فهرست مطالب

تحقیقات موتور - پیاپی 38 (بهار 1394)

نشریه تحقیقات موتور
پیاپی 38 (بهار 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/02/20
  • تعداد عناوین: 6
|
  • ساسان بنارضایی، مجید شالچیان صفحات 3-16
    در این مقاله کنترل کننده ترکیبی فازی PID برای کنترل دور موتور احتراق داخلی خودرو در شرایط دور آرام با هدف دستیابی به عملکرد مناسب موتور و کاهش مصرف سوخت و آلایندگی ارائه شده است. برای استفاده از رویکرد کنترل مبتنی بر مدل ابتدا مدل پارامتری موتور در شرایط دور آرام توسعه داده شده است. این مدل سیگنال فرمان دریچه هوای کنارگذر و زاویه جرقه را به عنوان ورودی از واحد الکترونیکی خودرو دریافت کرده و دور موتور متناظر با آن را محاسبه می کند. ارزیابی رفتار مدل با استفاده از داده های موتور بنزینی XU7-1761cc انجام شده است. میانگین خطای مدل توسعه یافته 2.33% و حداکثر خطای آن 8% است. کنترل دور آرام موتور توسط دو کنترل کننده فازی و فازی تناسبی انتگرالی مشتقی انجام می شود. دو خروجی اصلی کنترلی زاویه جرقه و میزان بازشدگی دریچه هوای کنارگذر می باشند. کنترل دور تحت اعمال بارهای بر هم زننده خارجی از جمله سامانه خنک کننده، فرمان و دینام مورد شبیه سازی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که کنترل کننده طراحی شده عملکرد مناسب و مقاومی در مقابل بارهای خارجی دارد و به کاهش مصرف سوخت در شرایط دور آرام به میزان 14.4% نسبت به کنترل کننده فیدبک فیدفوروارد پیاده سازی شده در واحد کنترل الکترونیکی خودرو منجر می گردد.
    کلیدواژگان: موتور احتراق داخلی، مدل موتور، کنترل دور آرام، کنترل کننده فازی، کنترل کننده تناسبی انتگرالی مشتقی
  • سبا درویشی، سید رضا حسن بیگی، برات قبادیان، جعفر مساح صفحات 17-26
    یکی از روش هایی که اخیرا برای کاهش آلایندگی و مصرف سوخت موتورهای احتراق داخلی مورد توجه قرار گرفته است، مغناطیس کردن سوخت ورودی به موتور با استفاده از یک میدان مغناطیسی خارجی است. یکی از پیش شرط های استفاده از سوخت مغناطیس شده در موتور های احتراقی، بررسی رفتار ارتعاشی این موتور ها در اثر تغییر سوخت است. ارتعاش یکی از عواملی است که باعث عدم آسایش و بروز بیماری و ناراحتی جسمانی در رانندگان وسایل نقلیه و ماشین های کشاورزی می شود. در این تحقیق سوخت دیزل در شدت میدان های 1000 تا 4000 گاوس قرار داده شد و سپس سیگنال های ارتعاشی موتور دیزل 6 سیلندر (تراکتور MF-399) در 5 سطح سرعت موتور و در سه جهت طولی، عمودی و جانبی اندازه گیری و ثبت شد. مقادیر RMS شتاب ارتعاش ثبت شده در راستای جانبی بیشترین ( با میانگین 75.78 متر بر مجذور ثانیه ) و در راستای طولی کمترین ( با میانگین 44.59 متر بر مجذور ثانیه ) بود. همچنین مشخص گردید که با اعمال میدان مغناطیسی مقادیر RMS شتاب ارتعاش متناسب با افزایش شدت میدان مغناطیس، کاهش می یابد، بطوریکه بیشترین مقدار این کاهش مربوط به شدت میدان مغناطیسی 4000 گاوس بود.
