گزارش کارآموزی مرکز تحقیقات ایران خودرو

مقدمه

از دیدگاه کارشناسان دو دهه پایانی قرن بیستم سالهای شگفتی و زمان یکه تازی فن آوری در عرصه های گوناگون حیات بشری لقب گرفته و اکنون در اغاز هزاره سوم میلادی شرایط جهان به گونه ای است که بیش بینی می گردد دگرگونی شیوه های تولید کالا و ارائه خدمات  چهره زندگی را متحول خواهد کرد.

بخش عمده ای از تحولات یاد شده در صنعت تجلی یافته است و گروه های مختلف صنعتی از جمله صنعت خودرو سازی به نحوی متاثر از این فرایند  پویا بوده اند و رقابت در زمینه کسب بازارهای جدید حفظ بازار و مشتری موجود بدون آنها امکان پذیر نمی باشد.

تولید خودرو و فعالیت های صنعتی وابسته به آن در زمره گسترده ترین و پرسودترین فعالیتهای صنعتی- اقتصادی قرار دارند. صنعت خودرو از جمله صنایع مهم و تاثیر گذار در سرنوشت اقتصادی کشورهاست. پس از جنگ جهانی دوم رشد مثبت تولید خودرو بخصوص خودروهای سواری افزایش یافته ودر سالهای اخیر شاهد پیشرفتهای قابل توجهی در این زمینه بوده ایم. به همین دلیل بازار خودرو از رونق بسیار خوبی بهره مند شده و به لحاظ اهمیت آن در رده صنایع اساسی و زیر بنائی طبقه بندی شده و همواره مورد حمایت و تشویق دولتها قرار گرفته است.

این صنعت  سهم بالایی از تولید ناخالص ملی کشورهای توسعه یافته را به خود اختصاص می دهد. بطور مثال در امریکا  اروپای غربی و ژاپن به ترتیب 7/ 14 درصد  2/10 درصد و4/9 درصد مجموع تولیدات صنعتی به این صنعت اختصاص دارد.

خودرو سازی به دلیل ماهیت ویژه خود با شمار زیادی از صنایع نظیر فلزی  ریخته گری  ماشین سازی شیمیایی  الکترونیک و رایانه  نساجی  غیر فلزی در ارتباط است و به سهم خود باعث شتاب تحرک و توسعه این صنایع بوده و ضمن ایجاد ارزش افزوده مناسب درصد بالایی اشتغال در جامعه ایجاد میکند.

هر کشوری که دارای صنعت قدرتمند و مستقل خودرو سازی باشد  در بیشتر بخشهای صنعتی از وضعیت مطلوبی برخوردار است. لذا صنایع خودرو و قطعه سازی کشور در صددند با گسترش عرصه فعالیت های خود جایگاه خود را در اقتصاد داخلی و بین المللی پیدا نموده  با بالندگی و پویایی خود روند توسعه اقتصادی کشور را تحت تاثیر قرار دهند.

در این گزارش کار سعی برآان داریم به طور اجمالی به ارائه تاریخچه خودرو ، بیان ویژگی های این صنعت و گزارش از واحدهای مهم مرکز تحقیقات ایران خودرو بپردازیم.

شرکت ایران خودرو یک شرکت بسیار بزرگ ومجهز درصنعت خودرو سازی کشورمی باشد وهمچنین دارای کادری مجرب و متخصص است.

شرکت از بخشهای مختلفی تشکیل یافته است.بخشهائی در ارتباط با نیروی انسانی مرکز تحقیقات وطراحی  و بخشهای تولیدی وکارگاهی و...

مرکز وهسته مطالعات وتست وآزمایشات شرکت مرکزتحقیقات (R&D) می باشد.

برای تولید یک محصول جدید ابتدا باید محصول تعریف شود این تعریف که شامل خصوصیات مختلفی است که باید محصول داشته باشد از طرف مدیریت شرکت که نماینده مشتری است انجام می شود.

