فهرست مطالب

نشریه تحقیقات موتور
پیاپی 69 (Winter 2023)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/22
  • تعداد عناوین: 6
|
  • ساسچا هولزبرگر*، موریس کتنر، رولند کرچبرگر صفحات 3-11

    در موتورهای بنزینی، سیستم های اشتعال جرقه ای پیش-محفظه برای دستیابی به راندمان بالا و انتشار کمتر NOx هنگام کار در شرایط مخلوط فقیر استفاده می شوند. در حالی که شمع پیش-محفظه سرد می تواند منجر به احتراق ناقص و خاموش شدن شعله در هنگام شروع سرد یا شرایط بخش بار شود، یک پیش-محفظه داغ می تواند منجر به پدیده های کنترل نشده پیش-اشتعال تحت بار کامل شود. این مقاله رویکردی را برای تنظیم محدوده حرارتی شمع پیش-محفظه فلذا دمای مخلوط در پیش-محفظه، با توجه به شرایط کاری ارایه می کند. علاوه بر این، دماهای بالاتر مخلوط در پیش-محفظه برای تسهیل احتراق در شرایط مخلوط فقیر و گسترش حد فقیری در نظر گرفته می شود. برای این منظور، یک شمع نقطه ملتهب (glow) درون پیش-محفظه قرار می گیرد که دمای آن را می توان به عنوان تابعی از نقطه کاری کنترل کرد. یک استراتژی کنترل حلقه بسته بلادرنگ با استفاده از همبستگی بین دمای نوک شمع نقطه ملتهب و مقاومت الکتریکی آن اعمال شد. المان احتراق توسعه یافته، اشتعال جرقه ای با کمک سطح داغ (HSASI) نامیده می شود. علاوه بر آزمایش عملکردی، تغییر دمای موتور روی یک موتور تحقیقاتی تک سیلندر با سوخت بنزینی در دانشگاه علوم کاربردی کارلسروهه انجام شد. در مرحله اول، تاثیر کمک شمع نقطه ملتهب بر زاویه گسترش شعله و پایداری احتراق تعیین شد. پس از آن، نسبت هم ارزی هوا-سوخت λ تغییر کرد و حد فقیری اشتعال جرقه ای بدون/با کمک شمع نقطه ملتهب تعیین شد. بررسی های تجربی برای نسبت هم ارزی ثابت هوا به سوخت و زمان بندی ثابت اشتعال نشان می دهد که مقاومت بالاتر شمع نقطه ملتهب در نتیجه دمای بالاتر شمع نقطه ملتهب، زاویه گسترش شعله را کوتاه و مرکز احتراق را به زوایای جلوتر میل لنگ انتقال می دهد. علاوه بر این، تاثیر مثبت شمع نقطه ملتهب فعال بر روی زاویه گسترش شعله و پایداری احتراق با تاخیر زمان بندی احتراق افزایش می یابد. با λ = 1.5 و مرکز ثابت احتراق (8 درجه میل لنگ پس از نقطه مکث بالا)، زمان اشتعال می تواند تا 4.5 درجه میل لنگ به تاخیر افتد. در هنگام کار با دمای پایین تر سیال خنک کننده، یک شمع نقطه ملتهب فعال پایداری احتراق را افزایش می دهد و حد فقیری سوخت را به میزان Δλ = 0.1 افزایش می دهد.

    کلیدواژگان: شمع پیش-محفظه، شمع سوزان، محدوده حرارتی
  • محمدجواد کرمیان منش، عیسی بناگر، زهرا مولایی رئوف، حامد مقتدری* صفحات 12-20

