فهرست مطالب

تحقیقات موتور - پیاپی 49 (زمستان 1396)

نشریه تحقیقات موتور
پیاپی 49 (زمستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/12/28
  • تعداد عناوین: 6
|
  • امیرحسین حمد *، آرش محمدی، محسن محسنی راد، رسول همتیان، مجید سیامکی صفحات 3-18
    یکی از روش هایی که اثر قابل توجهی روی کاهش مصرف سوخت دارد، استفاده از صفحه چرخش جریان در راهگاه ورودی هوای موتور می باشد. صفحه چرخش جریان با افزایش چرخش هوا در ورودی موتور باعث کاهش مدت زمان احتراق و مصرف سوخت می شود. در این تحقیق اثر صفحه چرخش جریان با قابلیت تغییر زاویه در ورودی راهگاه هوا روی عملکرد موتور ملی بررسی شده است. ابتدا با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی زاویه صفحه روی مسیر مخروط پاشش سوخت، انرژی جنبشی جریان داخل سیلندر و عدد چرخش جریان بررسی شده است. سپس در اتاق ازمون عملکرد موتور توان، گشتاور، اثر زمانبندی متغیر دریچه ها ، بازده تنفسی، زمانبندی جرقه، بازده حرارتی، مدت زمان احتراق، نرخ افزایش فشار، مصرف سوخت ویژه ترمزی و فشار داخل استوانه بر حسب دور موتور مورد بررسی قرار گرفت. همچنین مصرف سوخت در چرخه رانندگی متداول اروپا مورد اندازه گیری قرار گرفت. نتیجه نشان می دهد که توان موتور با بکارگیری صفحه چرخان تغییری نمی کند ولی مدت زمان احتراق کاهش پیدا می کند.
    کلیدواژگان: موتورملیEF7، صفحه چرخش جریان، احتراق، عملکرد
  • احمد طاهری، پوریا علی اصغری، وحید حسینی * صفحات 19-28
    موتورهای احتراق داخلی دیزلی با وجود تمام مزیت ها جهت استفاده به عنوان خودروهای سنگین، مقدار قابل توجهی انتشار ذرات معلق و اکسیدهای نیتروژن دارند. اندازه گیری های مستقیم بر روی خروجی اگزوز این دست خودروها نشان داده است که بخش عمده از ذرات معلق تولیدی موتورهای دیزل را ذرات حاوی کربن یا دوده تشکیل می دهد. آلاینده ی کربن سیاه (Black Carbon) اثر مخرب فراوانی بر سلامت انسان و محیط زیست دارد و لازم است اقداماتی در جهت کنترل مقدار انتشار آن صورت گیرد. بنابراین باید برآوردی صحیح از غلظت آلاینده کربن سیاه در هوا و منابع اصلی انتشار آن در دست باشد. در این تحقیق، اندازه گیری مستقیم غلظت کربن سیاه در شهر تهران و در دو ایستگاه اندازه گیری کیفیت هوا انجام شده است. سایر آلاینده های مهم در هوای تهران، از جمله ذرات معلق کوچکتر از 5/2 میکرون و اکسیدهای نیتروژن، در مدت مشابه اندازه گیری شده اند و نتایج به منظور منشایابی و برقراری ارتباط میان تغییرات غلظت آن ها و کربن سیاه با هم مقایسه شده است. نتایج به دست آمده تاثیر مستقیم حضور ناوگان سنگین بر انتشار کربن سیاه و اکسید نیتروژن را به وضوح آشکار می سازد. به طوری که غلظت کربن سیاه با ورود گسترده کامیون های سنگین به سطح شهر در ساعت شامگاهی به شدت افزایش پیدا کرده و تا خروج ناوگان این افزایش ادامه پیدا می کند و سپس با شروع روز به مقدار بسیار کم در مقایسه با مقدار شبانه این آلاینده تقلیل می یابد.
