بررسی اجمالی سیستم گازسوز مایع (LPG) در خودروها
امروزه با توجه به افزایش قیمت سوختهای فسیلی و نگرانیهای زیستمحیطی، استفاده از سوختهای جایگزین در صنعت خودروسازی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. یکی از این سوختها، گاز مایع یا LPG (Liquefied Petroleum Gas) است که توانسته است به عنوان یک گزینه اقتصادی، پاک و موثر برای خودروها مطرح شود.
1. تعریف و ترکیب گاز مایع (LPG)
گاز مایع یا LPG مخلوطی از هیدروکربنهای سبک نظیر پروپان (C3H8) و بوتان (C4H10) است که در شرایط فشار و دما معمولی به صورت مایع نگهداری میشود و در زمان استفاده به گاز تبدیل میشود. خصوصیات فیزیکی این گاز باعث میشود که به راحتی بتوان آن را ذخیره و انتقال داد.
1.1 خواص فیزیکی و شیمیایی LPG
- نقطه جوش: بین -42 تا -0.5 درجه سانتیگراد (با توجه به ترکیب دقیق)
- دانسیته: حدود 0.55 تا 0.58 کیلوگرم بر لیتر به صورت مایع
- نسبت انرژی به وزن: تقریباً 46 مگاجول بر کیلوگرم
- قابلیت اشتعال: گستره وسیعی از نسبتهای هوا به سوخت (2.1% تا 9.5%)
2. ساختار و اجزای سیستم گاز سوز LPG در خودروها
سیستم گازسوز LPG که به طور معمول به عنوان سیستم تبدیل خودروهای بنزینی به LPG شناخته میشود، شامل چند بخش اصلی است که وظیفه تامین، کنترل و تزریق گاز را به موتور برعهده دارند.
2.1 مخزن LPG
مخزن نگهدارنده گاز مایع که معمولاً از جنس فولاد آلیاژی یا آلومینیوم ساخته میشود، سوخت LPG را تحت فشار 8 تا 10 بار در حالت مایع ذخیره میکند. ابعاد و حجم مخزن به ظرفیت خودرو و نیاز مسافتی تعیین میشود. مخازن معمولاً به دو شکل استوانهای و کپسولی موجود هستند.
2.2 رگولاتور فشار (Regulator)
این قطعه وظیفه کاهش فشار بالای مخزن و تبدیل گاز مایع به گاز با فشار پایین برای تزریق به موتور را دارد. رگولاتور فشار معمولاً دارای دو مرحله است:
- مرحله اول: کاهش فشار از حدود 8-10 بار به فشار میانی (حدود 1-2 بار)
- مرحله دوم: کنترل دقیق فشار ورودی به منیفولد ورودی موتور
2.3 سیستم تزریق گاز (لندری یا انژکتور)
گاز پس از تنظیم فشار وارد سیستم تزریق میشود که میتواند مکانیکی یا الکترونیکی باشد. سیستمهای انژکتوری الکترونیکی با استفاده از حسگرهای مختلف مانند دمای موتور، فشار منیفولد، دور موتور و موقعیت دریچه گاز، مقدار گاز تزریقی را به صورت دقیق تنظیم میکنند.
2.4 واحد کنترل الکترونیکی (ECU)
در سیستمهای پیشرفته، این واحد وظیفه پردازش دادههای ورودی و کنترل پمپ گاز، انژکتورها و سوئیچ بین حالت بنزین و LPG را دارد. ECU باعث بهبود راندمان مصرف سوخت و کاهش آلایندگی میشود.
2.5 سایر اجزا
- شیر قطع گاز (Cut-off valve)
- سنسور سطح مخزن
- المانهای ایمنی و شیرهای اطمینان
- خطوط انتقال گاز
3. نحوه عملکرد سیستم LPG در خودرو
عملکرد سیستم LPG شامل مراحل زیر میشود:
3.1 ذخیرهسازی و آمادهسازی گاز
گاز در مخزن تحت فشار مایع باقی میماند. هنگام نیاز، شیر مخزن باز شده و گاز مایع به سمت رگولاتور فشار هدایت میشود. در رگولاتور، گاز به حالت گاز تبدیل شده و فشار آن تنظیم میشود.
