از آنجا كه بخش حمل و نقل سهم عمده‌اي را در مصرف انرژي و آلودگي محيط‌زيست به خود اختصاص داده است. بنابراين بيش از پيش لزوم استفاده از سوخت‌هاي جايگزين ارزان اما با آلايندگي پايين احساس مي‌شود.

عمده‌ترين سوخت‌هاي جايگزين عبارتند از: 1. گاز مايع نفتي (LPG)[1] 2. گاز طبيعي (NG)[2] 3. متانول (الكل) 4. اتانول 5. بيوديزل 6. هيدروژن 7. DME[3]. هر كدام از اين سوخت‌ها داراي محاسن و معايبي به شرح ذيل مي‌باشند كه بايد تواماً مدنظر قرار گيرند.

گاز مايع نفتي (LPG)

الف- محاسن: عدد اكتان بالا (نسبت تراكم بالا و بالطبع راندمان حرارتي بالا)، مصرف پايين انرژي از چاه تا چرخ[4] (نسبت به بنزين)، انتشار بسيار پايين ذرات معلق و ديگر مواد آلاينده نسبت به بنزين (به جز اكسيدهاي نيتروژن).

ب- معايب: مخزن سوخت (باك) سنگين و حجيم‌تر نسبت به بنزين، ايمني كمتر نسبت به بنزين و گازوئيل، افت توان در موتورهاي دوگانه‌سوز و هزينه بالاي جايگاه‌هاي سوخت‌گيري و تجهيزات گازسوز كردن خودرو.

گاز طبيعي (NG)

الف- محاسن: عدد اكتان بالا (راندمان حرارتي بالا)، ميزان مصرف انرژي چاه تا چرخ كمتر از بنزين و گازوئيل، انتشار هيدرو كربن‌هاي غيرمتان كمتر از بنزين و انتشار بسيار كم ذرات معلق، منواكسيد و دي اكسيد كربن.

ب- معايب: هزينه‌هاي بالاي جايگاه‌هاي سوخت‌گيري و تجهيزات گازسوز كردن خودرو، افت توان در موتورهاي دوگانه‌سوز و سنگين و حجيم بودن مخازن سوخت.

متانول

الف- محاسن: عدد اكتان بالاتر از بنزين، قابليت تبديل به هيدروژن مورد استفاده در خودروهاي پيل سوختي، انتشار دي اكسيد كربن كم و انتشارات تبخيري پايين‌تر نسبت به بنزين.

ب- معايب: چگالي انرژي كمتر از بنزين، بهاي بالاتر از بنزين، عدد ستان پايين، سنگين و حجيم بودن مخزن سوخت نسبت به مخزن بنزين، دارا بودن اثر خورندگي بر تجهيزات سوخت‌رساني و سمي بودن بخارات سوخت.

اتانول: ويژگي‌هاي اين سوخت بسيار شبيه متانول است، اما در مقايسه با آن داراي عدد اكتان كمتر و نيز بخارات غيرسمي مي‌باشد.

بيوديزل

الف- محاسن: ميزان مصرف انرژي چاه تا چرخ كمتر از بنزين، انتشار كمتر دي اكسيد كربن و هيدروكربن‌هاي نسوخته نسبت به گازوئيل، خطر بهداشتي كمتر نسبت به گازوئيل.

ب- معايب: نسبت به گازوئيل داراي مصرف بالاتر انرژي چاه تا چرخ، انتشار بيشتر اكسيدهاي نيتروژن و ذرات معلق و مخزن سنگين و حجيم‌تر مي‌باشد.

هيدروژن

الف- محاسن: عدد اكتان بالا (سه برابر بنزين) و بسيار پايين بودن تمامي آلاينده‌ها به جز اكسيدهاي نيتروژن.

ب- معايب: هزينه بالاي تجهيزات، مخزن بسيار حجيم سوخت و ايمني بسيار پايين.

DME (دي متيل اتر)

الف- محاسن: عدد ستان بالا (در حد گازوئيل)، مصرف انرژي چاه تا چرخ كمتر از بنزين و انتشار آلاينده‌هاي كم (منواكسيد كربن و هيدروكربن‌هاي نسوخته در حد گازوئيل- اكسيدهاي نيتروژن و ذرات معلق در حق بنزين).

ب- معايب:بهاي بسيار بالاتر از بنزين و مخزن سنگين و حجيم سوخت.

مقدمه

امروزه جهان در زمينه انرژي با دو بحران محدود بودن منابع سوخت‌هاي فسيلي و آلودگي محيط‌زيست روبه‌رو مي‌باشد. در اين ميان بخش حمل و نقل، سهم عمده‌اي را در مصرف انرژي و آلودگي محيط‌زيست به خود اختصاص داده است لذا در طول نيم قرن گذشته تحقيقات زيادي براي جايگزيني انواع انرژي در بخش حمل و نقل انجام شده و هنوز هم در حال انجام است.

اين تحقيقات بيشتر در زمينه خودروهاي برقي، پيل سوختي، هيدروژني، گازسوز (LPG, NG) و همچنين خودروهايي با سوخت DME، اتانول و انرژي خورشيدي مي‌باشد.

به لحاظ مواردي چون راندمان حرارتي، شتاب، حداكثر سرعت و برد (پيمايش) خودرو، آلايندگي، مصرف انرژي از چاه تا چرخ، هزينه‌هاي تعمير و نگهداري، در دسترس بودن سوخت (انرژي)، ذخيره‌سازي سوخت در خودرو و هزينه‌هاي مربوط به ايستگاه‌هاي سوخت‌گيري هر كدام از سوخت (انرژي‌)هاي مذكور داراي محاسن و معايبي است كه در بحث جايگزيني سوخت تواماً مد نظر قرار مي‌گيرند. براي مثال خودروهاي برقي با وجود مزاياي آلايندگي پايين (در حد صفر) كاركرد آرام و بي‌سروصدا، راه‌اندازي سريع و آسان، رانندگي راحت و قابل اطمينان و عدم نياز به كلاچ و جعبه‌دنده داراي معايبي نظير بالا بودن هزينه اوليه خودرو، محدود بودن سرعت خودرو (حدود 130 كيلومتر بر ساعت)، پايين بودن شتاب حركت، طولاني بودن زمان شارژ باطري و عدم امكان شارژ مجدد در جاده مي‌باشند.

بنابراين بايد با توجه به سطح فناوري، نوع سوخت در دسترس، نيازهاي روز جامعه و موارد متعدد ديگر سوختي را انتخاب كرد كه نسبت به ديگر سوخت‌ها امتيازات بيشتري داشته باشد.

1. تعريف اصطلاحات

پيش از هر چيز لازم است به‌طور خلاصه تعريف چند اصطلاح مهم كه در بحث تشريح و مقايسه سوخت‌ها از اهميت فراوان برخوردارند، ذكر شود.

چاه تا چرخ: درك نادرست عمومي موجب شده تا در بحث سوخت و آلاينده‌هاي ناشي از آن بيشتر توجه مردم معطوف به زماني باشد كه آن سوخت سوزانده يا در موتور خودروها استفاده مي‌شود. در مورد هزينه و ايمني سوخت نيز چنين درك نادرستي وجود دارد. اين امر موجب شده است تا توجه اندكي به فناوري‌ها و زيرساخت‌هايي كه در توليد سوخت و رساندن آن به باك خودروها نقش دارند، معطوف شود.

در يك مقايسه دقيق و مناسب ميان سوخت‌هاي مورد استفاده در خودرو بايد تاريخچه و ميسر گذر هر سوخت از مرحله استخراج مواد اوليه تا مرحله توليد انرژي مدنظر قرار گيرد. براي مثال سوخت‌هايي كه هنگام مصرف در خودرو آلاينده‌هاي بسيار كمي توليد مي‌كنند ممكن است در مراحل توليد داراي انتشار بسيار زيادي باشند؛ يا سوخت‌هايي كه براي موتورهاي احتراقي مناسبند ممكن است حمل و نقل دشوار و پرهزينه‌اي داشته باشند. در حقيقت تاريخچه هر سوخت در زنجيره كامل چاه تا چرخ (مصرف در خودرو) آن نهفته است. اين زنجيره داراي 5 مرحله ذيل است:

1. استحصال و استخراج مواد خام (مواد اوليه)[5]
2. حمل و نقل مواد خام
3. توليد سوخت
4. توزيع سوخت
5. استفاده در خودرو

در بررسي يك سوخت بايد با نگرشي يكسان تمامي مراحل اين زنجيره، همه جنبه‌هاي توليد و مصرف شامل استحصال مواد اوليه، مصرف انرژي، انتشار آلاينده‌ها، ايمني، فناوري، هزينه‌ها و زيرساخت‌ها مورد توجه قرار گيرد.

محتواي انرژي[6]: محتواي انرژي عبارت است از ارزش گرمازايي يا گرمايي پايين كه مبين انرژي حاصل از احتراق يك سوخت بوده و به عنوان مبنايي براي محاسبه بازده حرارتي موتوري كه اين سوخت را مصرف مي‌كند مي‌باشد. معمولاً محتواي انرژي بر حسب مگاژول بر كيلوگرم (MJ/Kg) يا مگاژول بر ليتر (MJ/Lit) بيان مي‌شود.

عدد اكتان[7]: عدد اكتان از جمله ويژگي‌هاي مهم سوخت‌هايي است كه در موتورهاي اشتعال جرقه‌اي (SI)[8] به كار مي‌روند و نشان‌دهنده مقاومت آن در برابر كوبش مي‌باشد. استفاده از يك سوخت با عدد اكتان خيلي پايين موجب مي‌شود كه موتور در شرايط بار زياد دچار كوبش شود. لازم به ذكر است كه پديده كوبش موتور همان اشتعال خودبه‌خود و كنترل نشده مخلوط هوا و سوخت مي‌باشد كه منجر به ايجاد امواج پرفشار و در نتيجه صدمات شديد به موتور مي‌شود. عدد اكتان معمولاً به‌صورت عدد اكتان تحقيقي (RON)[9] و يا عدد اكتان حقيقي (MON)[10] بيان مي‌شود.

عدد ستان[11]: از جمله ويژگي‌هاي مهم سوخت‌هايي است كه در موتورهاي اشتعال تراكمي (CI)[12] به كار مي‌روند و عبارت است از ميزان آمادگي سوخت براي اشتعال خودبخود تحت شرايط دما و فشار داخل محفظه احتراق موتور.

سوخت تزريق شده به درون سيلندر بايد درست پيش از رسيدن به حداكثر تراكم و در محدوده زماني چند هزارم ثانيه‌اي مشتعل شود. در واقع عدد ستان بيانگر تمايل طبيعي سوخت به اشتعال است. به اين معني كه عدد ستان بالاتر موجب روشن شدن (استارت) بهتر و زمان (مرحله)، تأخير اشتعال[13] كوتاه‌تر (فاصله زماني ميان تزريق و اشتعال) و در نهايت احتراق يكنواخت و آرام‌تر مي‌شود.

