تحقیقات موتور
سال:1398 | دوره:- | شماره:55 |تعداد مقالات:8

چرخه رانندگی یکی از مهمترین ابزارها برای بررسی مصرف سوخت خودروها و سطح آلایندگی در محدوده های شهری و بین شهری است. همچنین در راستای تصمیمات کلان زیست محیطی، مدیریت آمد و شد و راهسازی، چرخه های رانندگی جزو ملزومات است. بر همین اساس، تحقیق حاضر الگوی رانندگی شهری خودرویی با موتور پرخوران با هدف استخراج چرخه رانندگی را بررسی و تحلیل می کند. بدین منظور با استفاده از روش خوشه بندی ریزسفرها، چرخه رانندگی این خودرو از داده های اندازه گیری شده طی آزمون خودرویی استخراج شد. نتایج نشان داد در این چرخه رانندگی که حدودا 1063 ثانیه به طول می انجامد، متوسط سرعت خودرو، شتاب گیری و ترمزگیری به ترتیب حدودا 29کیلومتر بر ساعت، 0. 45 و 0. 41-متر بر مجذور ثانیه است. همچنین خودرو در این چرخه استخراج شده، حدودا 15 درصد از کل زمان رانندگی را در توقف با دور درجا سپری می کند. به علاوه متوسط سرعت موتور برای خودرو در این چرخه رانندگی، 1337 د. د. د. است. همچنین نتایج نشان داد که از میان بازه های مختلف سرعت-شتاب، بیشترین مدت زمان رانندگی متعلق به بازه سرعت 0 تا 0. 1 کیلومتر بر ساعت و شتاب 0. 1-تا 0. 1 متر بر مجذور ثانیه با سهم 13. 5 درصد از کل زمان چرخه رانندگی است. در رتبه های دوم و سوم، 7. 5 درصد از زمان رانندگی در سرعت 0. 1 تا 10 کیلومتر بر ساعت و شتاب 1-تا 0. 1-متر بر مجذور ثانیه، و 7 درصد از زمان رانندگی در سرعت 30 تا 40 کیلومتر بر ساعت و شتاب 0. 1 تا 1 متر بر مجذور ثانیه سپری می شود.

یکی از مراحل اصلی فرایند توسعه موتور، آزمون های صحه گذاری است که از نظر زمان و هزینه سهم مهمی در این فرایند دارد. این آزمون ها به بررسی عملکرد (وظیفه) سامانه ها و قطعات موتور و دوام (عمر) آنها می پردازند. امروزه با توجه به شتاب توسعه خودرو در بازارهای جهانی و کاهش زمان صحه گذاری موتور، تسریع در این زمینه امری ضروری است و این موضوع در حالی است که مفاهیمی مانند قابلیت اطمینان در توسعه خودرو جدی تر شده و پرداختن به آن اجتناب ناپذیر است. آزمون های عمر از طولانی ترین مراحل صحه گذاری بوده که برخی از آنها تا چندین هفته به طول می انجامد. تسریع زمان این آزمون ها با حفظ همان قابلیت اطمینان مورد انتظار، موضوع آزمون های عمر شتاب یافته است. در آزمون عمر شتاب یافته، شدت بارگذاری قطعات در آزمون طراحی شده افزایش می یابد و یا چرخه هایی که تاثیر کمتری در خرابی قطعه دارد حذف می شود تا زمان رسیدن به خرابی کاهش یابد. در این پژوهش تسمه سفت کن متعلقات جانبی یک موتور بنزینی مطابق فرایند دوام سازنده آن آزمایش شد و زمان آزمون دوام پایه تسمه سفت کن 436 ساعت بدست آمد. به منظور شتاب دهی آزمون عمر، نیروی کشش تسمه تا حدود 1. 4 برابر افزایش یافته و آزمون تکرار شد در نتیجه عمر قطعه به 200 ساعت رسید. در ادامه با شبیه سازی اجزای محدود قطعه و استخراج تعداد چرخه خرابی به کمک روابط خستگی، ساعت خرابی قطعه در حالت عادی محاسبه شد و به کمک روابط قابلیت اطمینان، زمان عمر شتاب یافته قطعه بدست آمد که کمتر از 200 ساعت می شود.

استفاده از یک روانکار مناسب برای سامانه هایی مثل موتورهای درون سوز که اجزای آنها به واسطه حرکت نسبی که دارند دایما در معرض اصطکاک و سایش هستند، امری حیاتی است. از آنجایی که بهبود خواص روغن موتور بر روی کارکرد بهتر موتور تاثیرگذار است، افزودن نانوذرات بدین منظور به عنوان راه حل پیشنهاد می شود. نانوذرات مورد بررسی در این مطالعه 3O2Al است که علیرغم خواص عالی آن اعم از رسانایی حرارتی قوی و مقاومت به سایش قوی سطح آن قطبی است. در این بررسی از اولییک اسید به عنوان عاملی جهت اصلاح سطحی آن و تغییر قطبیت بهره گرفته شد تا بتوان پایداری پراکندگی نانوسیال متشکل از آن را بهبود بخشید. به منظور بررسی اثر اندازه نانوذرات افزودنی و گرانروی سیال پایه بر روی پایداری پراکندگی نانوسیال، نانوذرات آلومینا در دو اندازه ذره 60-40 نانومتر و 20 خریداری و اصلاح سطحی شدند و در سیال پایه روغن موتور با گرانروی 20w50 و 10w40 با غلظت یکسان %wt1/0 پراکنده شدند. با گذشت زمان از نمونه ها عکس برداری شد و نتایج نشان دادند که نمونه نانوسیال با سیال پایه که گرانروی بیشتری دارد (20w50) و متوسط اندازه ذرات آن بزرگ تر است (60-40 نانومتر) بیشترین پایداری به مدت 36 روز را از خود نشان داد. بسیار ریز دانه شدن گرد افزودنی مورد بحث پس از عملیات سطحی که تمایل به کلوخه شدن و رسوب کردن آنها را افزایش می دهد و همین طور گرانروی کمتر سیال پایه که بیانگر اصطکاک درونی کمتر سیال پایه است و لذا مانع رسوب کردن نانوذرات نمی شود، دلایل پایداری پراکندگی کمتر سایر نمونه های نانوسیال است.

