تحقیقات موتور
سال:1389 | دوره:6 | شماره:20 |تعداد مقالات:11

طراحی چندراهه ورودی پیشتر بصورت تجربی بوده است، ولی در سال های اخیر و با افزایش توان رایانه ها و گسترش کدهای محاسباتی ، طراحی چندراهه ها بصورت علمی تر و دقیق تر صورت می گیرد. نرم افزارهای متنوعی با استفاده از معادلات یک بعدی حاکم بر سیالات برای شبیه سازی مجموعه موتور و ازجمله چندراهه ورودی تهیه شده اند. که در این مقاله از مدل آماده شده سامانه تبادل گاز بر مبنای نرم افزارGT-Power ، استفاده شده است.در ابتدا با توجه به وضعیت موتور و هدف های بهینه سازی، یک تابع هدف به عنوان معیار بهینه سازی تعریف می گردد. با استفاده از این تابع هدف می توان حالت های مختلف موردمطالعه را به صورت کمی با یکدیگر مقایسه کرد.در ادامه با توجه به گزینه های موجود، چند پارامتر جهت انجام عملیات بهینه سازی انتخاب می گردد. پارامترهای انتخاب شده از لحاظ طول، قطر و انحنا مورد بررسی قرار گرفته و مناسب ترین حالت با توجه به محدودیت های مختلف تعیین می گردد.در نهایت چندراهه بهینه سازی شده با حدود 2.5 درصد افزایش در بازده تنفسی حاصل می گردد.روش حل مساله، استفاده از موج های صوتی با تکیه بر شبیه سازی حالت غیر دایم و معادلات یک بعدی خواهد بود.

روش های اخیر بررسی راندمان موتورهای احتراق داخلی دیگر تنها در قالب قانون اول ترمودینامیکی نبوده و از دیدگاه قانون دوم ترمودینامیکی نیز بررسی می شود. آنالیز فرآیندها بوسیله قانون اول ترمودینامیک دید واضح، روشن و دقیقی نسبت به آن سیستم و فرآیندهای آن به ما نمی دهد. لذا به منظور داشتن درک دقیقی از تلفات در فرآیندهای مختلف نیاز به ابزاری به نام تحلیل اگزرژی داریم. آلاینده هایی که موتورهای دیزل تولید می کنند مخصوصا ذرات دوده و اکسیدهای نیتروژن در مقایسه با موتورهای بنزینی از غلظت بالاتری برخوردارند. یکی از روش های کاهش آلاینده NOx در موتورهای دیزل استفاده از روش بازخورانی بخشی از گازهای مجرای دود به داخل سیلندر می باشد. این روش بدلیل پایین آوردن دمای احتراق بر اثر کم شدن غلظت اکسیژن درون سیلندر باعث کاهش آلایندگی  NOx می شود. در این تحقیق کوشش شده تاثیرات دما و میزان بازگشت دود روی اتلاف اگزرژی در موتور دیزل بررسی شود. نتایج نشان می دهد که با اضافه کردن به درصد جرمی دود بازگشت یافته به موتور و افزایش دمای مخلوط EGR و هوای ورودی راندمان قانون دوم در سرعت ها و بارهای مختلف بصورت عمومی کاهش پیدا می کند.