این تعریف به واحد مهندسی خودرو که جزئی ازمرکز تحقیقات است می رود تا با همکاری مستقیم مرکزمطالعات استراتژیک (portfolio vehicle outline)pvoمحصول تهیه وتدوین شود. سپس این طرح به مجری پروره داده شده ودرقالب چند پروره از قبیل استایل وطراحی بدنه وطراحی تزئینات وقوای محرکه و واحد ساخت نمونه فرستاده می شود تا قسمتهای مختلف آن طراحی شده ونمونه ای از آن ساخته شود وبعد از تستهای بسیار و برطرف کردن مشکلات آن و پس از تائید نهائی مدرک (engineering sign off)که یک مدرک معتبر جهت تائید طراحی محصول وسیستمهای آن در فازهای مختلف طراحی و تکوین برمبنای برنامه ارزیابی طراحی(design verification plan)DVPاست تدوین می شود.

این گزارش کار شامل گزارشی از واحدهای مختلف مرکز تحقیقات ایران خودرو میباشد.

مهمترین این واحدها واحد مهندسی خودرو  واحدCNG   واحد لیزر نمونه سازی  واحد نمونه سازی سریع و آزمایشات تست می باشد.

هم ویژگیهای صنعت خودرو

تولید بیش از 50 میلیون و 800 هزار دستگاه خودرو در سال 2000 میلادی

ایجاد اشتغال برای بیش از 100 میلیون نفر در سراسر جهان

از هر ده شغل صنعتی در جهان یک شغل آن به صنعت خودرو اختصاص دارد.

رده اول در بخش صنعت و رده دوم در اقتصاد جهان پس از بانکها

ادغام تولیدکنندگان بزرگ خودرو و سازندگان قطعات خودرو و در نهایت شکل گیری

شبکه تولید  بهره گیری از ظرفیت خالی و سرمایه گذاری در توسعه محصول.

ارتباط گسترده و تنگاتنگ صنعت خودرو با سایر گروههای صنعتی از قبیل فلزی 

 ریخته گری  ماشین سازی  شیمیایی  الکترونیک و رایانه  نساجی غیر فلزی سهم عمده در ارزش افزوده بخش صنعت

واحد مهندسی خودرو

اداره کل مهندسی خودرو به منظور حصول اطمینان از هماهنگ بودن پروژه های طراحی و توسعه محصول با اهداف تعریف شده  مستقیما زیر نظر معاونت طراحی و توسعه محصولات جدید NPD   تشکیل شده است. اهم وظایف این اداره کل در قالب موارد زیر امده است.

همکاری مستقیم با مرکز مطالعات استراتزیک در راستای تهیه و تدوین portfolio vehicle outline) ) PVO برای محصولات جدید مورد نظر.

تعریف پروژه های طراحی و توسعه جدید در قالب فرمهای استاندارد شده در سطح مرکز NPD.

جمع آوری اطلاعات مورد نیاز در خصوص الزامات قانونی legislation هر یک از بازارهای هدف و بروز نگه داشتن این اطلاعات برای ارائه به پروژه های طراحی و توسعه و نظارت بر درست انتخاب شدن این الزامات قانونی دراین پروژه ها

جمع آوری اطلاعات لازم در مورد ویژگی های خاص و یا امکانات خاص از محصولات رقیب به منظور بوجود اوردن امکان ارزیابی محصولات جدید شرکت با دیگر رقبا .

اعمال نظارت بر روی مدرک features list تهیه شده توسط پروژه های طراحی وتوسعه محصول جد ید به منظور حصول اطمینان از رعایت کلیه خواسته های تعریف محصول و در نهایت تایید این مدرک جهت انتشار.

انجام فاز هدف گذاری خرد ( فاز target setting ) هر یک از پروژه ها  به منظور حصول اطمینان از همراستایی این اهداف خرد با اهداف کلی پروژه های طراحی و توسعه محصولات جدید.

تهیه لیست اقلام تست های مورد نیاز برای فازهای توسعه و تایید محصولات جدید.

اعمال نظارت بر روی مدرک (design verification plan ) DVP تهیه شده توسط هر یک از پروژه ها  به منظور حصول اطمینان از صحت ان و در نهایت تایید این مدرک.

اعمال نظارت بر روی PDS ها و SPDS های محصول  به منظور حصول اطمینان از انطباق و هماهنگی این مدارک با نیازمندی های پروژه های مرتبط و در نهایت تایید این مدارک جهت انتشار.

