فهرست مطالب

نشریه تحقیقات موتور
پیاپی 64 (پاییز 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/08/18
  • تعداد عناوین: 6
|
  • امیرعلی داوری، محمد جعفری*، محسن اسدی طاهری، امیرحسین مهدوی صفحات 3-11

    در این مقاله، فرآیند توسعه محصول موتور خودرو در شرکت ایپکو شرح داده شده است. ابتدا الگو های توسعه محصول شامل الگوی V، دروازه‏ای و شبکه‏ای شرح داده شده‏اند. در ادامه برای آشنایی مختصر خواننده با بحث تولید موتور، به طور کوتاه برخی از ادبیات و زیرسامانه‏های موتور بیان می‏شود. همچنین انواع سطوح برنامه‏های توسعه موتور، در سطح کم، متوسط، زیاد و یا محصول کاملا جدید شرح شده‏اند. بر اساس تجربه ایپکو، بسته به سطح توسعه، توسعه موتور به طور متوسط به 4 تا 48 ماه فرصت نیاز دارد. اعضای تیم توسعه و مولفه‏های تاثیرگذار در توسعه موتور نیز معرفی شده‏اند. با این مقدمات، یک الگوی توسعه محصول از ابتدای مرحله‏‏ توسعه مفهومی تا تولید انبوه همراه با جزییات آن تشریح گردیده است. در پایان با ترکیب الگو‏های V و دروازه‏ای، جزییات الگوی توسعه محصول شرکت ایپکو بیان شده است. در واقع نتیجه مقاله حاضر، نظام‏مند نمودن فرایند توسعه موتور در ایران خودرو است. این نتیجه در قالب ارایه الگویی ترکیبی از الگو‏های دروازه‏ای و وی ارایه شده است و ایپکو به عنوان یک شرکت نوآور داخلی در طراحی و تولید موتور، مبنای الگوی مورد استفاده خود را شرح نموده است.

    کلیدواژگان: صنعت خودرو، موتور، فرآیند توسعه محصول، الگوی توسعه، ایپکو
  • سپهر خسروی شاد، ایمان چیت ساز*، مهدی نیلی احمدآبادی صفحات 12-27

    در خودرو های سواری رایج، بیشترین هدر رفت انرژی از دو منبع دود راهگاه خروجی و سامانه خنک کننده موتور صورت می گیرد. مقاله حاضر با تمرکز بر این دو منبع گرمایی، عملکرد یک سامانه بازیابی گرمای اتلافی مبتنی بر چرخه آلی رانکین (چار)، در بازیافت انرژی اتلافی از موتور بنزینی یک خودروی سواری را بررسی کرده است. هدف از این پژوهش یافتن شرایط کاری بهینه چار و انتخاب بهترین سیال کاری به منظور استحصال بیشینه توان خالص خروجی از چرخه بازیابی است. برای دستیابی به این مقصود، الگوی ترمودینامیکی پایا و صفر بعدی سامانه چار مبنا در نقطه ای از نقشه عملکرد موتور به عنوان نقطه معیار، که از شبیه سازی کارکرد خودرو بر اساس چرخه استاندارد رانندگی شهری بدست آمده، در نرم افزار ترموفلکس طراحی گردید. با در نظر گرفتن گستردگی تعداد و تنوع سیالات کاری، 23 سیال عامل اعم از سیالات خالص و مخلوط ارزیابی شدند، و همچنین شرایط کاری بهینه سامانه مبنا با در نظر گرفتن شار جرمی سیال عامل، نقطه طراحی چگالنده و فشار کاری گردا و چگالنده به عنوان متغیرهای طراحی برای هر ماده کاری از طریق بهینه سازی آن با روش سیمپلکس داونهیل استخراج گردید. در انتها با در اختیار داشتن داده های آزمایشگاهی برای 320 نقطه از نقشه کاری موتور، کارآیی چرخه مبنای بهینه شده در ترکیب با تمام منطقه عملکرد موتور ارزیابی شد. نتایج نشان داد بیشترین توان خالص استحصالی، از سیالات R507a ، R410a و R125 بدست آمده است، که بیانگر عملکرد بهتر مخلوط های زیوتروپیک و آزیوتروپیک در بازیابی گرمای اتلافی موتور با چار است و در بهترین حالت در مناطق کم بار 2،6 کیلووات در منطقه اوج کارایی گرمایی 6،6 کیلووات توان خالص از چرخه استحصال شد.

