فهرست مطالب

تحقیقات موتور - پیاپی 61 (زمستان 1399)

نشریه تحقیقات موتور
پیاپی 61 (زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/03/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • اشکان موسویان، مقداد خزایی، محمدرضا اسدی اسدآباد*، غلامحسن نجفی صفحات 3-10

    در این مقاله، یک سامانه هوشمند به منظور تشخیص و طبقه‏بندی عیوب مکانیکی رایج مولد برق موتور بر پایه تحلیل بسامد علامت‏های ارتعاش توسعه داده شد. بدین منظور، در ابتدا علامت‏های ارتعاش یک مولد برق تحت چهار وضعیت سالم، خوردگی یاتاقان، محور دوار ترک خورده و نامتعادل در محور توسط یک شتاب‏سنج دریافت شد. سپس علامت‏های حوزه زمان با روش تبدیل سریع فوریه به حوزه بسامد منتقل شدند. در گام بعد، روش چگالی طیف توان برای دومین مرحله تحلیل بسامد استفاده شد. پس از آن در مرحله داده کاوی، دوازده ویژگی آماری از مقادیر چگالی طیف توان علامت‏ها استخراج و به منظور تشخیص و طبقه‏بندی عیوب مولد برق، به عنوان ورودی به طبقه‏بند شبکه عصبی مصنوعی داده شدند. نتایج نشان داد که روش ارایه شده، قادر به تشخیص عیوب مختلف مولد برق با دقت بیش از 92% است.

    کلیدواژگان: تشخیص عیب، آلترناتور، تحلیل ارتعاش، موتور درونسوز، شبکه عصبی مصنوعی
  • حجت عاشوری* صفحات 11-21

    در این پژوهش اثر گرما بر تحلیل ارتعاشی چندراهه دود بررسی شده است. برای این منظور، ابتدا از نرم افزار سالیدورکس به منظور مدلسازی چندراهه دود استفاده شده است. سپس از نرم افزار آباکوس به منظور تعیین بسامدهای طبیعی استفاده شده است. درنهایت، اثر دما مطالعه شد. بررسی دینامیک یک سازه جهت مطالعه و ارزیابی هر محصول مهندسی لازم است. تعیین مشخصات دینامیکی ساختار های مختلف خودرو موضوعی بسیار مهم در صنعت خودرو است. امروزه تحلیل ارتعاشی یکی از روش‏های توسعه فناوری در تحلیل ساختارهای دینامیکی است. نتایج تحلیل اجزای محدود نشان داد که انطباق بسیار مناسبی بین توزیع دما و نتایج تحلیل گرمایی انجام شده در منابع وجود دارد. فرکانس و شکل ارتعاش در تحلیل ارتعاشی در شرایط سرد و گرم مقایسه شد. نتایج نشان داد که دما اثر بسیار قابل ملاحظه ای بر ارتعاش منیفولد دود دارد که در طراحی آن بسیار حایز اهمیت است. نتایج تحلیل ارتعاشی ثابت کرد که حداکثر چگالی انرژی کرنش و مقدار انرژی کرنش در ناحیه همریختگاه رخ می دهد. نتایج تحلیل اجزای محدود با آزمون‏های تجربی انجام شده در منابع که چندراهه دود در این ناحیه دچار گسیختگی شده است، مطابقت دارد. نتایج تحلیل اجرای محدود بدست آمده نشان می دهد که فشار گاز بر تحلیل ارتعاشی موثر است و در تحلیل ارتعاشی چندراهه دود باید درنظر گرفته شود.

    کلیدواژگان: منیفولد دود، تحلیل اجزای محدود، آنالیز مودال در شرایط سرد و آنالیز مودال در شرایط گرم
  • حجت عاشوری* صفحات 23-34