    کلیدواژگان: کربن سیاه، آلودگی هوا، موتور دیزل، ذرات معلق، دوده
  • هادی نیکنام شیروان، ایمان چیت ساز *، احسان امانی، سعید عبدالملکی، امیرحسین پریور صفحات 29-38
    در این مقاله تراز انرژی برای یک موتور سه استوانه مجهز به پرخوران مورد بررسی قرار گرفته است. تراز انرژی روشی است که بر پایه قانون اول ترمودینامیک استوار است و بر اساس آن حجم کنترلی بر روی موتور انتخاب می شود و انرژی های ورودی و خروجی حجم کنترل محاسبه و اندازه گیری می شوند. با استفاده از این روش می توان توزیع میزان انرژی های مختلف در موتور را به دست آورد. در آزمایش انجام شده توان خالص خروجی، انرژی دود خروجی، انرژی منتقل شده به سیال خنک کاری و سایر انرژی ها، که شامل انتقال حرارت به صورت جابه جایی و تشعشع از بدنه موتور است، در شرایط مختلف کارکرد یعنی در دور ها و بارهای مختلف و همچنین در دماهای مختلف خنک کاری محاسبه شده است. نتایج این آزمایش نشان می دهد که حداکثر بازده حرارتی در شرایط مختلف کاری برابر 35.95% می باشد و در 3000 دور در دقیقه و 15 بار حاصل می شود. همچنین بیشترین درصد برای انرژی دود خروجی برابر 35.75% می باشد و در 4500 د.د.د. و 20 بار اتفاق می افتد. برای انرژی منتقل شده به سیال خنک کاری بیشترین مقدار برابر %43.27 می باشد که در 4000 د.د.د و 1 بار این مقدار حاصل می شود.
    کلیدواژگان: تراز انرژی، موتور احتراق داخلی، پرخوران، بازده حرارتی
  • هادی نظری کیان، ابوالفضل محمد ابراهیم *، سیدمصطفی آقامیرسلیم صفحات 39-46
    پرخورانی در موتورهای احتراق داخلی بسیار مورد توجه است. مزیت اصلی پرخورانی ایجاد توان بیشتر در حجم ثابت موتور است که همین امر پرخورانی را برای کوچک سازی موتورها مناسب می سازد. سامانه پرخوران حرارتی با مشکل عمده تاخیر و کمبود گشتاور دور کند مواجه است. برای رفع این مشکلات سامانه های پرخورانی جدیدی پیشنهاد می شوند که یکی از آنها سامانه پرخوران دوطبقه است. در سامانه پرخوران دوطبقه دو پرخوران حرارتی به صورت ردیفی بهم متصل اند و پرخورانی در دو مرحله انجام می شود. در این تحقیق سامانه پرخوران معمولی و پرخوران دوطبقه شبیه سازی و با هم مقایسه شدند. نتایج نشان می دهد که فشار پرخورانی موتور در پرخوران دوطبقه در همه دورها افزایش می یابد، یعنی خروجی موتور نسبت به پرخوران معمولی بیشتر است و همین طور افزایش گشتاور در دور کند، زیاد است. همچنین در این سامانه پرخورانی مصرف سوخت خودرویی کاهش می یابد. این نوع پرخورانی در کنار داشتن مزیت های خود باعث افزایش پس فشار در مسیر دود می شود و همین طور پیچیدگی هایی به مجموعه پرخوران و موتور اضافه می کند و پایش آن تلاش جدی می طلبد.
    کلیدواژگان: پرخورانی، پرخوران دوطبقه، گشتاور دور کند
  • امیرحسین پریور، حمیدرضا فجری، محسن محسنی راد *، امیر مولایی، محمد نجات صفحات 47-66
    بهبود مشخصه های عمومی موتورهای احتراق داخلی یعنی عملکرد تمام بار، مصرف سوخت، آلایندگی و پایداری احتراق، همواره مورد توجه طراحان موتور بوده است. استفاده از پرخوران در کنار مزایای بهبود عملکرد موتور و امکان بهبود مصرف سوخت، تغییراتی در هندسه راهگاه های ورودی بستار را می طلبد و استخراج تمامی مزایای استفاده از پرخورانی، در گرو بهبود احتراق موتور و کاهش تمایل موتور به کوبش است. از جمله ابزارهای مهم در نیل به این هدف، هندسه راهگاه های ورودی موتور است که اساس تولید حرکت سیال داخل استوانه می باشد. در این مقاله توسعه راهگاه های یک موتور تزریق درگاهی پرخوران در کنار تغییر سایر متغیرهای موثر بر سامانه تبادل گاز موتور، مورد بررسی و بهینه سازی قرار گرفته است. این مقاله به نحوه انجام کار در سه مرحله ی آزمون میز جریان، شبیه سازی سه بعدی و نیز آزمون موتوری می پردازد. هدف تعریف شده در توسعه راهگاه ها، افزایش حرکت گردبادی با محور افقی در کنار حداقل افت ضریب جریان بوده است. نتایج حاصل از آزمون موتوری، حاکی از بهبود طول مدت احتراق نسبت به حالت پایه تا 30% و نیز امکان بهبود عملکرد قابل توجه موتور را دارد.