    کلیدواژگان: ارتعاش، دیزل، سوخت مغناطیس، هیدروکربن، RMS شتاب
  • حسن غیاثی، مصطفی سلطانلو صفحات 27-38
    دریچه های هوا و دود اجزای بسیار مهم موتورند که جهت کنترل ورود و خروج گازها در موتورهای احتراق داخلی بکار می روند. این دریچه ها ضمن باز و بسته شدن در معرض دمای بالا، نیروی فنر و فشار بالای درون سیلندر (تا حداکثر MPa15) هستند. عوامل مختلفی از جمله خستگی مکانیکی در دمای بالا، خستگی حرارتی، کاهش خواص مکانیکی آنها همچون سختی و استحکام تسلیم در اثر حرارت، سایش در اثر ضربات وارده، به ویژه در ناحیه نشیمنگاه و در ناحیه راهنمای دریچه، خوردگی، حرارت دیدن بیش از حد و تجمع دوده بر روی دریچه می تواند باعث شکست این قطعه شود. بطور کلی دریچه ها عمدتا در اثر خستگی دچار شکست می شوند. در موتورهای دیزل دمای قسمت داخلی دریچه هوا حدود C°550 و دریچه دود حدود C°900-800 است. لذا این قطعات در معرض بارگذاری حرارتی و خوردگی شیمیایی در دمای بالا قرار دارند. در این تحقیق علل تخریب دریچه دود یک اتوبوس به کمک آزمایشهای آنالیز شیمیایی، بررسی های ماکروسکوپی و میکرسکوپی با استفاده از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی و سختی سنجی مورد بررسی واقع شد. نتایج آنالیز شیمیایی و سختی سنجی مطابق با استاندارد مربوطه بود؛ لکن نتایج برسی های ماکروسکوپی و میکروسکوپی نشان دهنده ایجاد نواقص ریزساختاری ناشی از افزایش دما بود. لذا مشخص گردید که علت احتمالی تخریب، کارایی نامناسب موتور و در نتیجه افزایش بیش از حد دما و در نهایت تخریب و شکست دریچه بوده است.
    کلیدواژگان: سوپاپ دود، تخریب، آنالیز شکست، خستگی، دمای بالا
  • حدیث دریکوند، بهمن نجفی، رامین برزگر صفحات 39-48
    در این تحقیق، فرآیند احتراق و تولید آلاینده های یک موتور دیزل پاشش غیر مستقیم (لیستر 1/8) در شرایط تمام بار، با استفاده از مخلوط های مختلف بیودیزل با سوخت گازوئیل به روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، شبیه سازی شده است. مدل مذکور؛ شامل جزئیات اتمیزاسیون افشانه سوخت، مخلوط سوخت و مدل توزیع شده ای است که قادر به مدل سازی فرآیند احتراق، برخورد جت با دیواره و چرخش هوای داخل استوانه و اثر متقابل آن ها و سایر تنظیمات جریان می باشد. شبیه سازی تنها در سیکل بسته انجام شد (یعنی در بخشی از مرحله تراکم، همه احتراق و بخشی از مرحله انبساط)، بنابراین تجزیه و تحلیل ها فقط به صورت کیفی ارائه شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که با افزایش درصد بیودیزل در نمونه ی سوخت؛ توان اندیکاتوری، حداکثر دمای درون استوانه و مصرف سوخت ویژه اندیکاتوری افزایش داشته است. همچنین نتایج نشان داد که انتشار UHC و دوده کاهش یافته ولی انتشار NOx افزایش می یابد. نتایج به دست آمده در این تحقیق با نتایج موجود در ادبیات فن توافق خوبی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، موتور دیزلی پاشش غیرمستقیم، سوخت بیودیزل، متغیرهای عملکردی و آلایندگی
  • سید رضا موسوی سیدی، سید محمدرضا میری، برات قبادیان صفحات 49-60
    در این تحقیق ابتدا سوخت بیودیزل روغن کلزای غیرخوراکی از طریق واکنش ترانس استریفیکاسیون تولید شد. سپس ویژگی-های عملکردی موتور دیزل تک سیلندر با مخلوط سوخت دیزل شماره 2 و بیودیزل حاوی 5، 10، 15 و 20 درصد حجمی تحت بارهای 25، 50، 75 و 100 درصدی در سرعت های rpm 1800 تا rpm 3000 با گام rpm 400 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تحقیق نشان داد که با افزایش سوخت بیودیزل نسبت به دیزل خالص، مقدار توان و گشتاور موتور ابتدا کاهش و سپس افزایش یافته، در حالی که برای مصرف سوخت ویژه موتور ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت. توان موتور در مخلوط سوخت های B10، B15 و B20 نسبت به دیزل خالص (B0) به ترتیب 97/0، 11/0 و 28/4 درصد افزایش و مخلوط سوخت B5 نیز 87/3 درصد کاهش یافت. علاوه بر این سوخت B5در دور rpm 2600 بیشترین تاثیر و سوخت B20 در دور rpm 3000 کمترین تاثیر روی توان موتور داشت. همچنین سوخت B5 در بار 25 درصد بیشترین تاثیر و سوخت B10 در بار 100 درصد کمترین تاثیر را روی مصرف سوخت ویژه موتور داشت. در نهایت سوخت B10 در دور rpm 2600 و بار 100 درصد به عنوان ترکیب بهینه انتخاب شد.
