فهرست مطالب

تحقیقات موتور - پیاپی 20 (پاییز 1389)

نشریه تحقیقات موتور
پیاپی 20 (پاییز 1389)

  • تاریخ انتشار: 1389/10/11
  • تعداد عناوین: 7
|
  • ابوالفضل محمد ابراهیم، امیرحسن کاکایی صفحه 3
    طراحی چندراهه ورودی پیشتر بصورت تجربی بوده است، ولی در سال های اخیر و با افزایش توان رایانه ها و گسترش کدهای محاسباتی، طراحی چندراهه ها بصورت علمی تر و دقیق تر صورت می گیرد. نرم افزارهای متنوعی با استفاده از معادلات یک بعدی حاکم بر سیالات برای شبیه سازی مجموعه موتور و ازجمله چندراهه ورودی تهیه شده اند. که در این مقاله از مدل آماده شده سامانه تبادل گاز بر مبنای نرم افزار GT-Power، استفاده شده است.
    در ابتدا با توجه به وضعیت موتور و هدف های بهینه سازی، یک تابع هدف به عنوان معیار بهینه سازی تعریف می گردد. با استفاده از این تابع هدف می توان حالت های مختلف موردمطالعه را به صورت کمی با یکدیگر مقایسه کرد.
    در ادامه با توجه به گزینه های موجود، چند پارامتر جهت انجام عملیات بهینه سازی انتخاب می گردد. پارامترهای انتخاب شده از لحاظ طول، قطر و انحنا مورد بررسی قرار گرفته و مناسب ترین حالت با توجه به محدودیت های مختلف تعیین می گردد.
    در نهایت چندراهه بهینه سازی شده با حدود 2.5 درصد افزایش در بازده تنفسی حاصل می گردد.
    روش حل مساله، استفاده از موج های صوتی با تکیه بر شبیه سازی حالت غیر دائم و معادلات یک بعدی خواهد بود.
    کلیدواژگان: تبادل گاز، بازده تنفسی، بهینه سازی چندراهه ورودی، GT، Power
  • محسن قاضی خانی، امیر جوهرچی، محمد ابراهیم فیض صفحه 12
    روش های اخیر بررسی راندمان موتورهای احتراق داخلی دیگر تنها در قالب قانون اول ترمودینامیکی نبوده و از دیدگاه قانون دوم ترمودینامیکی نیز بررسی می شود. آنالیز فرآیندها بوسیله قانون اول ترمودینامیک دید واضح، روشن و دقیقی نسبت به آن سیستم و فرآیندهای آن به ما نمیدهد. لذا به منظور داشتن درک دقیقی از تلفات در فرآیندهای مختلف نیاز به ابزاری به نام تحلیل اگزرژی داریم. آلاینده هایی که موتورهای دیزل تولید میکنند مخصوصا ذرات دوده و اکسیدهای نیتروژن در مقایسه با موتورهای بنزینی از غلظت بالاتری برخوردارند. یکی از روش های کاهش آلاینده NOx در موتورهای دیزل استفاده از روش بازخورانی بخشی از گازهای مجرای دود به داخل سیلندر میباشد.این روش بدلیل پایین آوردن دمای احتراق بر اثر کم شدن غلظت اکسیژن درون سیلندر باعث کاهش آلایندگی NOx میشود. در این تحقیق کوشش شده تاثیرات دما و میزان بازگشت دود روی اتلاف اگزرژی در موتور دیزل بررسی شود. نتایج نشان می دهد که با اضافه کردن به درصد جرمی دود بازگشت یافته به موتور و افزایش دمای مخلوط EGR وهوای ورودی راندمان قانون دوم در سرعتها و بارهای مختلف بصورت عمومی کاهش پیدا می کند.
