فهرست مطالب

تحقیقات موتور - پیاپی 51 (تابستان 1397)

نشریه تحقیقات موتور
پیاپی 51 (تابستان 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/04/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • عادل بصیری، محمد آزادی*، فرشید مقدم صفحات 3-19
    در این مقاله، به تخمین عمر خستگی مکانیکی- حرارتی بستار یک موتور دیزل سواری پرداخته شده است. ابتدا از الگوی ارتجاعی- مومسان لزج دولایه موجود در نرم افزار آباکوس، به منظور محاسبه توزیع تنش و کرنش در بستار استفاده شده است. ثوابت مادی این الگو، با تطبیق منحنی های هیسترزیس تنش- کرنش حاصل از شبیه سازی و آزمون های خستگی کمچرخه و مکانیکی- حرارتی، بر روی همبسته آلومینیم- سیلیسیم- منیزیم بدست آمده است. به منظور تخمین عمر خستگی بستار، از دو الگوی آسیب خستگی پرکاربرد، شامل الگوی انرژی کرنشی مومسان تصحیح شده و الگوی شهید اغلو استفاده شده است. نتایج هر دو الگو، مکان ترک خستگی در بستار را بین دریچه ها تخمین زدند که این نتیجه با مشاهدات تجربی مطابقت دارد. نتایج هر دو الگو نیز، مشابه بوده اما الگوی انرژی، با توجه به سادگی فرمولاسیون آن و تعداد کمتر ثوابت مادی، الگوی مناسب تری نسبت به الگوی شهید اغلو، برای تخمین عمر خستگی مکانیکی- حرارتی قطعات، بشمار می رود.
    کلیدواژگان: تحلیل اجزای محدود، بستار موتور دیزل سواری، خستگی مکانیکی- حرارتی، الگوی شهید اغلو، الگوی انرژی کرنش مومسان
  • مهرداد ناظمیان، الهه نشاط*، رحیم خوشبختی، کامران پورقاسمی صفحات 21-34
    موتورهای اشتعال تراکمی کنترل واکنشی به دلیل داشتن احتراق دما پایین، بازده حرارتی بالا با مقادیر اندک آلایندهای اکسیدهای نیتروژن و دوده را دارا می باشند. در این دسته از موتورها ضمن اینکه سوخت با واکنش پذیری پایین در راهگاه ورودی به هوا اضافه می شود، سوخت با واکنش پذیری بالا به داخل محفظه احتراق پاشیده می شود. هدف از این مطالعه بررسی تاثیر پارامترهای هندسی موتور بر نابودی اگزرژی در موتورهای اشتعال تراکمی کنترل واکنشی می باشد. در این مطالعه، از دو سوخت گاز طبیعی و دیزل به عنوان سوخت با واکنش پذیری پایین و بالا استفاده شده و اثر دو پارامتر هندسی شامل عمق کاسه پیستون و ارتفاع شکاف ناحیه بالای رینگ اول بر ترم های مختلف اگزرژی بررسی شده است. موتور با استفاده از یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی شده و داده های به دست آمده از روش عددی با داده های تجربی مقایسه شده و صحت مدل مورد ارزیابی قرار گرفته است. اگزرژی ترمومکانیکی، شیمیایی، کار و انتقال یافته در اثر انتقال حرارت و مقدار بازگشت ناپذیری در هر گام زمانی محاسبه شده اند. نتایج به دست آمده نشان می دهند که عمق کاسه پیستون تاثیر قابل ملاحظه ای بر اگزرژی انتقال حرارت دارد و ارتفاع شکاف ناحیه بالای رینگ اول در مقایسه با عمق کاسه پیستون، تاثیر بیشتری بر اگزرژی شیمیایی دارد. همچنین عمق کاسه پیستون در مقایسه با ارتفاع شکاف ناحیه بالای رینگ اول اثر بیشتری بر بازگشت ناپذیری دارد.