    کلیدواژگان: بیودیزل، روغن کلزای غیرخوراکی، عملکرد موتور، موتور دیزل تک سیلندر
  • حمیدرضا فجری، امیرحسین شامخی، سیدعلی جزایری صفحات 61-72
    موتورهای اشتعال تراکمی با واکنش های کنترل شده امروزه به عنوان یکی از زیر مجموعه های HCCI به شمار می رود که توانسته با استفاده از دو نوع سوخت، احتراق و آلایندگی را در این نوع از موتورها کنترل کند. احتراق در این نوع از موتورها با استفاده از تنوع سوخت و تغییر واکنش پذیری سوخت در سرعت ها و بارهای مختلف شروع می شود، به همین دلیل نسبت استفاده از دو سوخت در این نوع از موتورها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. تغییر واکنش پذیری سوخت در داخل محفظه احتراق، برروی میزان تولید آلاینده ها نیز اثر گذار است. در احتراق این نوع از موتورها، سوخت با واکنش پذیری کمتر درداخل راهگاه ورودی پاشیده می شود و سوخت با واکنش پذیری بیشتر به صورت مستقیم داخل محفظه احتراق پاشیده می شود، سوخت با واکنش پذیری کمتر به منظور داشتن بازده بالاتر و امکان احتراق عادی در نسبت تراکم های بالاتر استفاده شده و سوخت باواکنش پذیری کمتر به منظور کنترل نرخ واکنش شیمیایی و همچنین کاهش اکسیدهای نیتروژن و ذرات دوده استفاده می شود. در این تحقیق، برای شبیه سازی نرخ واکنش های شیمیایی از مکانیزم های شیمیایی توسعه داده شده برای سوخت های ایزواکتان و هپتان نرمال استفاده شده است. سوخت ایزواکتان به عنوان یک سوخت با واکنش پذیری کمتر و سوخت هپتان نرمال به عنوان یک سوخت با واکنش پذیری بیشتر مورد استفاده قرار گرفته است. در ابتدا بحثی برروی اثر وجودی سوخت ایزواکتان و هپتان نرمال خواهیم داشت و در ادامه کار با تغییر نسبت این دو سوخت، پارامترهای مهم احتراق، از قبیل آلایندگی، شدت کوبش و احتراق ناقص مورد بررسی قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: موتورهای RCCI، موتورهای HCCI، ایزواکتان، هپتان نرمال
|
  • Sasan Banarezaie, Majid Shalchian Pages 3-16
    In this paper a combined fuzzy-PID controller for idle speed control of internal combustion engine has been developed. The main purpose of this controller is appropriate engine operating under normal and transient loads and reduction of emission and fuel consumption. Using the approach of model based controller design, first, an engine model for the idle state has been developed. In this model idle air valve command and ignition angle are used as inputs and engine speed has been calculated as output. In order to evaluate the behavior of the model, XU7-1761cc gasoline engine data has been used within the idle state. Average error for developed model is 2.33% and maximum error is 8%. Speed control is performed by two new Fuzzy and Fuzzy-PID controllers. Ignition angle and idle air valve opening rate are two outputs of the controlled transient conditions under applying external load such as air condition, power steering and alternator have been simulated. Simulation results show that designed controller has stable and acceptable behavior under transient load condition and reduces fuel consumption up to 14.4% compared to the feedback-feedforward controller implemented in electronic control unit of the vehicle.
    Keywords: internal combustion engine, engine model, idle speed control, fuzzy controller, PID controller
  • Saba Darvishi, Reza Hasanbeygi, Barat Ghobadian, Jafar Massah Pages 17-26
    As a recently introduced method, entrance fuel magnetization, which is obtained from an external magnetic field, is a process through which exhaust gas emissions and fuel supply of internal combustion engines decrease. One of the preconditions of using the magnetized fuel in internal combustion engines is studying about the effects of fuel change on vibration behavior of the engines. Vibration of internal combustion engines can cause failure in engine components and agricultural machinery and vehicle’s drivers upset. In this research, diesel fuel in magnetic fields with different intensities of 1000, 2000, 3000 and 4000 Gauss was studied and Vibration signals of six-cylinder diesel engine (tractor MF-399) at five levels of engine speed and in the longitudinal, vertical and lateral directions were measured and recorded. The results show that the Root Mean Square (RMS) amounts of vibration acceleration were the most in the lateral direction and the least in the longitudinal direction (75.78 m/s2 and 44.59 m/s2 respectively). This research also shows that the RMS amounts of vibration acceleration decrease by increasing the magnetic field intensity and the lowest value of RMS belongs to a magnetic field intensity of 4000 Gauss.