    در این پژوهش بررسی و مقایسه گزینه هایی برای قوای محرکه خودروی سدان رده ب از حیث مصرف سوخت ارایه شده است. انتخاب ها شامل دو موتور و یک جعبه‏ دنده دستی با قابلیت تغییر تعداد نسبت دنده ها بوده است. با توجه به نمونه های مشابه، بررسی در زمینه تعداد دنده ها روی جعبه‏ دنده های 5 و 6 سرعتی محدود شد. بطور موازی از دو روش بهینه سازی برای بدست آوردن نسبت دنده های بهینه برای رسیدن به کمترین مصرفت سوخت در یک چرخه رانندگی استفاده شد که نتایج تقریبا یکسانی حاصل شد. برای پیش بینی مصرف سوخت خودرو در چرخه اروپا، یک طرح دینامیک طولی خودرو که در محیط GT-Suite توسعه یافت، استفاده شد. دو رهیافت استفاده شده برای بهینه سازی نسبت دنده ها شامل یک بهینه سازی مستقیم بر پایه روش وراثت و همچنین بهینه سازی با استفاده از ابزارهای تحلیل DOE موجود در محیط نرم افزار GT-Suite بوده اند. بهترین نتیجه از بین گزینه های موجود برای ترکیب یک موتور 1.5 لیتری پرخوران با یک جعبه دنده 5 سرعتی دستی با استفاده از بهینه سازی با روش DOE بدست آمد. در این حالت بهینه، کاهش مصرف سوخت در چرخه اروپا نسبت به حالت پایه، 13.5 درصد کاهش یافت.

    کلیدواژگان: حداکثر بهینه سازی نسبت دنده ها، مصرف سوخت سیکلی، تحلیل DOE
  • فرود آذرگشاسبی، خسرو اشرفی*، هانیه سپهریان، محمد علی رجبی، امیرحسین پریور صفحات 21-29

    آلودگی هوا یکی از مشکلات اصلی شهر تهران است. شناسایی نقش عوامل موثر در مدیریت آلودگی هوا بسیار مهم است. از نکات مهم اینکه تمام آلودگی موجود در هوای شهری ناشی از انتشار مستقیم از منابع نیست و در اثر واکنش های جوی تشکیل می شوند. استفاده از الگوهای آلودگی هوا در شناخت عوامل موثر در آلودگی هوای شهری به ما کمک می کند. از سامانه الگوی آلودگی هوا استفاده شد تا ابتدا الگویی مناسب تولید شود. سپس با حذف انتشار منابع انتشار تاکسی ها و وسایل نقلیه شخصی، سهم این دسته از منابع آلاینده با توجه به تحلیل‏ های آماری بررسی می‏شوند. سامانه الگوی استفاده شده از عملکرد قابل قبولی برای بررسی طرح‏ های مورد نظر با ضریب تطابق 0.84 و 0.61 بترتیب برای آلاینده های ازن و ذرات معلق برخوردار بود. مجموع سهم این دو منبع در شاخص کیفیت ذرات معلق 14 واحد بود. اما نقش این منابع در آلودگی ازن بسیار پیچیده شناسایی شد.

    کلیدواژگان: مدل سازی آلودگی هوا، WRF-SMOKE-CMAQ، ذرات معلق، ازن
  • لوئیجی آلوکا*، آنجلو دی ویتا، فرانسسکو دورونیو، الساندرو مونتانارو، استفانو رانیری، علیرضا حاجی علی محمدی صفحات 30-38

    به دلیل تراکم پذیری بالای گاز و نسبت های فشار بزرگ، تزریق مستقیم گاز موجب ایجاد فواره گازی تحت انبساط می شود. درک صحیح فیزیک این پدیده برای توسعه سامانه های تزریق مستقیم که در موتورهای احتراقی برای تزریق مستقیم متان یا هیدروژن استفاده می شوند، ضروری است. در این مقاله مشخصه یابی کوپل تجربی عددی فواره یک افشانه چند سوراخ انجام گرفت. مشخصه یابی تجربی فواره به کمک روش شیلرین انجام گرفت و محاسبات عددی به کمک نتایج تجربی به دست آمده صحه گذاری شد. حلگر بر پایه چگالی که قابلیت مدلسازی فواره های گازی با تراکم پذیری زیاد را دارد و در محیط نرم افزار Open foam توسعه داده شده است برای بررسی اثرات شرایط ترمودینامیکی روی توسعه فواره مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که با استفاده از شدت نور زیاد می توان مشخصه هایی از فواره که روی فرآیند تزریق سوخت و کیفیت مخلوط سوخت و هوا  موثر هستند را بهتر مشاهده و ارزیابی نمود.