    اثر پره‏ های محیطی بر تنش های حرارتی و عمر خستگی کم چرخه چندراهه دود بررسی شده است. ابتدا طرح چندراهه دود در نرم افزار سالیدورکز شاخته شد. سپس سه پره‏ محیطی با ضخامت چهار میلیمتر در قسمت خروجی چندراهه دود طراحی شد. از نرم افزارANSYS Workbench  به منظور تعیین تنش و عمر خستگی براساس معیارهای مارو و اسمیت-واتسون- تاپر استفاده شده است. درنهایت، بهبود عمر خستگی کم چرخه ارزیابی شد. با هدف افزایش دقت نتایج عمر خستگی کم چرخه، خواص مواد وابسته به دما تعریف شد. نتایج تحلیل اجزای محدود نشان داد که پره‏ های محیطی باعث کاهش دمای چندراهه دود در حدود 32,54 درجه سانتیگراد می شوند. در نتیجه چندراهه دود دمای کمتری را تحمل می‏نماید و عمر خستگی آن افزایش خواهد یافت. نتایج تحلیل گرمایی-مکانیکی نشان داد که به علت کاهش دما، تنش در چندراهه دود اصلاح شده حدود 22 مگاپاسکال کاهش می یابد که باعث افزایش عمر خستگی خواهد شد. نتایج تحلیل عمر خستگی کم چرخه نشان داد که تعداد چرخه‏های گسیختگی چندراهه دود اصلاح شده حدود 55% از چندراهه دود اولیه بیشتر است.

    کلیدواژگان: خستگی ترمومکانیکی، تحلیل اجزای محدود، منیفولد دود، ناحیه همریختگاه و فینهای حلقوی
  • مانی قنبری* صفحات 35-45

    در این تحقیق، نانو ذرات اکسید آلومنیوم (40 و 80 ppm) به سوخت دیزل اضافه شدند. تاثیر ترکیب های سوخت بر عملکرد و آلایندگی موتور دیزل شش استوانه چهارزمانه بررسی و نتایج آن با سوخت دیزل خالص مقایسه شد. نتایج تجربی نشان داد که با استفاده از نانوذرات و افزایش غلظت آنها در سوخت دیزل، متغیرهای عملکردی موتور شامل گشتاور و توان تا 2 درصد افزایش و مصرف ویژه سوخت تا 6.01 درصد در مقایسه با سوخت دیزل خالص کاهش یافت. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش غلظت نانو ذرات در سوخت دیزل منواکسیدکربن و هیدروکربن های نسوخته به ترتیب 13.1 و 23.4 درصد در مقایسه با سوخت دیزل خالص کاهش یافتند. دی اکسید کربن  و اکسیدهای نیتروژن به ترتیب 29.5 و 33.3 درصد در مقایسه با سوخت دیزل خالص افزایش یافتند. بنابراین نتایج نشان داد که افزودنی های نانو ذرات اکسسید آلومنیوم در سوخت دیزل سبب افزایش عملکرد و کاهش آلایندگی خروجی از موتور دیزل می شود و می تواند به عنوان یک سوخت جایگزین و دوست دار محیط زیست در موتورهای دیزل استفاده شود.

    کلیدواژگان: موتورهای احتراق داخلی، عملکرد، آلایندگی خروجی اگزوز، سوخت جایگزین، محیط زیست
  • مسعود رابطی، امید جهانیان*، علی اکبر رنجبر، سید محمد صفی الدین اردبیلی، حمیت سولماز صفحات 47-59

    در این مقاله در 16 حالت عملکردی اثر نسبت هم ارزی بر ویژگی های احتراقی بررسی شده است. سوخت استفاده شده در این تحقیق بنزین بود و اشتعال در دو مرحله صورت گرفت. مرحله اول اشتعال وابسته به آزادسازی انرژی واکنش های دما سرد و مرحله دوم وابسته به آزادسازی انرژی واکنش های دما داغ بوده است. شبیه سازی سه بعدی دینامیک سیالات محاسباتی با در نظرگرفتن جزییات شیمیایی به عنوان روش عددی انتخاب شده است. در تمام آزمایش های انجام شده، شبیه سازی سه بعدی دینامیک سیالات محاسباتی احتراق را به خوبی و به طور کامل نشان داده است. همچنین با افزایش نسبت هم ارزی، الگوی سه بعدی جلو افتادن زمان وقوع بیشینه فشار و بیشینه آزادسازی انرژی را نشان داده است اما به اشتباه شروع آزادسازی انرژی واکنش دما سرد را با تاخیر تخمین زده در حالی‏که شروع آزادسازی انرژی واکنش دما داغ را به درستی پیش بینی کرده است.