    Keywords: Diesel, magnetism, vibration, hydrocarbons, RMS
  • Hasan Ghiasi, Mostafa Soltanloo Pages 27-38
    Both of the exhaust and intake valves are very important components of a diesel engine which are used to control the entrance and exhaust of gases in internal combustion engines. During opening and closing, these valves are subjected to high temperature, spring force and high pressure (up to 15 Mpa) inside the cylinder. Various factors, including mechanical fatigue at high temperatures, thermal fatigue, reduction their mechanical properties such as hardness and yield strength due to heating, wear caused by impacts, especially at the seat and the guide sections, corrosion, excessive heating and accumulation of soot on the valve can be caused to failure of the valve. However, the valves are mainly failured by fatigue. The temperature of internal portions of intake valve and exhust valve are 550 °C and 800-900 °C, respectively. Therefore, these parts are subjected to thermal loading and chemical corrosion at high temperatures. In this research, the failure causes of a bus exhaust valve were studied using chemical analysis, macroscopic and microscopic investigations by optical and scanning electron microscopes and hardness test. The results of chemical analysis and hardness was in accordance with the relevant standard, However, results of macroscopic and microscopic investigations Were indicative of formation of microstructural defects due to increased temperature. Therefore,it was found that the probable cause of failur is the improper performance of the engine which results in excessive rising of temperature and finally causes to failure of valve.
    Keywords: Exhaust Valve, Failure, Failure Analysis, Fatigue, High Temperature
  • Hadis Derikvand, Bahman Najafi, Ramin Barzgar Pages 39-48
    In this study, the combustion process and emission formation using a blend of biodiesel and diesel fule in the in-direct-injection diesel engine) Lister 8.1(at full load states have been simulated with a computational fluid dynamics (CFD). The utilized model was included detailed spray atomization, mixture formation and distribution model which are enable to modeling the combustion process in spray/wall and spray/swirl interactions along flow configurations. Simulation of combustion and expansion stroke was done, therefore qualitative analysis was presented. The results revealed that increasing the percentage of biodiesel in the fuel caused to increase indicated power, indicated specific fuel consumption and peak cylinder temperature. Also results showed that UHC and soot emissions decreased but NOx emission was increased. The results of this research in compare with the corresponding results in the literature and showed a good agreement.
    Keywords: Computational fluid dynamics, indirect injection diesel engine, Biodiesel fuels, Performance, emission variables
  • Seyed Reza Musavi Seyedi, Seyed Mohammadreza Miri, Barat Ghobadian Pages 49-60
    In this study, biodiesel fuel was first produced by converting non-edible rapeseed oil through the transesterification reaction. The functional characteristics of a single-cylinder diesel engine running on a fuel mixture of diesel #2 (2-D) and biodiesel (containing 5, 10, 15 and 20 v/v %) was analyzed under 25, 50, 75 and 100% loading at different engine speeds of 1800 to 3000 rpm with 400 rpm increments. Results showed that higher biodiesel to pure diesel ratios first reduced engine power and torque and then improved them, whereas the engine's specific fuel consumption first was increased and then decreased. Compared to the pure diesel fuel, engine power was increased by 0.97, 0.11 and 4.28% while running on B15, B10 and B20 fuel mixtures and decreased by 3.87% while on B5. Additionally, the B5 mixture at 2600 rpm had the largest impact and the B20 mixture at 3000 rpm had the smallest impact on engine power. B5 under 25% loading and B10 under 100% loading had the largest and the smallest impacts on specific fuel consumption, respectively. Finally, B10 at 2600 and under 100% loading was selected as the best mixture.
    Keywords: Biodiesel, Non, edible Rapeseed Oil, Engine Performance, Single, Cylinder Diesel Engine
  • Hamidreza Fajri, Amirhossein Shamekhi, Seyed Ali Jazayeri Pages 61-72
    Reactivity Controlled Compression Ignition engines are today considered as a subdivision of HCCI engines which can control and manage the combustion process and emission production with using two different types of fuels. Combustion process in these types of engines is initiated by varying the amount of different fuels consequently, varying the reactivity of fuel in various speeds and loads. For this reason, the mixing ratio of the fuels is of great importance. Altering the fuel reactivity also affects the production of emissions. In these engines, fuel with lower reactivity is injected into intake manifold and fuel with higher reactivity is injected directly into the combustion chamber. The port injected less reactive fuel is used to achieve higher efficiency and better combustion in higher compression ratios while the fuel with higher reactivity is used to control the chemical reactions rate as well as to decrease the amount of produced nitrogen oxides and soot. In this work, previously developed chemical mechanisms for N-Heptane and Iso-Octane are used to simulate chemical reaction rates. Iso-Octane has been used to represent the fuel with lower reactivity while N-Heptane has been used as the fuel with higher reactivity. In the first step, the effects of Iso-Octane and N-Heptane existence are discussed and then important combustion parameters such as emission, knock and incomplete combustion are investigated in case of changing the both fuels ratios.
    Keywords: RCCI engine, HCCI engine, Iso, Octane, N, Heptane