2. سوخت‌هاي متعارف و جايگزين و ويژگي‌هاي آنها

سوخت‌هاي متعارف و جايگزيني كه در اين نوشتار به آنها اشاره شده است عبارتند از:

1. بنزين[14] 2. سوخت ديزل (گازوئيل) 3. گاز مايع نفتي (LPG) 4. گاز طبيعي (NG) 5. متانول 6. اتانول 7. بيوديزل 8. هيدروژن 9. DME

لازم به ذكر است كه بنزين، گازوئيل و LPG همگي از پالايش نفت خام به دست مي‌آيند.

بنزين

در طول يك قرن گذشته بنزين با دارا بودن بيشترين ميزان توليد و زيرساخت‌هاي توزيع، بزرگ‌ترين سهم مصرف را در ميان سوخت‌هاي بخش حمل و نقل جاده‌اي داشته است. استفاده گسترده از اين سوخت، موجب پايين آمدن هزينه و توسعه و پيشرفت تجهيزات اختصاصي آن مانند پالايشگاه‌ها، موتورهاي اشتعال جرقه‌اي، كاتاليست‌ها و زيرساخت‌هاي خدمات رساني شده است. ميزان نسبتاً بالاي محتوي انرژي بنزين، اين سوخت را براي موتورهاي SI بسيار مناسب كرده، اما پايين‌تر بودن عدد اكتان آن نسبت به ديگر سوخت‌هاي مورد مصرف در موتورهاي SI موجب شده است تا به ناچار نسبت‌هاي تراكم پائين‌تري مورد استفاده قرار گيرد.

بنزين در مقايسه با ديگر سوخت‌ها از لحاظ ميزان مصرف انرژي از چاه تا چرخ براي خودروهاي سبك (LDV)[15] در وضعيت متوسط قرار دارد. ميزان انتشار NO_X خودروهاي بنزيني در مرحله چاه تا چرخ نسبتاً پايين بوده در حالي كه ميزان انتشار خروجي آنها نسبتاً بالا مي‌باشد.

كاهش ميزان انتشارات خروجي و تبخيري انگيزه مهمي براي بهينه‌سازي بنزين و توليد بنزين با فرمولاسيون جديد بوده است. معمولاً فرايند فرمولاسيون جديد حداقل همراه با اضافه نمودن تركيبات اكسيژنه (مانند MTBE[16] و ETBE[17])، كاهش مواد آروماتيك بنزين و اولفين و نيز پايين آوردن دماهاي تبخير مي‌باشد.

به لحاظ ايمني مي‌توان بنزين و گازوئيل را سوخت‌هايي ايمن (البته نه بدون خطر) در نظر گرفت. از جمله معايب اين دو سوخت مي‌توان به مواردي چون سخت تجزيه شدن آنها در محيط (عدم زيست تجزيه‌پذير بودن) و نفوذ در آب و خاك و بالطبع آلوده كردن آنها اشاره كرد.

خودروهاي سواري بنزيني در صورتي مي‌توانند از مخازن سوخت (باك) فلزي يا پلاستيكي استفاده كنند به مواد تشكيل‌دهنده آن با بنزين سازگاري داشته باشد. بنزين مي‌تواند بعضي از مواد پلاستيكي و فلزي را در خود حل كرده يا موجب زنگ‌زدگي آن شود. به خصوص وقتي كه در آن الكل وجود داشته باشد.

سوخت ديزل (گازوئيل)

سوخت ديزل پس از بنزين، دومين سوخت پرمصرف در حمل و نقل جاده‌اي به‌خصوص در خودروهاي سنگين است. از آنجا كه خودروهاي سنگين (HDV)[18] داراي موتورهايي با وزن زياد مي‌باشند لذا بايد سوختي را مصرف كنند كه داراي بازدهي انرژي بيشتري بوده و به اين دليل سوخت ديزل مناسب‌ترين گزينه براي آنهاست. مخزن سوخت گازوئيل در مقايسه با بنزين به دليل داشتن محتواي انرژي بيشتر در هر ليتر و بازدهي موتور بالاتر مي‌تواند اندكي كوچك‌تر باشد. گازوئيل علاوه‌بر آنكه همانند بنزين ارزان است داراي همان مزاياي استفاده گسترده بوده و حتي داراي انرژي بيشتري نيز مي‌باشد.

گازوئيل در مقايسه با ديگر سوخت‌هاي قابل استفاده در موتورهاي اشتعال تراكمي داراي عدد ستان پايين‌تر، مصرف انرژي چاه تا چرخ كمتر و ميزان انتشارات CO و HC نسبتاً پاييني مي‌باشد، اما ميزان انتشار NO_X و ذرات معلق (PM) چاه تا چرخ آن بالاست كه اين معايب نيز قابل رفع هستند. براي مثال كاهش ميزان گوگرد گازوئيل نه تنها موجب كاهش SO₂ منتشره از خودرو مي‌شود، بلكه ميزان ذرات معلق منتشره را نيز كاهش مي‌دهد.

گاز مايع نفتي (LPG)

LPG يا همان گاز مايع نفتي سوختي جايگزين براي موتورهاي SI مي‌باشد كه تاكنون نقش اندكي در تأمين انرژي حمل و نقل جاده‌اي دنيا ايفا كرده است، اما در بعضي كشورها اين سوخت، سهم قابل ملاحظه‌اي در بخش حمل و نقل دارد. براي مثال در كشور هلند 12 درصد از سهم انرژي مورد مصرف در خودروهاي سواري را سوخت LPG تشكيل مي‌دهد. عدد اكتان بالاي LPG (به‌خصوص نوع پروپان آن)، موجب شده است تا موتورهاي LPGسوز داراي نسبت تراكم بالاتري در مقايسه با موتورهاي بنزين‌سوز بوده و در نتيجه از راندمان حرارتي بالاتري نيز برخوردار باشند. از آنجا كه اغلب خودروهاي سبك LPGسوز، خودروهاي بنزيني مجهز به سيستم گازسوز هستند از اين مزيت برخوردار نبوده و داراي بازدهي پائين‌تري از حد بهينه‌اي كه مي‌توانند داشته باشند مي‌باشد. نسبت تراكم موتورهاي سنگين LPGسوز پايين‌تر از موتورهاي ديزل سنگين مي‌باشند.

ميزان مصرف انرژي چاه تا چرخ LPG كمتر از بنزين و بيشتر از گازوئيل است. همچنين در خودروهاي سبك ميزان انتشارات NO_X چاه تا چرخ LPG تقريباً معادل بنزين بوده، اما ديگر مواد آلاينده و منتشره پايين‌تر مي‌باشند. در خودروهاي سنگين LPGسوز ميزان انتشار پايين ذرات معلق قابل توجه است.

LPG در فشار و دماي محيط به شكل گاز بوده و در مخزن سوخت تحت فشار متوسط 6 تا 8 بار به صورت مايع ذخيره مي‌شود. با در نظر گرفتن ميزاني از انرژي يكسان، مخزن سوخت LPG در مقايسه با مخزن بنزين داراي حجمي معادل دو برابر و وزني بيش از 5/1 برابر مي‌باشد.

شير اطمينان فشار مخزن LPG در فشار بالاتر از 20 بار عمل مي‌كند. اين در حالي است كه انفجار مخزن در فشارهاي بالاتر از 100 بار امكان‌پذير خواهد بود.

مخزن سوخت خودرو را نبايد بيشتر از 80 تا 85 درصد گنجايش پر كرد تا فضاي كافي براي انبساط سوخت وجود داشته باشد.

گاز LPG سنگين‌تر از هوا بوده و در صورت ريزش يا نشت بخارات آن در سطح زمين باقي مانده و ممكن است توسط يك عامل اشتعال‌زا منفجر شود. به اين دليل بايد از پارك كردن اين خودروها در پاركينگ‌هاي زيرزميني پيشگيري كرد.

LPG در هوا بسيار سهل‌تر از بنزين و گازوئيل مشتعل مي‌شود، اما از آنجا كه سعي مي‌شود مخازن سوخت LPG به‌گونه‌اي ساخته شوند كه ايمني و استحكام لازم را داشته باشند لذا احتمال نشت سوخت در هنگام تصادفات و خطرات احتمالي آن نسبت به مخازن بنزين و گازوئيل كمتر است. در مجموع LPG را مي‌توان سوختي ايمن در نظر گرفت.

گاز طبيعي(NG)

گاز طبيعي (CH₄) كه از پوسته زمين استخراج مي‌شود، تنها سوختي است كه تقريباً نيازمند انجام هيچ فرايندي براي قابل استفاده شدن در خودرو نيست و تنها لازم است تا خشك شده و سولفيد هيدروژن (H₂S) آن (از گاز ترش) جدا شود. گاز طبيعي تبديل شده به گاز تركيبي[19] به عنوان منبع توليد متانول، DME و هيدروژن به كار گرفته مي‌شود.

در كشورهايي همچون ايتاليا، آرژانتين، روسيه و امريكا، خودروهاي NGسوز فراواني وجود دارد در كشور ايران نيز به‌تازگي استفاده از گاز طبيعي فشرده (CNG)[20] مورد توجه قرار گرفته و سعي شده است تا در بخش نتيجه‌گيري به آن پرداخته شود. در حال حاضر اين سوخت به عنوان سوختي مهم براي استفاده در خودروهاي سراسر دنيا مطرح نمي‌باشد و تنها كشورهايي كه داراي شبكه توزيع كافي گاز طبيعي باشند مي‌توانند اين سوخت را به عنوان سوخت خودروهاي خود برگزينند و كشورهاي فاقد چنين زيرساخت‌هايي قطعاًَ چنين كاري را پرهزينه خواهند يافت. سوخت NG همانند LPG داراي عدد اكتان بالا بوده و در نتيجه با استفاده از آن مي‌توان به نسبت‌هاي تراكم بالاتري دست يافت. به اين لحاظ است كه بازدهي حرارتي يك موتور صد در صد NGسوز در حدود 10 درصد بيشتر از موتورهاي بنزيني است. البته بايد توجه داشت كه بازدهي موتور NGسوز در حدود 15 تا 20 درصد كمتر از موتورهاي سنگين گازوئيل‌سوز است.

ميزان مصرف انرژي چاه تا چرخ آن قابل قياس با LPG است (يعني كمتر از بنزين و گازوئيل). همچنين گاز طبيعي به غير از هيدروكربن‌ها داراي انتشارات چاه تا چرخ كمتري مي‌باشد.