حصول اطممینان از صحت انجام تست های  Validation Development  & محصولات جدید. به همین منظور در کلیه پروژه ها هماهنگی های لازم برای انجام تست ها با مراکز تست از طریق واحد مهندسی خودرو صورت می بذیرد.

انجام هماهنگی های لازم جهت اخذ type approvai محصولات جدید.

حصول اطمینان ازتحقق یافتن کلیه اهداف پروژه در قالب engineering sign off

اعمال نظارت مورد نیاز برای حصول اطمینان از روند صحیح پروژه های تعریف شده با درنظر گرفتن خروجی های بروزه ها در قالب gateway  های مشخص

ارائه بازخورهای لازم به ریاست مرکز در مقاطع زمانی مشخص به منظور تصمیم گیری برروی روند پروژه.

اعمال نظارت بر هماهنگی و همراستایی پروژه های سیستمی با پروژه های طراحی و توسعه محصول جدید.

واحد CNG

با توجه به اینکه در کشور ما دسترسی به گاز طبیعی ارزان قیمت امکان پذیر است لذا از نظر اقتصادی نیز توسعه این سوخت جهت مصرف ان در خودروها قابل بررسی خواهد بود. وجود منابع و میادین گازی مختلف در کشور باعث می شود که در این ثروت خدادادی بهتر و بیشتر استفاده نمائیم. اغلب میادین گازی کشور غنی بوده و تا 90% دست نخورده باقی مانده است.

این واحد مرکز تحقیقات ایران خودرو به تحقیق در این مورد می پردازد و در نظر دارد خودروهای تولیدی خود را طوری طراحی کند که با این سوخت نیز بتواند حرکت کند.

در گزارش از این واحد به دو پروژه ای که در حال انجام است یعنی بررسی عملکرد  آلایندگی و معرف سوخت در انواع مختلف خودروهای گاز طبیعی سوز و بررسی عملکرد حلقه ی نشیمنگاهی چدن آلیازی در بهبود کارآیی موتور گازسوز CNG.

برسی عملکرد, آلایندگی, مصرف سوخت در انواع مختلف خودروهای گاز طبیعی سوز

وجود اختلاف در فرمول شیمیائی  خواص فیزیکی و رفتار احتراقی بین سوخت گاز طبیعی و سوختهای هیدروکربنی مایع باعث میشود که عملکرد و آلایندگی و مصرف سوخت کاملا متفاوتی در موتورهای احتراق داخلی بوجود آید. بالا بودن عدد اکتان این سوخت باعث می شود تا راندمان حرارتی وقابلیت کاردهی سیکل ترمودینامیکی حاکم بر موتور افزایش یابد. از طرف دیگر گازی شکل بودن و اشغال حجم زیاد وهمچنین پائین بودن سرعت پیشروی شعله در مخلوط باعث کاهش فشار میانگین موثر ترمزی در طی سیکل و به منبع آن توان تولید شده می گردد.

با استفاده از مطالعات  تحقیقات و تجربیات صورت گرفته  اثر پارامترهای مهم در عملکرد و آلایندگی موتور شامل نسبت تراکم  زاویه جرقه  نسبت هوا به سوخت مورد بحث و بررسی کامل قرار می گیرد. همچنین اهمیت تنظیم مجموعه سوخت رسانی گاز طبیعی با بررسی اثر آن بر روی عملکرد و آلایندگی موتور اشاره می گردد.

در انتها به استفاده از گاز طبیعی در موتورهای دیزلی و اثر آن بر روی پارامترهای عملکرد  آلایندگی و مصرف سوخت به تفصیل پرداخته می شود.

خودرو های گاز طبیعی سوز

تقسیم بندی خودروهای گاز طبیعی سوز براساس مجموعه سوخت رسانی و جرقه آنها در موتورهای درونسوز صورت می گیرد. بر این اساس این خودروها شامل دو گانه سوز (Bi-Fuel) صد در صد گاز سوز(Dedicated) و دوسوخته ی توام(Dual Fuel) میباشد . دو مورد اول در موتورهای اشتعال جرقه ای و مورد سوم در موتورهای اشتعال تراکمی کاربرد دارند .

