تحقیقات موتور
سال:1388 | دوره:5 | شماره:15 |تعداد مقالات:7

موتورهای احتراق تراکمی با مخلوط همگن، نسل جدیدی از موتورهای احتراق داخلی هستند که با استفاده از ساز و کار خود اشتعالی به عنوان اساس احتراق، قدرت تولید می کنند و از نظر بهره حرارتی و آلاینده ها، شرایط بهتری نسبت به موتورهای متعارف دارند. در این مطالعه، شبیه سازی فرآیند احتراق موتور HCCI با سوخت گاز طبیعی با استفاده از الگوی سینتیک مفصل شیمیایی مورد توجه قرارگرفته است. نتایج شبیه سازی فرآیند خود اشتعالی نشان می دهد که با استفاده از تعاریف خاص موتورهای HCCI قابل توصیف است. همچنین، اثر متغیرهای پایشگر مرحله احتراقHCCI ، بر زمان شروع احتراق و فشار درون استوانه بررسی می شود و با استفاده از این شبیه سازی می توان احتراق پایدار پایش شده را در محدوده وسیعی از شرایط عملکردی این موتور ها پیش بینی کرد. مقایسه نمودارهای محاسباتیP-q  (فشار-زاویه لنگ) از الگوی پیشنهادی با نمودارهای مرجع در دماهای ورودی مختلف، نشان دهنده دقت بسیار خوب الگو در پیش بینی زمان آغاز اشتعال است.

در این مقاله، شبیه سازی مصرف سوخت و آلاینده های خودرو سمند با موتور ملی دو گانه سوز به روش رو به عقب ارایه شده است. شبیه سازی خودرو با کمک نتایج آزمون منحنی های عملکردی موتور و واکنشگر شیمیایی در دو حالت بنزین سوز و گازسوز صورت گرفته است. در پایان، نتایج شبیه سازی با نتایج آزمون رفتاری لگام ترمز غلتکی تحت چرخه رانندگی NEDC مقایسه شده است. این مقایسه بیانگر تطابق مناسبی بین نتایج شبیه سازی و آزمون است و نشان می دهد دقت کافی برای بهره گیری از این الگو در طراحی و درجه بندی خودروی دورگه برقی بر پایه خودرو ملی وجود دارد.

روش های زیادی برای تعیین شدت کوبش با استفاده از علامت فشار درون استوانه وجود دارند و هدف اصلی در این مقاله توسعه و ارزیابی این روش ها با استفاده از اجرای آزمون در اتاق آزمون مجهز به لگام ترمز با موتور ملی است. در ابتدا تمامی روش های تعیین شدت کوبش بررسی میشود و با استفاده از مقایسه نتایج آزمون در شرایط ثابت، روش های بهینه معرفی می شوند. پس از تعیین شدت کوبش با روشی مناسب، باید حد مجازی برای آن تعریف کرد که مرز وقوع کوبش را مشخص نماید. روش های مختلفی برای تعیین حد مجاز شدت کوبش، در چرخه های مجزا و یا محاسبه ای آماری از چند چرخه، ارایه شده است.برای ارزیابی دو روش تشخیص کوبش، می توان یکی را به عنوان روش مرجع انتخاب نمود و دیگری را با آن مقایسه کرد. برای انتخاب عوامل بهینه محاسباتی، منحنی های ضریب ارتباطی را بر حسب دو عامل انتخابی ترسیم نمود و نقطه ای که بیشترین ضریب را دارد، به عنوان نقطه بهینه انتخاب می شود.نکات مهمی برای پردازش اطلاعات حسگرها وجود دارند، از جمله آنها می توان به تبدیل فوریه سریع و صاف شدن رقومی اشاره کرد که نحوه محاسبه و کاربرد آنها بررسی شده است. تبدیل فوریه سریع، بسامد اصلی نوسانات علامت ورودی را مشخص می کند و صاف شدن رقومی نوسانات ایجاد شده با بسامد های غیر دلخواه را حذف می نماید.با بررسی نتایج آزمونها مشخص می شود که کوبش در بسامد هایی خاص به علت مدهای ارتعاشاتی صوتی در محفظه احتراق رخ می دهد و روش هایی برای پیش بینی و محاسبه این بسامد ها ارایه شده است. توجه شود که بسامد اصلی نوسانات ایجاد شده در اثر کوبش برای این موتور حدود 8 کیلو هرتز است. به طور کلی تعیین دقیق این بسامد ها برای بررسی اثر صاف شدن و مکان بهینه قرارگیری حسگر فشار استوانه، کاربرد زیادی دارند.