    کلیدواژگان: بازیابی گرمای اتلافی، بهینه سازی مصرف انرژی، چرخه آلی رانکین (چار)، روش سیمپلکس داونهیل، موتور احتراق داخلی پرخوران
  • محمدرضا عطاری پور، علیرضا شیرنشان* صفحات 28-40

    هدف از این پژوهش پیش‏بینی و مقایسه تاثیر افزودن نرمال‏بوتانول (ن.ب) و اتانول به مخلوط زیست‏دیزل-دیزل بر ویژگی‏‏های عملکردی و آلایندگی یک موتور دیزل است. آزمایش های تجربی بر روی موتوری تک استوانه‏ انجام شد. سپس روش سطح پاسخ برای توسعه الگو های ریاضی بر مبنای داده‏های تجربی به کار برده شد. مطابق با نتایج، با افزودن بوتانول و اتانول به مخلوط سوخت، مقادیر توان و گشتاور ترمزی تا 16% کاهش می‏یابد، هر چند با افزایش بیشتر سهم زیست‏دیزل همراه با افزودن اتانول و بوتانول به مخلوط سوخت، توان و گشتاور ترمزی موتور کمی بهتر می‏شود. همچنین نتایج نشان داد که با افزودن الکل به مخلوط سوخت مقدار مصرف سوخت ویژه ترمزی (BSFC)، 5 تا 9 درصد افزایش می‏یابد. از طرف دیگر افزودن اتانول و بوتانول در نسبت های بزرگتر زیست‏دیزل در مخلوط سوخت سبب بهبود اندک BFSC بویژه در دورهای تندتر می‏شود. با مقایسه نتایج مشاهده شد که مقادیر BSFC در حالت استفاده از ن.ب. کمتر از اتانول است. با توجه به نتایج به طور کلی با افزودن اتانول و ن.ب. مقادیر مونوکسیدکربن به مقدار 7 تا 12 افزایش می‏یابد؛ هر چند در سرعت‏های تندتر موتور انتشار آلاینده مونوکسید کربن اندکی بهبود می‏یابد. همچنین نتایج نشان داد که مخلوط های حاوی اتانول در قیاس با مخلوط های حاوی ن.ب. سبب انتشار بیشتر منوکسیدکربن می‏شود. مطابق با نتایج بدست آمده با افزودن اتانول و ن.ب. به مخلوط سوخت دیزل-زیست‏دیزل انتشار آلاینده اکسیدهای ازت نسبت به مخلوط دیزل-زیست‏دیزل بطور متوسط 11 درصد کاهش می‏یابد؛ هر چند افزودن اتانول به مخلوط سوخت نسبت به ن.ب.، سبب انتشار بیشتر اکسیدهای ازت به خصوص در دورهای تند موتور می‏شود.

    کلیدواژگان: اتانول، نرمال بوتانول (ن.ب)، عملکرد، آلایندگی، سطح پاسخ
  • حسین پورصباغ رکن آبادی، عباس روحانی*، محمدحسین آق خانی، سید مصطفی میرسلیم، کوروش جناب صفحات 41-53

    امروزه به دلیل رقابت تولیدکنندگان در کیفیت محصولات، معیارهای ارزیابی کیفیت در مراحل مختلف تولید از اهمیت به سزایی برخوردار اند. یکی از این معیارها، قابلیت اطمینان بوده که در بیشتر موارد از ارزیابی های آماری داده های خدمات پس از فروش  ناشی از بازگشت قابل توجهی از محصولات و یا به کمک آزمون‏ های شتاب‏ یافته در زمان تولید نمونه محاسبه می‏شود. در این پژوهش با اجرای آزمون های شتاب‏ یافته متنوع، در پنج شرایط متفاوت و متناسب با تنش های وارده بر روی موتور دیزل، قطعه بازوی لنگ پس از هر آزمون ارزیابی شد. شاخص مورد نظر در تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان در این مطالعه زمان بین خرابی است که پس از جمع ‏آوری و طبقه‏ بندی داده ها به کمک آزمون های شتاب‏ یافته، تایید ماهیت توزیع مستقل و یکسان داده ها به کمک سه آزمون میلیتاری-هندبوک، لاپلاس و اندرسون دارلینگ بررسی گردید. در نهایت نمودار توزیع قابلیت اطمینان بازوی لنگ در زمان های مختلف کارکرد به کمک توزیع آماری لوگ- لجستیک، با توجه به بهترین تطابق با نتایج تجربی، ترسیم شد. نتایج به دست آمده نشان داد که قابلیت اطمینان بازوی لنگ بترتیب برای 177471 و 212753 کیلومتر کارکرد تجمعی برابر با 99 و 95 درصد خواهد شد و پس از 448240 کیلومتر به کمتر از 5 درصد خواهد رسید.