این خودروها معمولا با اضافه نمودن تجهیزات اضافی مثل مخزن و لوله کشی گاز و تنظیم کننده ی فشار(رگلا تور) و شیرهای برقی و اطمینان و آمیزنده (میکسر) یا افشانه ها (انژکتور) و...  در خارج از کارخانه تولید خودرو آمده میگردند. مجموعه های دو سوختی توام دارای ملاحظات ویژه ای به خاطر احتراق همزمان دو سوخت بوده و معمولا سیستم کنترل این موتورها پیچیده گی خاصی دارد. در مجموعه ی دو سوختی توام گاز از طریق یک آمیزنده یا افشانه ها وارد هوای ورودی و سپس وارد سیلندر می گردد. معمولا در این مجموعه ها قسمت اعظم انرژی توسط گاز تامین شده و گازوئیل به عنوان سوخت آتشزا عمل میکند. جهت دستیابی به بهترین نقاط عملکرد تنظیم و کنترل نسبت گاز اهمیت زیادی خواهد داشت. جهت بهره گیری از مزایای نسبی سوخت گاز طبیعی در مقایسه با سوخت های هیدروکربنی طراحی موتور از ابتدا بر اساس سوخت گاز بهترین روش خواهد بود. و این موتورها که صد در صد گاز سوز می باشند دارای راندمان بهتر و افت عملکرد بسیار پایین خواهد بود.

وجود تفاوتهای بنیادی و اساسی در خواص فیزیکی و شیمیایی و ماهیت احتراقی این گاز باعث عملکرد و آلایند گی ومصرف سوخت متمایزی در مقایسه با سوخت های هیدروکربنی مایع میشود.

در جدول (1) یک مقایسه کامل از عوامل یا خواص و همچنین بیامد یا ضرورت آنها برای این سوخت در موتور آورده شده است. سرعت شعله با فشار تغییر میکند. همانطور که ملاحظه می شود برای فشار های کمتر از 4.3bar  سرعت شعله آرام متان بیشتر از بنزین وبرای فشارهای بالاتر از آن کمتر می باشد. در شرایط واقعی عملکردی موتور نیز احتراق عملا در فشارهای بالاتر از این مقدار صورت می گیرد. لذا برای احتراق در موتور سرعت شعله متان کمتر از بنزین می باشد. دمای مخلوط نیز روی سرعت شعله اثر میگذارد بطوریکه با افزایش دمای مخلوط سرعت شعله نیز افزایش می یابد. یکی دیگر از خواص این سوخت تاخیر در اشتعال آن می باشد. اساسا تاخیر شیمیایی گاز طبیعی بعلت تقارن و پایداری نسبی مولکول متان بیشتر از بنزین می باشد. اما تاخیر فیزیکی آنها به دلیل کمتر بودن آن بسیار ناچیز(تقریبا صفر) است. لذا به دلیل کمتر بودن سرعت شعله گاز طبیعی طول دوره احتراق آن به میزان قابل توجهی افزایش خواهد یافت.

 این مسئله ضمن آنکه نیاز به زاویه( اوانس) بیشتری را برای جرقه در پی خواهد داشت باعث افزایش دما واتلافات حرارتی بیشتر و همچنین تولید اکسیدهای نیتروژن خواهد شد. طول دوره ی احتراق به دور موتور و نسبت هوا به سوخت و همچنین بار موتور بستگی دارد. نتایج تجربی برای موتورهای گاز سوز نشان می دهد که حداکثر گشتاور( MBT ) برای موتور وقتی بدست می آید که نقطه ی وسط احتراق 10 درجه بعد از نقطه ی مرگ بالا قرار گیرد.

برای کاهش اثرات منفی مربوط به طولانی تر بودن طول دوره احتراق لازم است تا حد امکان سرعت شعله افزایش و تایر در اشتعال کاهش یابد. به همین منظور در موتورهای گازسوز دو راه پیشنهاد می شود که عبارتند از :

بهبود الگوی جریان ورودی به محفظه ی احتراق و افزایش سرعت شعله با اعمال آشفتگی (Turbulence ) بهینه در جریان.

کاهش تاخیر در اشتعال با بکار گیری مجموعه های جرقه ی بر انرژی. 

