فهرست مطالب

نشریه تحقیقات موتور
پیاپی 73 (زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • آرش محمدی*، نیما عجمی، امیرحسین پریور، پیمان شرقی صفحات 1-13

    در این پژوهش، الگوی سه بعدی دینامیک سیالات محاسباتی برای بررسی رفتار افشانه سوخت و احتراق در موتوری سه ‏استوانه با استفاده از افشانه شش سوراخ ایجاد شد. برای اعتبارسنجی الگو، فشار داده درون استوانه در شرکت تحقیقات موتور ایران خودرو (ایپکو) تحت شرایط دریچه گاز کاملا باز و 5500 دور در دقیقه انجام شد. داده های به دست آمده در الگوی دینامیک سیالات محاسباتی برای شبیه سازی تزریق افشانه و فرآیند احتراق در داخل استوانه در طول تزریق سوخت گنجانده شد. دمای قطره و توزیع لامبدا طی 30 تا 279 درجه پس از تزریق نمایش داده شدند. توزیع دما در طول 2 تا 40 درجه بعد از نقطه مکث بالا در مقاله نشان داده شده است. در نهایت سوخت تبخیر شده و لایه سوخت دیواره بستار، آستر، سمبه و دریچه ‏های ورودی و خروجی بررسی شده است.

    کلیدواژگان: موتور بنزینی پاشش مستقیم، افشانه سوخت، آماده سازی مخلوط، شبیه‏ سازی افشانه
  • سید محسن مستشارشهیدی، محمدکسری سلامت، برات قبادیان*، مسعود مسیح تهرانی صفحات 14-26

    یکی از روش های رایج در پایش مقدار مصرف سوخت و آلایندگی وسائل نقلیه استفاده از چرخه رانندگی اختصاصی آن خودرو است. به دلیل اهمیت استخراج چرخه رانندگی در خودروهای سواری، اغلب تحقیقات به سمت بررسی چرخه رانندگی خودروهای سبک بوده است. یکی از چالش های مهم در استخراج چرخه رانندگی هر وسیله نقلیه ای تحلیل داده ها، طبقه بندی و تشخیص الگوی رانندگی است. از جمله وسائط نقلیه غیرجاده ای، تراکتورهای کشاورزی است که اندازه آن ها بستگی به عملیات کشاورزی دارد. همچنین عملیات کشاورزی انجام شده در مصرف سوخت، بارگذاری و آلایندگی تراکتورهای کشاورزی اثرگذار است. روش های جدید تحلیل و تشخیص الگوی رانندگی عموما بر اساس روش های مبتنی بر هوش مصنوعی است. معمولا دقت تشخیص و الگوی روش های مبتنی بر هوش مصنوعی بزرگتر از %90 است و دیگر ویژگی آن ها در تطبیق با کلان داده هاست. نتایج این تحقیق نشان داد که استفاده از روش های متداول یادگیری ماشین برای خوشه بندی و طبقه بندی برای هر حجمی از ویژگی ها قابل استفاده است.  با این حال، افزایش ویژگی ها، پیچیدگی تقسیم بندی نواحی و تاثیر عوامل مدیریت مزرعه باعث اختلال در روند آموزش الگو و کاهش دقت چرخه رانندگی استخراج شده و پیش بینی رفتار رانندگی می شود. بنابراین استفاده از الگوهای پیشرفته با قابلیت یادگیری عمیق برای بهبود دقت استخراج چرخه رانندگی در تراکتورهای کشاورزی ضروری است. لذا استخراج چرخه رانندگی هوشمند برای تراکتورهای کشاورزی بر اساس نوع عملیات کشاورزی به کمک روش های هوش مصنوعی می تواند موجب طراحی بهینه این دست از وسائط نقلیه غیر جاده ای شود و بطور همزمان خروجی های آلایندگی و متغیرهای اثرگذار عملیات کشاورزی را در الگوی رانندگی دخیل کند.