    کلیدواژگان: موتور دیزل، قانون دوم ترمودینامیک، بازخورانی دود
  • محمد کاظمی، تیمور توکلی هشجین، سیامک علیزاده نیا، غلامحسن نجفی صفحه 22
    برای کاهش سایش در مجموعه گژن پین، بوش و باس پیستون روغن کاری انجام می شود. روغن مورد استفاده در موتور ملی از نوع 10W40 با لزجت دینامیکی mPa.s 5/5 در دمای کاری 140 درجه سلیسیوس است. به منظور تحلیل هیدرودینامیک لایه روغن در چشم کوچک شاتون، مدل واقعی موتور با در نظر گرفتن چهار سیلندر در نرم افزار AVL EXCITE 5.1 شبیه سازی شد. در این نرم افزار تاثیر شش پارامتر دمای روغن، نوع تنفس، نوع سوخت، مقدار لقی بین گژن پین و بوش برنزی چشم کوچک شاتون، موقعیت قرارگیری یاتاقان، سرعت دورانی موتور بر پارامترهای روغن کاری (بیشینه فشار و کمینه ضخامت) مدل سازی شده و نمودارهای مربوطه استخراج می شود. هچنین تاثیر این شش فاکتور بر پارامتر روغنکاری برای چهار حالت مختلف موتور مل EF7 توسط شبکه های عصبی شبیه سازی می شود.
    نتایج شبیه سازی در نرم افزار AVL EXCITE 5.1 نشان می دهد که بیشترین فشار و کمترین ضخامت هیدرودینامیک لایه روغن در دور rpm 3500 در °372 زاویه لنگ (لحظه احتراق) در موتور EF7 پرخوران(TC) با سوخت CNG به ترتیب MPa 446 و μm 83/1 در دمای کاری °C140 رخ می دهد، که احتمال سایش یاتاقان در این شرایط کاری وجود دارد. از شبکه های عصبی پس انتشار رو به عقب (FFBP) برای اینکار استفاده گردید. نتایج نشان داد که بهترین توپولوژی برای پیش بینی پارامترهای روغن کاری (بیشینه فشار و کمینه ضخامت) شبکه عصبی ای با ساختار 2-30-24-6، الگوریتم آموزش trainlm و توابع آستانه logsig، tansig و pureline می باشد. این شبکه در 120تکرار (epoch) و در مدت زمان 6/85 ثانیه با خطای یادگیری 00229/0 همگرا می شود. خطای شبکه (MSE) برای این توپولوژی برای الگوهای آموزش، ارزیابی و تست به ترتیب 0013/0، 0027/0 و 0018/0 می باشد. ضریب تبیین (R2) نیز برای الگوهای آموزش، ارزیابی و تست به ترتیب 9952/0، 9988/0 و 9965/0 محاسبه گردید.
    کلیدواژگان: موتور پرخوران EF7، چشم کوچک شاتون، گژن پین، تحلیل هیدرودینامیک روغن کاری، لقی، شبکه عصبی مصنوعی
  • محمدرضا قاسمی، یوسف حجت صفحه 30
    امروزه لرزهگیرهای متنوعی در صنعت استفاده می شوند که هر نوع آنها برای محدوده جرمی مشخص دستگاه و بسامد تحریک معینی مناسبند. یکی از این انواع، فنرهای بادی می باشند که در دو نوع بالشتکی و غشائی ساخته می شوند. نوع بالشتکی این لرزهگیرها برای پایش لرزشها بسامد کوچک(بسامد کمتر از 10 هرتز) و نوع غشائی در بسامد بزرگ(بسامد بزرگتر از 20 هرتز) استفاده می شوند. بسامدهای بین 10 تا 20 هرتز، بسامد میانی محسوب و از انواع دیگر لرزهگیرها در آن محدوده استفاده می شود.
    در این مقاله طراحی و ساخت سامانه فنر بادی ای ارائه گردیده که با استفاده از جابهجائی سنج خطی، شتابسنجها و پایشگر PID، می توان از فنرهای بادی بالشتکی که برای بسامدهای کوچک استفاده می شوند، برای پایش لرزشهای بسامد بزرگ(حدود 50 هرتز) استفاده کرد. نهایتا لرزهگیر بهینه شده ای ساخته می شود که دامنه نوسانات را از 2.7 میلیمتر به 0.15 میلیمتر یعنی در حدود 87.5% کاهش می دهد. تحلیل عنصر محدود نیز با نتایج تجربی مقایسه گردیده که با 8% خطا تطابق خوبی را نشان می دهد. این پژوهش بنا به درخواست «شرکت تحقیق، طراحی و تولید موتور ایران خودرو» برای پایش لرزش پایه های مورد استفاده در اتاقهای آزمون موتور انجام شده است.
