تحقیقات موتور
سال:1390 | دوره:7 | شماره:23 |تعداد مقالات:8

حرکت رفت و برگشتی سمبه موجب ایجاد تراکم و انبساط و حرکت سیال در داخل محفظه لنگ می شود. انرژی اتلافی حاصل از این حرکت یکی از عوامل کاهش بازدهی به شمار می آید. در این تحقیق افت اصطکاکی و نوسانات فشار در محفظه لنگ به صورت تجربی و عددی برآورد می شود. به منظور بررسی مقدار دامنه نوسانات فشار، مقادیر فشار زیر سمبه ها با حساسه فشار پیزوالکتریک با بسامد 80 کیلوهرتز با تغییرات زاویه لنگ اندازه گیری می شود. مقایسه نتایج نشان دهنده قابلیت خوب الگوهای یک بعدی برای شبیه سازی نوسانات فشار و افت تلمبه ای در محفظه لنگ به خصوص برای سرعت های کم در صورت در نظر گرفتن تاثیر حرکت میل لنگ می باشد. با افزایش سرعت و محسوس تر شدن تاثیر چرخش میل لنگ، تفاوت پیش بینی الگوی یک بعدی با آزمایش تجربی بیشتر می شود. در این تحقیق با پیشنهاد یک مدل اصلاحی برای در نظر گرفتن تغییر مساحت ناشی از حرکت میل لنگ، خطای شبیه سازی یک بعدی تا حد قابل ملاحظه ای کاهش یافته است. همچنین مساحت پنجره رابط فضای زیر استوانه ها بسته شده و تاثیر این بسته شدن در افت تلمبه ای دیده شده است. با توجه به نتایج به دست آمده، در سرعت های کم، بسامد نوسانات فشار محفظه لنگ، دو برابر بسامد ناشی از سرعت موتور و در سرعت های زیاد برابر بسامد ناشی از سرعت می شود. همچنین با افزایش سرعت موتور، دامنه نوسانات به صورت چشمگیری افزایش می یابد. در عین حال کاهش مساحت رابط زیر استوانه ها سبب افزایش چشمگیر میزان افت تلمبه ای موتور می شود.

یکی از متغیرهای موثر بر عملکرد موتورهای افشانه ای و میزان آلاینده های خروجی از آن ها، تعیین سازوکار زمانی پاشش و زمان مناسب برای پاشش در هر کدام از سازوکارها می باشد. زمان پاشش سوخت به طور مستقیم بر چگونگی تبخیر سوخت، اختلاط هوا و سوخت، میزان تشکیل غشا (فیلم) مایع در راهگاه و میزان سوخت وارد شده به استوانه تاثیر گذاشته و بر این اساس تاثیر مهمی در عملکرد مناسب موتور و پایش میزان آلاینده های خروجی به خصوص HC ایفا می کند. در این مقاله تاثیر زمان پاشش سوخت در سازوکار زمانی ترتیبی با استفاده از الگوی ایجاد شده از موتور) XU7JP–L3 استفاده شده در خودروی سمند) در نرم افزار مهندسی Wave و با استفاده از الگوی افشانه پالس ویدس بررسی می شود و با نتایج آزمایش موتور در سرعت های 2600 و 6000 د.د.د در حالت تمام بار و نیمه بار مقایسه می شود. دقت شبیه سازی با استفاده از داده های حاصل از آزمایش گرم موتور تایید شده و با توجه به میزان گشتاور موتور و آلاینده های خروجی از موتور، حالت پاشش باید به گونه ای باشد که بیشتر قطرات سوخت در انتهای مرحله تخلیه و در زمان باز شدن دریچه ورودی به پشت آن برسند.