رفتارهای موتورهای گازسوز اشتعال جرقه ای

همانطور که گفته شد یکی از مزیت های گاز طبیعی محدوده وسیع مقدار ضریب هوای اضافه برای اشتعال پذیری که وابسته به نوع سوخت و نسبت تراکم موتور است میباشد. د برای سوخت بنزین سطح ناحیه غنی و برای متان سطح ناحیه ی فقیر بیشتر می باشد.

 به خاطر چگالی پایین گاز مخلوط استوکیومتریک آن حجم بیشتری از هوا را در مقایسه با مخلوط بنزین و هوا اشغال می کند. لذا در یک حجم جابجایی ثابت مقدار مخلوط هوا و سوخت که به داخل موتورکشیده شده و می سوزد در هر ضرب کاهش یافته و به تبع آن قدرت خروجی کاهش خواهد یافت. در این حالت باید هر مزیت و برتری نسبی گاز طبیعی که همان بالا بودن عدد اکتان است بهره جست. افزایش نسبت تراکم باعث ازدیاد سرعت شعله و متعاقب آن سبب افزایش توان می شود. افزایش نسبت تراکم باعث ازدیاد فشار داخل سیلندر شده و بتبع آن دما افزایش یافته و کارآئی سیکل نیز بالا میرود.

بررسی مهم دیگر اثر نسبت تراکم بر روی مصرف ویژه سوخت در ضریب هوای اضافه مختلف می باشد . هنگامی که مخلوط فقیر می شود مصرف ویژه سوخت تا ضریب هوای اضافه 11/1 کاهش یافته و پس از آن روند صعودی دارد .مخلوط فقیر دارای سوخت کم ولی هوای اضافه می باشد که در آن احتراق کامل انجام شده ولذا مصرف ویژه سوخت کاهش می یابد. افزایش بیشتر ضریب هوای اضافه مصرف ویژه سوخت را به خاطر بد شدن نرخ احتراق مخلوط (Rate Of Combustion) وسرعت سوختن مخلوط (Burning Velocity) کاهش می دهد. بر عکس وقتی مخلوط غنی میشود بخاطر احتراق ناقص وتولید انرژی حرارتی کم مصرف ویژه افزایش می یابد.

تنظیم یک مجموعه سوخت رسانی گاز طبیعی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. نتایج آزمایش با کیت گاز طبیعی در حالت تنظیم استاندارد با حالتی که برای شرایط آلایندگی پائین وهمچنین در حالتی که برای قدرت خروجی بیشینه تنظیم شده است تفاوت اساسی دارد.

افت قدرت در حالت کیت استاندارد در محدوده مختلف کارکرد موتور بین 12- 25 درصد در مقایسه با حالت پایه افت توان نشان می دهد. ولی پس ازتنظیم پیچ قدرت این افت قدرت به حدود 14 درصد رسیده است.

میتوان تغییرات مونوکسید کربن (CO)  را در سرعتهای مختلف برای موتورهای بنزینی و گاز طبیعی سوز در تنظیمات سه گانه فوق بررسی کرد.

این آلاینده در کلیه دوره ها مخصوصا در حالت تنظیم پیچ قدرت برای آلودگی بایین از حالت بنزینی کمتر می باشد.

یکی دیگر از پارامترهای مهم در عملکرد و آلایندگی موتورهای گاز سوز مسئله پیشرسی جرقه می باشد.

باید تغییرات نقطه بیشینه گشتاور ترمزی (MBT)  را در مقادیر مختلف نسبت هوا به سوخت در بار کامل دو بار جزئی برای سوخت بنزینی و گاز طبیعی با یکدیگر مقایسه کرد. نتیجه می گیریم که زمان جرقه بهینه با افزایش ضریب هوای اضافه به خاطر کاهش سرعت شعله در مخلوط فقیر افزایش می یابد. در حالت تمام بار زمان بیشرسی جرقه برای سوخت گاز 2 تا 7 درجه در یک مخلوط استوکیومتریک بیشتر است. ولی این اختلاف با افزایش نسبت هوا به سوخت کاهش می یابد. در بار جزئی 65 درصد بار کامل زاویه ی جرقه ی بهینه گشتاور ترمزی برای گاز 2 تا 5 درجه در مخلوط درست بیشتر از سوخت بنزین است.