    کلیدواژگان: هوش مصنوعی، یادگیری ماشین، یادگیری عمیق، تراکتور کشاورزی، الگوی چرخه رانندگی
  • الساندرو مونتانارو*، لوئیجی آلوکا، جیووانی مکاریلو صفحات 27-39

    سوختن سوخت های سنگواره‏ ای در موتورهای احتراق داخلی که منجر به حجم عظیمی از گازهای گلخانه ای (GHG) و افزایش شدید دمای جهانی می شود، دلایل سختگیرانه تر شدن قوانین آلایندگی برای حفاظت از سلامت هستند که تحقیقات بیشتر در مورد سوخت های جایگزین را تشویق می کنند. در این راستا، هیدروژن به دلیل ماهیت کربن صفر آن، به عنوان یکی از سوخت های بالقوه پاک در نظر گرفته شده است. توسعه فعلی موتورهای احتراق داخلی مبتنی بر هیدروژن بر راهبرد تزریق مستقیم (DI) متمرکز است زیرا باعث می شود بازده موتور بهتری نسبت به تزریق سوخت در راهگاه داشته باشد. رفتار فواره سوخت یک جنبه اساسی از نسبت اختلاط هوا به سوخت درون استوانه است که بر فرآیند احتراق، عملکرد موتور و انتشار آلاینده ها تاثیر می گذارد. در مطالعه حاضر، بررسی های جامعی در مورد رفتار فواره هیدروژن تولید شده توسط یک افشانه گاز هیدروژن فشرده شده (CHG) تحت شرایط مختلف عملیاتی، انجام شد. یک سامانه اندازه گیری مناسب برای سوخت های گازی برای اندازه گیری نرخ جریان استفاده شد. ریخت‏ شناسی فواره سوخت در یک مخزن با حجم ثابت پر از ازت به عنوان تابعی از فشار تزریق (تا 4.0 مگاپاسکال) و فشار برگشتی متفاوت در ظرف، از طریق اندازه گیری نفوذ فواره، کل مساحت و زوایای مخروط که وابستگی شدید به متغیرهای تنظیم شده را نشان می دهد مطالعه شد. روش تصویربرداری شلیرن حل شده با چرخه توسط دوربینی با سرعت تند برای پیگیری گسترش فواره استفاده شد، در حالی که تصاویر توسط یک روش ساخت خانگی پردازش شدند، اجازه شناسایی خطوط فواره هیدروژن در گاز ازت و در نتیجه اندازه گیری متغیرهای اصلی مشخص کننده ساختار فواره فراهم شد.

    کلیدواژگان: تزریق هیدروژن، تزریق مستقیم، سوخت گازی
  • مهدی حسینی، ابوالفضل محمدابراهیم* صفحات 40-55

    با توجه به اهمیت و تاثیر جریان های چرخشی داخل استوانه بر عملکرد موتورهای احتراق داخلی و تاثیر مستقیم این جریان ها بر کاهش مقدار انتشار گازهای گلخانه ای و کاهش مصرف سوخت، بررسی ویژگی های این جریان ها ضروری است. بنابراین موضوع حصول اطمینان از عملکرد دستگاه های چرخش سنج و صحت نتایج بدست آمده از اندازه ‏گیری ضروری می‏ شود. با توجه به عدم وجود مرجع مشخص و استاندارد و احتمال از دست رفتن عملکرد مطلوب دستگاه گرداب سنج در طول زمان، وجود روش و وسیله ‏ای برای تایید و تنظیم آن ضروری است. مطالعه حاضر به منظور اعتبارسنجی عملکرد دستگاه چرخش سنج پارویی و طراحی روشی جدید و آسان برای تنظیم آن انجام شد. نتایج شبیه‏ سازی انجام شده به روش خانه ‏بندی دینامیکی بسیار نزدیک به نتایج به دست آمده از آزمایش تجربی است و از دقت قوی برخوردار است، زیرا به طور مستقیم عملکرد دستگاه چرخش سنج پارویی را شبیه‏ سازی می‏ کند، اما از طرف دیگر نیاز به یک هزینه محاسباتی گران است. با توجه به نتایج به دست آمده از حل عددی و آزمایش تجربی، استفاده همزمان از تجهیزات تنظیم به همراه وابستگی همبستگی به عنوان یک روش سریع و با دقت قوی پیشنهاد می شود.