بیودیزل سوختی است که از روغن های گیاهی و بافت های چربی تولید می شود. بیودیزل با نسبت های مختلفی با سوخت دیزل در موتورهای احتراق داخلی استفاده می گردد. سروصدا و ارتعاشات تولید شده در موتورهای دیزلی اثرات مخربی بر کاربران دارند. هم اکنون تحقیقات کمی در ارتعاشات بیودیزل و مخلوط های آن در دنیا وجود دارد. به همین منظور، در این تحقیق ارتعاشات مخلوط های مختلف سوخت بیودیزل با دیزل بر روی موتور چهار زمانه دیزلی پرکینز 6-1006، قبل و بعد از تعمیر موتور بررسی گردید. برای شبیه سازی ارتعاشات، از شبکه عصبی مصنوعی استفاده شد. به این دلیل که روش های شبکه عصبی نسبت به بسیاری از روش های معمولی آماری و قطعی مزایای بیشتری دارند. نتایج نشان داد که مقدار ارتعاش به مقدار چشمگیری بعد از تعمیر موتور کاهش می یابد. مخلوط سوخت به طور معنی داری بر مقدار ارتعاش تاثیر داشت. همچنین ثابت شد که موتور دیزل با مخلوط های سوخت B40 و B20 کمترین مقدار ارتعاش را دارد. بیشترین ارتعاش موتور نیز برای مخلوط های سوخت B15 و B30 مشاهده شد. نتایج نشان داد که بین مقادیر جذر میانگین مربعات شتاب و شبکه عصبی تطابق خوبی وجود دارد و میزان خطا در اکثر الگوها تقریبا نزدیک به صفر است. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی شبکه عصبی با نتایج بدست آمده از آزمایش نشان داد که شبکه های عصبی ابزار قدرتمندی برای شبیه سازی ارتعاش در موتور هستند.

با توجه به آلایندگی های زیست محیطی ناشی از موتورهای احتراق داخلی و کاهش منابع سوختهای فسیلی، گاز طبیعی فشرده به عنوان جایگزینی برای سوخت بنزین مصرفی خودروها بسیار مورد توجه قرار دارد. گاز طبیعی فشرده در جایگاه سوخت کمکی نسبت به بنزین دارای مزایایی شامل عدد اکتان بزرگتر و کاهش تولید آلاینده های دی اکسید کربن، مونواکسید کربن و هیدروکربن نسوخته می باشد. در این مقاله، از الگوی شبیه سازی ترمودینامیکی شبه ابعادی برای شبیه سازی و پیش بینی عملکرد موتور احتراق داخلی جرقه ای چهار استوانه استفاده شده است. الگو، متغیرهای عملکرد موتور شامل توان و مصرف ویژه سوخت داخلی (اندیکاتوری) را به همراه آلاینده های زیست محیطی شامل دی اکسید کربن، مونواکسید کربن، هیدروکربنهای نسوخته و مونواکسید نیتروژن پیش بینی می نماید. نتایج بدست آمده از شبیه سازی با نتایج تجربی مقایسه گردیده است. این مقایسه ها بر روی یک موتور احتراق داخلی جرقه ای بنزینی که گاز سوز شده، در سه حالت عملکردی مختلف بنزین سوز، گاز سوز و دوگانه سوز انجام گرفته است. نتایج پیش بینی شده شامل منحنی تغییرات فشار استوانه به همراه متغیرهای عملکردی موتور تطابق خوبی را با مقادیر تجربی نشان می دهند.

محیطهای متخلخل در مشعلها به منظور پایداری احتراق با مخلوطهای رقیق، افزایش توان خروجی و کاهش آلاینده های حاصل از احتراق، کاربرد زیادی دارند. مشخصه موتورهای احتراق داخلی آینده میزان آلایندگی بسیار کم به همراه کمترین مقدار مصرف سوخت تحت تمام شرایط کارکرد موتور می باشد و این متغیرها وابسته به تشکیل فرآیند مخلوط و احتراق است، این هدف با همگن کردن فرآیند احتراق امکان پذیر است که پایش آنها در موتورهای احتراق داخلی بسیار مشکل است. در این مقاله شبیه سازی موتور تزریق مستقیم انجام گرفته که در بستار آن فضایی مکعب مستطیلی برای محیط متخلخل ایجاد شده، که محیط متخلخل تنها وظیفه بازیاب را دارد و از لحاظ شیمیایی بی اثر است. مطالعه سه بعدی جریان و احتراق داخل استوانه و محیط متخلخل همزمان با یکدیگر با استفاده از برنامه تصحیح شده کیوا انجام شده است. به دلیل نبود نتایج آزمایشگاهی منتشر شده برای موتورهای محیط متخلخل، برای اعتبار نتایج پخش موج احتراقی با نتایج آزمایشگاهی مخلوط هوا و متان رقیق در بستر متخلخل، مقایسه شده است. سوخت متان داخل موتور محیط متخلخل پاشیده می شود و مخلوط رقیقی به همراه احتراق حجمی اتفاق می افتد. تشکیل مخلوط، تغییرات فشار و دما در هر دو حالت جامد و سیال محیط متخلخل و سیال داخل استوانه به همراه تولید آلاینده های مونوکسید کربن و مونوکسید نیتروژن بررسی شده است. همچنین اثر زمان پاشش روی توزیع فشار و دمای محیط متخلخل و سیال داخل استوانه در یک چرخه بسته بررسی شده است.