    کلیدواژگان: موتورهای اشتعال تراکمی کنترل واکنشی، اگزرژی، گاز طبیعی، دیزل، پارامترهای هندسی پیستون
  • علیرضا حاجی علی محمدی*، سعید رحمانی، هادی فتح اللهی، مصطفی میرسلیم صفحات 35-42
    با گسترش و پیشرفت فناوری های نوری، استفاده از روش های متفاوت تصویربرداری برای مطالعه خصوصیات مختلف فواره تزریق مستقیم بنزین در حال توسعه یافتن است. در این مقاله هدف بررسی اثر دو مشخصه زاویه کلی فواره و سطح تصویر شده فواره در تعیین نحوه پخش شوندگی فواره و مقایسه آنها در اثربخشی سنجش این معیار فواره می باشد. افشانه مورد بررسی از نوع افشانه تزریق مستقیم چندسوراخ بود و به منظور تولید فشار مورد نیاز پاشش سوخت، سامانه پاشش سوخت انباره ای طراحی و ساخته شد و برای آزمون ها مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به بررسی تجربی انجام شده، مشخص شد که مشخصه زاویه کلی فواره، معیار درستی برای سنجش قابلیت پخش شوندگی فواره در محیط نیست. مشخصه سطح تصویر شده فواره نیز بررسی شد و این نتیجه حاصل شد که این مشخصه بیان صحیحی از پخش شوندگی فواره بخصوص برای افشانه های تزریق مستقیم چند سوراخ را ارائه می دهد. برای محاسبه سطح تصویرشده از روش نوری شیارین برای عکسبرداری از فواره سوخت استفاده شد و به کمک روش پردازش تصویر، میزان سطح تصویر شده فواره محاسبه شد. در ادامه بر این اساس پخش شوندگی فواره برای فشارهای مختلف محیط و پاشش سوخت بررسی شد که به ترتیب روند کاهشی و افزایشی پخش شوندگی فواره با افزایش فشار محیط و پاشش سوخت به دست آمد، همچنین در بررسی صورت گرفته برای فشار های محیط کمتر از فشار جو (نزدیک به شرایط خلا) و مقایسه آن با فشارهای بیشتر از آن، مشخص شد که در فشارهای کمتر از فشار جو، سرعت پخش شوندگی فواره در محیط با افزایش فشار پاشش سوخت روند افزایشی دارد، درحالی که در فشارهای بیشتر از فشار جو این سرعت تقریبا ثابت است.
    کلیدواژگان: افشانه، تزریق مستقیم، شیلرین، زاویه، عکسبرداری، چندسوراخ
  • بهرام بحری*، فربد جهاندیده، محسن تیموری صفحات 43-52
    در سال های اخیر از روش های نویدبخشی برای افزایش بازده حرارتی، کاهش آلودگی های اکسید نیتروژن و ذرات معلق موتورها استفاده شده است که از موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن با سوخت اتانول می توان به عنوان نمونه نام برد. ولی با وجود مزایای فراوان این موتورها، همچنان با مشکلاتی نظیر افزایش تولید مونوکسید کربن، هیدرو کربن نسوخته و تولید صدای احتراق در بارهای بالا روبرو هستند. در این مقاله از داده های تجربی یک موتور دیزل تک-سیلندر، هوا-خنک، پاشش مستقیم، چهار-زمانه یانمار توسعه داده شده به موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن با سوخت اتانول استفاده شده است. با استفاده از 38 نقطه عملکردی که در دور موتور ثابت 1550 دور بر دقیقه با تغییرات دمای هوای ورودی و نسبت هم ارزی (نسبت سوخت به هوا) بدست آمده اند، ارتباط تغییرات پارامترهای عملکردی، احتراقی و آلودگی یک موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن با سطح صدای احتراق مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که نرخ افزایش فشار بیشینه در سطح صدای احتراق پایین تر (CNL<85) افزایش چشمگیری ندارد ولی با افزایش نرخ افزایش فشار بیشینه ازbar/cad 4 سطح صدای احتراق افزایش یافته و به محدوده احتراق صدادار dB90 نزدیک شده و باعث تولید صدای احتراق بیشتر می شود. همچنین بیشترین فشار تولیدی در دور موتور 1550 دور بر دقیقه برابر bar 62 بوده که در محدود سطح صدای احتراق کمتر از dB 90 می باشد.