گاز طبيعي كه سبك‌تر از هوا بوده و دماي اشتعال بالايي دارد، در مقايسه با LPG داراي خصوصيات و ويژگي‌هاي ايمني مناسب‌تري است. NG درشرايط محيطي داراي محتواي انرژي پاييني مي‌باشد، اما زماني كه به شكل مايع تبديل گردد قابل مقايسه با LPG خواهد بود. مخازن سوخت نصب شده بر روي خودرو معمولاً داراي فشار بالا بوده (مانند مخازن CNG) و گاهي اوقات داراي دماهاي پايين مي‌باشند (مانند گاز طبيعي مايع LNG[21]). معمولاً گاز CNG درون مخازن فولادي، كامپوزيتي و يا آلومينيمي تحت فشار 240-200 بار قرار دارد. اين مخازن براي دست يافتن به همان برد رانندگي خودروهاي بنزيني به وزني معادل پنج برابر و حجمي معادل 4 برابر نياز دارند. مخازن سوخت كامپوزيتي يا آلومينيمي داراي وزني معادل 50 درصد مخازن فولادي هستند، اما بهاي آنها نسبتاً گران است.

گاز LNG در مخازن نصب شده روي خودرو تحت فشار 2 تا 6 بار و دماي 161- درجه سلسيوس قرار دارد. يك مخزن LNG با در نظرگيري محتواي انرژي يكسان با مخزن گازوئيل داراي فضايي معادل دو برابر و وزني معادل 40 درصد بيشتر خواهد بود.

روش ANG[22] يا همان گاز طبيعي جذب شده روش ديگر استفاده از اين سوخت است كه همچنان در مرحله تحقيق مي‌باشد. در اين روش گاز متان در يك ساختار كربني متخلخل جذب مولكول‌هاي كربن شده و 12 درصد از حجم موجود را در برمي‌گيرد. با توجه به فشار آزمايشي 35 باري كه براي اين سوخت در نظر گرفته شده، جرم سوخت و مخزن آن در شرايط بينابيني سوخت‌هاي بنزين، گازوئيل و CNG قرار گرفته است. مخزن ANG نسبتاً ارزان و ايمن بوده و به خاطر فشار پايين آن و در نتيجه عدم نياز به استفاده از كمپرسورهاي گران‌قيمت، براي ايستگاه‌هاي سوخت‌گيري خانگي بسيار مناسب است.

متانول

سوخت مايع متانول (CH₃OH) الكلي است كه معمولاً از گاز طبيعي ساخته مي‌شود. به اين صورت كه ابتدا با استفاده از بخار آب، گاز طبيعي به گاز تركيبي تبديل شده و سپس با تغيير نسبت CO/H₂ بر روي اين گاز تغييراتي انجام مي‌شود.

CO + H₂O ? CO₂ + H₂ و CH₄ + H₂O ? CO + 3H₂

در مرحله بعد پس از خروج ناخالصي‌ها، اكسيدهاي كربن و هيدروژن با يكديگر واكنش داده و متانول ايجاد مي‌شود.

CO₂ + 2H₂ ? CH₃OH و CO₂ + 3H₂ ? CH₃OH + H₂O

همچنين توليد متانول از بيومس (مواد سلولزي، نشاسته‌اي و چوب) به لحاظ فني امكان‌پذير بوده، اما هنوز از ديد اقتصادي مقرون به صرفه نيست. در اين فرايند ابتدا بيومس به گاز تركيبي تبديل و سپس متانول توليد مي‌شود.

متانول نسبت به بنزين، داراي چگالي انرژي كمتر و عدد اكتان بيشتر مي‌باشد. همچنين بهاي آن از بنزين گران‌تر است. كاربرد متداول متانول در موتورهاي احتراق جرقه‌اي اغلب به صورت مخلوط با بنزين مي‌باشد، اما مي‌توان از آن در موتورهاي احتراق تراكمي به صورت خالص استفاده كرد. البته با توجه به پايين بودن عدد ستان آن بايد جهت ايجاد تطابق از تجهيزات كمك اشتعال يا افزودني‌ها استفاده كرد.

با توجه به پايين بودن چگالي انرژي متانول نسبت به بنزين بايد براي دستيابي به برد يكسان از مخزن سوختي با گنجايش 75 درصد بزرگ‌تر و تقريباً دو برابر وزن بيشتر استفاده كرد. از طرفي سيستم سوخت‌رساني اين نوع خودروها بايد از موادي ساخته شود كه در مقابل خوردگي و اثرات شيميايي الكل مقاوم باشد.

متانول به عنوان متداول‌ترين سوخت مورد مصرف براي خودروهاي پيل‌سوختي به‌كار مي‌رود به اين صورت كه متانول به هيدروژن تبديل شده و هيدروژن به عنوان سوخت استفاده مي‌شود. از جمله كاربردهاي ديگر متانول، تركيب آن با ايزوبوتان و توليد MTBE است كه به عنوان ماده افزودني ضدكوبش به بنزين افزوده مي‌شود و جايگزين افزودني‌هاي سرب‌دار است.

ميزان مصرف انرژي چاه تا چرخ متانول به‌خصوص زماني كه از بيومس تهيه مي‌شود بسيار بالا مي‌باشد. همچنين ميزان انتشار هيدروكربني چاه تا چرخ اين سوخت به‌خصوص در مورد متانول به دست آمده از گاز طبيعي بالا بوده و ميزان انتشار دي‌اكسيد كربن زماني كه اين سوخت از بيومس تهيه مي‌شود بسيار اندك مي‌باشد. سرعت تبخير متانول پايين است در نتيجه داراي انتشارات تبخيري كمتري نسبت به بنزين خواهد بود.

اتانول

اين سوخت به لحاظ خصوصيات و ويژگي‌ها بسيار شبيه متانول است، اما تنها از بيومس تهيه مي‌شود. براي تهيه اتانول ابتدا محصولات گياهي كوبيده و فشرده مي‌شوند سپس به كمك مخمرها و انجام عمل هيدروليز اتانول استخراج مي‌شود. بسته به نوع گياه از روش‌هاي هيدروليز گوناگون استفاده مي‌شود. اگر گياه حاوي مواد قندي زياد باشد هيدروليز ضعيف[23] بر روي آن انجام مي‌شود. در صورتي كه گياه داراي نشاسته زياد باشد از روش هيدروليز آنزيمي و اگر مواد سلولزي وجود داشته باشد از شيوه هيدروليز اسيدي استفاده مي‌شود. هزينه تهيه اتانول 3 تا 5 برابر بنزين است و عمدتاً مربوط به هزينه‌هاي مواد اوليه آن دارد. هر دو نوع موتور CI و SI قابليت استفاده از اين سوخت را داشته و همانند متانول مي‌توان از اين سوخت به صورت مخلوط با بنزين و يا پس از تبديل آن به ETBE به عنوان ماده افزودني ضدكوبش استفاده كرد. امروزه با توجه به تجزيه‌پذير بودن ماده اوليه اتانول (بيومس)، جايگزيني ETBE به جاي MTBE مورد توجه قرار گرفته است. مخزن سوخت اتانول بر روي خودرو مانند متانول است.

اين سوخت براي به دست آوردن انرژي معادل با بنزين نياز به مخزني دارد كه 50درصد سنگين‌تر از مخزن بنزين داشته باشد. اگرچه چگالي انرژي اتانول از متانول بيشتر است، اما هنوز قابل مقايسه با بنزين و گازوئيل نيست. از آنجا كه عدد اكتان اتانول نسبت به متانول كمتر است بازده انرژي كمتري نيز نسبت به آن دارد. ميزان مصرف انرژي چاه تا چرخ اتانول به‌خصوص وقتي كه از مواد سلولزي تهيه مي‌شود زياد است، اما ميزان انتشارات CO₂ چاه تا چرخ آن با توجه به تهيه آن از بيومس، در مقايسه با بنزين و گازوئيل پايين‌تر مي‌باشد. اتانول در مقايسه با خودروهاي سبك بنزيني انتشارات CO و HC كمتر و در مقايسه با خودروهاي سنگين گازوئيلي انتشارات CO و HC بيشتري دارد.

به لحاظ ايمني چون سوخت‌هاي الكلي سرعت تبخير پاييني دارند لذا در هنگام تصادفات خطر كمتري نسبت به بنزين خواهند داشت. متانول در صورت مصرف شدن يا تنفس ايجاد مسموميت مي‌كند، اما اتانول اين‌گونه نيست. بايد توجه داشت كه متانول و اتانول هر دو قابل تجزيه بيولوژيك هستند.

بيوديزل

به گروهي از روغن‌هاي گياهي استري شده گفته مي‌شود كه از محصولات حاوي روغن به دست مي‌آيد. اين محصولات دامنه وسيعي از گياهان را شامل مي‌شود و مهم‌ترين آنها عبارتند از: دانه‌هاي روغني، سويا، آفتاب‌گردان و درخت نخل. براي توليد سوخت بيوديزل ابتدا گياه مورد نظر تحت فشار قرار گرفته و مايع روغني آن جدا مي‌شود.

در اين مرحله محصولي فرعي به نام كيك روغني توليد مي‌شود كه در دامداري‌ها مصرف دارد. سپس بعد از صاف نمودن مايع روغني، به كمك عمل استريفيكاسيون ساختار مولكولي پرانشعاب و پيچيده روغن‌ها به انشعابات كوچك‌تر با ساختار مولكولي راست زنجيره تبديل مي‌شود. در طول فرايند استريفيكاسيون الكل تك ظرفيتي (معمولاً متانول) جايگزين گليسيرين الكل سه ظرفيتي شده و متيل استر توليد و گليسيرين به عنوان دومين محصول فرعي آزاد مي‌شود كه از آن مي‌توان در صنايع آرايشي و دارويي استفاده كرد. ميزان مصرف انرژي چاه تا چرخ بيوديزل بيشتر از گازوئيل (ديزل فسيلي) و كمتر از بنزين است. ميزان انتشارات چاه تا چرخ بيوديزل بسيار نزديك به انتشارات گازوئيل، ميزان انتشارات NO_X­ و ذرات معلق آن بيشتر اما CO و هيدروكربن‌هاي آن كمتر مي‌باشد. ميزان CO₂ بيوديزل همچنان پايين است زيرا اين سوخت از بيوديزل تهيه مي‌شود. براي كسب برد رانندگي يكسان با گازوئيل، خودرويي با سوخت بيوديزل به 15 درصد وزن سوخت بيشتر و مخزني با 9 درصد حجم بيشتر نياز دارد.

بيوديزل در مقايسه با گازوئيل خطر بهداشتي كمتري براي انسان و حيوانات داشته و به خاطر تجزيه‌پذير بودن آن به محيط‌زيست، آسيب كمتري مي‌رساند.