    کلیدواژگان: قابلیت اطمینان، آزمون شتاب یافته، موتور دیزل، بازوی لنگ
  • فرهاد حدادی*، مصطفی تقی زاده صفحات 54-66

    امروزه یکی از نکات اصلی و مورد توجه خودروسازان مطرح دنیا در مراحل طراحی، ساخت و تولید انبوه محصولات، کاهش و یا مهار آلودگی های ناشی از احتراق در موتورهای احتراق داخلی خودرو است. با توجه به قوانین و استانداردهای وضع شده در کشورهای مختلف و در دهه‏ های اخیر در خصوص مهار آلودگی های زیست محیطی وسایل نقلیه، این نکات بیش از پیش مورد توجه تولیدکنندگان خودرو و قطعات آن است. به همین دلیل تولید خودرو های برقی و دورگه‏ با طراحی های مختلف به مرور زمان و به آرامی در خطوط تولید خودرو ها گسترش می ‏ یابد. یکی از ویژگی هایی که این دسته از خودرو های دورگه دارند، افزایش توان و گشتاور در سامانه‏ تولید و انتقال قدرت در نوع همراه با آرایش موازی است. پس می‏توان برای این دسته از خودرو ها، موتور احتراق داخلی با حجم کم تر درنظر گرفت که در نهایت سبب کاهش آلودگی تولیدی می‏‏شود و در عین حال فعالیت موازی دو موتور احتراق داخلی و برقی باعث ایجاد گشتاور و توان مورد نیاز در حالات مختلف رانندگی می‏‏شود. نوع آرایش قرارگیری موتور احتراق داخلی و برقی در مقاله حاضر از نوع موازی است. در این مقاله موتور احتراق داخلی ملی 7EF را با سازوکار لنگ و لغزنده، شبیه سازی و نتایج توان و گشتاور تولیدی در میل‏ لنگ این موتور را در نرم افزار متلب رسم و تحلیل خواهیم کرد. موتور برقی BRUSA HSM1 که در این مقاله به عنوان موتور برقی و پایه اصلی سامانه‏ تولید قدرت بررسی می‏‏شود، با استفاده از روش های تقریبی و محاسبات عددی و همچنین اطلاعات استخراج شده از دفترچه این موتور تحلیل خواهد شد. در نهایت با تحلیل حالات مختلف رانندگی و اعمال ضرایب بازده، گشتاور و توان تولیدی سامانه‏ را در این وضعیت ها بررسی می‏کنیم.

    کلیدواژگان: موتور احتراق داخلی، موتور برقی، خودرو دورگه و دورگه، توان تولیدی، موتور ملی 7EF
  • سید مسعود هاشمی*، یاسر اکبری صفحات 67-80

    موتور دوار پره ای، نوع جدیدی از موتورهای احتراق داخلی است که با دارا بودن تعداد بیشتری محفظه احتراق نسبت به موتورهای معمولی، می تواند در هر دور چرخش محور خروجی، احتراق های زیادتری ایجاد و توان بسیار قویتر تولید نماید و این در حالی است که وزن این موتور در توانی برابر با سایر موتورها، بسیار کمتر است. این موتور از چهار قسمت اصلی محور دوار، بادامک ، پره و پوسته تشکیل می‏شود. برخی از مسایل اصلی در طراحی این نوع موتور، بررسی تعداد پره ها و مباحث گرمایی آن ها ست که تاکنون کارهای اندکی در این زمینه ها انجام شده است. یکی دیگر از مسایل اساسی در طراحی این موتور، با توجه به اینکه دور عملکردی آن حدود 7000 د.د.د. است، ایجاد مسیر مناسب برای حرکت روان پره ها روی بادامک ها و مهار تنش در منطقه تماس پره ها با بادامک هاست. شتابی که منحنی بادامک برای پره ها ایجاد می کند باعث ایجاد نیروی لختی در پره ها و متعاقبا ضربه زدن به بادامک ها و ایجاد تنش در آن ها می‏ شود. بنابراین هراندازه شتاب کمتری در پره ها ایجاد شود، تنش ها کمتر خواهد بود که نتایج نشان می دهد با کاهش 8% شتاب، تنش به مقدار 12% کاهش می یابد. در این مقاله به بررسی منحنی های مختلفی که از آن ها در ساخت بادامک ها استفاده می‏شود، پرداخته و بهترین منحنی از نظر کمتر بودن شتاب و تکانه و تنش ایجاد شده در موتور و همچنین بزرگتر بودن نسبت تراکم ایجاد شده انتخاب می‏شود. علاوه بر منحنی بادامک ها، جرم پره نیز نقش مهمی در ایجاد تنش دارد و سبک تر شدن آن باعث کاهش تنش در مجموعه بادامک و پره می‏شود. به منظور کاهش جرم دو روش تغییر جنس و توخالی کردن پره در پیش گرفته می‏شود. نتایج نشان می دهد با تغییر جنس پره از فولاد به تیتانیوم تنش به مقدار 29% و با توخالی کردن پره، تنش به مقدار 24% کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: موتور دوار پره ای، منحنی بادامک، منحنی چرخزاد، منحنی درجه پنج
|
  • Amirali Davari, Mohamad Jafari*, Mohsen Asadi Taheri Pages 3-11