    کلیدواژگان: موتور احتراق دما پایین، اتانول، سطح صدای احتراق، شدت صدای موتور
  • کامیار نیکزادفر*، مهدی گریوانی، احمد شیخ رضایی صفحات 53-62
    استفاده از روش های مدل مبنا در طراحی و توسعه محصولات قوای محرکه خودرو رو به گسترش است. بهره گیری از روش های مدل مبنی در طراحی سامانه های کنترلی، بهینه سازی، زینه بندی و تحلیل حساسیت موتور، مستلزم در اختیار داشتن مدل های دقیق و در عین حال سریع است. در این مقاله، مدل فرآیند درون سیلندری موتور بنزینی تنفس طبیعی مجهز به سامانه زمانبندی متغیر پیوسته دریچه هوا با هدف استفاده در مدل مقدار میانگین توسعه یافته و نیز فرآیند زینه بندی مدل مبنای موتور، توسعه داده شده است. مدل فرآیند درون سیلندری، مدل ترمو-سیالاتی استاتیکی است که با دریافت شرایط مرزی حاکم بر سیلندر، مقادیر شاخص های عملکردی و آلایندگی سیکل موتور را پیش بینی می نماید. با توجه به زمان حل نسبتا بالای مدل های ترمو-سیالاتی موتور، استفاده مستقیم از این مدل ها در شبیه سازی های کنترلی موتور -بواسطه زمان حل نسبتا زیاد-، پاسخگوی نیاز مدل سازی کنترلی نخواهد بود. از این رو، در این مقاله ابتدا مدل ترمودینامیکی موتور در یک نرم افزار تجاری تحلیل سیکل های موتور توسعه داده شده و پس از صحه گذاری، نتایج مدل در ازای ورودی های مختلف در قالب داده های ورودی-خروجی آماده شده است. به منظور افزایش غنای داده ها، از روش سبل به منظور تولید داده های ورودی به مدل ترمودینامیکی استفاده شده است. در ادامه مجموعه داده های تولید شده، به شبکه عصبی چندلایه آموزش داده شده است. با توجه به روند تغییرات پارامترهای خروجی، از دو شبکه عصبی مجزا به منظور پیش بینی پارامترها استفاده شده است. به منظور صحت سنجی مدل، نتایج حاصل از مدل با مقادیر تجربی در شرایط عملکردی تمام بار و میان بار مقایسه شده است. مقایسه نتایج حاصل از مدل توسعه یافته با مقادیر تجربی نشان می دهد، مدل شبکه عصبی می تواند شاخص های عملکردی و آلایندگی موتور را در ازای ورودی های مختلف در شرایط تمام بار و میان بار موتور را با دقت مناسب و در زمان بسیار کوتاه پیش بینی نماید و از این رو می تواند در مدل های مقدار میانگین توسعه یافته و نیز زینه بندی مدل مبنا مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: مدل فرآیند درون سیلندری، مدل مقدار میانگین توسعه یافته، سامانه زمانبندی متغیر دریچه، شبکه عصبی
  • تهمورث عسگری*، ابوالفضل محمد ابراهیم، ناصر میقانی، حمیدرضا سرایی صفحات 63-74
    ارتعاشات یکی از عوامل ایجاد سایش و تخریب در قطعات مختلف موتور است. در موتورهای درون سوز عوامل اصلی ایجاد ارتعاش فشار احتراق در استوانه ها، وزن میله اتصال، وزن سنبه و نیروهای اینرسی ناشی از دوران میله اتصال و قسمت لنگ میل لنگ است. این ارتعاشات به مرور زمان موجب ایجاد سایش و تخریب در قطعات اصلی موتور مانند میل لنک، میل بادامک و بدنه استوانه می شود، که این خوردگی و تخریب بر عملکرد موتور تاثیر منفی می گذارد. از این رو تلاش می شود تا حد امکان این ارتعاشات را حذف و یا کم کرد .در موتورهای چند استوانه به منظور حذف عدم تعادل نیروها و ممان های ناشی از دوران، وزنه های تعادلی بر روی میل لنگ تعبیه می شود. در موتورهای تک و سه استوانه نمی توان اثرات این نیروها و ممان ها را با استفاده از وزنه های تعادلی به طور کامل از بین برد، بدین منظور برای حذف کامل این اثرات از میله های تعادل استفاده می شود. به همین منظور در این تحقیق، برای اولین بار میله تعادل و چرخ طیار مناسب برای یک موتور دیزل تک استوانه ای (مدل B112 شرکت کیاسا) به روش تحلیلی طراحی شده و با نتایج شبیه سازی به دست آمده از نرم افزارهای تخصصی، مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: موتور تک استوانه، ارتعاشات موتور، میله تعادل، میل لنگ، چرخ طیار
|
  • A. Basiri, M. Azadi *, F. Moghaddam Pages 3-19
    In this article, the thermo-mechanical fatigue lifetime of the cylinder head of a passenger-car diesel engine has been estimated. At the first stage, stress and strain distributions in the cylinder head have been calculated using the two-layer visco-plastic model, available in the ABAQUS software. The calibration of the model was performed, using correlating of simulated hysteresis curves and low-cycle fatigue (LCF) and thermo-mechanical fatigue (TMF) tests on the aluminum-silicon-magnesium alloy. In order to estimate the fatigue lifetime of the cylinder head, two common approaches including the corrected plastic strain energy model and the Sehitoglu’s model were utilized. Obtained results of both models showed that the fatigue crack area was located between valves, which could be verified by empirical observations of the fatigue crack area. Both models had similar results; however, the energy model was the optimal approach, in order to predict the fatigue lifetime of components, than that of the Sehitoglu’s model. The reason was simplified formulations and the lower number of material constants for the energy model, with respect to those of the Sehitoglu’s model.