هيدروژن

هيدروژن، سوختي است كه مي‌توان آن را از هر ماده اوليه داراي هيدروژن به دست آورد. روش‌هاي عمده تهيه آن عبارتند از: 1. الكتروليز آب 2. تبديل به گاز[24] مواد خام حاوي هيدروژن. همچنين هيدروژني كه به عنوان محصول فرعي در صنايع شيميايي حاصل مي‌شود نيز به عنوان منبع سوم تأمين هيدروژن مطرح مي‌باشد. با انجام فرايند تبديل توسط بخار[25] بر روي گاز طبيعي (به عنوان مهم‌ترين ماده اوليه)، LPG و يا نفتا مي‌توان هيدروژن توليد كرد.

با توجه به آنكه فرايند الكتروليز توسط جريان برق انجام مي‌شود بنابراين در اين روش بايد هزينه‌هاي استفاده از جريان برق و جنبه‌هاي زيست‌محيطي آن مدنظر قرار گيرند. استفاده از انرژي الكتريكي توليد شده توسط انرژي‌هاي قابل تجديدي مانند باد و نيروي آب براي الكتروليز آب منتج به انتشار آلاينده‌هاي كمتر مي‌شود، اما انرژي الكتريكي توليدي توسط نيروگاهي با سوخت زغال منتج به انتشار آلاينده‌هاي بيشتر مي‌شود. هيدروژن در مقايسه با ديگر سوخت‌ها داراي بالاترين مصرف انرژي چاه تا چرخ بويژه در مرحله توليد مي‌باشد. ميزان انتشارات چاه تا چرخ اين سوخت به شدت بسته به فرايند توليد آن است و انتشارات ناشي از خودرو به جز در مورد NO_X منتشره از موتورهاي احتراقي، قابل چشم‌پوشي است. محتواي انرژي هيدروژن (برمبناي حجمي) نسبتاً پايين است بنابراين به استفاده از منبع سوخت بزرگي بر روي خودرو نياز خواهد بود، اما به هر جهت از آنجا كه هيدروژن داراي محتواي انرژي بالا در واحد جرمي بوده (تقريباً 3 برابر بنزين) و عدد اكتان بالا دارد لذا موتورهاي هيدروژن‌سوز داراي بازده حرارتي بهتر نسبت به همتاهاي بنزيني خود مي‌باشد. موتورهاي SI و پيل‌هاي سوختي مي‌توانند از هيدروژن استفاده كنند، اما اين نوع خودروها و سوخت‌ها نسبت به انواع متعارف خود بسيار گران‌قيمت هستند. ذخيره‌سازي هيدروژن به شكل هيدريد و هيدروژن مايع انجام مي‌شود. در شيوه ذخيره‌سازي به صورت هيدريد وزن مخزن سوخت 20 برابر وزن مخزن بنزين مي‌باشد و در شيوه ذخيره‌سازي به روش هيدروژن مايع وزني معادل 5/1 برابر و حجمي معادل چهار برابر مخزن بنزين را خواهد داشت.

هيدروژن نيازمند انرژي اشتعال بسيار پاييني است لذا مسئله ايمني آن به‌خصوص در فضاي بسته و ذخيره‌سازي آن روي خودرو بسيار مورد توجه مي‌باشد. از آنجا كه اين گاز در تركيب با هوا داراي قابليت اشتعال در دامنه مخلوط خيلي رقيق تا مخلوط خيلي غليظ مي‌باشد لذا حتي كوچك‌ترين جرقه‌اي (مانند زدن يك كليد برق) مي‌تواند آغازگر حادثه باشد.

DME (دي متيل اتر)

دير زماني نيست كه DME به عنوان سوخت مطرح شده است. نحوه توليد اين سوخت بسيار شبيه به متانول است كه در آن گاز طبيعي يا بيومس به گاز تركيبي تبديل شده و سپس در فرايند سنتز اكسيژنه[26]، DME توليد مي‌گردد. حمل و نقل و اقدامات احتياطي اين سوخت مشابه LPG مي‌باشد. DME در شرايط محيطي به صورت گاز بوده و در فشاري متوسط (6 بار) مي‌توان آن را به صورت مايع ذخيره كرد.

DME در مقايسه با بنزين بسيار گران‌قيمت‌تر است و احتمالاً تا مدت‌ها به اين صورت باقي خواهد ماند. اين سوخت داراي چگالي انرژي معادل 50 درصد گازوئيل است لذا به مخازن سوخت بزرگ بر روي خودرو نياز دارد. عدد ستان بالاي DME نسبت به گازوئيل آن را براي موتورهاي CI بسيار مناسب ساخته و بازده موتور را قابل رقابت با موتورهاي CI گازوئيل‌سوز كرده است. ميزان مصرف انرژي مربوط به خودرو اين سوخت (خودروهاي سبك) كمتر از بنزين است. به‌طوري كلي داده‌هاي مربوط به انتشار آلاينده‌هاي خودروهاي با سوخت DME نشانگر مقادير بسيار پايين آنها نسبت به ديگر سوخت‌ها مي‌باشد. ميزان انتشار CO و HC آن معادل گازوئيل و ميزان NO_X و ذرات معلق آن معادل بنزين است. ذخيره DME در خودرو مانند LPG و در فشار 9 بار مي‌باشد. مخزن اين سوخت داراي حجمي حدود 66 درصد و وزني حدود 47 درصد بيشتر از مخزن سوخت بنزين است.

DME هيچ‌گونه مسموميتي براي انسان ايجاد نمي‌كند، اما مي‌تواند موجب تحريك چشم‌ها و سيستم تنفسي شود.

3. جدول مقايسه‌اي سوخت‌ها

جدول 1: خاستگاه‌ها و ويژگي‌هاي سوخت‌هاي خودرو

روش‌هاي توليد و ويژگي‌هاي احتراق					سوخت منبع توليد
نسبت تراكم	عدد ستان	عدد اكتان	محتواي انرژي (MJ/L)	روش توليد يا استحصال
بالاتر از 11	---	(99-97)(95-90)	2/31	پالايش نفت خام	بنزين
18 تا 22	50-48	---	7/35	پاليش نفت خام	گازوئيل
11 تا 13	---	5/107	2/24	پاليش و خالص‌سازي (جداسازي از گاز طبيعي)، تفكيك و جدايش به LPG	LPG ميدان نفتي
		112	4/23	محصول فرعي حاصل از پالايش نفت خام، تفكيك و جدايش به LPG	پالايشگاهي
11 تا 13	---	120	3/23	تغيير و تبديلي انجام نمي‌شود و تنها در صورت نياز خشك و خالص‌سازي مي شود	گاز طبيعي (NG)
9 تا 19	5	110	6/15	فرايند تبديل توسط بخار بر روي گاز طبيعي، تبديل گاز تركيبي به متانول	متانول گاز طبيعي
				تبديل مواد خام به گاز، تبديل گاز طبيعي به متانول	مواد سلولزي
9 تا 18	8	109	2/21	هيدروليز بيومس به گلوكز، تخمير	اتانول
18 تا 22	58-51	---	8/32	استخراج روغن گياهي، استريفيكاسيون	بيوديزل
14 تا 17	---	106	9/8	الكتروليز آب	هيدروژن
18 تا 22	60-55	---	3/19-2/18	توليد گاز تركيبي از گاز طبيعي، سپس اكسيژنه كردن آن	DME

يادآوري

1. اين مقدار براي LPG70/30 (70 درصد پروپان 30 درصد بوتان) مي‌باشد.
2. اين مقدار براي LPG پروپان مي‌باشد.
3. علامت خط تيره (-) نشان‌دهنده عدم كاربرد است.
4. براي گاز طبيعي مايع (LNG)
5. براي خودروهاي تك سوخته
6. براي خودروهاي با قابليت استفاده از سوخت‌هاي مختلف يا مخلوطي از چند سوخت (FFV)[27]

جدول 2: مشخصات مخازن سوخت روي خودرو و موارد ايمني مربوطه

2ايمني						1مخازن سوخت روي خودرو
آلودگي هوا	آلودگي‌آب‌هاي سطحي	سميت	احتراق بخار			حجم	جرم
			در مخزن سوخت	در مناطق بسته	در هواي آزاد
***	**	**	=	=	*	L68	Kg 46	بنزين
***	**	*	=	=	=	88	100	گازوئيل
*	*	*	=	**	**	154	180	LPG
*	--	--	=	**	=	360	490-240	گاز طبيعي (CNG)
--	--	--	--	--	--	180	140	گاز طبيعي (LNG)
**	***	***	**	*	=	176	191	متانول
**	*	*	**	*	=	151	165	اتانول
=	=	*	=	=	=	100	117	بيوديزل
=	=	=	***	***	***	515-376	269-154	هيدروژن مايع
*	*	*	=	**	**	166	147	DME

يادآوري

1. در اين ستون‌ها مقايسه سيستم‌هاي ذخيره سوخت خودرو (از جمله مخزن سوخت) كه بايد انرژي معادل 55 ليتر بنزين را در خود جاي دهند موجود است. مقادير وزن و حجم مربوط به بنزين به ترتيب بر حسب كيلوگرم و ليتر مي‌باشد، اما مقادير مربوط به ديگر سوخت‌ها به صورت درصدي از مقادير مربوط به بنزين بيان شده است.
2. اين ستون‌ها نشانگر خطرات ايمني و بهداشتي سوخت‌هاي متعارف و جايگزين خودرو مي‌باشد.

علامت * بيانگر ميزان خطر بوده كه تعداد بيشتر آن بيانگر خطر بيشتر است.

علامت = بيانگر عدم وجود خطر براي مورد مربوطه است.

علامت- بيانگر عدم كاربرد براي مورد مربوطه است.

3. در مورد سوخت DME، اين مقادير شامل جرم و حجم باك خودرو نمي‌باشند. البته بايد توجه داشت كه خودروهاي با سوخت DME با باك حجيم و سنگيني نياز دارند.

بحث و نتيجه‌گيري

ضرورت انجام اقداماتي حساب شده در جهت كاهش ميزان آلودگي ناشي از بخش حمل و نقل و هماهنگ شدن با فناوري‌هاي روز دنيا بر كسي پوشيده نيست. توجه به مسائل اقتصادي، فني و زيست محيطي در كنار لزوم استفاده از تجربه كشورهاي موفق و ناموفق در اين زمينه بايد جزء لاينفك اين اقدامات باشد.

امروزه در كشورهاي صنعتي بدون ايجاد محدوديت‌هاي تغيير نوع سوخت نظير تغيير و توسعه زيرساخت‌هاي سوخت‌رساني، تغيير سيستم احتراق موتور، ضرورت رفع مشكلات فني ايجاد شده در موتور، ضرورت آموزش عمومي در استفاده و تعمير و نگهداري اين سيستم‌ها؛ عوامل اصلي كاهش آلاينده‌ها مواردي چون طراحي بهينه موتورها و كاربرد سيستم‌هاي كاهش آلاينده اگزوز با راندمان بالا مي‌باشد.