    کلیدواژگان: حرکت گردبادی با محور افقی، راهگاه هوا، مدت احتراق
  • علی یوسف زاده *، سیدعبدالرضا نبوی، حسن خاتم نژاد، سیدمصطفی آقامیرسلیم صفحات 65-76
    سوخت پاک، ارزان و در دسترس گاز طبیعی در سالیان اخیر تولیدکنندگان در زمینه موتورهای احتراق داخلی را به توسعه و تولید موتورهای گازسوز خصوصا در زمینه کاربری سنگین و نیروگاهی واداشته است. در این مطالعه که برگرفته از طرح تبدیل موتور دیزل ملی د87 به گازسوز نیروگاهی می باشد، برای دستیابی به اهداف پروژه که در فاز اول دستیابی به بازده حرارتی 35% و در فاز نهایی دسترسی به بازده حرارتی 42% است استفاده از طرح سوخت آما در بالادست تنجار جهت اختلاط هوا و سوخت بر سایر طرح های رایج ترجیح داده شد. قابل ذکر است این مطالعه برگرفته از مرحله اول پروژه جهت دسترسی به حداقل بازده حرارتی 35% می باشد. لذا با انتخاب این طرح از آنجایی که در تمامی لحظات کارکردی موتور، بطور پیوسته مخلوط هوا و سوخت جایگزین هوا در راهگاه مکش شده است با مطالعه اولیه مشخص شد که زمانبندی دریچه های هوا و دود جهت دسترسی به بازده هدف در تبدیل طرح دیزل به گازسوز نقش تعیین کننده ای را ایفا می کند. لذا پس از مشاهده عملکرد نامناسب زمانبدی دریچه موتور پایه دیزل، در مطالعه ای عددی اثرات زمان باز و بسته شدن دریچه های هوا و دود بررسی شد که در نهایت مشخص گردید که بیشترین اثرات مربوط به همپوشانی دریچه ها می باشد که در نهایت منجر به کاهش زمان همپوشانی از 110 درجه در دیزل به حدود 33 درجه در طرح گازسوز شد. در انتهای این مطالعه، مرحله اول پروژه در اتاق آزمون با دسترسی به بازده حرارتی ترمزی 38% انجام شد که مقایسه آن با الگوی پیشگویی یک بعدی نهایی در انتهای گزارش اعلام شده است.
    کلیدواژگان: گازطبیعی، شبیه سازی یک بعدی، سوخت آما، زمانبندی دریچه ها، بازده حرارتی
|
  • A. H. Hamad *, A. Mohammadi, M. Mohsenirad, R. Hemmatian, M. Siamaki Pages 3-18
    One of methods that has considerable effects on decrease of fuel consumption, is use of tumble flap in intake manifold of engine. Tumble flap with increasing tumble of air at inlet port of engine causes decrease duration of combustion and fuel consumption. In this research, effect of tumble flap with capability of changing angle of flap in inlet port on performance, duration of combustion of EF7 engine was investigated. First, with using of CFD, angle of flap on power, torque, CVVT effect, volumetric efficiency, spark time, thermal efficiency, duration of combustion, rate of increasing pressure, specific fuel consumption and indicated pressure versus engine speed were studied. Also, fuel consumption in NEDC cycle was considered. The result shows that with using of tumble flap, power of engine does not change, but duration of combustion decreases.
    Keywords: EF7 engine, Tumble flap plate, Combustion, performance
  • A. Taheri, P. Aliasghari, V. Hosseini * Pages 19-28
    Diesel-fueled engines, despite all their benefits for heavy-duty vehicles, emit a large amount of particulate matter and Nitrogen oxides. Direct measurements of these vehicles’ exhaust have shown that the major part of emitted particulate matter consists of carbon or soot. The pollutant Black Carbon (BC) has a destructive effect on human’s health and environment and it is necessary to control its emission. For this purpose, BC concentration and its sources should be clearly estimated. In this study, direct measurement of BC concentration was conducted at two air quality monitoring stations in Tehran. This measurement, with a special instrument, illustrates the intensity of presence of BC in Tehran’s air. Other prevailing pollutants, including particulate matters with a diameter of 2.5 micrometers or less (PM2.5) and Nitrogen oxides, were monitored in the same period of time and the results were compared with BC in order to source apportionment and find correlations between pollutants concentrations. The results showed that heavy-duty fleet are the main source of BC and Nitrogen oxide pollution in Tehran’s air. BC concentration increased as soon as heavy trucks were admitted into the streets and remained high during their night activity. After sunrise, when heavy trucks were prohibited, BC concentration decreased to a low level and remained steady until night.