پایه دسته موتور یکی از قطعات حساس برای اتصال موتور به خودرو بحساب می آید که عموما به روش ریختگی تولید می شود و واماندگی آن می تواند خطرات جبران ناپذیری بوجود آورد. در شرایط کارکرد خودرو، پایه دسته موتور تحت بارگذاری نوسانی قرار می گیرد و فرایند تولید و عیوب ناشی از عدم مهار متغیرهای ریختگی و شکل هندسی آن می تواند بر عمر خستگی آن تاثیرگذار باشد. در این پژوهش حد دوام خستگی پرچرخه پایه دسته موتور به روش تجربی مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس آزمون های لوکاتی-پلکانی خستگی حد دوام با استفاده از تجمیع آثار خستگی در سری آزمون های اول 1. 24 برابر نیروی اعمالی با پراکندگی 0. 07 برابر نیروی اعمالی در خودرو بدست آمد که شرایط کارکرد ایمنی را برای قطعه پیش بینی نمی کرد. بنابراین برای تعیین نواحی بحرانی و بهبود شکل هندسی، شبیه سازی اجزاء محدود انجام شد. محل های شروع و رشد ترک در آزمون های خستگی به خوبی با نواحی بحرانی تعیین شده در نتایج اجزاء محدود هم پوشانی داشتند. پس از بهبود شکل هندسی پایه دسته موتور و رفع ایرادها تولید، آزمون های تجربی برای بررسی افزایش حد دوام خستگی مجددا انجام گرفت. نتایج نشان دهنده بهبود حد دوام خستگی تا 1. 33 برابر نیروی اعمالی با پراکندگی 0. 06 برابر نیروی اعمالی بود که عملکرد ایمن را در کارکرد خودرو ارایه می دهد.

موتورهای احتراق تراکمی مخلوط همگن با سوخت اتانول به عنوان یک سوخت تجدید پذیر، راه حل امیدوار کننده برای مقابله با برخی از چالش های عمده موتورهای احتراقی است. احتراق ناقص یا نادرست عملکرد این موتورها را محدود کرده و به سامانه های پس پالایش و دود آسیب رسانده و سبب افزایش آلودگی در خودرو می شود. در این تحقیق داده های تجربی یک موتور 0. 3 لیتری احتراق تراکمی مخلوط همگن برای شبیه سازی و تحلیل احتراق ناقص استفاده شده استفاده شده است. نتایج نشان داد که بین احتراق ناقص و تغییرات فشار استوانه در 0، 5، 10، 15 و 20 زاویه میل لنگ ارتباط معنی داری وجود دارد. این یافته های تجربی برای طراحی یک شبکه فازی-عصبی برای تشخیص احتراق ناقص در موتور احتراق تراکمی مخلوط همگن استفاده شد. نتایج ارزیابی دقت شبیه سازی فازی-عصبی بدست آمده با استفاده از داده هایی آزمایشگاهی نشان داد، که همبستگی بسیار مناسبی (R^2=0/98) بین داده های پیش بینی شده شبیه سازی و داده های آزمایشگاهی وجود دارد که بیانگر دقت قابل قبول شبیه سازی فازی-عصبی برای تشخیص احتراق ناقص انتخاب شده است.

تاخیر زمانی در افزایش فشار روغن در موتور در لحظه شروع می تواند عواقب نامطلوبی را برای موتور بوجود آورد. این تحقیق اثر دو نمونه تلمبه روغن ژیروتوری را بر رفتار ارسال اولیه روغن بررسی می کند. در این راستا حسگر فشار روغن با پاسخ بسامدی تند، یکبار در مسیر اصلی روغن و بار دیگر در بستار موتور نصب شده است تا بتوان در حالات مختلف شروع موتور، رفتار فشار روغن در لحظه روشن شدن موتور را مطالعه کرد. مطالعات نشان می دهد که بیشترین زمان تاخیر افزایش فشار روغن مربوط به زمان تعویض روغن و صافی موتور است که در محدوده 2. 5 ثانیه است. استفاده از تلمبه روغن شماره 2 در صورتی که موتور EF7 بیش از 12 ساعت خاموش باشد، کمترین زمان مورد نیاز برای رسیدن به فشار 100 کیلوپاسکال را از 1. 93 ثانیه به 1. 24 ثانیه می رساند. از آنجایی که این موتور دارای استکانی روغنی است، تاخیر در افزایش فشار روغن بستار علاوه بر افزایش نرخ سایش قطعات موتور، عمر کارکرد این قطعه را نیز کاهش می یابد. بر اساس محاسبات انجام گرفته، استفاده از تلمبه روغن شماره 2 باعث می شود که تعداد دورهای موتور در شرایط بحرانی روانکاری برای حالات تعویض روغن و صافی، شروع سرد موتور و شروع گرم موتور از 58، 45 و 18 دور به 32، 19 و 11 دور کاهش یابد.