    کلیدواژگان: فنر بادی، لرزهگیر بادی، پایش نیمهفعال، پایشگر PID، پایش لرزشها، بالشتک باد
  • مصطفی کوچک، آیت الله قره قانی، علی کشاورز، سیدمصطفی میرسلیم، پیمان شرقی صفحه 45
    هدف از این مقاله شرح و بررسی ترازنامه حرارتی در موتور است. بدین منظور آزمایش های ترازنامه حرارتی بر روی موتور پایه گازسوز EF7، با سوخت گاز طبیعی و در حالت پرخورانی، انجام شده است. آزمایش های ترازنامه حرارتی در صنعت خودرو به منظور شناخت چگونگی توزیع جریان انرژی و اگزرژی در موتور و بهبود بازده آن انجام می شود. این آزمایش ها نسبتا طولانی و پرهزینه است زیرا باید با دقت انجام گیرد، لذا در این مقاله به جستجوی معادلاتی که قابلیت کاربرد در شرایط مختلف عملکردی برای محاسبه ترازنامه حرارتی موتور را داشته باشد، پرداخته شده است.
    در آزمایش انجام شده توان موتور، انرژی دود خروجی، انرژی منتقل شده به سیال خنک کاری، انرژی خروجی توسط خنک کن میانی و سایر انرژی ها، که شامل انتقال حرارت به صورت جابجایی و تشعشع از بدنه موتور است، محاسبه شده است. توان خروجی از موتور با استفاده از لگام ترمز، انرژی دود خروجی، انرژی منتقل شده به سیال خنک کاری و انرژی خروجی توسط خنک کن میانی با توجه به اطلاعات ثبت شده توسط حسگرها و روابط موجود تعیین شده است. سایر انرژی ها به صورت مستقیم محاسبه نشده و با استفاده از قانون اول ترمودینامیک برای حجم محاسباتی در نظر گرفته شده در اطراف موتور محاسبه می شود. تلفات اصطکاکی موتور نیز به صورت حرارت به سیال خنک کاری منتقل شده و در انرژی منتقل شده به آن منظور می گردد. آزمایش های ترازنامه حرارتی در چهار حالت عملکردی تمام بار و نیمه بار با دمای سیال خنک کاری 90 و110 انجام شده اند. در تمام آزمایش ها موتور کاملا گرم است.
    پس از اندازه گیری ترازنامه حرارتی در حالت های عملکردی مختلف، بر اساس نتایج تجربی محاسبه انرژی دود خروجی، یک معادله ریاضی برای محاسبه این انرژی پیشنهاد شده است که نتایج حاصل از این معادله انطباق نسبتآ خوبی با نتایج تجربی آزمایشگاهی دارد. در ادامه بازده موتور در حالت های مختلف با یکدیگر مقایسه شده است؛ مشاهده می شود که با افزایش بار و دمای سیال خنک کاری، بازده موتور افزایش می یابد. همچنین تاثیر استفاده از پرخوران بر افزایش توان و بازده موتور در این مقاله بررسی شده است.
    کلیدواژگان: ترازنامه حرارتی، بازده، انرژی دود خروجی، توان خنک کاری، پرخوران
  • سید اسماعیل رضوی، رضا عمرانی صفحه 59
    طراحی و بهینه سازی منیفولد، که خود شامل محاسبه عملکرد موتور نیز می باشد، یکی از مهمترین قدم ها در روند طراحی و توسعه موتورهای احتراق داخلی به شمار می رود. این فعالیت در طول سالیان گذشته یکی از مهمترین مشغولیت های مراکز تحقیق و توسعه موتور در دنیا بوده است. دراین مقاله جریان سیال تراکم پذیر داخل منیفولد ورودی یک موتور احتراق داخلی با روش های عددی تحلیل شده است. برای محاسبه خصوصیات جریان سیال عبوری، جهت حل معادلات حاکم بر مساله، کدهای کامپیوتری به زبانFORTRAN، با استفاده از روش های مختلف حجم محدود، نوشته و توسعه داده شده است. برای گسسته سازی معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی، سه روش میانگین گیری مرتبه دوم، بالادست مرتبه اول و روش Roe مرتبه دوم استفاده شده و از نظر عملکرد و کارایی محاسباتی با یکدیگر مقایسه شده اند. شرایط مرزی در ورود و خروج، برای حالت های پایا و ناپایا به صورت ترکیبی از روش مشخصه ها و برون یابی به کار رفته است. در تحلیل جریان ناپایای منیفولد موتور بنزینی، تکرار در زمان مجازی انجام می پذیرد. برای به دست اوردن نتایج دقیق و واقعی تر، عوامل اصطکاک و انتقال گرما افزوده شد و اثرات عوامل اصطکاک دیواره با سیال و انتقال حرارت از سیال به دیواره بر خصوصیات جریان، بررسی و مقایسه شده اند.