    This article describes the advanced design of the car engine at IPCO. Product development models including model V, gateway and network are described first. In the following, in order to introducing engine production to readers, some of the literature and subsystems of the engine are briefly presented. There are also different levels of engine development programs, either low, medium, high, or completely new products. Depending on the level of development, the development of the engine takes 4 to 48 months. Members of the development team and components influencing engine development are also introduced. By these premises, a product development model from the beginning, the conceptual development phase, to mass production with its details is described. At the end, by combining V and Gateway models, the details of the IPCO product development model are outlined. In fact, the result of this article is to systematize the engine development process in Iran and the Iran Khodro complex. As such structure has not existed in Iran so far, IPCO, as a domestic innovative engineering company in the design and production of engines, has described the model used by researchers and industry leaders in field.

    Keywords: Automotive, Engine, Product Development Process, Development Model, IPCO
  • Sepehr Khosravi Shad, Iman Chitsaz*, Mahdi Nili Ahmadabadi Pages 12-27

    In conventional passenger cars, two-third of the energy is wasted from the exhaust gas and engine cooling system. The present study has investigated the performance of a waste heat recovery (WHR) system based on the Organic Rankine Cycle (ORC) for the turbocharged gasoline direct injection engine. The optimal working conditions along with the best working fluid of the organic Rankin cycle to obtain the maximum net output power (NOP) from the recovery cycle are investigated. The steady-state zero-dimensional thermodynamic model of basic ORC at a series of engine operating conditions is designed in Thermoflex software. The working point of the engine has obtained by simulation of vehicle performance based on the standard urban driving cycle. Considering numerous and varied working fluids, 23 working fluids including pure and mixture fluids are evaluated. The mass flow rate of working fluid, condenser pinch, turbine inlet pressure, and condenser working pressure are considered as the optimization design variables and the optimum operating conditions of the basic ORC extracted for each working fluid using the Downhill Simplex method. Finally, by having experimental data for 320 points of the engines map, the efficiency of the optimized basic cycle was analyzed in combination with engine’s entire operating region. The results showed that R-507a, R-410a and R-125 present highest NOP respectively which indicate better performance of zeotropic and Azeotropic mixtures in engine WHR by ORC and for the best case, NOP reached to 2.6 kw in small load region and 6.6 kw in the peak thermal efficiency region.

    Keywords: Waste Heat Recovery, Optimization of energy consumption, Organic Rankine Cycle, Downhill simplex method, Turbocharged Internal Combustion Engine
  • Mohammadreza Ataripour, Alireza Shirneshan* Pages 28-40

    The main objective of this research is to study the effects of n-butanol and ethanol addition to the biodiesel-diesel fuel mixture on the performance and emission characteristics of a CI engine. The experimental tests were performed on a diesel engine. The RSM (Response Surface Methodology) method was used to develop mathematical models based on experimental data. According to the results, the addition of butanol and ethanol to the fuel mixture generally reduces the brake power and torque up to 16%. However, with a further increase in biodiesel percentage with the addition of ethanol and butanol to the fuel mixture, the power and torque were improved slightly. Also, the addition of alcohols to the fuel mixture increases the BSFC by 5 to 9%. On the other hand, the addition of ethanol and n-butanol along with increasing the percentage of biodiesel in the fuel mixture could improve the BSFC, especially at higher RPMs. Comparing fuel mixtures containing ethanol and n-butanol, it was observed that the BSFC values in the case of using normal butanol are less than ethanol. According to the results, with the addition of ethanol and n-butanol, the carbon monoxide emission increases by 7 to 12%. However, it was improved in higher RPMs. The results also showed that ethanol-containing mixtures emitted more CO than that n-butanol-containing mixtures. According to the results by the addition of ethanol and n-butanol to the diesel-biodiesel fuel blends, the emission of nitrogen oxides is reduced by an average of 11% compared to the diesel-biodiesel mixture. However, the addition of ethanol to the fuel blends produces more NOx than that of n-butanol, especially at high engine speeds.