اما در كشور ما به دليل عدم دسترسي به دانش فني لازم و فناوري‌هاي خاص صنعت خودرو به دلايل اقتصادي و فني ذكر شده در متن مقاله به نظر مي‌رسد تنها گزينه منطقي در راستاي اين هدف استفاده از گاز طبيعي به طرق مختلف در خودروهاست؛ همچنان كه در كشور برزيل يا برخورداري از مزارع وسيع نيشكر، بهترين انتخاب سوخت اتانول بوده است.

گاز طبيعي مي‌تواند براي خودروهايي كه فاقد سيستم‌هاي پيچيده تصفيه خروجي اگزوز هستند، سوخت مناسبي تلقي شود. تا آنجا كه آژانس بين‌المللي انرژي (IEA)[28] در اجلاس 1995 توكيو رسماً گاز طبيعي را به عنوان سوخت جايگزين در صنعت حمل و نقل معرفي و اعلام كرد كه از سال 2020، گاز طبيعي بهترين جايگزين براي صنعت حمل و نقل زميني در كشورهاي داراي اين ذخاير است. البته همان‌طور كه در متن مقاله اشاره شد استفاده از گاز طبيعي تنها به روش CNG ختم نمي‌شود بلكه به صورت‌هاي ANG، LNG، تبديل گاز طبيعي به سوخت‌هاي متعارف مايع اما با فرمولاسيون بهينه (تكنولوژي GTL[29]) و يا تبديل به هيدروژن و متانول استفاده مي‌شود. در پايان بايد گفت در بحث ورود گاز طبيعي به بخش حمل و نقل نبايد كوچك‌ترين شكي به خود راه داد، اما بايد در اين جايگزيني تمامي جوانب كار مدنظر قرار گرفته و به دور از هيجان در اين راه قدم برداريم.

منابع

1. International energy agency, 1999, "Automotive Fuels for the Future".
2. Degobert, P., 1995, "Automobiles and Pollution", Editions Technip, Paris.
3. Owen, K. and Coley, T., 1995, "Automotive Fuels Reference Book", Second ed. SAE, Warrandale, Pennsylvania, United States.
4. Poulton, M.L., 1994, "Alternative Fuels for Road vehicles". Computational Mechanics Publications, Southampton, UK.

[1]. Liquefied Petroleum

[2]. Natural Gas

[3]. Dimethyl Ethan

[4]. Well to weet

[5]. Feed Stock

[6]. Energy Content

[7]. Octan Number

[8]. Spark Ignition

[9]. Research Octan Number

[10]. Motor Octan Number

[11]. Cetan Number

[12]. Compression Ignition

[13]. Ignition Pelay

[14]. Petrol, Gasoline (inusa)

[15]. Light Duty Vehicle

[16]. Methyl Tertiary Butyl Ether

[17]. Ethyl Tertiary Butyl Ether

[18]. Heavy Duty Venicle

[19]. Synthsis Gas (syngas)

[20]. Compressed Natural Gas

[21]. Liquefied Natural Gas

[22]. Absorbed Natural Gas

[23]. Mild Hydrolysis

[24]. Gasification

[25]. Streem- ve- forming

[26]. Oxygenate synthesis

[27]. Flexible Funed Vehicle

[28]. International Energy Agency

[29]. Gas to liquid

اشاره

در بسياري از بخش‌هاي صنعت موضوع تأييديه‌ها و گواهي‌نامه‌ها به صورت‌هاي مختلفي ديده مي‌شود، ولي در مورد وسايل نقليه جاده‌اي به دليل تأثيرات زياد آنها بر جامعه موضوع از اهميت بيشتري برخوردار مي‌باشد و براي اين شاخه از صنعت استانداردهاي خاص و اغلب از زمان طراحي تعريف مي‌شوند.

در اين زمينه، همولوگيشن نقش مهمي دارد و شامل طراحي و اجراي تست‌ها به‌وسيله واحدهاي فني و آماده‌سازي گواهي‌هاي مربوطه براي مشتري است. همولوگيشن در خودرو به زبان ساده به معني تأييد اجزا و مجموعه‌هاي خاص در خودرو و انطباق عملكرد آنها با مقررات و استانداردهاي مربوطه مي‌باشد.

با توجه به اهميت موضوع صادرات در صنعت خودروسازي و قطعه‌سازي كشور و در راستاي تحقق جهاني شدن اين صنعت لزوم آشنايي با چنين قوانيني از سوي كليه بخش‌هاي زنجيره تأمين، بيش از پيش ضروري به‌نظر مي‌رسد. البته در كنار بحث صادرات و با توجه به اثر اين بخش از صنعت بر جامعه، دست‌اندركاران مؤسسه استاندارد ايران نيز با همكاري شركت‌هاي خودروسازي و بخش‌هاي مرتبط به تدوين استانداردهاي ملي در اين زمينه همت گماشته‌اند و هم‌اكنون بسياري از آنها در غالب قوانين ملي براي خودروهاي وارداتي و نيز خودروهاي توليدي داخل اجباري مي‌باشند.

سرويس‌هاي همولوگيشن يا تأييديه اروپايي

براي فروش خودرو و قطعات آن اخذ تأييد مطابق با مقررات و استانداردهاي كشور مقصد امري ضروري مي‌باشد. به اين منظور هر كشوري مي‌تواند براساس شرايط خود الزامات و قوانين بخصوصي را وضع كند. صادركنندگان خودرو و قطعات به چنين كشورهايي بايد پيش از هر چيز اين قوانين را شناخته و در توليد محصولات خود لحاظ كنند.

در اروپا، دو سيستم موازي در ارتباط با گواهي‌هاي خودرو و قطعات آن وجود دارد كه عبارتند از قوانينEU[1]و مقررات ECE[2]. گواهي‌هاي دريافتي براساس قوانين EU در تمامي كشورهاي عضو اتحاديه اروپا معتبر مي‌باشند در حالي كه مقررات ECE در سراسر اروپا شامل كشورهاي EU و اروپاي شرقي و همچنين تعدادي از كشورهاي غيراروپايي مانند ژاپن مورد پذيرش هستند. اين مقررات از طريق كميسيون اقتصادي اروپا منتشر مي‌شوند.

Type Approval در خودرو

Type Approval به زبان ساده به معني تأييد نمونه‌هاي توليدي از يك طراحي براساس الزامات و استانداردهاي تعيين شده براي محصول مي‌باشد. به اين منظور، سيستم‌هايي مانند EU و ECE به مراجع معتبر در زمينه‌هاي تأييد و تست نياز دارند كه قادر به تشخيص انطباق محصول با شرايط مقرر باشند. هر كشور عضو بايد چنين منابع معتبري را تعيين نمايد. گواهي صادر شده به‌وسيله هر كدام از آنها، در تمام كشورهاي عضو معتبر خواهد بود. چنين منابعي به CB شركت‌هاي گواهي‌دهنده (CB)[3] معروف هستند. به عنوان مثال، مي‌توان شركت‌هايي همچون TUV آلمان و VCA انگلستان و UTAC در فرانسه را نام برد.

اقدام براي اخذ تأييد قطعه[4]

در ابتدا سازنده به‌طور رسمي از يكي از مراكز معتبر (CB) تقاضاي دريافت گواهي براي محصول خود مي‌نمايد در پي اين درخواست، غالباً جلساتي براي بررسي محصول و تست‌هاي مورد نياز آن و زمان‌هاي انجام كار، برگزار مي‌شود. مرحله بعد، انجام تست‌هاي ذكر شده براساس استاندارد تعيين شده براي محصول مي‌باشد.

تست‌ها بايد در مراكز معتبر فني انجام شده و گزارش آنها جهت ارزيابي به مراجع موثقي كه در بالا ذكر شد ارسال شود. برنامه‌ريزي براي انجام تست‌ها ممكن است مستقيماً توسط سازنده انجام شود و يا سازنده مي‌تواند اين كار را به‌طور كامل به CBهاي معتبر واگذار كنند. البته پيش از انجام تست‌ها، سازنده بايد مدارك فني به همراه مشخصات محصول را ارائه دهد. وقتي كه مدارك فني و گزارش تست‌ها دلالت بر تطابق محصول با ويژگي‌هاي آن را داشت مرجع معتبر اقدام به انتشار شماره تأييديه و گواهي معتبر مي‌كند.

مشخصات محصول در گواهي ذكر مي‌شود و در صورت تغيير مشخصه از طرف سازنده، بايد تغييرات مورد نظر به مرجع صادركننده گواهي نيز اطلاع داده شود تا در صورت نياز (بسته به نوع تغيير) نسبت به انتشار گواهي جديد و يا الصاق ضميمه به مدرك قبلي اقدام كند.

دسته‌بندي وسايل نقليه موتوري از نظر سيستم‌هاي اروپايي

سيستم همولوگيشن اروپايي، وسايل نقليه موتوري را به دسته‌هاي مختلف زيرتقسيم مي‌كند:

گروه L: وسايل نقليه با كمتر از چهار چرخ

گروه M: وسايل نقليه شخصي با حداقل چهار چرخ

گروه N: وسايل نقليه باري و با حداقل چهار چرخ

گروه O: تريلرها

هر كدام از اين دسته‌ها، شامل موارد جزئي‌تري مي‌باشند كه در اينجا فقط دسته M را توضيح مي‌دهيم:

M1: خودروهاي شخصي كه تعداد صندلي آن كمتر از 8 به انضمام صندلي راننده است.

M2: خودروهاي شخصي كه تعداد صندلي آن بيشتر از 8 به انضمام صندلي راننده بوده و حداكثر وزن آن كمتر از 5 تن است.

M3: خودروهاي شخصي كه تعداد صندلي آن بيشتر از 8 به انضمام صندلي راننده بوده و حداكثر وزن آن بيشتر از 5 تن است.

همان‌طور كه در تعريف فوق مشخص است، بيشتر خودروهاي سواري در گروه M1 قرار مي‌گيرند.

روش اجرايي انجام تأييد طراحي براي كل خودرو

سيستم همولوگيشن اروپا از 1998 به بعد، براي خودروهاي گروه M1 در اروپا اجباري شد. اين سيستم مراحل مختلفي دارد. ابتدا بايد كار تأييد قطعات و زيرمجموعه‌هاي مطابق استاندارد انجام شود. اهم اين قطعات مطابق شكل عبارتند از چراغ‌ها، شيشه‌ها، بوق، آينه‌ها و تاير. همچنين، مجموعه‌هاي برقي مانند سيستم صوتي در صورتي كه همراه خودرو در تست EMC مورد آزمون قرار نگيرند، بايد چرخه تأييد فوق را به‌طور جداگانه انجام داد.

