف

• 2-قسمت قدرت قوی

• 3-مبدل

• 4-هسته میکروکنترلر

• 5-مرحله دایور پر قدرت

• 6-مدارهای عمومی ورودی و خروجی

ECU

سیگنال های ورودی

سیگنال های ورودی توسط سنسورها به ECUارسال می شود.

سیگنال ورودی از نوع آنالوگ

سیگنال آنالوگ به صورت ولتاژ ارسال می شود.

این سیگنال در مبدل آنالوگ به دیجیتال (A/D)به مقادیر دیجیتال تبدیل شده و درECUدر چرخه الگوریتم محاسبات قرار گرفته و پردازش می شود.

سیگنال های ورودی دیجیتالی

این نوع سیگنال ها دارای دو مرحله هستند.مرحله سیگنال بلند و مرحله سیگنال کوتاه.

این نوع سیگنال ها نیاز به تبدیل شدن نداشته و مستقیما در ECUپردازش می شود.

اصلاح سیگنال ها

با تکنولوژی فیلتر کردن و تکنیک روی هم گذاری می توان سیگنال ها را کوچک کرد و در صورت نیاز انها را تقویت نمود وسپس در ECU مورد استفاده قرار دارد.

مراحل کار سیگنال ها:

ECU با دریافت سیگنال از سنسورها عمل پردازش را در میکروکنترل ها انجام می دهد.در ECU برنامه کاملی نوشته شده است که پروتکل نام دارد.اطلاعات دریافتی با برنامه پروتکل پردازش شده و نتیجه بصورت دستورالعمل به عملگرها ارسال می شود.

حافظه برنامه ریزی:

برای اجرای عملیاتECU نیاز به برنامه حافظه خواندنی دارد کهROM (READ-ONLY-MEMORY) یاEPROMنامیده می شود.حافظه دارای اطلاعات مخصوص(اطلاعات انفرادی،منحنی مشخصه و نقشه ها و الگوها)است.این اطلاعات ثابت بوده و با تغییرات کار موتور تغییر نمی کند.تغییرات کار موتور که ذکر شد توسط سازندگان خودرو نسبت به شرایط کارکرد خودرو تعریف می شود و به ECU جهت انطباق با پروتکل معرفی می شود.در حافظه فلاش ایپروم EPROM:انواع برنامه های اجرایی خودرو هنگامی که خودرو در پایان خط تولید قرار دارد به ECUداده می شود.

مدول مانیتورینگ:

ECU دارای مدار مانیتورینگ است که در قسمت ICها قرار دارد.مدول مانیتورینگ و میکروکنترلر یکدیگر را کنترل می کنند و در هنگام تشخیص هرگونه عیبی به تنهایی عمل تزریق سوخت موتور را قطع می کنند.

ذخیره سازی اطلاعات

یک حافظه موقت بنام RAM(RANDOM-ACCESS-MEMORY)برای ذخیره سازی اطلاعات قابل تغییر وجود دارد.حافظه موقت نیاز به برق دائم دارد تا بتواند در اختیار قرار گیرد.با خاموش شدن برق ECUاطلاعات ذخیره شده در حافظه موقت از بین می رود.

مدارهای ICکاربردی در ECU:

با افزایش تجهیزات خودرو و وظیفه کنترل و مدیریت عملگرها دشوار می گردد.برای ساده سازی مدار از ICهای مختلف به نام مدول استفاده می شود.مدول ها با حافظه موقتRAM و حافظه دائم ROMارتباط دارند.این مدول ها در میکروکنترل ها قرار دارند.این مدول ها بین ورودی و خروجی واقع شده و می توانند سیگنال ها مربع شکل تولید کنند.

3-سيستم سوخت رساني Common Rail

يكي ازجديدترين طراحي سيستم هاي سوخت رساني سيستم Common Rail است.

قسمت هاي اين سيستم عبارتند از:

1-پمپ فشارقوي

پمپ وظيفه تامين سوخت با فشار بالا را بر عهده دارد.معمولي ترين اين پمپ ها از نوع دو پيستوني با فشار بالا مي باشد.پمپ به صورت مستقيم نيروي خود را از موتور مي گيرد. سوخت از مجرا وارد شده و پس از اندازه گيري توسط سوپاپ الكترونيكي وارد محفظه پمپ مي شود و پس از پمپاژ توسط لوله هاي فشارقوي به داخل ريل فشارقوي ارسال مي شود. سوخت اضافه از طريق مجراي برگشت پمپ به داخل باك مي ريزد.