    کلیدواژگان: موتوراحتراق داخلی، منیفولد ورودی، اصطکاک و انتقال حرارت، روش حجم محدود، جریان تراکم پذیر
  • امید جهانیان، سیدعلی جزایری صفحه 69
    استفاده از موتورهای اشتعال تراکمی سوخت همگن، ایده جدیدی برای کاهش مصرف سوخت و تولید آلایندگی در موتورهای احتراق داخلی به شمار می رود. در این گونه موتورها، مخلوط همگن هوا و سوخت طی مرحله تراکم تا حدی فشرده می شود که به شرایط خوداشتعالی رسیده و محترق شود به همین سبب احتراق به صورت کامل تابع ساز و کار شیمیایی اکسایش سوخت است. در این مقاله یک موتور اشتعال تراکمی سوخت همگن به وسیله یک مدل ترمودینامیکی تک ناحیه ای با در نظر گرفتن سینتیک مفصل شیمیایی شبیه سازی شده است. سوخت موتور متان است. پس از صحه گذاری مدل با نتایج تجربی، عوامل موثر بر زمان شروع احتراق و عملکرد موتور مورد بررسی قرار گرفته است. این عوامل شامل دمای مخلوط ورودی هوا و سوخت، پرخوران و دور موتور می باشد. برای تعیین زمان شروع احتراق از روش مشتق سوم فشار نسبت به زاویه لنگ استفاده شده و برای بررسی عملکرد موتور نیز پارامترهایی نظیر کار، توان و مصرف ویژه سوخت مد نظر قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: موتور اشتعال تراکمی سوخت همگن، شبیه سازی ترمودینامیکی، زمان شروع احتراق، متان
|
  • A.M. Ebrahim, A.H. Kakaee Page 3
    The objective of this work was to develop a new design of an intake manifold through a 1D simulation.It is quite familiar that a duly designed intake manifold is essential for the optimal performance of an internal combustion engine. Air flow inside the intake manifold is one of the important factors, which governs the engine performance and emissions. Hence the flow phenomenon inside the intake manifold should be fully optimized to produce more engine power with better combustion and further reduces the emission.In this paper, during the new engine development the pressure waves for the intake manifold is simulated using 1D GT-POWER software, to study the internal air flow characteristic for the 4-cylinder gasoline engine during transient conditions. Based on the 1D simulation results, the intake manifold design is optimized. As a result of this analysis, intake manifold with 2.5% improvement in volumetric efficiency is achieved.
  • M. Ghazikhani, A. Joharchi, M. E. Feyz Page 12
    Current approaches to internal combustion engine analysis are no longer just from first law of thermodynamic's point of view. Evaluation of IC engines by second law of thermodynamics (concept of exergy) helps modifying different parts of engine that cause availability dissipation. EGR method is widely used as an effective method for decreasing NOx as a toxic pollutant in diesel engines. This teqnique decreases the in-cylinder peak temperature by lowering the oxygen concentration. In this experimental investigation is carried out in order to analyze different aspects of using EGR on in-cylinder irreversibility and second-law efficiency within the engine block. It was observed that use of EGR can generally decrease the second-law efficiency in various engine loads and speeds.