    Keywords: Keywords: Black carbon, Air pollution, Diesel engine, Particulate matter, Soot
  • H. N. Shirvan, I. Chitsaz *, E. Amani, S. Abdolmaleki, A. H. Parivar Pages 29-38
    In this paper, Energy balance for a three-cylinder engine with turbocharger has been analyzed. Energy balance is a method based on the first law of thermodynamics on account of which a control volume would be chosen over the engine and the inlet and outlet energies on that control volume would be measured and calculated. Using this method, the distribution of different types of energy in the engine can be obtained. In the experiment done on the engine, net output power, exhaust energy, energy transmitted to the coolant and other types of energy including heat transfer by means of convection and radiation from the engine’s body, have been calculated in different situations such as different RPMs and different cooling temperatures. The results of this experiment show that the maximum thermal efficiency in different operating conditions is 35.95%, at 3000 rpm and 15 bar. Also, the maximum percentage for the smoke output is 35.75%, and is at 4500 rpm and 20 bar. For the energy transferred to the cooling fluid, the highest value is 43.27%, which is obtained at 4000 rpm and 1 bar.
    Keywords: Energy balance, Internal Combustion Engine, Turbocharger, Thermal Efficiency
  • H. N. Kian, A. Mohammadebrahim *, S. M. Agha Mirsalim Pages 39-46
    Turbocharging is most favorable in internal combustion engines. Advantage of turbocharging is more power than naturally aspirated engine with same engine displacement that comes it ideal for downsizing. The main disadvantage of turbochargers is turbo lag and shortcoming low-end torque. For solve of this problems the new turbocharging systems have been developed that one is two-stage turbocharging. Two-stage turbocharging has two turbochargers in series connection and boosting is taken in two stages. In this investigation ordinary turbocharging and two-stage turbocharging has been simulated and be compared with each other. The result show that in two-stage system boost pressure in all RPMs is more than single turbocharger, it means the engine output with two-stage turbocharger is more and also increase in low-end torque is remarkable. This turbocharging system decreases the vehicle fuel consumption but with its benefits has some problem like increase of back pressure in exhaust and add complexity in boosting system and engine, and control of system is important challenge.
    Keywords: Turbocharging, Two, stage turbocharging, Low, end torque
  • A. H. Parivar, H. R. Fajri, M. Mohsenirad *, A. Molaei, M. Nejat Pages 47-66
    Improvement of general specs of internal combustion engine, such as power curve improvement, fuel consumption, emission and combustion quality always has a purpose for engine designers. Turbocharging needs some changes in inlet port of cylinder head to achieve all of its advantages on better combustion quality and knock tendency reduction. So the geometry of engine inlet port is one the most important item to get this target. It produces the charge motion of in cylinder which is consisted of tumble and swirl motions. In this paper, port development of a turbo PFI engine beside of other affected gas exchange parameters is investigated. This paper explained the work method in three stages: flow bench test, 3D simulation and combustion test. The main target of port development for this case is tumble increment in parallel with minimum flow coefficient decrement. The results of engine test show 30% combustion duration reduction and significant power curve improvement.
    Keywords: Tumble Motion, Inlet Port, Combustion Duration
  • A. Yousefzadeh *, S. A. Nabavi, H. Khatamnejad, S. M. Agha Mirsalim Pages 65-76
    In recent years, heavy duty engine manufacturers have increased natural gas engine products to be used especially due to its potential in offering lower fuel cost, lower NOx emission and gas-fuel worldwide availability. Through D87 diesel to gas conversion project, to achieve minimum thermal efficiency of 35% at phase 1 and 42% in final phase, use of mixer in upstream of compressor was prioritized to other prevalent strategies for fuel and air mixing. This study has been investigated under scope of phase 1 of the project (minimum thermal efficiency 35%). Therefore, with this mixing strategy, since air stream is replaced with air-fuel mixture in engine suction chest, primary studies have shown that valve’s timing plays significant role to achieve project’s target. Hence, after approving the lack of diesel base valve timing in achieving the minimum thermal efficiency, investigating exhaust and intake valves timing effect has come up with this result that intake and exhaust valves overlap has the prominent effect in scavenging which consequently has resulted in overlap reduction from 110 CAD degrees in diesel engine to 33 CAD degrees in natural gas engine. Finally, natural gas engine test results which represent 38% brake thermal efficiency are compared with simulation final predicted results.
    Keywords: Natural Gas, 1D simulation, Mixer, Valve timing, Thermal efficiency