    کلیدواژگان: احتراق اشتعال تراکمی مخلوط همگن، شبیه سازی سه بعدی دینامیک سیالات محاسباتی، نسبت هم ارزی، آزادسازی انرژی واکنش دما پایین، آزادسازی انرژی واکنش دما بالا
  • یوسف ربانی*، بهاره اسدی مقدم، احسان مردان، علیرضا حاجی علی محمدی صفحات 61-71

    انتخاب مفهوم مناسب برای اجزای موتور و سیستم های موتور یکی از موارد اساسی است که مستقیما بر قیمت و خصوصیات عملکردی محصول تاثیر می گذارد. برای انتخاب مفهوم مناسب برای یک جز موتور، لازم است عوامل متناقض مختلفی را در نظر بگیریم. پارامترهایی مانند جنبه های عملکردی ، دوام ، هزینه تولید و مسایل مونتاژ معمولا برای انتخاب بهترین مفاهیم مورد توجه هستند. در این تحقیق ، ارزیابی مفهوم و انتخاب بهترین مفهوم برای یک جزء موتور با استفاده از تکنیک های تصمیم گیری چند معیاره بررسی شد. هدف از این مطالعه بررسی مسئله انتخاب مفهوم مناسب قاب تحمل بادامک از چهار مفهوم موجود بر اساس 10 شاخص اندازه گیری است. برای این منظور، این تحقیق از روش ترکیبی و تدوین شده ی  DEMATLE-ANP-TOPSIS برای مدل سازی و حل مسئله استفاده کند. در ابتدا، با استفاده از روش DEMATEL ، رابطه بین چند معیار تعیین می شود و سپس روش ANP وزن معیارها را تعیین می کند. سرانجام، از روش TOPSIS برای رتبه بندی گزینه ها استفاده شد. نتایج ، برای مورد انتخاب شده نشان داد که مفهوم 4 نردبان دو تکه گزینه ارجح است.

    کلیدواژگان: MCDM، DEMATEL-ANP-TOPSIS، توسعه محصول
  • محمدمصطفی نمار، امید جهانیان*، روزبه شفقت، کامیار نیکزادفر صفحات 73-85

    کوچک سازی موتورهای احتراق داخلی پس از انتشار اهداف بلند مدت آژانس بین المللی انرژی در سال 2011، به عنوان یک رویکرد نویدبخش به منظور کاهش انتشار آلایندگی کربن دی اکسید مورد توجه قرار گرفته است. در این رویکرد با حفظ مشخصات عملکردی موتور، به کاهش ابعاد آن پرداخته می شود. بنابراین، مصرف سوخت و انتشار آلایندگی موتور در پی افزایش نسبت توان به وزن آن کاهش می یابند. در این پژوهش، موتور ملی EF7 به عنوان موتور هدف برای کوچک سازی در نظر گرفته شده و سه نسخه ی کوچک سازی شده از آن به صورت مفهومی ارایه شده است. این موتورها به ترتیب «EF7α»، «EF7β» و «EF7γ» نام گرفته که با سوخت های بنزین و گاز طبیعی کار می کنند. پس از اعتبارسنجی نتایج مدل با داده های تجربی، عملکرد هر یک از این طرح ها مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. به عنوان گام ابتدایی در این پژوهش، نتایج بدست آمده بیانگر تطبیق مناسب نتایج شبیه سازی با داده های تجربی بوده و در ادامه عملکرد موتور EF7α به عنوان نسخه بنزین سوز موتور کوچک سازی شده EF7، بسیار نزدیک به موتور پایه تخمین زده شد. همچنین عملکرد ضعیف ناشی از تغییر سوخت به گاز طبیعی در نسخه EF7β با تعیین زمانبندی مناسب جرقه تا حد قابل قبولی پوشش داده شده هرچند مشکلات افت توان در دورهای پایین همچنان برقرار است. توان موتور در نسخه EF7γ بوسیله افزایش نسبت تراکم ارتقا یافت و از مشکلات مدل EF7β تا حد بسیار زیادی کاسته شد.