    Keywords: Ethanol, N-butanol, Performance, Emission, RSM
  • Hossein Poursabbagh Roknabadi, Abbas Rohani*, Mohammad Hossein Aghkhani, Seyyed Mostafa Mirsalim, Kourosh Jenab Pages 41-53

    Nowadays, due to the competitive market, quality evaluation criteria at different stages of production are very important. One of these criteria is reliability, which is calculated using statistical evaluations of after-sales service data in most cases or with the help of accelerated tests at the early stage of the product development life cycle. In this research study, various accelerated test scenarios in proportion to the stresses on the diesel engine have been conducted to evaluate the lifetime of the connecting rod parts. The considered criterion for the reliability analysis is the time between failures which is evaluated after collecting and classifying the data using accelerated tests and confirming independent and uniform distribution of data via MIL-Hdbk, Laplace’s, and Anderson-Darling functions. Finally, the distribution diagram of reliability at different operating times was drawn using log-logistic statistical distribution, according to the best agreement with the experimental results. The results depicted that the reliability of the connecting rod would be equal to (0.99 @ 177417 hrs.) and (0.95@ 212753 hrs.) kilometers of cumulative operation, respectively, and after 448240 kilometers it would be less than 0.05.

    Keywords: accelerated test method, diesel engine, connecting rod
  • Farhad Haddadi*, Mostafa Taghizadeh Pages 54-66

    Nowadays, one of the main points considered by the world’s leading automakers in the design phase, the manufacturing phase and mass production, is the reduction or control of pollutions and emissions in the internal combustion engines of automobiles. Due to the standards set in different countries and recent decades regarding the control of environmental pollution of vehicles, these points are considered by car manufacturers. Because of that, the production of electric and hybrid cars with different designs is slowly expanding over time in the manufacturing lines of vehicles. One of the features of hybrid electric vehicles is the increase in power and torque in the power production system in the parallel arrangement. Therefore, for this group of cars, a smaller internal combustion engine can be considered, which ultimately reduces the emissions, and at the same time, the parallel activity of the two internal combustion engines and AC motor creates the required torque and power in different driving mode. The formation and arrangement of two power sources in this article will be considered parallel. In this paper, we will simulate the movements of pistons in the EF7 national internal combustion engine with a crank and slider mechanism, and the results related to the power and torque produced in the crankshaft of this engine will be drawn and simulated in MATLAB software. BRUSA HSM1 AC motor, which is considered in this paper as the main power source of power and torque generation system, will be analyzed using numerical calculations, as well as information extracted from the catalog of this motor. Finally, by analyzing different driving modes and applying coefficients and efficiencies, torque and power output in these situations are examined.

    Keywords: Internal Combustion Engine, Electric Motor, Hybrid Electric Vehicles, Power generation, EF7 national engine
  • Masud Hashemi*, Yasser Akbari Pages 67-80

    A rotary vane engine is a new type of internal combustion engine having more combustion chambers in comparison to common engines; more combustion would be caused by it in each revolution of the crankshaft. Therefore a high amount of power can be generated while the mass of this engine is less than others. A rotary vane engine consists of four main parts including rotor, cams, vanes, and housing. Some of the critical points in designing this engine include the determination of the optimum number of vanes and thermal issues; it should be mentioned that little research has been performed in this field in previous publications. Generating a proper path for the vane to move freely on the cams and control stress where vanes contact cams, is another important factor in the design of this kind of engine because its operating speed is about 7000 rpm. Vane’s acceleration resulting from cam profile would lead to an inertia force in vanes; this force would have an impact on cams and also would lead to stress generation. Therefore, the less acceleration is created in the blades, the fewer stresses will be, which the results show that with a decrease of 3.7% acceleration, the stress is reduced by 12%. In this paper, we study the different curves that are used in the construction of the cams, and the best curve in terms of lower acceleration, momentum, and stress created in the engine, as well as a higher compression ratio. Is selected. In addition to the curve of the cams, the mass of the blade also plays an important role in creating stress, and its lightness reduces the stress in the set of cams and blades. To reduce the mass, two methods of changing the sex and hollowing the blade are used. The results show that by changing the blade material from steel to titanium, the stress is reduced by 29%, and by hollowing the blade, the stress is reduced by 24%.

    Keywords: Rotary vane engine, Cam curve, Cycloidal curve, 3-4-5 poly nominal