3.2 کنترل و تزریق گاز
گاز پس از کاهش فشار وارد سیستم تزریق شده و توسط انژکتور مطابق با نیاز موتور، به منیفولد هوا تزریق میشود. ترکیب هوا و گاز وارد سیلندر شده و در احتراق شرکت میکند.
3.3 سوئیچ بین بنزین و LPG
در بیشتر خودروهای دوگانهسوز، امکان تعویض بین سوخت بنزین و LPG وجود دارد. این سوئیچ به راننده اجازه میدهد در صورت نیاز یا شرایط خاص، سوخت را تغییر دهد. برخی سیستمها قابلیت تغییر خودکار دارند.
4. مزایا و معایب استفاده از LPG در خودروها
4.1 مزایا
- کاهش هزینه سوخت: قیمت LPG معمولاً کمتر از بنزین است و مصرف بهینهتر باعث کاهش هزینههای روزانه میشود.
- کاهش آلایندگی: سوختن LPG باعث تولید آلایندههای کمتر از جمله دیاکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن (NOx) و ذرات معلق میشود.
- ایمنی بالاتر: به دلیل خواص فیزیکی گاز مایع، در صورت نشت گاز به سرعت در هوا پخش شده و کمتر خطر انفجار وجود دارد.
- افزایش عمر موتور: به دلیل سوخت تمیزتر، کمتر آلودگی در محفظه احتراق و موتور تجمع مییابد.
4.2 معایب
- کاهش قدرت موتور: در برخی خودروها به دلیل تفاوت انرژی سوخت، توان خروجی اندکی کاهش مییابد.
- نیاز به فضای اضافه برای مخزن: نصب مخزن LPG فضای بار را کاهش میدهد.
- نیاز به نگهداری و تنظیمات تخصصی: سیستم دوزینگ و رگولاتورها باید به صورت دقیق و تخصصی تعمیر و تنظیم شوند.
- دمای پایینتر احتراق: باعث عدم رسیدن دمای کافی برای بخار شدن بنزین و گاز در بعضی شرایط سرد میشود.
5. نکات فنی مهم در طراحی و نصب سیستم LPG
5.1 انتخاب مخزن مناسب
مخازن LPG باید استانداردهای خاصی مانند استاندارد ایران یا ECE R67 را رعایت کنند. در طراحی باید به مقاومت به فشار، خوردگی و تستهای ایمنی توجه داشت.
5.2 تنظیم دقیق رگولاتور و انژکتور
فشار گاز باید به دقت تنظیم شود تا از نوسانات عملکرد و افت توان موتور جلوگیری شود. حساسیت انژکتورها در تزریق مقدار بهینه سوخت بسیار اهمیت دارد.
5.3 هماهنگی ECU با سیستم موتور
در سیستمهای پیشرفته، ارتباط بین ECU بنزین و ECU گاز باید به صورت هماهنگ عمل کند تا عملکرد موتور در حالت دوگانه بهینه باشد.
5.4 ایمنی و نصب قطعات
تمام اتصالات و خطوط گاز باید از مواد مقاوم در برابر فشار و حرارت ساخته شوند. همچنین نصب سنسورهای نشت گاز (Leak Detector) ایمنی سیستم را بالا میبرد.
6. نمونههای معروف استفاده از سیستم LPG در خودروها
در ایران خودروهای دوگانهسوز زیادی وجود دارد که سیستم LPG در آنها به کار رفته است. خودروهایی همچون سمند دوگانهسوز، پژو پارس دوگانهسوز و برخی مدلهای پژو 405 به طور گسترده از این فناوری استفاده میکنند.
همچنین در بازار جهانی، خودروهای هیبریدی و دوگانهسوز شرکتهایی مانند فورت، تویوتا و هیوندای مدلهایی با سیستم LPG ارائه دادهاند که استانداردهای بالای ایمنی و کیفیت را رعایت میکنند.
7. جمعبندی
سیستم گازسوز مایع (LPG) به دلیل مزایای اقتصادی و زیستمحیطی خود، گزینهای مناسب برای کاهش مصرف سوخت فسیلی در خودروها محسوب میشود. با پیشرفت فناوریهای تزریق و کنترل، این سیستم قادر است عملکرد مطلوب و ایمنی بالایی را فراهم آورد. با این حال، توجه به مسائل فنی و نکات ایمنی هنگام نصب و بهرهبرداری سیستمهای LPG ضروری است تا از مزایای آن به بهترین شکل بهرهمند شویم.