    کلیدواژگان: تزریق، متان، نوری، نازل، مخلوط
  • علی آصف، آرش محمدی*، وحید خرمی راد، نیما عجمی، امیر حسین پریور، کریم مقصودی مهربان صفحات 39-48

    عملکرد بهتر و الزامات نظارتی با توجه به انتشار احتراق باعث کوچک شدن موتور تزریق مستقیم و در نظر گرفتن راهبردهایی برای بهبود آماده ‏سازی مخلوط درون استوانه شده است. ویژگی‏ های فواره افشانه ‏های سوخت موتورهای تزریق مستقیم به طور گسترده توسط محققان بررسی شده است. علاقه به مطالعه ویژگی ‏های فواره‏ ها به دلیل رابطه موثر با واکنش احتراق و در نتیجه با بازده گرمایی موتور است. این مقاله تشکیل مخلوط فواره را با استفاده از یک دستگاه آزمایشی لیزری مورد استفاده برای اندازه گیری نفوذ فواره در محفظه حجم ثابت و شبیه سازی های انجام شده توسط نرم افزار کانورج با پاسخ سریع تحلیل می کند. افشانه سوخت مورد استفاده در آزمایش یک افشانه تزریق مستقیم شش سوراخی با سوخت ایزواکتان بود. اندازه‏گیری‏ ها در 100 میلی‏متر پایین دست از نوک افشانه‏ در امتداد محور با فشار تزریق 20 مگاپاسکال انجام شد. در طول آزمایش ‏ها، مشاهده شد که توسعه فواره با محور عمودی قرینه نیست، و با کاهش فشار محفظه، سرعت توسعه آن افزایش می یابد. همچنین میانگین سرعت‏های توسعه فواره در شبیه سازی‏ ها با نتایج تجربی مشابه یکدیگر اند.

    کلیدواژگان: تزریق مستقیم بنزین، افشانه، نور، دینامیک سیالات محاسباتی
  • سعید صفری*، محمد حسین نوری پور، علیرضا مشکی، حسین صفری صفحات 49-60

    در سال های اخیر استفاده از آلیاژهای منیزیم در صنعت خودروسازی به جهت خواص متالورژیکی مطلوب افزایش پیدا کرده است. اعمال پوشش بر روی قطعات منیزیمی به کاررفته در موتور خودرو نظیر پیستون با در نظر گرفتن شرایط کاری شدید آن ها الزامی می باشد. در این پژوهش، ابتدا پوشش مدرن اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی معرفی می شود و در ادامه خواص متالورژیکی پوشش ایجادشده بر روی آلیاژ AZ31 در الکترولیت های سیلیکاتی و آلومیناتی مورد بررسی و مقایسه قرار می گیرد. نتایج حاصل از مطالعات فازی بر روی پوشش ها نشان داد علاوه بر حضور فازهای MgF2 و MgO در هر دو پوشش، فازهای Mg2SiO4 و MgAl2O4 به ترتیب در پوشش های ایجادشده از الکترولیت سیلیکاتی و آلومیناتی وجود دارند. اعمال پوشش PEO منجر به کاهش قابل توجه سرعت خوردگی می شود. سرعت خوردگی پوشش ایجاد شده در الکترولیت سیلیکاتیA.cm-2   6-10×24/2 و در الکترولیت آلومیناتیA.cm-2  7-10×5/9 می باشد که به ترتیب 30 و 68 برابر نسبت نمونه فاقد پوشش کمتر است. همچنین اعمال پوشش منجر به افزایش 72 و 94 برابری مقاومت الکتریکی سطح نسبت به نمونه فاقد پوشش می شود. بررسی میکروسکوپی نیز نشان داد که قطر متوسط تخلخل ها در پوشش PEO ایجاد شده در الکترولیت سیلکاتی نسبت به پوشش آلومیناتی بزرگتر است.