    Keywords: Finite element analysis, Passenger-car diesel engine cylinder head, Thermo-mechanical fatigue, Sehitoglu’s model, Plastic strain energy model
  • M. Nazemian , E. Neshat*, R. Khoshbakhtisarai, K. Pourghasemi Pages 21-34
    The reactivity controlled compression ignition engines have high thermal efficiency and low exhaust emission of nitrogen oxides and soot because of low temperature combustion. In this type of engines, low reactivity fuel is injected to air through intake port and high reactivity fuel is injected into the combustion chamber during compression stroke. The aim of current study is to investigate the effect of engine geometrical parameters on different terms of exergy in reactivity controlled compression ignition engines. In this study natural gas and diesel fuel are used as low and high reactivity fuels and effects of top land height and depth of piston bowl on different exergy terms are investigated. Engine is simulated utilizing a CFD model and the numerical data are compared to experimental data and the validity of model is evaluated. Thermomechanical exergy, chemical exergy, work, irreversibility and exergy loss due to heat transfer are calculated at each time step. The results show that the depth of piston bowel has more significant effect on heat transfer exergy in comparison to the top land height. Also, comparison to depth of piston bowel, the top land height affects chemical exergy terms significantly. Comparison to the top land height, depth of piston bowl affects total irreversibility more significantly.
    Keywords: Reactivity controlled compression ignition engines, Exergy, Natural gas, Diesel, Engine geometrical parameters
  • S. Rahmani, A. Haljialimohammadi *, H. Fathollahy, S. M. Aghamirsalim Pages 35-42
    with developing of optical technologies, using of different imaging methods to study various properties of gasoline direct injection spray is under development. Scope of this article is  to study the effect of overall spray angle and spray projected area for determination of spray propagation and investigate the effectiveness of this criterion.  The injector was a multi-hole direct injection injector and for producing of the required injection pressure the accumulator type fuel injection system was designed and built and employed in the experiments. According to empirical study, it was found that the spray overall angle characteristic is not an appropriate criterion for measuring the spray propagation. the spray projected area also was investigated and it was found that this characteristic is a correct criterion for measuring the spray propagation especially for the multi hole GDI injectors spray. The Schlieren method was used for spray imaging and the spray projected area of image was extracted using image  processing technique. The propagation of the spray was also investigated for different chamber and injection pressures, which resulted a decreasing and increasing procedure in propagation with increasing environmental and injection pressures respectively. Also, investigation of the spray for chamber pressures less than the atmosphere pressure comparing with higher than atmosphere pressures, showed that at pressures less than the atmospheric pressure, the speed of spray propagation increases with increase of injection pressure, while at pressures More than the atmosphere pressure, this speed is almost constant.