كار تأييد اين قطعات بايد براساس استانداردهاي معتبر مانند ECE باشد. براي اين منظور استانداردهاي مربوطه به تمام قطعات ذكر شده، بايد ارائه شده باشد. انجام تست‌ها و مراحل ديگر بايد توسط شركت‌هاي معتبري كه در اين زمينه‌ها فعاليت مي‌كنند و توسط سيستم‌هاي رسمي اروپا مانند ادارات راهنمايي و وزارت راه كشورهاي فوق به رسميت شناخته شده‌اند، انجام شود. در صورتي كه محصول ويژگي‌هاي ذكر شده در استانداردها را دارا باشد و اين مطلب به تأييد اين مؤسسات برسد سازنده قطعه گواهي مربوطه را دريافته داشته و مجاز خواهد بود علامت استاندارد (در اين مقوله E-Mark) را بر روي محصول خود درج كند. به همراه علامت E عددي نيز داده مي‌شود كه بيانگر كشور تأييدكننده مي‌باشد. به عنوان مثال، E1 براي كشور آلمان و E2 كشور فرانسه و E11 معروف كشور انگلستان مي‌باشد. نمونه‌هايي از شماره‌هاي E مارك به صورت زير مي‌باشد:

1. آلمان 2. فرانسه 3. ايتاليا 4. هلند 5. سوئد 6. بلژيك 7. مجارستان 8. چك 9. اسپانيا 10. يوگسلاوي 11. انگلستان 12. استراليا 13. لوگزامبورگ 25. كره 43. ژاپن 47. افريقاي جنوبي و...

گام بعدي در همولوگيشن خودرو، تست قطعات در زمان نصب روي خودرو است. ميدان ديد آينه‌ها در ديد عقب خودرو تست چراغ‌هاي نصب شده و... به‌طور موازي تست‌هاي ايمني و زيست‌محيطي مورد لزوم نيز انجام مي‌شود. مثال‌هايي از تست‌هاي الزامي روي خودرو شامل سيستم ترمز، آلايندگي، سيستم سوخت، EMC، تست Crash، مجموعه باك بنزين و سطح نويز است. در هر مورد، گواهي تأييد مطابق با دستورالعمل اجرايي و به‌وسيله مسئول معتبري كه از سوي سازنده انتخاب شده است، صادر مي‌شود. اين گواهي‌ها براساس گزارش‌هاي تست كه از مراكز و مؤسسه‌هاي معتبر آماده شده‌اند، صادر مي‌شوند.

در صورت وجود تمام تأييدهاي مورد نياز براساس همولوگيشن خودرو گواهي معتبر براي خودرو صادر شده و از طرف تمام كشورهاي اروپايي، به رسميت شناخته مي‌شود.

مثال كاربردي

يكي از قطعاتي كه مي‌بايستي در هر خودرو همولوگيشن E-Mark داشته باشند، چراغ‌ها هستند كه از اين گروه، چراغ‌هاي جلو يكي از مهم‌ترين چراغ‌هاي خودرو تلقي مي‌شوند. Regulation استفاده شده ECE324-8 مي‌باشد.

بخش اول: نشانه‌گذاري[5]

شكل زير نمونه‌اي از علامت E-Mark بر روي لنز يك چراغ جلو مجهز به چراغ راهنما را نشان مي‌دهد كه نشانه‌هاي زير را مي‌توان برداشت نمود.

v E2: همان‌طور كه در بخش اول مقاله ذكر شد، شماره اين علامت مربوط به كشور فرانسه است.

v حروف HCR يا HC يا HR يا HC/R به ترتيب معناي نور بالا و پايين، فقط نور پايين، فقط نور بالا و اينكه نور بالا و پايين نمي‌توانند با هم روشن شوند، بر حسب اينكه وسيله مورد نظر چه نورهايي توليد مي‌كند.

v يك عدد 2 رقمي مانند 04 زير آن نوشته مي‌شود كه مربوط به نسخه استاندارد ECE است و روي جلد آن نوشته شده و مربوط به زمان تصويب است.

v PL به معناي جنس پلاستيكي لنز است.

v وجود فلش افقي: فلش افقي به جهت راست در خودروهايي كه فرمان در سمت راست دارند (كشور انگلستان) يعني از قوانين LHT[6] تبعيت مي‌كنند. فلش دو طرفه يعني قابل استفاده در هر دو مورد RHT و LHT

v عدد 30: شدت درخشندگي را در يك محدوده بيان مي‌كند. مثلاً عدد 30 يعني شدت روشنايي بين 86250 تا 111250 كاندلا

v عدد A: يعني مربوط به چراغ موقعيت در شب (Position Lamp) براي چراغ‌هاي جلو مي‌باشد كه مصوبه آن 02 است.

v عدد 1a: مربوط به چراغ راهنماي جلو بوده كه فاصله آن تا چراغ جلو بين 2 تا 4 سانتي‌متر است و مصوبه آن 01 مي‌باشد كه مي‌تواند 1 يا 1b نيز باشد.

v عدد 2439: نشانگر شماره اختصاصي E-Mark داده شده به اين چراغ مي‌باشد.

توجه: اسم يا علامت تجاري شركت سازنده مي‌بايستي به‌عنوان جزئي لاينفك در كنار علامت E-mark قرار گيرد.

بخش دوم: اندازه‌گيري، نورسنجي و رنگ‌سنجي

الف- نورسنجي: پس از نصب چراغ بر روي فيكسچرهاي مشابه نصب روي خودرو و استفاده از لامپ استاندارد و تنظيم ولتاژ و جريان مطابق استاندارد ECE مربوطه، نورسنجي بر روي پرده‌اي به فاصله 25 متر از چراغ در نقاط خاص از قبيل: 25R, 25L, HV, 50V, B50L, 50L, 50R, 75R و Zone 1-4 اندازه‌گيري مي‌شود كه نتايج بايد در محدوده استاندارد باشند. اين مهم براي ساير ادوات چراغ نظير نور بالا، Position و چراغ راهنما نيز صورت خواهد گرفت.

ب- اندازه‌گيري Cut-off: تعيين خط مرز تاريكي و روشنايي و همچنين پايداري خط مربوطه محاسبه مي‌شود.

پ- اندازه‌گيري رنگ‌سنجي: از آنجا كه طول موج 380 تا 780 نانومتر جزء محدوده نور معمولي قابل رويت مي‌باشد، رنگ خارج شده از چراغ بايد در محدوده تلرانس طول موج فوق قرار گيرد.

ت- انجام پاره‌اي آزمايشات حرارتي و پيرسازي شيميايي و جوي و...

صدور گواهينامه Type Approval

با توجه به نتايج حاصل شده، گواهينامه‌اي با سربرگ شركت‌هاي مجاز با زمان اعتبار محدود جهت قطعه مورد نظر صادر مي‌شود كه در آن به نام و علامت تجاري سازنده، نام عامل سازنده، آدرس سازنده، خلاصه‌اي از شماره‌گذاري‌هاي اعطا شده، زمان تأييد و صدور گواهينامه، نوع لامپ، مكان انجام تست، محل نصب علامت، به انضمام تاريخ و امضا به همراه علامت كامل E-Mark اعطا شده، آورده مي‌شود.

صدور گواهينامه مطابقت نمونه طراحي شده با محموله توليد انبوه (COP)

پيش از پايان يافتن زمان اعتبار TA بايستي COP[7] نيز توسط سازنده اخذ شود كه در اين حالت بازرس گواهينامه دهنده، جهت مطابقت نمونه‌هاي طرح اوليه با محصولات توليد انبوه به‌طور دوره‌اي اقدام لازم صورت مي‌گيرد. به عنوان مثال، براي چراغ جلو به صورت تصادفي، 4 نمونه را برداشته و مطابق با روش‌هاي موجود در استانداردها (شكل پيوست) منتخبي از آزمايشات قبلي را انجام مي‌دهد.

به‌طور مثال، دو نمونه A و دو نمونه B انتخاب شده كه در صورتي كه يكي از نمونه‌ها كاملاً مطابق با استاندارد و ديگري در محدوده 20 درصد تلرانس باشد (پس از آزمايش) گواهي مربوطه اعطا مي‌شود و در صورتي كه هر دو نمونه در محدوده 20 درصد تلرانس باشند، دو نمونه ديگر را انتخاب كرده (نمونه‌هاي B) و فرايند را مجدداً انجام مي‌دهند.

همان‌طور كه ملاحظه مي‌كنيد، در صورت وجود مغايرت‌هاي غيرمجاز، در نهايت مجوز اعطا شده پس گرفته و TA باطل مي‌شود.

منابع

1. مدارك فني ECE موجود در امور طراحي محصول و آرشيو ساپكو
2. سايت شركت www.tuev.com :RWTUV
3. سايت شركت www.vca.gov.uk :VCA

[1]. Union

[2]. Economic Commission for Europe

[3]. Certification Body

[4]. Component Approval

[5]. Marking

[6]. Left Hand Traffic

[7]. Conformity of Prosuction

علامت‌هاي تجاري قدرتمند داراي ويژگي‌هاي مشخص و متمايزي هستند. باتري‌هاي دوراسل[1] دوام زيادي دارند. خودروي ولوو، امنيت بالايي در تصادفات دارد، اما حتي برندهاي مهم نيز اگر دچار بحران چند هويتي شوند با مشكلات زيادي مواجه خواهند شد. براي مثال، جنرال موتورز را در نظر بگيريد. فرق بين شورلت، پونتياك و بيوك در چيست؟ اين شركت به‌تازگي مشكل را دريافته است. در بهار سال گذشته جنرال موتورز اعلام كرد كه دامنه و تنوع محصولات خود را كاهش مي‌دهد، اما اين تلاش ديرهنگام جنرال موتورز براي كنترل هرج و مرج موجود در برند محصولات خود كمي دير شده بود.

براي فهميدن معماي جنرال موتورز لازم است اقدامات اين شركت را در دهه‌هاي گذشته كه شركت راهبرد به هم ريخته‌اي داشت جستجو كرد. در ابتدا جنرال موتورز بسيار آشفته بود. هنگامي كه ويليام دورانت در 1908 شركت را تأسيس كرد صنعت خودروسازي شاهد ظهور توليدكننده‌هاي بسياري بود. در اين ميان جنرال موتورز از طريق به مالكيت در آوردن حريصانه ديگر شركت‌هاي خودروسازي رشد كرد. دورانت تا 1910 هفده شركت خودروسازي از جمله شركت الدزمبيل، بيوك و كاديلاك را به تملك خود در آورده بود. در 1911 او در شركت جديد لويي شورلت سرمايه‌گذاري كرد و سرانجام در 1918 آن را خريد.