برای کاهش سایش در مجموعه گژن پین، بوش و باس پیستون روغن کاری انجام می شود. روغن مورد استفاده در موتور ملی از نوع 10W40 با لزجت دینامیکی mPa.s 5.5 در دمای کاری 140 درجه سلیسیوس است. به منظور تحلیل هیدرودینامیک لایه روغن در چشم کوچک شاتون، مدل واقعی موتور با در نظر گرفتن چهار سیلندر در نرم افزار AVL EXCITE 5.1 شبیه سازی شد. در این نرم افزار تاثیر شش پارامتر دمای روغن، نوع تنفس، نوع سوخت، مقدار لقی بین گژن پین و بوش برنزی چشم کوچک شاتون، موقعیت قرارگیری یاتاقان، سرعت دورانی موتور بر پارامترهای روغن کاری (بیشینه فشار و کمینه ضخامت) مدل سازی شده و نمودارهای مربوطه استخراج می شود. هچنین تاثیر این شش فاکتور بر پارامتر روغن کاری برای چهار حالت مختلف موتور مل EF7 توسط شبکه های عصبی شبیه سازی می شود.نتایج شبیه سازی در نرم افزار AVL EXCITE 5.1 نشان می دهد که بیشترین فشار و کمترین ضخامت هیدرودینامیک لایه روغن در دور rpm 3500 در C°372 زاویه لنگ (لحظه احتراق) در موتور EF7 پرخوران(TC) با سوخت CNG به ترتیب MPa 446 و µm 83.1 در دمای کاری  140°C رخ می دهد، که احتمال سایش یاتاقان در این شرایط کاری وجود دارد. از شبکه های عصبی پس انتشار رو به عقب (FFBP) برای اینکار استفاده گردید. نتایج نشان داد که بهترین توپولوژی برای پیش بینی پارامترهای روغن کاری (بیشینه فشار و کمینه ضخامت) شبکه عصبی ای با ساختار 2-30-24-6، الگوریتم آموزش trainlm و توابع آستانه logsig،tansig و pureline می باشد. این شبکه در 120 تکرار (epoch) و در مدت زمان 85.6 ثانیه با خطای یادگیری 0.00229 همگرا می شود. خطای شبکه (MSE) برای این توپولوژی برای الگوهای آموزش، ارزیابی و تست به ترتیب 0.0013، 0.0027 و 0.0018 می باشد. ضریب تبیین (R2) نیز برای الگوهای آموزش، ارزیابی و تست به ترتیب 0.9952، 0.9988 و 0.9985 محاسبه گردید.

امروزه لرزه گیرهای متنوعی در صنعت استفاده می شوند که هر نوع آنها برای محدوده جرمی مشخص دستگاه و بسامد تحریک معینی مناسبند. یکی از این انواع، فنرهای بادی می باشند که در دو نوع بالشتکی و غشایی ساخته می شوند. نوع بالشتکی این لرزه گیرها برای پایش لرزش ها بسامد کوچک (بسامد کمتر از 10 هرتز) و نوع غشایی در بسامد بزرگ (بسامد بزرگتر از 20 هرتز) استفاده می شوند. بسامدهای بین 10 تا 20 هرتز، بسامد میانی محسوب و از انواع دیگر لرزه گیرها در آن محدوده استفاده می شود.در این مقاله طراحی و ساخت سامانه فنر بادی ای ارایه گردیده که با استفاده از جابه جایی سنج خطی، شتاب سنج ها و پایشگر PID، می توان از فنرهای بادی بالشتکی که برای بسامدهای کوچک استفاده می شوند، برای پایش لرزش های بسامد بزرگ (حدود 50 هرتز) استفاده کرد. نهایتا لرزه گیر بهینه شده ای ساخته می شود که دامنه نوسانات را از 2.7 میلیمتر به 0.15 میلیمتر یعنی در حدود 87.5% کاهش می دهد. تحلیل عنصر محدود نیز با نتایج تجربی مقایسه گردیده که با 8% خطا تطابق خوبی را نشان می دهد. این پژوهش بنا به درخواست «شرکت تحقیق، طراحی و تولید موتور ایران خودرو» برای پایش لرزش پایه های مورد استفاده در اتاق های آزمون موتور انجام شده است.