    کلیدواژگان: کوچک سازی موتور، EF7، طراحی مفهومی، عملکرد، آلایندگی، گاز طبیعی متراکم
|
  • Ashkan Moosavian, Meghdad Khazaee, Mohammad Reza Asadi Asad Abad*, Gholamhassan Najafi Pages 3-10

    In this article, an intelligent system is introduced in order to detection and classification of some common mechanical faults of an engine alternator based on the frequency analysis of vibration signals. For this purpose, firstly the vibration signals of an alternator under four conditions, including healthy, bearing corrosion, cracked rotor and unbalanced excited shaft, were captured by an accelerometer. Time-domain signals were then transformed into frequency-domain with the aid of FFT. At the next step, power spectral density (PSD) method was used for the secondary frequency signal processing level. Afterward, in data mining step, twelve statistical features were extracted from the PSD values of the signals, which were fed as the input data into the ANN classifier to detect and classify the alternator faults. The results indicate that the proposed method has the capable of detecting the different alternator faults with an accuracy higher than 92%.

    Keywords: Fault diagnosis, Alternator, Vibration analysis, IC Engine, Artificial Neural Network
  • Hojjat Ashouri* Pages 11-21

    The effect of the temperature on exhaust manifold modal analysis was investigated in this study. For doing this, Solidworks software was used to model the exhaust manifolds. Then the modal analysis was performed to get the natural frequencies in Abaqus software.  Finally, the modal analysis that considers temperature effect was done. The study of structural dynamics is essential for understanding and evaluating the performance of any engineering product. The determination of the dynamic characteristics of automotive structures has become an extremely important issue in the automobile industry. Modal Analysis is currently one of the key technologies in structural dynamics analysis. The temperature-dependent of material parameters was considered in order to increase the accuracy of finite element analysis (FEA) results. The results of FEA proved a very good agreement between temperature distribution and thermal analysis results, carried out in references. The frequency and vibration mode between cold modal and thermal modal’s was compared. The results showed that temperature has a great influence on the exhaust manifold mode and it is very valuable to product design. The results of the modal analysis proved that the maximum strain energy density and total strain energy exist in the confluence area. The results of the finite element analysis correspond with the experimental tests, carried out in references, and illustrate the exhaust manifold cracked in this region. The obtained FEA results show that gas pressure is effective on the modal analysis and must be considered in the modal analysis of exhaust manifold.

    Keywords: exhaust manifolds, finite element analysis, cold modal analysis, thermal modal analysis
  • Hojjat Ashouri* Pages 23-34

    The effect of perimeter fins on the thermal stress and low cycle fatigue life (LCF) of exhaust manifolds was investigated. For doing this, Solidworks software was used to model the exhaust manifolds. Three Perimeter fins with 4 mm thickness was attached to the modified exhaust manifolds outlet section. Then ANSYS Workbench software was used to determine stress and fatigue life based on Morrow and Smith-Watson-Topper (SWT) approaches. Finally, the improvement of the low cycle fatigue life was studied. The temperature-dependent of material parameters was considered in order to increase the accuracy of LCF life results. The results of finite element analysis (FEA) uncovered the fact that perimeter fins reduce the temperature distribution in the exhaust manifolds about 32.54°C. As a result, the exhaust manifolds tolerates lower temperature and fatigue life will increase. The results of thermo-mechanical analysis indicated that the stress in the modified exhaust manifolds decreased approximately 22MPa for the sake of depletion of temperature gradient which can lead to higher fatigue lifetime. The results of LCF showed that the number of cycles of failure for modified exhaust manifold is approximately 55% higher than the results obtained from the original exhaust manifolds.

    Keywords: thermo-mechanical fatigue, finite element analysis, exhaust manifolds, confluence area, perimeter fins
  • Mani Ghanbari* Pages 35-45

    In this research study, alumina nanoparticles (80 and 120 ppm) were prepared and added as additive to the diesel fuel. Effect of these blended fuels was investigated on the performance and exhaust emission of six cylinders, four-stroke diesel engine and the results were compared with the neat diesel fuel. Experimental results reveal that by using of nano-fuels and increase of nanoparticles concentration at diesel fuel increased engine performance variables including engine power and torque output up to 2% and brake specific fuel consumption (BSFC) was decreased 6.01% compared to the neat diesel fuel. Also results proved by increase of nanoparticles concentration at diesel fuel CO and HC emission decreased 13.1% and 23.4% compared to pure diesel fuel respectively. Moreover, CO2 and NOx emission increased 29.5% and 33.3% compared to pure diesel fuel respectively. Therefore, the results showed that alumina nanoparticle additives in diesel fuel increased engine performance and reduced exhaust emission of diesel engine and it can be used as an alternative and environmentally friendly fuel in CI engines.

