انجمن علمی موتور ایرانتحقیقات موتور1735-5214323220221127A comparative study of effect of valve overlap on HCCI enginesبررسی مقایسهای تأثیر همپوشانی دریچهها بر موتورهای اشتعال تراکمی مخلوط همگن312697703FAرعنا خدائیرحیم خوشبختی سرای0000-0003-1567-545Xالهه نشاط اسفهلانیJournal Article20221127One of the suggested methods, to overcome drawbacks of HCCI engines, is using of the variable valve timing technology (the VVT system). The VVT system can affect HCCI engines characteristics due to the EGR's main role in controlling the HCCI combustion. The auto-ignition in HCCI engines can be facilitated by adjusting the timing system of exhaust-valve-closing and, to some extent, the timing system of intake-valve-opening in order to capture a proportion of hot exhaust gases in the engine cylinder during the gas exchange process.
In the present paper, a comparative analysis is performed to investigate the effect of the VVT system on the combustion, the performance and the emission characteristic of HCCI engines. For this purpose, a multi-zone model was developed and coupled with a gas exchange model. Results were compared to experimental results, obtained from a single-cylinder engine. Finally, it can be concluded that if the duration of opening of the intake and exhaust valves were kept constant, positive-valve-overlapping was an reliable strategy for the HCCI combustion as it could improve combustion characteristics such as the IMEP, the work and engines efficiencies and reduce exhaust emissions.یکی از روشهای پیشنهادی برای غلبه بر مشکلات موتورهای اشتعال تراکمی مخلوط همگن (HCCI)، استفاده از سامانه زمانبندی متغیر دریچهها (سامانه VVT) است. با توجه به اینکه مقدار دود بازگشتی (EGR) عامل تعیینکنندهای در پایش موتورهای HCCI است، سامانه VVT با تأثیر بر EGR بر بسیاری از خصوصیات موتور HCCI تأثیرگذار است. با تنظیم زمان بسته شدن دریچه خروجی و هم چنین باز شدن دریچه ورودی، به دلیل تغییر مقدار گازهای داغ درون محفظه احتراق در مرحله تبادل گاز، میتوان موقعیت مناسب شروع احتراق را در موتور HCCI تعیین نمود. در این تحقیق، سعی بر این خواهد بود تا با شبیهسازی چندمنطقهای و جفت کردن آن به شبیهسازی تبادل گاز، تأثیر زمانبندی متغیر دریچهها بر خصوصیات احتراقی، عملکردی و آلایندگی موتورهای HCCI بررسی شود. با اعمال راهکار انتخابی برای VVT نهایتاً مشاهده میگردد که با ثابت فرض نمودن زمان باز شدگی دریچههای ورودی و خروجی، همپوشانی مثبت دریچهها راهکار مناسبی برای احتراق HCCI است؛ بهگونهای که ضمن بهبود خصوصیات عملکردی موتور شامل فشار متوسط مؤثر داخلی (IMEP) و کار و بازدههای موتور، آلایندهها را نیز کاهش میدهد.https://www.engineresearch.ir/article_697703_8402a2f8552bf8143bfa4a9a86920500.pdfانجمن علمی موتور ایرانتحقیقات موتور1735-5214323220221127Controlling natural gas combustion timing in HCCI engine with synthetic gas enrichment using a chemical kinetic modelپایش زمانبندی احتراق گاز طبیعی در موتور تراکمی همگن با افزودن گاز سنتزی با شبیهسازی سینتیک شیمیایی1320697704FAسینا وشتانیمسعود ریحانیانسمیرا اکبریوحید حسینیJournal Article20221127In recent years, HCCI engines have been in the center of attentions due to their high thermal efficiency, low emission rate (e.g. NOx) and low fuel consumption. The main drawback in these engines is the combustion control, which happens in a limited operation range between the knock and misfiring. The natural gas is a commonly used fuel in internal combustion engines (ICE). However, using the natural gas in HCCI engines is challenging due to its low tendency to the self-ignition. Hence, approaches like the reformer gas enrichment should be employed.