هنگامي كه آلفرد اسلوان به عنوان قائم مقام اجرايي مدير عامل به جنرال موتورز آمد وارث چيزي بود كه آن را خط محصول نامعقول ناميد. خط محصولي كه هيچ‌گونه خط‌مشي راهنما براي بازاريابي محصولات مختلف خود نداشت. همان‌طور كه از قيمت‌هاي تقريباً يكسان انواع متنوع خودروهاي جنرال موتورز بر مي‌آيد از 1921 هدف شركت، فروش محصولات بود. محصولات مختلف يكي پس از ديگري تعداد فروش خود را از دست مي‌دادند و به جز بيوك و كاديلاك همگي ضرر كردند.

  دامنه قيمت‌هاي GM در 1921

اسلوان بلافاصله دريافت كه جنرال موتورزز مدل‌هاي بسيار زيادي دارد و در نتيجه دوباره‌كاري‌هاي بسياري در آن اتفاق افتاده و نياز به يك خط محصول مشخص دارد. از طريق يكي از ابتدايي‌ترين شكل‌هاي رتبه‌بندي بازار، اسلوان محصولات جنرال موتورز را به پنج مدل كاهش داد و آنها را در قيمت‌هاي مختلف رده‌بندي كرد و نام تجاري هر يك از اين محصولات را به‌گونه‌اي مورد تأكيد قرار داد كه مشتريان به سمت خودروهاي خانواده جنرال موتورز ترغيب شده و در نتيجه فروش محصولات جنرال موتورز افزايش يابد.

اين تعداد معدود اما متمايز و قوي مدل‌هاي توليد جنرال موتورز باعث شد كه شركت بيش از 75 درصد از بازار خودروي امريكا را تا 1995 به تسخير خود درآورد. سهم بالاي بازار براي جنرال موتورز ممكن بود به اقدامات ضدانحصاري دولت منجر شده و خطر فروپاشي شركت را در پي داشته باشد. به همين دليل شركت، راهبرد خود را از توليد خودروهاي با كيفيت و تيراژ بالا به سمت كسب سود بيشتر از تعداد نسبتاً ثابت فروش تغيير داد.

اين سمت و سوي جديد از طريق فروش محصولات يكسان با نام‌هاي تجاري مختلف انجام شد. اين روش كه توسط كاركنان امور مالي شركت ابداع شد راهي براي افزايش سود از طريق يكسان‌سازي بود. چرا كه از اين طريق قطعات خودرو يكسان و قابل جايگزيني بودند. مدل‌هاي مختلف كه شركت به زحمت آنها را كسب كرده بود كم‌كم هويت خود را از دست دادند. در همين زمان شركت براي استفاده از مزايا تنوع محصولات مجدداً به گسترش و تغيير محصولات خود روي آورد. خودروهاي شورلت و پونتياك با مدل‌هاي گران قيمت‌تر و تجملاتي به بازار آمدند. خودروهاي بيوك و الدزمبيل نيز با قيمت ارزان‌تري وارد بازار شدند. بار ديگر شركت به توليد خودروهاي گوناگوني كه از نظر ظاهري و قيمت شبيه به هم بوده و نام‌هاي متفاوتي داشتند، پرداخت. گويي شركت بار ديگر به 1921 بازگشته بود.

داستان شركت جنرال موتورز منحصر به‌فرد نيست. هنگامي كه شركت، هويت متمايز محصولات خود را رها مي‌كند دقيقاً زماني است كه مشتريان گيج شده از اين سياست شروع به دور شدن از شركت مي‌كنند. در 1985 شركت كوكاكولا محصول جديد خود را با نام نيوكوك وارد بازار كرد كه باعث ننگ و شرم شركت و خدشه‌دار كردن هويت آن شد. شركت با واكنش شديد مشتريان مواجه شد، اما به سرعت شهرت از دست رفته خود را با توليد مارك آشناي كلاسيك باز يافت. شركت كوكاكولا از اين تجربه به اهميت محصولي با هويت منحصر به‌فرد پي برد و در حال حاضر اين شركت حدود 16 نوع مختلف نوشابه مي‌فروشد.

راه‌هايي براي گسترش محصول بدون گيج كردن و يا از دست دادن مشتري وجود دارد. آنچه كه در اين راهبردها مشترك است توجه دقيق و موشكافانه به وضعيت يك كالا و حس مشتريان نسبت به هويت اصلي و متمايز محصول است. براي مثال شركت بي.ام.و به مدت ده‌ها سال «نهايت يك خودرو» بوده است و همين هويت باعث شد كه خط محصول متنوع شركت تعالي يابد. كسب جايگاه خوب پايان ندارد و نيازمند مديريتي دقيق است. لقب «نهايت يك خودرو» هم‌اكنون سي و سه سال است كه براي بي.ام.و به‌جاي مانده و لقب «الماس هميشگي» 5 ساله شده است. متأسفانه جانشينان آلفرد اسلوان برخلاف خودش اهميت جايگاه [محصول در بازار] را در جنرال موتورز درك نكردند.

منبع

Harvard Business Review, September 2005.

[1]. Duracell

امروزه ما به‌طور گسترده‌اي وابسته به نفت و مشتقات آن براي به حركت درآوردن خودرو هستيم، اما در آينده اين ماده با ماده فراوان‌تري به نام هيدروژن جايگزين خواهد شد، ماده‌اي كه بر خلاف نفت، آلوده‌كننده محيط‌زيست و در هنگام سوخت، گرماي ناخواسته توليد نمي‌كند. همچنين به دليل عدم اتلاف انرژي، راندمان كاري بسياري بالاتري دارد. فناوري مربوط به پيل‌هاي سوختي (سوخت هيدروژني) ممكن است به‌زودي نيروگاه‌هاي توليد انرژي برق را به تسخير خود درآورد و جايگزين فرآورده‌هاي نفتي به عنوان ماده اوليه توليد انرژي الكتريكي شود. در اين مقاله به اختصار 3 موضوع اساسي در اين رابطه، بررسي مي‌شود:

1. تهيه هيدروژن: از آنجا كه هيدروژن ماده اوليه و اساسي پيل‌هاي سوختي را تشكيل مي‌دهد تهيه آن يكي از گام‌هاي مهم توسعه اين فناوري مي‌باشد.

خوشبختانه هيدروژن به اندازه كافي در اطراف ما وجود دارد. در واقع هر مولكول آب از دو اتم هيدروژن و يك اتم اكسيژن تشكيل شده است كه با انجام عمل الكتروليز دو اتم ابتدا از مولكول آب جدا شده و با پيوستن به هم يك مولكول هيدروژن يا H2 را تشكيل مي‌دهند كه به صورت گاز در محيط آزاد مي‌شود.

لوازمي كه براي اين كار لازم است، لوازم اوليه آزمايشگاهي مثل ظرف شيشه‌اي و سيم رابط و باطري حدوداً 9 ولتي و كمي نمك (براي هادي شدن آب) مي‌باشند.

با اين وسايل ساده مي‌توان به صورت آزمايشگاهي مولكول هيدروژن را از آب به دست آورد.

نماي شماتيك اين آزمايش در شكل مشاهده مي‌شود.

شكل

همان‌گونه كه براي الكتروليز آب لازم است مقداري انرژي الكتريكي صرف كنيم تا هيدروژن و اكسيژن از هم جدا شود و به صورت مولكول‌هاي گازي در آيند اگر عكس اين فرايند انجام شود بايد مقداري از انرژي الكتريكي آزاد شود. در واقع تركيب اكسيژن و هيدروژن مقداري انرژي الكتريكي نيز به ما مي‌دهد كه مي‌توانيم از آن به عنوان منبع انرژي استفاده كرده و براي به حركت درآوردن موتور خودرو استفاده كنيم. با توجه به اينكه اكسيژن به مقدار كافي در هوا موجود است اگر منبع هيدروژن را در اختيار داشته باشيم مي‌توانيم با تركيب هيدروژن و اكسيژن (در واقع سوزاندن هيدروژن)، بخار آب و انرژي الكتريكي به دست آوريم. بخار آب ايجاد شده در محيط، بخار شده و انرژي الكتريكي مورد استفاده ما قرار مي‌گيرد كه مي‌توانيم با آن موتور الكتريكي را تغذيه كرده و خودرو را به حركت درآوريم.

تركيب هيدروژن و اكسيژن و كسب انرژي الكتريكي در عمل به سادگي تئوري آن نيست و نيازمند فناوري ويژه و شرايط خاص اين واكنش است.

اين همان راهي است كه محققان فناوري سلول سوختي در حال بررسي آن هستند. در حال حاضر نمونه‌هاي آزمايشگاهاي ساخته شده‌اند كه با اين روش كار مي‌كنند، اما گران بودن آنها هنوز فاصله اين فناوري تا صنعت را موجب شده است.

در حال حاضر گروه‌هاي زيادي در حال تحقيق بر روي اين نوع از توليد انرژي هستند و علاوه‌بر صنعت خودرو، تحقيقات بسيار گسترده‌اي براي استفاده از فناوري‌هاي پيل‌هاي سوختي در نيروگاه‌هاي توليد برق در حال انجام است. شايد در آينده نه‌چندان دور بشر از اينكه نفت را مي‌سوزاند و از انرژي آن براي نيازهاي خود استفاده مي‌كرده متأسف شود.

منبع

1. Scientific American. Future Car Teaching Guide.

اشاره

با توجه به رشد روزافزون توليدات خودرو و جهت‌گيري سازندگان به منظور كاهش قيمت‌ها، تخريب حتي يك قطعه نيز جايز نبوده و يافتن راه‌هاي غيرتخريبي براي تست قطعات، بيش از پيش لازم و ضروري به‌نظر مي‌رسد. تست‌هاي غيرمخرب در مقايسه با تست‌هاي تخريبي، مزاياي فراواني دارند كه عبارتند از:

1. سرعت بالاي تست
2. عدم تخريب قطعه
3. امكان تست كليه قطعات يك محموله
4. امكان بررسي نقاط متفاوت قطعه و در نتيجه بررسي هموژن بودن آن

از آنجا كه قطعات ساخته شده از چدن نشكن، اغلب در مواردي مورد استفاده قرار مي‌گيرند كه نياز به استحكام، چقرمگي و تافنس بالا دارند، نيازمند انجام تست‌هاي متعدد هستند. هم‌اكنون، اغلب تست‌هاي انجام شده بر روي اين قطعات، به‌صورت مخرب است و حتي پس از تخريب يك قطعه نيز نمي‌توان به‌طور كامل از سلامت كل محموله توليدي اطمينان يافت. لذا لزوم تست‌هاي غيرمخرب و در صورت نياز تست كليه قطعات ايمني ضرورت مي‌يابد.