    کلیدواژگان: جریان چرخشی، چرخش سنج چرخ پارویی، چرخش سنج گشتاور ضربه‏ ای، میز جریان، تنظیم
  • محمدحسین یزدی، مهدی علیاری شوره دلی*، اشکان موسویان صفحات 56-68

    تشخیص و اصلاح عیوب شمع ها در جلوگیری از مسائل موتور که می تواند منجر به عواقب عملیاتی و مالی قابل توجهی شود، بسیار مهم است. برای افزایش دقت و استحکام تشخیص عیب شمع، این تحقیق یک رویکرد ترنسفورمر پیچشی را معرفی می کند که از نقاط قوت شبکه های عصبی و ترنسفورمرها استفاده می کند تا به طور موثر وابستگی های زمانی محلی و طولانی را در علامت های صوتی شمع ها ثبت کند. نتایج این رویکرد پیشگامانه، همانطور که در جداول و شکل های همراه ارائه شده است، عملکرد برتر آن را نشان می دهد و به دقت چشمگیر 97.1% در مسئله چالش برانگیز طبقه بندی 4 کلاس صرفا با استفاده از علامت های صوتی دست یافته است. این دستاورد نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در حوزه تشخیص عیب شمع است، با ظرفیت راه اندازی روش های تشخیصی مطمئن تر و دقیق تر، که در نهایت به جلوگیری از خرابی های پرهزینه موتور و افزایش طول عمر موتور کمک می کند. همانطور که صنعت خودرو به تکامل خود ادامه می دهد، پذیرش روش های یادگیری عمیق مانند مبدل‏ های ضرب پیچشی یک راه امیدوارکننده برای افزایش قابلیت اطمینان و عملکرد موتورهای احتراق داخلی ارائه می دهد و اهمیت این تحقیق را در زمینه پیشرفت های آینده خودرو برجسته می کند.

    کلیدواژگان: تشخیص عیب، شمع موتور، داده های صوتی، ترنسفورمر پیچشی، یادگیری ماشین
  • علی آصف*، نیما عجمی کاشانی، امیرحسین پریور، احسان ذاکری، محسن محسنی راد صفحات 69-80

    موتور احتراقی با چرخه آتکینسون نقش مهمی را در پیشرفت خودروهای دورگه به واسطه مصرف سوخت بهتر در مقایسه با موتور با چرخه اتو ایفا می‏ کند. تحلیل ترمودینامیکی بر مزیت بازده چرخه اتکینسون با در نظر گرفتن عواملی از جمله افزایش نسبت انبساط و نسبت تراکم که به طور کلی تاثیر بر بازده کلی دارد، تاکید می‏ کند. این مقاله تغییر چرخه اتو در یک موتور به چرخه آتکینسون با دیرتر بسته شدن دریچه‏ های هوا و افزایش نسبت تراکم را بررسی می‏ کند. افزایش نسبت تراکم از 10.7 به 12.4 با هدف غلبه بر نقص چرخه آتکینسون، که با کاهش نسبت تراکم واقعی رخ می دهد بهینه شده است. نرم افزار جی تی پاور برای شبیه‏ سازی عملکرد موتور در نقاط کاری مختلف استفاده شده است و آزمون‏ های جامعی برای ارزیابی عملکرد، مصرف سوخت و مشخصه‏ های احتراقی موتور آتکینسون اجرا شده است. نتایج تجربی نشان می‏ دهد که موتور آتکینسون مصرف سوخت کمتری نسبت به موتور با چرخه اتو دارد و بهترین بازده ترمودینامیکی از 34 به 34.6 افزایش یافته است. همچنین بازه نقاط کاری با بازدهی زیاد در موتور آتکینسون افزایش یافته است. علاوه بر این ناحیه کاری با کمترین مصرف سوخت موتور در دورهای متوسط و کند و در بارهای متوسط و قوی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: خودروی دورگه، چرخه آتکینسون، مصرف سوخت، بازده حرارتی، تحلیل احتراقی
|
  • Arash Mohammadi *, Nima Ajami, Amirhossein Parivar, Peyman Sharghi Pages 1-13