پمپ فشار قوی

2-ريل فشارقوي :

در اين سيستم يك ريل فشار قوي وجود دارد كه در همه حالت ها توسط فشار سوخت ارسالي از پمپ،سوخت تحت فشار را در ذخيره مي كند.

3-انژكتورها :

انژكتورهاي به كار رفته از نوع PIEZO است .اين نوع انژكتورها داراي فشار تزريق تا حدود bar1800 مي باشد.

انژکتور

4-لوله هاي اتصال :

لوله هاي اتصال دهنده جريان خروجي پمپ فشارقوي به ريل و خروجي هاي فشارقوي ريل به انژكتورها از نوع فشارقوي و مقاوم هستند تا تحمل اين گونه فشارهاي وارده به خود را داشته باشند.

5-پدال كنترل سرعت موتور :

اين پدال داراي يك سنسور است كه با تغير مقدار حركت آن توسط راننده به واحد كنترل الكترونيكي فرمان داده و واحد كنترل نيز نسبت به مقدار حركت پدال يا گاز داده شده ، دستور كاهش و يا افزايش ميزان تزريق سوخت را مي دهد.

پدال گاز الکترونیکی

مزاياي سيستم هاي سوخت رساني الكترونيكي

• 1-كنترل دقيق تر مقدار سوخت پاشيده شده

• 2-كنترل بهتر لحظه آغاز سوخت پاشي

• 3-كنترل دور آرام

• 4-كاركرد ضد دل زدن

• 5-در نظر گرفتن و جبران تغييرات دما

مراحل پیشرفت این سیستم به ترتیب زیر است:

1997-اولین سیستم ریل سوخت مشترک برای خودروهای سواری

-فشار سوخت:1350 بار

-اولین سیستم از این نوع بروی آلفا رومئو و مرسدس نصب شد.

1999-سیستم ریل سوخت مشترک برای کامیونها

-فشار سوخت:1400بار

-اولین سیستم از این نوع بروی محصولات رنو نصب شد.

2001-دومین نسل سیستم ریل سوخت مشترک برای خودروهای سواری

-مزایا این سیستم:اقتصاد بهتر سوخت-آرامتر کار کردن موتور-کاهش آلاینده های خروجی-قدرت بیشتر موتور.

-فشار سوخت:1600 بار

-اولین سیستم از این نوع بروی محصولات ولوو و بی ام و نصب شد.

2002- دومین نسل سیستم ریل سوخت مشترک برای کامیونها

-فشار سوخت:1600بار

-اولین سیستم از این نوع بروی کامیونها مان نصب شد.

2003-سومین نسل سیستم ریل سوخت مشترک با انژکتورهای پیزوئی برای خودروهای سواری

-مزایا این سیستم:بیشتر از 20%کاهش آلاینده های خروجی-بیشتر از 5%افزایش قدرت موتور-بیشتر از 3%کاهش مصرف سوخت-کاهش صدای موتور

-اولین سیستم از این نوع بروی خودروهای آئودی نصب شد.

پاسخ : سيستم هاي سوخت رساني الكترونيكي موتور ديزل

قسمت چهارم

پمپ انژکتور ردیفی با کنترل الکترونیکی PE

نحوه عملکرد این سیستم مشابه پمپ ردیفی معمولی می باشد با این تفاوت که در این سیستم می توان مقدار و زمان سوخت را توسط سیستم الکترونیکی کنترل نمود.

• این سیستم در دو نوع وجود دارد که عبارت است از:

• 1-پمپ انژکتور ردیفی

• 2--پمپ انژکتور ردیفی با کنترل غلافی

کنترل الکترونیکی پمپ انژکتور ردیفی

این سیستم از سه قسمت تشکیل شده است که عبارتند از:

1-حس گرها شامل

    حسگر دور پمپ:این حس گر از نوع القایی می باشد ودر انتها پمپ قرار دارد و دور پمپ را به ECU اطلاع می دهد.