این پژوهش با هدف مقایسه عملکرد گاز طبیعی فشرده و ترکیب این گاز با هیدروژن (هایتن) در موتور احتراق داخلی اشتعال جرقه ای انجام شده است. در این تحقیق سه نوع سوخت مختلف شامل گاز طبیعی فشرده خالص، هایتن با %15 هیدروژن و هایتن با %30 هیدروژن استفاده شده است. آزمون ها در دو حالت بار کامل و بار جزیی انجام شد. آزمون بار کامل در سرعت های مختلف موتور و آزمون بار جزیی تنها در سرعت های 2000 و 3000 دور در دقیقه و از 2 بار تا تمام بار با گام 1 انجام شد. در هر آزمون زمان بندی جرقه با توجه به بیشترین فشار متوسط موثر اندیکاتوری تعیین شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که با افزایش میزان هیدروژن در هایتن، بازده تنفسی، توان و گشتاور موتور کاهش می یابد و وجود هیدروژن در مخلوط، باعث کاهش آلاینده های منوکسیدکربن و هیدروکربن های نسوخته می شود، ولی میزان اکسیدهای نیتروژن افزایش می یابد.

در این نوشتار، یک سامانه انتقال قدرت دورگه ای معرفی شده که در آن، یک مجموعه تقسیم کننده توان جدید اتصالی مکانیکی را بین چهار محور موتور احتراقی، دو موتور برقی و محور متصل به تفاضلی (دیفرانسیل) و چرخ ها فراهم می آورد. یک راهبرد پایشی موثر برای سامانه انتقال قدرت دورگه جدید طراحی و سپس مراحل شبیه سازی و نتایج آن ارایه شده است. پایشگر طراحی شده دارای چهار ورودی توان درخواستی، سرعت خودرو، حد ذخیره انباره و دمای موتور احتراقی است و عملکرد تک تک اجزای انتقال قدرت شامل موتور احتراقی، دو موتور برقی و انباری را به گونه ای تنظیم می کند که بازده کل سامانه بیشینه گردد. این پایشگر با استفاده از منطق فازی چگونگی ذخیره انباره را با توجه به ورودی های دریافتی از تک تک اجزا تعیین می کند. این منطق فازی حد ذخیره انباره را همواره در یک محدوده ای بالا نگه می دارد و در صورت امکان میزان ذخیره انباره را افزایش می دهد تا نقاط عملکردی موتور احتراقی را به نقاط بهینه تر نزدیک کند. همچنین پایشگر طراحی شده با استفاده از یک بهینه سازی عددی، دور موتور احتراقی را تعیین می کند تا نه صرفا موتور احتراقی بلکه کل سامانه را در حالت بهینه قرار دهد. برای شبیه سازی سامانه انتقال قدرت و پایشگر طراحی شده از نرم افزارهای متلب-سیمولینک و ادوایزر استفاده شده است. نتایج شبیه سازی ارایه شده، با نتایج شبیه سازی انجام شده با پایشگر پیش فرض مقایسه شده است که این مقایسه کارآمدی پایشگر طراحی شده را نشان می دهد.