    In this research, a 3D-CFD model was created to investigate the behavior of spray and combustion in a three-cylinder GDI engine using a six-hole nozzle injector. To validate the model, in-cylinder data pressure was conducted at Iran Khodro Power Train Company (IPCO) under wide-open throttle and 5500 rpm conditions. The obtained data were incorporated into the CFD model to simulate the spray evolution and combustion process inside the cylinder during fuel injection. Droplet temperature and lambda distribution from 30 deg to 279 deg after injection Were displayed. Temperature distribution during 2 to 40 deg ATDC was illustrated in the paper. Finally, evaporated fuel and wall film of the cylinder head, liner, and piston. Intake and exhaust valves and equivalence ratio in the combustion chamber have been studied.

    Keywords: GDI, Injector, Mixture Preparation, Spray Modeling
  • Seyyed Mohsen Mostasharshahidi, Mohammadkasra Salamat, Barat Ghobadian *, Masoud Masih-Tehrani Pages 14-26

    Driving cycle assessment is one of the common methods to evaluate a vehicle’s real-world condition also monitor fuel consumption and emissions. The basic challenge in the extraction of the driving cycle is data analysis to develop and define the suitable behavior of the device. Clustering, classification, and recognition of driving patterns are important steps in the extraction of a suitable driving cycle. Generally, the accuracy of modeling and recognition of AI-based methods is indicated by more than 90% and other outputs comply with big data. Thus, in this research, we endeavored to evaluate the effect of using artificial intelligence on the driving cycle of off-road vehicles. The major part of off-road vehicles are agricultural vehicles such as tractors which are divided into three categories based on agriculture operations; light, heavy, and extra heavy. In addition, the procedure of agricultural operation is effective on fuel consumption, loading, and exhaust emissions. The results of this research showed that the use of conventional machine learning methods for clustering and classification can be used for any volume of features. However, with an increase in features, the complexity of region segmentation and the effect of farm management factors cause overtraining conditions in the learning algorithm and reduce the accuracy of the extracted driving cycle and prediction of driving behavior. Therefore, it is necessary to use advanced algorithms with deep learning capabilities. Therefore, extracting the intelligent driving cycle for agricultural tractors based on the type of agricultural operation with the help of artificial intelligence methods can reduce fuel consumption, pollution, and optimal farm management.

    Keywords: Artificial Intelligence, Machine Learning, Deep Learning, Agricultural Tractor, Driving Cycle Recognition
  • Alessandro Montanaro *, Luigi Allocca, Giovanni Meccariello Pages 27-39

    The combustion of fossil-based fuels in ICEs, resulting in a huge amount of greenhouse gases (GHG) and leading to an immense global temperature rise, are the root causes of the more stringent emission legislations to safeguard health and that encourage further investigations on alternative carbon-neutral fuels. In this respect, the hydrogen has been considered as one of the potential clean fuels because of its zero-carbon nature. The current development of hydrogen-based ICEs focuses on the direct injection (DI) strategy as it allows better engine efficiency than the port fuel injection one. The behavior of the fuel jet is a fundamental aspect of the in-cylinder air-fuel mixing ratio, affecting the combustion process, the engine performances, and the pollutants emissions.In the present study, comprehensive investigations on the hydrogen jet behavior, generated by a Compressed Hydrogen Gas (CHG) injector under different operative conditions, were performed. A measuring system, suitable for the gaseous fuels, was used for measuring the flow rate. The fuel jet morphology was studied in a constant volume vessel filled with nitrogen as function of the injection pressure (up to 4.0 MPa) and different backpressure in the vessel, through the measurements of the jet penetrations, total areas, and cone angles showing a strong dependence from the set parameters. The cycle-resolved schlieren imaging technique by a high-speed camera was used to follow the jet spreads while the images were processed by a home-made procedure allowed to identify the contours of the hydrogen jet in the nitrogen gas and hence to measure the main parameters characterizing the jet structure.