    کلیدواژگان: اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی، آلیاژ منیزیم، پیستون، خوردگی
|
  • Sascha Holzberger *, Maurice Kettner, Roland Kirchberger Pages 3-11

    In gasoline engines, pre-chamber spark ignition systems are used to achieve high efficiency and low NOx emissions when operating under lean conditions. While a cold pre-chamber spark plug can lead to misfiring and flame quenching under cold start or part load operation, a hot pre-chamber can result in uncontrolled pre-ignition phenomena under full load operation. This paper presents an approach to adjust the heat range of a pre-chamber spark plug and thus, the temperature of the mixture in the pre-chamber, according to the operating condition. Furthermore, higher mixture temperatures in the pre-chamber are intended to enhance the inflammation under lean conditions and to extend the lean limit. For this purpose, a glow plug is integrated into the pre-chamber, whose temperature can be controlled as a function of the operating point. A real-time closed-loop control strategy was applied by using the correlation between the glow plug tip temperature and its electrical resistance. The developed ignition element is called Hot Surface Assisted Spark Ignition (HSASI). In addition to a functional test, a variation of the engine temperature was performed on a single-cylinder, gasoline fueled research engine at the Karlsruhe University of Applied Sciences. In the first step, the influence of the glow plug assistance on the flame development angle and the combustion stability was determined. Subsequently, the air-fuel equivalence ratio λ was varied and the lean limit of unassisted and glow plug assisted spark ignition were determined. Experimental investigations for a constant air-fuel equivalence ratio and a constant ignition timing show that a higher glow plug resistance and thus a higher glow plug temperature shortens the flame development angle and shifts the center of combustion to earlier crank angles. Furthermore, the positive influence of the active glow plug on the flame development angle and the combustion stability increases with retarded ignition timing. With λ = 1.5 and a constant center of combustion (8 °CA after top dead center firing), the ignition timing can be retarded by 4.5 °CA. When operating with lower coolant temperature, an active glow plug increases combustion stability and extends the lean limit by Δλ = 0.1.

    Keywords: Pre-chamber spark plug, Glow Plug, Heat range
  • Mohammad Javad Karamian Manesh, Isa Banagar, Zahra Molaei Raoof, Hamed Moqtaderi * Pages 12-20

    In current research we studied different powertrain options for a given B-class sedan vehicle in terms of fuel consumption target. The considered options include two engines and a base manual gearbox assuming the gear numbers and ratios can be changed. We concentrated on 5 and 6 speed gearboxes and used two parallel techniques to optimize gear ratios of the manual gearbox due to in-cycle fuel consumption which leaded to approximately the same results. To predict the fuel consumption in NEDC cycle, a longitudinal dynamic model of the vehicle was developed in GT-Suite environment. Two approaches by which we optimized the gear ratios were a direct optimizer based on genetic algorithm and a set of DOE analysis tools provided by GT-Suite software. The best result we got among all configurations was the combination of a 1500 cc turbocharged engine with a 5-speed manual gear box with optimized gear ratios based on DOE analysis technique. In this case we reached to 13.5% reduction in in-cycle fuel consumption.

    Keywords: Gear ratio optimization, In-cycle fuel consumption, DOE analysis
  • Forood Azargoshasbi, Khosro Ashrafi *, Hanye Sepehrian, Mohammad Ali Rajabi, Amir Hossein Parivar Pages 21-29

    Air Pollution is one of the significant problems in Tehran. Understanding the role of different sources can result in better decision-making. Some pollutions are not emitted directly from sources and are present in the atmosphere due to chemical reactions. Therefore, using air quality modeling can be beneficial to our understanding of these phenomena. An air quality modeling system was used first to model the base case of ambient pollutions. Then, the emissions of passenger cars and taxies were omitted separately to determine the role of their contribution to air pollution. The modeling results showed an acceptable performance with the index of agreement of 0.84 and 0.61 for ozone and particle matter (PM), respectively. The accumulated contribution of passenger cars and taxies to PM AQI was 14 units. However, their role in ozone formation was complex.