لایی بستار چند لایه فولادی به طور گسترده ای در آب بندی موتورهای احتراق داخلی استفاده می شود. بنابراین اثر متقابل بین بدنه موتور، لایی بستار و بستار از نظر عملکردی بسیار مهم می باشد. برای جلوگیری از فرار گاز از استوانه ها در همه شرایط عملکردی موتور، هم نیروی کششی مناسب پیچ ها و هم طراحی درست لایی بستار جزء موارد مهم در افزایش بازده آب بندی لایی بستار می باشند. در این تحقیق از روش اجزای محدود برای بررسی اثر متقابل بین بدنه موتور، لایی بستار و بستار استفاده شده است. به علاوه هم توزیع فشار تماسی بر روی لایی بستار برای بررسی آب بندی و هم تنش های بستار و بدنه موتور در محل تماس آنها با لایی بستار در شرایط عملکردی مختلف مانند هم بندی سرد، هم بندی گرم، روشن کردن سرد، احتراق، سرد شدن موتور تا 20°C و سرد شدن موتور تا 25°C محاسبه شده اند. نتایج حاصل از حل عددی به کمک حسگر کاغذی ورق فوجی و آزمون حرارتی صحه گذاری شده اند. نتایج نشان می دهند که توزیع فشار آب بندی بر روی لایی بستار به طور گسترده ای وابسته به نیروی پیش بار پیچ ها می باشد. به علاوه مکان ضعیف ترین فشار تماسی بر روی لایی بستار در نتیجه بار حرارتی تغییر می کند.

امروزه مشخص است که استفاده از روش بازگردانی دود به منظور کنترل و کاهش اکسیدهای ازت در موتورهای احتراق داخلی، کاملا اثر بخش و موثر بوده است. اگر روش بازگردانی دود به درستی و با دقت به خدمت گرفته نشود، به کاهش چشمگیر توان موتور و افزایش سایر آلاینده های موتور منجر خواهد شد. یکی از دلایل بروز این مشکل عدم توزیع نسبتا یکنواخت دود بازگردانده شده در راهگاه های ورودی برای هر استوانه است. از این رو به کارگیری سامانه ای که دود بازگردانده شده را به شکل مناسبی بین راهگاه های ورودی استوانه توزیع نماید اجتناب ناپذیر به نظر می رسد. از طرف دیگر قوانین آلایندگی موجود به تولید کنندگان موتور اجازه نمی دهد که گازهای نشتی از محفظه لنگ تولید شده در موتور خودروها را به محیط تخلیه کنند. امروزه راهکار مورد استفاده بازگرداندن این گازها به محفظه احتراق و سوزاندن آنها است. در این مورد نیز بنا به دلایلی که در بالا ذکر شد عدم توزیع یکنواخت و یکسان این گازها می تواند منجر به افزایش رفتن آلایندگی و کاهش توان موتور گردد. مشخصات هندسی و موقعیت تزریق دود بازگردانده شده یا گازهای نشتی از محفظه لنگ، تاثیر بسزایی در توزیع یکنواخت آنها بین استوانه ها دارند. روش متعارف برای تعیین موقعیت مناسب تزریق این گازها در راهگاه ورودی هوا استفاده از روشهای عددی است که در آن نحوه پخش یک گونه گاز غیر از هوا (مثلا CO2) در جریان هوای درون چند راهه ورودی برای یک چرخه کامل کاری موتور در شرایط مختلف الگو سازی و حل شود. به این ترتیب می توان میزان توزیع گونه دوم را در استوانه های مختلف به شکل کمی بررسی کرد. این کار باید برای شرایط کاری گوناگون و موقعیت های مختلف تزریق انجام گیرد تا مناسبترین محل برای بازگردانی دود یا گازهای نشتی از محفظه لنگ مشخص گردد. با توجه به این که زمان و هزینه مورد نیاز برای حل میدان جریان در هر حالت کاملا چشمگیری است این روش بسیار وقت گیر و پر هزینه خواهد بود. در این تحقیق روش دیگری بر اساس تعقیب ذرات پیشنهاد شده است که علاوه بر دقت مناسب و قابلیت بررسی جامع تر (حالتهای ترکیبی) زمان مورد نیاز برای تعیین موقعیت مناسب را به طور چشمگیری کاهش می دهد.