    Keywords: Hydrogen Injection, Direct Injection, Gaseous Fuel
  • Mahdi Hosseini, Abolfazl Mohammadebrahim * Pages 40-55

    Considering the importance and the effect of the rotating flows inside the cylinder on the performance of internal combustion engines and the direct effect of these flows on reducing the amount of greenhouse gas emissions and reducing fuel consumption, it is essential to investigate the characteristics of these flows. Therefore, the issue of ensuring the performance of the swirl meters and the accuracy of the results obtained from the measurement becomes essential. Due to the lack of a specific and standard reference and the loss of performance of the swirl meter over time, it is necessary to have a method and means for its verification and calibration. The present study was carried out to validate the performance of the paddle wheel swirl meter and design a new and easy method for its calibration. The results simulation performed by the dynamic mesh method are very close to the results obtained from the experimental test and have high accuracy, because it directly simulates the performance of the paddle wheel swirl meter, but on the other hand, it requires a very high computational cost. According to the results obtained from the numerical solution and experimental test, the simultaneous use of the calibration equipment along with the correlation relationship is suggested as a fast and high-precision method.

    Keywords: Rotational Flow, Paddlewheel Swirl Meter, Impulse Torque Swirl Meter, Flow Bench, Calibration
  • Mohammadhossein Yazdi, Mahdi Aliyari-Shoorehdeli *, Ashkan Moosavian Pages 56-68

    Detecting and rectifying spark plug faults are pivotal in preventing engine-related issues that can have substantial operational and financial consequences. To improve the accuracy and robustness of spark plug fault diagnosis, this research introduces a novel Convolutional Transformer approach that leverages the strengths of Convolutional Neural Networks and Transformers, which effectively capture both local and extended temporal dependencies within spark plug acoustic signals. The results of this groundbreaking approach, as presented in accompanying tables and figures, demonstrate its superior performance, achieving an impressive 97.1% accuracy in a challenging 4-class classification scenario using solely acoustic signals. This achievement signifies a significant advancement in spark plug fault detection, potentially ushering in more reliable and precise diagnostic methods, ultimately contributing to the prevention of costly engine breakdowns and the extension of engine lifespan. Deep learning techniques such as Convolutional Transformers offer a promising way to improve the reliability and performance of internal combustion engines as the automotive industry continues to evolve, highlighting the importance of this research for future automotive developments.

    Keywords: Fault Detection, Engine Spark Plug, Acoustic Signal, Convolutional Transformer, Machine Learning
  • Ali Asef *, Nima Ajami Kashani, Amirhossein Parivar, Ehsan Zakeri, Mohsen Mohsenirad Pages 69-80

    The Atkinson cycle engine plays a crucial role in advancing Hybrid Electric Vehicles (HEVs) due to its superior fuel efficiency compared to the Otto cycle engine. Thermodynamic analysis highlights the Atkinson cycle's significant advantage in cycle efficiency, with factors such as the expansion ratio and effective compression ratio, influencing overall efficiency. This investigation focuses on converting an Otto cycle engine to an Atkinson cycle engine by implementing late intake valve closing and increasing the compression ratio. The optimization of the high geometric compression ratio from 10.7 to 12.4 aims to overcome the Atkinson cycle's drawback, where combustion performance deteriorates due to a reduction in the effective compression ratio. GT-Power software is used to simulate engine performance under various operating points, and comprehensive experiments are conducted to determine the performance, fuel consumption, and combustion characteristics of the developed Atkinson engine. Experimental results show that the Atkinson cycle engine exhibits substantially lower overall fuel consumption compared to the Otto cycle engine, with an improvement in maximum thermal efficiency from 34% to 34.6%. Additionally, the fuel-efficient range of the Atkinson cycle engine surpasses that of the Otto cycle engine, with the minimum fuel consumption area now occurring at low-medium speed and medium-high-load operational conditions.

    Keywords: Hybrid Electric Vehicle, Atkinson Cycle, Fuel Consumption, Thermal Efficiency, Combustion Analysis