    Keywords: Multi hole injector, Direct injection spray, High speed imaging, Schlieren optical system, Overal spray angle, Spray projected area
  • Bahram Bahri*, Farbod Jahandideh, Mohsen Teimouri Pages 43-52
    In recent years, promising methods have been used to increase thermal efficiency, reduce nitrogen oxide and particle matter, which can be described as an example of an ethanol fuelled HCCI engine. But despite the many benefits of these engines, they continue to face problems such as increasing carbon monoxide production, unburned hydrocarbon, and producing combustion noise at high loads. In this paper, one single cylinder, air cooled, direct injection Yanmar diesel engine is converted to HCCI engine fuelled with ethanol. With using 38 steady state HCCI operating points at 1550 RPM, the variation of operating, combustion parameters and air pollution were studied with combustion noise level (CNL). The results indicate that the maximum pressure rise rate at lower combustion noise (CNL <85) does not increase significantly, but with increasing the maximum pressure rise rate of 4 bar/cad, CNL increases dramatically and reaches to the vibrational range of 90 dB which produces combustion noise. Also, the maximum in-cylinder pressure at 1550 rpm is 62 bar, with a limit of combustion noise of less than 90 dB.
    Keywords: LTC, ethanol, combustion noise level, ringing intensity
  • Kamyar Nikzadfar*, Mahdi Garivani, Ahmad Sheikhrezaee Pages 53-62
    Today, employing model based design approach in powertrain development is being paid more attention. Precise, meanwhile fast to run models are required for applying model based techniques in powertrain control design and engine calibration. In this paper, an in-cylinder process model of a CVVT gasoline engine is developed to be employed in extended mean valve control oriented model and also model based calibration procedure. In-cylinder models are static thermos-fluid models, which predict the performance and emission index of engines based on boundary conditions of cylinder. Due to computations burden of thermos-fluid models, they are not fast enough to be used in control models. In this paper a validated thermodynamic model of engine is developed using a commercial engine analyzing software. The developed model is employed for generation input-output data sets which are used for training an artificial multi-layer neural network. In order to increase the richness of data, the Sobol method is employed to generate input data to thermodynamic model. Based on output trend, the output data are divided to two clusters and two corresponding distinct neural networks are employed. In order to validate the modeling performance the neural network results are compared to experimental results in both full and part load conditions. Comparison of neural network results with experimental results shows that the developed model is able to predict the engine emission and performance indices with required accuracy and fast enough in both full-load and part-load conditions and might be employed in extended mean value models as well as model based engine calibration with required performance.
    Keywords: In-cylinder process model, Extend mean value model, CVVT, Artificial neural network
  • Tahmoreth Asgari*, Abolfazl Mohammadebrahim, Naser Mighani, Hamidreza Saraei Pages 63-74
    Vibration is a key factor of abrasion and destruction in the internal combustion engine. In internal combustion engines, the main causes of vibration is combustion pressure, connecting rod weight, piston weight and inertial forces. This vibration create corrosion and fracture in main part of engine such as crankshaft, camshaft and cylinder block in long time. This corrosion and fracture is effective on engine performance. Therefore is trying reduce or remove this vibrations for better engine performance. In multi cylinder engine, Counterweights are fitted on the crankshaft to eliminate the unbalance of forces and moments. In single and three-cylinder engines, the effects of inertia forces and moments cannot be completely eliminated using by counterweights. So balancer shaft is used to completely remove these effects. For the first time, the balancing shaft and flywheel is design with analytic equation and compare with result of simulation for one-cylinder diesel engine. (B112 of KIASA Company)
    Keywords: One-cylinder engine, Engine vibration, Balancer shaft, Crankshaft, Flywheel