هدف از این مقاله شرح و بررسی ترازنامه حرارتی در موتور است. بدین منظور آزمایش های ترازنامه حرارتی بر روی موتور پایه گازسوز EF7، با سوخت گاز طبیعی و در حالت پرخورانی، انجام شده است. آزمایش های ترازنامه حرارتی در صنعت خودرو به منظور شناخت چگونگی توزیع جریان انرژی و اگزرژی در موتور و بهبود بازده آن انجام می شود. این آزمایش ها نسبتا طولانی و پرهزینه است زیرا باید با دقت انجام گیرد، لذا در این مقاله به جستجوی معادلاتی که قابلیت کاربرد در شرایط مختلف عملکردی برای محاسبه ترازنامه حرارتی موتور را داشته باشد، پرداخته شده است.در آزمایش انجام شده توان موتور، انرژی دود خروجی، انرژی منتقل شده به سیال خنک کاری، انرژی خروجی توسط خنک کن میانی و سایر انرژی ها، که شامل انتقال حرارت به صورت جابجایی و تشعشع از بدنه موتور است، محاسبه شده است. توان خروجی از موتور با استفاده از لگام ترمز، انرژی دود خروجی، انرژی منتقل شده به سیال خنک کاری و انرژی خروجی توسط خنک کن میانی با توجه به اطلاعات ثبت شده توسط حسگرها و روابط موجود تعیین شده است. سایر انرژی ها به صورت مستقیم محاسبه نشده و با استفاده از قانون اول ترمودینامیک برای حجم محاسباتی در نظر گرفته شده در اطراف موتور محاسبه می شود. تلفات اصطکاکی موتور نیز به صورت حرارت به سیال خنک کاری منتقل شده و در انرژی منتقل شده به آن منظور می گردد. آزمایش های ترازنامه حرارتی در چهار حالت عملکردی تمام بار و نیمه بار با دمای سیال خنک کاری 90 و 110 انجام شده اند. در تمام آزمایش ها موتور کاملا گرم است.پس از اندازه گیری ترازنامه حرارتی در حالت های عملکردی مختلف، بر اساس نتایج تجربی محاسبه انرژی دود خروجی، یک معادله ریاضی برای محاسبه این انرژی پیشنهاد شده است که نتایج حاصل از این معادله انطباق نسبتا خوبی با نتایج تجربی آزمایشگاهی دارد. در ادامه بازده موتور در حالت های مختلف با یکدیگر مقایسه شده است، مشاهده می شود که با افزایش بار و دمای سیال خنک کاری، بازده موتور افزایش می یابد. همچنین تاثیر استفاده از پرخوران بر افزایش توان و بازده موتور در این مقاله بررسی شده است.

طراحی و بهینه سازی منیفولد، که خود شامل محاسبه عملکرد موتور نیز می باشد، یکی از مهمترین قدم ها در روند طراحی و توسعه موتورهای احتراق داخلی به شمار می رود. این فعالیت در طول سالیان گذشته یکی از مهمترین مشغولیت های مراکز تحقیق و توسعه موتور در دنیا بوده است. دراین مقاله جریان سیال تراکم پذیر داخل منیفولد ورودی یک موتور احتراق داخلی با روش های عددی تحلیل شده است. برای محاسبه خصوصیات جریان سیال عبوری، جهت حل معادلات حاکم بر مساله، کدهای کامپیوتری به زبانFORTRAN ، با استفاده از روش های مختلف حجم محدود، نوشته و توسعه داده شده است. برای گسسته سازی معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی، سه روش میانگین گیری مرتبه دوم، بالادست مرتبه اول و روش Roe مرتبه دوم استفاده شده و از نظر عملکرد و کارایی محاسباتی با یکدیگر مقایسه شده اند. شرایط مرزی در ورود و خروج، برای حالت های پایا و ناپایا به صورت ترکیبی از روش مشخصه ها و برون یابی به کار رفته است. در تحلیل جریان ناپایای منیفولد موتور بنزینی، تکرار در زمان مجازی انجام می پذیرد. برای به دست اوردن نتایج دقیق و واقعی تر، عوامل اصطکاک و انتقال گرما افزوده شد و اثرات عوامل اصطکاک دیواره با سیال و انتقال حرارت از سیال به دیواره بر خصوصیات جریان، بررسی و مقایسه شده اند.

استفاده از موتورهای اشتعال تراکمی سوخت همگن، ایده جدیدی برای کاهش مصرف سوخت و تولید آلایندگی در موتورهای احتراق داخلی به شمار می رود. در این گونه موتورها، مخلوط همگن هوا و سوخت طی مرحله تراکم تا حدی فشرده می شود که به شرایط خوداشتعالی رسیده و محترق شود به همین سبب احتراق به صورت کامل تابع ساز و کار شیمیایی اکسایش سوخت است. در این مقاله یک موتور اشتعال تراکمی سوخت همگن به وسیله یک مدل ترمودینامیکی تک ناحیه ای با در نظر گرفتن سینتیک مفصل شیمیایی شبیه سازی شده است. سوخت موتور متان است. پس از صحه گذاری مدل با نتایج تجربی، عوامل موثر بر زمان شروع احتراق و عملکرد موتور مورد بررسی قرار گرفته است. این عوامل شامل دمای مخلوط ورودی هوا و سوخت، پرخوران و دور موتور می باشد. برای تعیین زمان شروع احتراق از روش مشتق سوم فشار نسبت به زاویه لنگ استفاده شده و برای بررسی عملکرد موتور نیز پارامترهایی نظیر کار، توان و مصرف ویژه سوخت مد نظر قرار گرفته است.