بسیاری از قطعات مکانیکی موتور خودرو و سازه هایی که در نیروگاه ها، صنایع پتروشیمی، هوایی و غیره به کار می روند، تحت بارگذاری های نوسانی مختلف مکانیکی و حرارتی قرار دارند. خستگی حرارتی-مکانیکی مهم ترین عامل شکست در این گونه قطعات است. بنابراین بررسی روش های مختلف ارزیابی عمر خستگی حرارتی مکانیکی از اهمیت زیادی برخوردار است. وقتی قطعات تحت چرخه های حرارتی دما داغ و بطور هم زمان تحت چرخه های کرنش مکانیکی قرار می گیرند، فرایند خستگی حرارتی مکانیکی منجر به ایجاد آسیب های ریز ساختاری و نهایتا شکست قطعه می گردد.در این مقاله روند کامل ارزیابی عمر خستگی حرارتی مکانیکی در قطعات گرم موتور دیزل بررسی شده است. در بررسی خستگی پرچرخه، اثر تنش میانگین با استفاده از نمودار هیگ مورد توجه قرار گرفته است. در محاسبه عمر خستگی کم چرخه از نظریه های مختلف ارزیابی عمر خستگی کم چرخه استفاده شده است و نتایج بدست آمده از آن ها با یکدیگر مقایسه شده است. تقریبا تمام قطعات موتور تحت بارگذاری چند محوری قرار دارند که این بارگذاری ها می توانند به صورت تناسبی و یا غیر تناسبی باشند. در بارگذاری غیر تناسبی یک سخت شوندگی چرخه ای اضافی در ماده اتفاق می افتد. نظریه های خستگی کم چرخه مبتنی بر دیدگاه صفحه بحرانی، برای در نظر گرفتن اثرات این سخت شوندگی چرخه ای اضافی بر کاهش عمر قطعه مناسب هستند. هم چنین اثر خستگی پرچرخه بر خستگی کم چرخه نیز مطالعه شده است. در نهایت از روند ارزیابی عمر ارائه شده برای بدست آوردن عمر خستگی حرارتی مکانیکی سمبه یک موتور دیزل سنگین استفاده شده است.

در این مقاله به بررسی تاثیر متغیرهای سطح انتقال حرارت گرمکن و خنک کن، جرم و سطح انتقال حرارت بازیاب و افت فشار ناشی از حرکت سیال، بر روی بازده حرارتی و توان تولیدی موتور استرلینگ پرداخته می شود. ابتدا یک الگوی ریاضی برای موتور ارائه شده و نهایتا با تغییر در قطر مفتول بازیاب و جرم آن، بازده موتور افزایش یافته است.بررسی متغیرهای ذکر شده بوسیله ارائه یک الگوی دینامیکی-ترمودینامیکی از موتور استرلینگ با فرض انتقال حرارت غیر ایده آل و توزیع فشار و دمای غیر یکنواخت و متغیر با زمان صورت گرفته و از نرم افزار متلب به عنوان محیط برنامه نویسی استفاده شده است. الگو به گونه ای طراحی شده است که قادر است با یک بار انجام نگاشت (کالیبراسیون)، با استفاده از داده های حاصل از اندازه گیری یا با استفاده از داده های حاصل از شبه سازی بخش های مختلف یک موتور نمونه، رفتار آن را با تغییر در متغیرهای بهینه سازی، مشخص سازد.برای نگاشت الگو، از مشخصات هندسی و داده های حاصل از انجام آزمایش بر روی موتور ST500 در فشار نامی استفاده شده است. برای اطمینان از صحت پیش بینی الگو، خروجی آن با خروجی آزمایش، برای فشارهایی غیر از فشار نامی موتور، با یکدیگر مقایسه شده است. نهایتا با تغییر متغیرهای بهینه سازی در الگو، تاثیر هریک در بازده حرارتی و توان تولیدی موتور بررسی شده و مهمترین متغیر در بهبود بازده حرارتی و کار خروجی آن انتخاب شده است. پس از اعمال همان تغییر در موتور، بازده حرارتی آن با پیش بینی الگو و با حالت قبل خود مقایسه شده است.