    حس گر فشار هوای ورودی

    حس گر درجه حرارت

    حس گر پدال گاز

2-واحد کنترل الکترونیکی ECU

3-عمل کننده سو لنوئیدی:به طور مستقیم به پمپ وصل است و حرکت خطی آن می تواند شانه را تغییر دهد.وقتی جریان برق از سولنوئید قطع می شود،یک فنر به شانه کنترل در جهت خاموش نیرو وارد می کند که موجب قطع شدن جریان سوخت به موتور می شود.ولی وقتی سولنوئید برق دار شد،نیروی در جهت مخالف نیروی فنر شانه وارد می سازد.با افزایش این نیرو که همراه با افزایش جریان برق در سولنوئید است،مقدار سوخت تزریقی در موتور بیشتر می شود.بدین معنی که حرکت شانه،به نسبت جریان برق بطور پیوسته تغییر می کن و مقدار سوخت تزریقی را بین مقادیر صفر و حداکثر تنظیم می کند.

عمل کننده سولنوئیدی

پمپ انژکتور ردیفی با کنترل زمان تزریق

در این نوع یک عمل کننده اضافی می تواند همراه با کنترل شروع تزریق به کار رود که نه تنها مقدار سوخت ارسالی بلکه زمان شروع تزریق را نیز تنظیم می کند.

این کار همراه بامزایای زیر می باشد:

به حداقل رساندن آلاینده های گاز اگزوز،بهبود مصرف سوخت در تمامی مراحل کار موتور،بهبود راه اندازی موتور به خصوص در مرحله گرم شدن

اجزا بکاربرده شده برای کنترل شروع تزریق به قرار زیرهستند:

• حس گر حرکت سوزن

• حس گر حرکت دورانی

• واحد کنترل الکترونیکی

• عمل کننده الکتریکی

حس گر سوزنی

یک مولد پالس القائی در یکی از افشانک های انژکتور نصب می شود.وقتی سوزن انژکتور باز و یا بسته می شود،مولد یک پالس خارج می کند.هنگامی که افشانک انژکتورباز می شود،سیگنال خروجی از حس گر سوزن شروع به تزریق را به ECU اطلاع می دهد.

مکانیزم عمل کننده

علاوه بر سولنوئید مقدار سوخت ،مکانیزم این نوع پمپ مجهز به یک سولنوئید شروع تحویل سوخت است که محور تنظیم کننده غلاف کنترل را از طریق یک اهرم تحریک می کند نیروی تنظیم کننده این سولنوئید متناسب با شدت جریان برق بوده ودر مقابل نیروی فنر برگشتی عمل می کند.

اساس كار پيزوالكتريك :

در سال 1880 ميلادي RIERRE CURIE و برادرش JASQUESپديده پيزوالكتريك را كشف كردند.آنها دريافتند كه بعضي از كريستال ها مانند كوارتز و تورمالين پيزوالكتريك هستند.اجسامي با كريستال شش وجهي با پايداري بسيار زياد داراي خواص فيزيكي مخصوصي هستند.

خاصيت توليد شارژ الكتريكي :

اگر پيزو الكتريك در معرض نيروي مكانيكي واقع شود،يون هاي منفي و مثبت كريستال به طرف سطوح بيروني كريستال حركت كرده و اختلاف پتانسيل بين دو سطح آن ايجاد شده و شارژ الكتريكي پديدار مي گردد.

تغيير شكل در پيزوالكتريك:

اگر ولتاژالكتريكي به دو انتهاي كريستال پيزوالكتري وارد شود،يون هاي مثبت به طرف يون هاي منفي و يون هاي منفي به طرف يون هاي مثبت حركت مي كنند.نتيجه اين حركت انقباض در كريستال است.اگر اعمال ولتاژ در جهت مخالف باشد،كريستال انبساط پيدا مي كند.

ساختمان و طرز كار انژكتور پيزوئي :

سوخت از مجراي ورودي داخل انژكتور شده و تا محفظه فشاري انژكتور ادامه پيدا مي كند.يا اتصال برق انژكتور توسط مدار ECU عملگر پيزو انبساط پيدا كرده و نيروي آن از طريق كوپلينگ هيدروليكي به سوپاپ سرو اي انتقال يافته و در زير سوپاپ سوخت تحت فشار قرار گرفته و از مدار خروجي به سطح فشار انژكتور راه پيدا كرده و سوزن انژكتور با نيروي فشاري سوخت از سيت خود بلند مي شود و سوخت تحت فشار از مجاري انژكتور در اتاق احتراق تزريق مي گردد.