    Keywords: Air pollution modeling, WRF-SMOKE-CMAQ, Particle matter, Ozone
  • Luigi Allocca *, Angelo De Vita, Francesco Duronio, Alessandro Montanaro, Stefano Ranieri, Alireza Hajialimohammadi Pages 30-38

    The direct injection of gaseous fuels involves the presence of under-expanded jets due to the high pressure-ratios and the strong gas compressibility. Understanding the physical development of such processes is essential for developing Direct Injection (DI) devices suitable for application in internal combustion engines fueled by methane or hydrogen. In this work a coupled experimental-numerical characterization of a spray, issued by a multi-hole injector, was performed. The experimental characterization of the jet evolution was recorded by means of schlieren imaging technique and then a numerical simulation procedure was assessed using the measurements for validating. A density-based solver, capable of simulating highly compressible jets and developed within OpenFOAM environment, was used to study the effects of thermodynamic conditions on the development of the injection process. The obtained results shed more light on the characteristics of the gaseous spray demonstrating how these features really affects the development of the injection process and the quality of the air/fuel mixture.

    Keywords: Methane injection, Optical diagnostic, Injection CFD, Nozzle geometry effects, Air, fuel mixture
  • Ali Asef, Arash Mohammadi *, Vahid Khorramirad, Nima Ajami, Amir Hossein Parivar, Karim Maghsoudi Mehraban Pages 39-48

    Better performance and the regulatory requirements concerning combustion emissions have caused downsized GDI engines and consideration of strategies for improving in-cylinder mixture preparation. The sprays characteristics of the fuel injectors of GDI engines have been widely investigated by researchers. The interest in studying the characteristics of the spray is due to a strong relationship with the subsequent combustion reaction and thus with the engine's thermal efficiency. This paper analyzes the mixture formation of the spray employing an experimental laser apparatus that was used to measure the spray penetration in a constant volume chamber (CVC) and simulations performed by the fast response CFD CONVERGE software. The fuel injector used in the tests was a six-hole direct injection injector with iso-octane fuel. The measurements were taken 100 mm downstream from the injector tip along the axis with 20 MPa injection pressure. During experiments, it was observed that spray development is not symmetrical with the vertical axis, and with decreasing chamber pressure, it develops faster. Moreover, the average spray development velocities in simulations are in good agreement with experimental results.

    Keywords: GDI, Injector, Optical, CFD
  • Saeed Safari *, Mohammadhossain Nouripour, Alireza Moshki, Hossein Safari Pages 49-60

    In recent years, the automotive industry has expanded its usage of magnesium alloys because to their favorable metallurgical properties. It is, however, vital to coat the magnesium components like piston in the car engines because of their harsh working environment. In this study, beyond the introduction of novel plasma electrolytic oxidation coating for AZ31 Mg alloy, the metallurgical characteristics of coating generated in silicate and aluminate electrolytes are also examined. Phase studies revealed that along with the presence of MgF2 and MgO in both coating, Mg2SiO4 and MgAl2O4 were discovered in coatings created in silicate and aluminate electrolytes, respectively. The application of PEO resulted in a considerable drop in corrosion rate, such that the corrosion rate of the coating formed in silicate electrolyte is 2.24×10-6 A.cm-2 and that of the coating created in aluminate electrolyte is 9.5×10-7 A.cm-2, which are 30 and 68 times lower than the rate of uncoated samples, respectively. Additionally, as compared to the uncoated sample, the coating enhances the surface electrical resistance by 72 and 94 times. The microscopic analysis showed that the average diameter of porosities in PEO coating made by silicate electrolyte is higher than that of coating made by aluminate electrolyte

    Keywords: Plasma electrolytic oxidation, Magnesium alloy, Piston, Corrosion