العادم الحفاز لأكسيد النيتروجين
مع محركات البخ المباشر للبنزين

28/5/2002

إن لعبت معايير سحب الهواء والبنزين ونسبهما وتوقيت إمتزاجهما ثم إحراقهما دوراً كبيراً في خفض إستهلاك محركات البخ المباشر للبنزين direct injection، مع رفع معدلات إستخراج القوة والعزم من كل ليتر يحرق من الوقود، يبقى أن تحديات أخرى تنتظر تقنية البخ المباشر في الجانب المقابل من المعادلة: الغازات المحترقة والخارجة من العادم.

فإحدى المشاكل الرئيسية التي تعترض تقنيات البخ المباشر مع مزيج غنى بالهواء ومفتقر الى البنزين  lean burn mixture، هي إرتفاع نسبة أكسيد النيتروجين oxides of nitrogen (بحكم زيادة نسبة الأوكسيجين مع زيادة كمية الهواء) من جهة، ومن جهة أخرى، عجز العادم الحفاز catalytic converter عن تحويل أكسيد النيتروجين بكامله الى غاز النيتروجين، لأن شرط عمل العادم الحفاز المألوف هو توافر مزيج هواء/بنزين قريب جداً أو موازٍ لنسبة الإحتراق المثالية 14.7 الى واحد stoichiometric mixture.

فكلما حصل خلل في نسبة مزيج الهواء/الوقود، يتولى راصد كمية الأوكسيجين Lambda sonde إبلاغ وحدة التحكّم الإلكتروني بوظائف المحرك، لتصحيح النسبة بتعديل توقيت البخ والإشعال وكمية البخ، للعودة الى نسبة الـ14.7 الى واحد التي تمكن العادم الحفاز من تأدية دوره.

مع عائلة محركات فولكسفاغن إف إس آي VW FSI, Fuel Stratified Injection الجديدة ذات البخ البنزيني المباشر، تعتمد أولاً تقنية إعادة تدوير قسم من الغازات المحترقة EGR, Exhaust Gas Recirculation، وهي تقنية معروفة وتعيد حتى 35 في المئة من الغازات المحترقة، الى غرف الإحتراق من جديد، لإحراق حتى 70 في المئة من إنبعاثات أكسيد النيتروجين التي خرجت مع الغازات في مرحلة الإحراق الأولى.

وتعتمد تلك التقنية على صمام يعيد قسماً من الغازات المحترقة في ما يعرف بالإعادة الخارجية external recirculation (أي من مشعب العادم)، ومن جهة أخرى، على توقيت إنفتاح صمامات تنفيس غازات العادم (الصمامان المقابلان لصمامي إدخال الهواء فوق كل أسطوانة) في ما يعرف بالإعادة الداخلية internal recirculation (أي قبل خروج الغازات الى العادم).

مع تقنية إعادة التدوير الجزئي للغازات المحترقة، تعتمد فولكسفاغن ايضاً (بين غيرها من الشركات المنتجة لمحركات البخ البنزيني المباشر) عادماً حفازاً آخر يركب تحت أرضية السيارة، مع تلبيس داخلي بالباريوم Barium الذي يتفاعل مع أكسيد النيتروجين ، إضافة الى راصدين آخرين، أولهما للحرارة والثاني لكميات أكسيد النيتروجين. فعند إنتقال المحرك الى نمط السحب المتدرّج stratified-charge مع مزيج شحيح بالبنزين وغني بالهواء، يعجز العادم الحفاز الأول (المركب قرب المحرك مباشرة، تحت الغطاء الأمامي) عن تفكيك كامل كمية أكسيد النيتروجين الخارجة، فيلتقط العادم الحفاز الثاني (تحت الأرضية) تلك الكمية المتبقية ويخزنها.

وكلما بلغ مخزون أكسيد النيتروجين في العادم الحفاز الثاني مستوى محدداً، تتلقى وحدة التحكم الإلكتروني بوظائف المحرك أمراً بزيادة كمية البنزين في المزيج لبرهة قصيرة، فترتفع حرارة الغازات المحترقة وتتفاعل جزيئيات الباريوم مع أكسيد النيتروجين فيتحول الأخير الى غاز النيتروجين الذي يتفشى من دون التسبب بأذى.

ومقارناً بالعادم الحفاز التقليدي الذي يعمل بين 400 و800 درجة مئوية، يعمل العادم الحفاز الثاني المختص بمعالجة أكسيد النيتروجين، بين 250 و500 درجة مئوية، وهو السبب الذي دفع فولكسفاغن الى منع إنتقال المحرك الى نمط السحب المتدرّج مع مزيج فقير بالبنزين، قبل بلوغ العادم المذكور حرارة 250 درجة مئوية، في حين يتدخّل مبرّد إضافي خاص لمنع تجاوز حرارة العادم الثاني 500 درجة.

إكبس لمعرفة المزيد عن موديلات فولكسفاغن وآودي المجهزة بالمحركات المذكورة.

إكبس لقراءة زاوية الرأي في شأن مستقبل المحركات البنزينية.

إكبس لمعرفة المزيد عن تقنية فولكسفاغن للبخ البنزيني المباشر في محركات إف إس آي.