    Keywords: internal combustion engines, performance, exhaust emission, alternative fuel, environment
  • Masoud Rabeti, Omid Jahanian*, Ali Akbar Ranjbar, Seyed Mohammad Safieddin Ardebili, Hamit Solmaz Pages 47-59

    In this paper, the influence of equivalence ratio on combustion characteristics have been examined by considering 16 different operating conditions. The fuel used in this research is gasoline and the ignition takes place in two stages. The first stage of combustion is due to low temperature reaction heat release (LTRHR), and the second stage is related to the high temperature reaction heat release (HTRHR). The three-dimensional computational fluid dynamics (3D-CFD) with chemical kinetics has been chosen as the numerical method. In all of the studied operating conditions, the 3D-CFD simulations were able to see the combustion properly and the increase of maximum pressure and maximum rate of heat release (ROHR max) with the rise of the equivalence ratio was properly observed. Also, by increasing the equivalence ratio, 3D-CFD model show advanced maximum pressure and ROHRmax but mistakenly predicted the start of LTRHR more delayed, while the HTRHR was properly predicted.

    Keywords: HCCI Combustion, 3D-CFD Simulation, Equivalence Ratio, LTRHR, HTRHR
  • Yousef Rabbani*, Bahareh Asadi, Moghaddam, Ehsan Mardan, Alireza Haji, Ali, Mohammadi Pages 61-71

    Choosing the appropriate concept for the engine components and systems is one of the essential issues that influence directly on the cost and functional characteristics of the product. For selecting the right concept for an engine component, it is necessary to take different contradictory factors into account.  Parameters like functional aspects, durability, cost of production and assembly issues are commonly of interest for selecting the best concepts. In this research, concept evaluation and choosing the best concept for an engine component was investigated using multi-criteria decision-making techniques. The purpose of this study is to investigate the problem of selecting the appropriate cam bearing frame concept from available four concepts based on 10 measurement indicators. For this purpose, this research is intended to use the DEMATLE-ANP-TOPSIS compilation method for modeling and solving the problem. At the beginning, using the DEMATEL method, the relationship between multi criteria is determined and afterwards ANP method determined the weight of the criteria. Finally, the TOPSIS method was used to rank the options. The results, for the selected case indicated that the two-piece ladder frame (concept 4) is the preferred option.

    Keywords: MCDM, DEMATEL-ANP-TOPSIS, Product development
  • Mohammad Mostafa Namar, Omid Jahanian*, Rouzbeh Shafaghat, Kamyar Nikzadfar Pages 73-85

    Engine downsizing has been considered as a promising approach for reducing CO2 emitted from internal combustion engines, since the long term goal of International Energy Agency was published in 2011.  By engine downsizing, the engine dimensions would decline while the performance is preserved. So, the fuel consumption and engine emission decrease as well as power to weight ratio increases. In this study, the Iranian national engine EF7 is considered as the target of downsizing and three conceptual designs for downsizing are propose: 3-cylinder gasoline turbocharged (EF7α), 3-cylinder CNG turbocharged (EF7β) and 3-cylinder CNG turbocharged with improved compression ratio (EF7γ). The performance of each concept is investigated and compared with the base engine employing a hybrid-structured engine simulation tool involving a 1D model for engine components and a thermodynamic two-zone model for combustion process. The model is validated with experimental data for base engine. Indeed, the performance of the gasoline-fueled version of downsized engine EF7α is estimated close to the base engine. Shifting the fuel to CNG (EF7β) would lead to lower and poor performance of engine, especially in low load regions. Modification of spark timing would somehow solve the problem however deficiency in lower engine speeds still remains. Employing anti-knock index as the main advantage of CNG as a fuel for spark ignition engine, the third concept (EF7γ) is introduced by improving the compression ratio. Results show that a 3-cylinder CNG fueled turbocharged engine with improved compression ratio would be a good choice for EF7 downsizing.

    Keywords: Engine Downsizing, EF7, Conceptual Design, Performance, Emission, CNG