In this paper, a zero-dimensional model was introduced in order to predict combustion timing and investigate effects of the variable composition reformer gas with different contents of H2 and CO. Experimental results from a single-cylinder CFR engine was used to validate the proposed model. Results showed that the addition of synthetic gas (RG) and changes in the H2 content of RG could affect ignition timing and could be used in the combustion control in HCCI engines, which expanded the limit of the operation, increased the engine efficiency and reduced the fuel consumption especially in lower air/fuel ratio and the inlet temperature.موتورهای اشتعالی تراکمی همگن به علت قابلیت بازدهی حرارتی بزرگ، کاهش شدید آلایندههایی نظیر اکسیدهای نیتروژن (NOx) و کاهش مصرف سوخت در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفتهاند. بزرگترین معضل این موتورها، پایش احتراق است که در محدوده عملکردی باریکی میان ضربه و بدسوزی اتفاق میافتد. گاز طبیعی از سوختهای پرکاربرد در موتورهای احتراق داخلی است. استفاده از گاز طبیعی در موتورهای تراکمی همگن، به علت تمایل ضعیف آن به خود اشتعالی، دشوار است و درنتیجه در بررسی پایش احتراق باید از روشهایی نظیر افزودن گاز سنتزی استفاده کرد.
در این مقاله، شبیهسازی صفربعدی تکناحیهای بهطور مستقل برای پیشبینی زمانبندی احتراق و اثر اضافه کردن گاز سنتزی استفاده شد. این گاز دارای ترکیب متغیری از کربن مونوکسید و هیدروژن است که به عنوان عامل پایش احتراق است. برای صحتسنجی از نتایج تجربی حاصل از موتور تک استوانه CFR استفاده شده است. نتایج نشان میدهند که افزودن گاز سنتزی و در کنار آن تغییر درصد هیدروژن در ترکیب گاز سنتزی، با تغییر خواص ترمودینامیکی و خواص شیمیایی احتراق، باعث تغییر زمان شروع احتراق میگردد و میتواند روش مناسبی برای پایش احتراق در موتور HCCI به دست دهد که باعث گسترده شدن محدوده کاری موتور، افزایش بازده و کاهش مصرف سوخت خصوصاً در مخلوطهای فقیرتر و دمای ورودی خنکتر، میشود.https://www.engineresearch.ir/article_697704_0ec97073d611c01adbd7449399b51d93.pdfانجمن علمی موتور ایرانتحقیقات موتور1735-5214323220221127Simulating and prototyping of a compression ring for diesel engine regarding required spring back forceشبیهسازی و ساخت حلقه فشاری موتور دیزل و ایجاد برگشت فنری لازم2128697705FAمیثم خلیل زادهمیرامین حسینیجمال قاسمیاحسان اشعاریJournal Article20221127In this study, the process of producing Ruston RK215 diesel engine rings is investigated by using the hot rolling process. In order to insure results, simulation results, concluded by the ANSYS workbench software, have been compared to experimental results. Details of the analysis and tensile tests were obtained and used in the simulation process. The hot rolling process was applied in order to create the necessary residual stress to provide the spring back force, which was required for the installation in the engine. Results of physical tests on produced parts, confirmed the accuracy of the residual stress as well as the created necessary pressure required for the spring force, when the cylinder was aligned.در این تحقیق، فرآیند ساخت حلقه موتور دیزل روستون RK215 با استفاده از روش رولینگ گرم بررسی شد و همچنین، برای حصول اطمینان، نتایج حاصل از شبیهسازی در محیط نرمافزاری ANSYS Workbench با نتایج تجربی مقایسه شد. مشخصات ماده بعد از آزمایش کشش در شبیهسازی استفاده شد. در راستای ایجاد تنش پسماند لازم و ایجاد برگشت فنری لازم هنگام نصب درون موتور از روش رولینگ گرم استفاده شده است. نتایج حاصل از آزمایشهای فیزیکی روی قطعات تولید شده، تأییدکننده صحت روش کار و همچنین ایجاد تنش پسماند لازم برای برگشت فنری لازم و نیروی فنری مطلوب هنگام قرارگیری درون استوانه