ارزيابي چدن نشكن

چدن نشكن در واقع همان چدن خاكستري است كه با افزودن موادي نظير فروسيليكو منيزيم، گرافيت‌هاي رشته‌اي و لايه‌اي، به صورت گرافيت‌هاي كروي در مي‌آيند.

در نتيجه اين تغييرات، خواص چدن تا حد قابل ملاحظه‌اي اصلاح مي‌شود، زيرا گرافيت به علت استحكام بسيار پايين در چدن‌ها به صورت نقاط ضعيف بوده و هر قدر كروي‌تر باشند، به همان ميزان استحكام چدن را افزايش مي‌دهند. البته غير از كرويت گرافيت‌ها تعداد، قطر، نحوه توزيع و نيز نوع زمينه و ساختار چدن نيز در ايجاد خواص مورد نياز نقش دارد. ميزان كرويت در اغلب موارد مي‌بايستي بيش از 85 درصد باشد.

ديگر موارد نظير: اندازه، قطر، تعداد و زمينه چدن نشكن، با توجه به نوع قطعه و موارد كاربرد آن، مي‌تواند متفاوت باشد.

سرعت صوت در مواد مختلف يكي از عوامل مشخص آنها مي‌باشد كه با تغيير جنس و ساختار آن تغيير مي‌كند. به عنوان مثال، سرعت صوت در فولاد 5920 متر بر ثانيه و در آب حدود 1000 متر بر ثانيه و در هوا حدود 330 متر بر ثانيه است. از آنجا كه صوت براي انتشار، نياز به محيط مادي دارد، هر چه جسم چگالتر باشد، به همان نسبت سرعت صوت نيز افزاش مي‌يابد. از همين پديده مي‌توان براي بررسي قطعات و حتي بررسي ساختار آنها استفاده كرد. مبناي بررسي كيفي قطعات چدن نشكن در واقع همين تغييرات صوت است كه در ذيل تأثير هر كدام از پارامترها به‌طور جداگانه بررسي مي‌شود.

ميزان كرويت گرافيت‌ها

مهم‌ترين پارامتر در تغيير سرعت صوت، ميزان كرويت گرافيت‌هاست. در شكل 1 دسته‌بندي چدن‌هاي نشكن بر حسب گرافيت‌هاي كروي نشان داده شده است. در شكل 2 نيز ميزان كرويت گرافيت‌ها درصدبندي شده است.

شكل 1: اشكال گوناگون گرافيت در چدن نشكن با بزرگنمايي 100 برابر

شكل 2: دسته‌بندي بر حسب نسبت گرافيت‌هاي كروي با بزرگنمايي 100 برابر

هر قدر كرويت گرافيت‌ها و تعداد آنها بيشتر باشد، سرعت صوت در قطعه بيشتر و به سرعت صوت در فولاد نزديكتر است و برعكس، هر چه كرويت كمتر شود سرعت صوت نيز كاهش مي‌يابد. به عنوان مثال، سرعت صوت در چدن نشكن افزون بر 90درصد گرافيت كروي حدود 5600 متر بر ثانيه است در حالي كه در چدن با كمتر از 10 درصد گرافيت كروي حدود 4500 متر بر ثانيه است. اگر كرويت گرافيت‌ها از 95 درصد به 78 درصد كاهش يابد، با كاهش سرعت صوت در حدود 80 متر بر ثانيه روبه‌رو خواهيم شد (شكل 3).

شكل 3: كاهش سرعت صوت در نتيجه كاهش درصد كرويت گرافيت‌ها

تعداد و قطر گرافيت‌ها

تعداد و قطر گرافيت‌ها نيز در تغيير سرعت صوت تأثير زيادي دارد. در شكل 4 دسته‌بندي گرافيت‌هاي كروي بر حسب اندازه و تعداد آنها نشان داده شده است.

شكل 4: دسته‌بندي گرافيت‌هاي كروي بر حسب اندازه * و تعداد **

سرعت صوت با كاهش قطر و افزايش تعداد گرافيت‌ها افزايش يافته و برعكس با افزايش قطر و كاهش تعداد گرافيت‌ها كاش مي‌يابد. تعداد و قطر گرافيت‌ها، رابطه‌اي مستقيم با مدول قطعه دارد. هر چه مدول[1] قطعه زيادتر باشد، به علت افزايش قطر گرافيت‌ها و كاهش تعداد آنها، سرعت صوت در آن كاهش خواهد يافت. به عنوان مثال، براي آناليز چدن با گرافيت كروي با ميزان كرويت حدود 95 درصد، وقتي مدول قطعه از 75/0 به 5/1 افزايش مي‌يابد، تعداد گرافيت‌ها از 290 عدد به 50 عدد در واحد سطح كاهش مي‌يابد (شكل 5).

شكل 5: تأثير مدول قطعه بر تعداد گرافيت‌ها

تأثير توأم مدول قطعه و درصد كرويت در شكل 6 نشان داده شده است. به عنوان مثال، براي قطعه‌اي با مدول 5/1 وقتي درصد كرويت از 95 درصد به 78 درصد كاهش يابد، سرعت صوت حدود 50 متر بر ثانيه كاهش خواهد يافت و براي قطعه‌اي با كرويت 95 درصد اگر مدول قطعه از 5/1 به 75/0 كاهش يابد، سرعت صوت حدود 60 متر بر ثانيه افزايش مي‌يابد.

شكل 6: تأثير توأم درصد كرويت و مدول قطعه بر سرعت صوت در چدن نشكن

نتيجه بسيار مهمي كه مي‌توان از اين عوامل گرفت اين است كه تنها با دانستن مدول قطعه و تعيين سرعت صوت بدون تخريب قطعه مي‌توان به ميزان كرويت و حتي قطر و تعداد گرافيت‌ها پي برد و ديگر نيازي به برش قطعه و تهيه نمونه‌هاي متالوگرافي نمي‌باشد.

درون‌ساخت ميكروسكوپي

زمينه ساختاري چدن‌ها را مي‌توان در چهار گروه عمده و يا تركيبي از فازهاي: فريت، پرليت، مارتنزيت و يا بينيت، مشاهده كرد. تغييرات ساختاري نيز بر ميزان سرعت صوت مؤثر است با توجه به شكل 7، در نمونه‌اي با 90 درصد كرويت وقتي ساختار از پرليت به فريت تغيير مي‌يابد سرعت صوت حدود 20 متر بر ثانيه افزايش مي‌يابد.

شكل 7: تأثير تغيير ساختار و درصد كرويت بر سرعت صوت

تعيين خواص مكانيكي توسط تعيين سرعت صوت در قطعه

از آنجا كه خواص مكانيكي قطعه، تابعي از خصوصيات متالورژيكي آن است، با به دست آوردن سرعت صوت در قطعه، مي‌توان خواص مكانيكي قطعه را حدس زد. همان‌طور كه در نمودار شكل 8 نشان داده شده است، با افزايش سرعت صوت در قطعه، استحكام كششي و استحكام تسليم افزايش مي‌يابد.

شكل 8: افزايش استحكام كششي و تسليم با افزايش سرعت صوت

در نتيجه مي‌توان با دانستن سرعت صوت، خواص مكانيكي قطعه را طبق فرمول ذيل حدس زد:

خواص مكانيكي = av-b

كه در آن، V= سرعت صوت بر حسب متر بر ثانيه است. ضرايب a و b در ذيل ارائه شده است:

b	a
4566.7	0.9068	UTS (Mpa)
1525	0.3341	0.2% offset yield (Mpa)
2433.1	0.462	Hardness (HB)
2.7329 6.5487	0.0005 0.0012	Elongation%

درصد كرويت را نيز مي‌توان از فرمول زير محاسبه كرد:

V=a(N%)+b

كه در آن، V سرعت صوت در قطعه است. ضرايب a و b متناسب با مدول قطعه متفاوت بوده و مطابق جدول ذيل است:

1.5	1.25	1	0.75	مدول (cm)
296.2	384.1	392.4	300	a
5306.8	5283.9	5259.4	5363.5	b

گفتني است كه ضرايب درج شده در اين مقاله، مختص گروهي از توليدات مشابه است و در صورت اجراي اين پروژه در واحدهاي توليدي، مي‌بايستي در مراحل ابتدايي براي تعيين اين ضرايب، ابتدا تست‌هاي مخرب (متالوگرافي، استحكام كشتي،سختي) و غيرمخرب التراسونيكي را توأماً در مورد يك قطعه انجام داد. البته به منظور تعيين دقيق اين ضرايب a و b مي‌بايستي پارامترهاي آناليز، مدول (شكل قطعه) و نوع قالبگيري و ساختار زمينه را يكسان مي‌كرد.

جمع‌بندي

با روش تست غيرمخرب التراسونيكي و تنها با تعيين سرعت صوت و مدول قطعه پس از تعيين ضرايب a و b، مي‌توان به ساختار متالورژيكي و خواص مكانيكي قطعه پي برد. البته سرعت صوت و ضرايب به دست آمده، ممكن است در كارخانه‌هاي مختلف متفاوت باشد، لذا هر شركت مي‌بايستي قبل از انجام اين تست، يك سري تست‌هاي غيرمخرب همراه با تخريب قطعه انجام دهد و پس از تعيين ضرايب، بررسي‌هاي بعدي را به صورت غيرمخرب انجام دهد. با توجه به اينكه قطعه در اين روش تخريب نمي‌شود، در مورد قطعات ايمني مي‌توان كليه قطعات را تست كرده و پس از اطمينان كامل آنها را روانه بازار كرد. گاهي مشاهده مي‌شود كه قطعات نشكن، حتي در حين مونتاژ و قبل از بيرون رفتن خودرو از درب كارخانه، مي‌شكنند! كه اين امر نشانه ناكافي بودن روش‌هاي تست كنوني است. مزيت ديگر اين تست آن است كه نياز به خريد دستگاه‌هاي گران‌قيمت التراسونيكي نداشته و مي‌توان از دستگاه‌هاي كوچك ضخامت‌سنجي التراسونيكي نيز استفاده كرد. تنها با قرار دادن پروب دستگاه بر روي قطعه و اندازه‌گيري سرعت صوت، مي‌توان قطعه را مورد ارزيابي قرار داد. اميد است كه روش‌هاي تست غيرمخرب، بيش از پيش گسترش يافته تا از اين طريق بتوان با سرعت، دقت و اطمينان بيشتري قطعات توليدي را ارزيابي نمود.

منابع

1. Ultrasonic measurements and metallurgical properties of ductile Iron/ J.Sol. , N.Okasha and M.El-Gazary

2. Ultrasonic investigation of graphite Nodalarity in ductile cast Iron/ C.H. Gar, B. Aydimakina

3. ASM Handbook vol.17 Nondestructive Evaluation and quality control.

4. ASM specialty Handbook cast Irons J.R. Davis

[1]. مدول =