  • M. Kazemi, T. Tavakoli Hashjin, S. Alizadenia, Gh. Najafi Page 22
    In order to reduce wear in gudgeon pin, bush and piston boss lubrication is done. Oil used in national engine species was 10W40 with dynamic viscosity 5.5 mPa.s at 140 °C (the working temperature). In order to complete investigation the oil film hydrodynamics analysis in small end of connecting rod, a real full model engine with four cylinders has been simulated by AVL EXCITE5.1 software. In this software, effect of 6 variables consist of; oil temperature, kind of intake, kind of fuel, tolerance bearings between gudgeon pin and bronze bush, position of bearing and engine speed on maximum pressure and minimum thickness of film were investigated, and each curves of them has been extracted. The effect of six inputs (oil temperature, intake type, fuel type, tolerance, bearing position, and engine rotation speed) on the lubrication parameters was simulated for four different modes of national engine EF7 by neural networks.The results of AVL EXCITE simulation show that Maximum hydrodynamics pressure of oil film occurs at 3500 rpm in 372° crank angle (combustion moment) in turbocharged engine EF7 with CNG fuel was 446 MPa and 1.83 µm respectively at 140°C working temperature of oil. At same condition, minimum hydrodynamics of oil thickness was 1.83 µm, which bearing wear was the possibility. The best neural network FFBP topology for the prediction lubrication parameters (maximum pressure and minimum thickness) was 6-24-30-2 structure with learning algorithm trainlm and functions threshold logsig, tansig and is pureline. This network at 120 epochs, 85.6 second with learning error 0.00229 was convergent. Network error (MSE) for this topology for training, evaluation and testing patterns were 0.0013, 0.0027 and 0.0018 respectively. Also determination coefficient (R2) for this topology for training, evaluation and testing patterns were 0.9952, 0.9988 and 0.9965 respectively.
  • M. R. Ghassemi, Y. Hojjat Page 30
    Today there are different vibration isolators used in industries according to the weight and excitation frequency of the machines which have vibration. One of them is Air Spring which is in two types: Convoluted air spring and membrane air spring. Convoluted air springs are used to control vibrations in low frequency (usually lower than 10 Hz) and the membrane ones are used in high frequency (upper than 20 Hz). Middle frequency is between 10 and 20 Hz. Other vibration isolators are being used for this frequency range. In this paper an air spring system was made using LVDT, as the linear measurement sensor, accelerometer with PID controller and convoluted air spring. As mentioned convoluted air springs are used in low frequency but by using conclusions of this research we can use it in high frequency (about 50 Hz). Finally, an optimum vibration isolator has been made which reduce the vibration amplitude from 2.7 mm to 0.15 mm (about %87.5 reduction in vibration amplitude). Finite element analysis results have been compared with experimental results. There is a good adaption with approximately %8 error. This research has been done according to IPCO request for controlling of engine test stand vibration.
  • M. Koochak, M. Mirsalim, A. Keshavarz, A. Ghareghani , P. Sharghi Page 45
    In this paper, the heat balance of an engine was investigated experimentally. The experimental work was conducted on the EF7 natural gas fueled and turbocharged engine. The main goal was to develop an empirical equation to be able to predict the heat balance of the engine at various loads and conditions. The data were collected at four different conditions, two different loads and two different inlet coolant temperatures, to include the effects of these parameters into the empirical equation. The exhaust energy, power, coolant energy, and the other energies were determined either directly from the collected data or indirectly calculated from the data. Based on the experimental results along with the engine specifications, a mathematical equation was suggested. Different types of energy can be calculated from this equation which shows a very good agreement with the experimental data.
  • Seyed Esmail Razavi, Reza Omrani Page 59
    Designing and optimization of the intake manifold is one of the important steps in the development of the internal combustion engines. In this paper, the flow inside the intake manifold of an internal combustion engine is investigated by numerical methods. The convective flux models are adopted to simulate the unsteady compressible flow behavior. To solve the governing equations, for calculating the flow specifications, a FORTRAN 90 code was written by the authors by different finite-volume methods. Three schemes, namely second-order averaging, first-order upwind and second-order Roe have been applied and their performance was compared in terms of computational efficiency. The inlet and outlet conditions are modeled by a combination of characteristics and extrapolation. A virtual time method was utilized for simulating the unsteady pulsative behavior. To obtain better accuracy and a realistic flow model, wall friction and heat transfer terms have been included and the effects of friction and heat transfer on flow specifications have been investigated.
  • O. Jahanian, S. A. Jazayeri Page 69
    Homogenous charge compression ignition engine is a promising idea for reducing fuel consumption and engine emissions. As homogenous mixture of air and fuel is compressed until auto-ignition occurs in HCCI engines, therefore start of combustion is strongly related to chemical kinetic mechanism of fuel oxidation. In this paper, a thermodynamic single-zone model including detailed chemical kinetics is developed to simulate an HCCI engine fueled with methane. The model is validated with experimental results and it is used to study the effects of various parameters such as inlet mixture temperature/pressure and engine speed on the engine performance and start of combustion. Start of combustion is specified via third derivation of pressure trend due to crank angle. Indicated power/ work and specific fuel consumption is utilized to evaluate engine performance.