است.https://www.engineresearch.ir/article_697705_76d443a8d1ed341180cf47c2cd04d40e.pdfانجمن علمی موتور ایرانتحقیقات موتور1735-5214323220221127Experimental and numerical investigation of stress in engine crankshaftبررسی تجربی و عددی تنش در میللنگ موتور2936697706FAمحمد کاظمیمهدی رضاییپیمان شرقیعلیرضا اصلانیفرشید مقدمJournal Article20221127Crankshaft is an important engine component that is working under high forces and stresses. Crankshaft loading consists of the moment inertia of the rotary mass, the moment inertia of the reciprocating mass and the combustion force that cause bending and torsional stresses in crankshaft. Bending and torsional stresses in crankshaft lead to fatigue loading. In this research, for a diesel engine, stresses in crankshaft were calculated by finite element method. And then, in order to validate these results, strain gauges were installed to measure strains and stresses. According to finite element results, the maximum value of the Von-Misses stress equaled to 580 MPa. In addition, the stress was about 8 MPa, where the strain gauge was installed. Data of the strain gauge measurement resulted in stresses less than 8 MPa. This result showed a good agreement with finite element model results. The maximum error between observed values and the finite element analysis was not more than 3.5%.میللنگ یکی از مهمترین قسمتهای سازوکار لنگ و لغزنده است که تحت تأثیر نیرو و تنشهای مختلف میباشد. نیروهای وارد به میللنگ شامل نیروهای لختی جرمهای دوار، نیروهای لختی جرمهای رفت و برگشتی و نیروهای احتراقی است که موجب تنشهای خمشی و پیچشی در میللنگ میشود. ترکیب و همزمانی تنشهای خمشی و پیچشی روی میللنگ موجب ایجاد بار خستگی در آن میشود. در این تحقیق، تنشهای وارد بر میللنگ یک موتور دیزل سواری چهاراستوانه به روش اجزای محدود در نرمافزار ABAQUS محاسبه شد و سپس برای صحهگذاری نتایج، با نصب کرنشسنج بر روی میللنگ، مقادیر تنش به صورت تجربی اندازهگیری شده است. بر اساس نتایج تحلیل اجزای محدود، بیشینه تنش فونمیسز در جلوی میللنگ و به مقدار 580 (MPa) برروی میللنگ ایجاد میگردد. همچنین، در روش اجزای محدود، تنش در جایی که کرنشسنجها نصب شده، به مقدار تقریبی 8 (MPa) است. نتایج دادهبرداری از کرنشسنجها نیز بیشینه تنش فونمیسز کوچکتر از 8 (MPa) نشان داد که نتایج شبیهسازی اجزای محدود تنش مطابقت خوبی را با اندازهگیری تجربی تنش نشان داد؛ آنچنانکه بیشینه اختلاف بین نتایج تحلیل اجزای محدود تنش و روش تجربی کرنشسنجی، بیش از 3.5% مشاهده نشد.https://www.engineresearch.ir/article_697706_2a08336327c683a96f910eda02b7fa66.pdfانجمن علمی موتور ایرانتحقیقات موتور1735-5214323220221127Developing a multi-zone thermo-kinetic model to investigate effects of using DME-methane blend in an HCCI engineشبیهسازی ترموسینیتیک چندناحیهای موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن با سوخت ترکیبی متان و دیمتیلاتر3747697707FAامید جهانیانسید علی جزایریعلی یوسف زادهJournal Article20221127The homogenous charge compression ignition (HCCI) is a promising concept for internal combustion engines to reduce the fuel consumption and exhaust emissions. The main target of the current study is developing a multi-zone thermo-kinetic model for HCCI engines in order to investigate the engine operation in different conditions and effects of using the DME-methane blended fuel on combustion characteristics. The developed 13-zone model included detailed chemical kinetics of DME and methane combustions and clearly showed the two-stage heat release of DME. Comparisons to experimental data showed the precision of the model in predicting SOC and the pressure trend. Five different compositions, varied from the pure DME to the pure methane, were selected to study effects of the blended fuel composition. Results showed that in an initial condition that the pure methane would not ignite, adding DME would lead to a combustion phase. Changing the amount of added DME do not change the SOC distinctly, but strongly affected the engine output power.موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن (HCCI) طرحی کارآمد از موتورهای احتراق داخلی برای کاهش مصرف سوخت و آلایندههای دود خروجی است. هدف این کار، بررسی شبیهسازی چندناحیهای با سینیتیک مفصل شیمیایی موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن است تا به بررسی شرائط کاری این موتور در ترکیب مختلف از سوخت دیمتیلاتر و متان پرداخته شود. شبیهسازی گسترش یافته با 13 ناحیه و حل سینیتیک مفصل شیمیایی متان و دیمتیلاتر، نشان از احتراق دومرحلهای سوخت دیمتیلاتر دارد. مقایسه با نتایج تجربی نشاندهنده پیشبینی مناسب زمان شروع احتراق و الگوی فشار نیز است. پنج ترکیب مختلف که از دیمتیلاتر خالص تا متان خالص تغییر میکند، برای مطالعه اثر سوخت ترکیبی انتخاب شده است. بررسی نشان داده است که در یک شرائط اولیه، متان خالص محترق نمیشود اما افزودن دیمتیلاتر واکنش را به سمت شکلگیری احتراق پیش میبرد. تغییرات مقدار دیمتیلاتر تغییرات چندانی در شروع احتراق ایجاد نمیکند اما بشدت قدرت خروجی را تغییر میدهد.https://www.engineresearch.ir/article_697707_1028e14d93e6481aa37e1a177504ca84.pdfانجمن علمی موتور ایرانتحقیقات موتور1735-5214323220221127Investigation of effect of adding natural gas on gasoline laminar flame speedبررسی اثر افزودن گاز طبیعی بر سرعت آرام شعله بنزین4957697708FAمهدی بالوبیژن ملاییمهدی اخلاقیایمان چیت سازJournal Article20221127In recent years, natural gas and gasoline blended fuels have been considered as alternative fuels in spark ignition (SI) engines. In order to utilize their potential benefits, a precise identification of those alternative fuels is attractive and inevitable studies to predict their performance in SI engines. In this study, the laminar flame speed of natural gas and gasoline blended fuels in the constant volume chamber at different equivalence ratios of 0.8 to 1.2, via the Schlieren optical method was measured and the un-stretched laminar flame speed by following the theory of the weekly stretched flame was obtained. Direct injectors, were installed at the top of the chamber and were used to inject liquid and gaseous fuels. To ensure that the liquid fuel would evaporate completely, the chamber wall was heated with four band heaters and liquid injection was done in the vacuumed chamber. The result showed that adding the natural gas to the gasoline would increase its flame speed at low equivalence ratio, from 0.8 to 0.95. Adding the natural gas to the gasoline in high equivalence ratio caused the flame instability that originated from cracking and the cellularity of the flame surface occurred at higher equivalence ratio.در سالهای اخیر، مخلوط گاز طبیعی و بنزین به عنوان سوختی جایگزین در موتورهای احتراق داخلی، مورد توجه طراحان موتور قرار گرفته است؛ بهطوریکه از قابلیتهای بالقوه هر سوخت استفاده شود. بنابراین، مطالعه و شناخت دقیق این سوخت جایگزین در پیشبینی رفتار احتراقی آن از فعالیتهای جذاب و اجتناب ناپذیر است.
در این تحقیق، با روش نوری شیلیرین، سرعت شعله آرام سوخت ترکیبی گاز طبیعی و بنزین در نسبتهای مختلف جرمی گاز و بنزین و در غناهای مختلف 0.8 تا 1.2 در محفظه استوانهای حجم ثابت اندازهگیری شد و سرعت شعله آرام کشیده نشده با استفاده از نظریه مارک اشتاین و با فرض کشیدگی ناچیز شعله محاسبه شده است. سوخت مایع و سوخت گاز با افشانههای تزریق مستقیم، پاشش شد. برای اطمینان از تبخیر کامل سوخت مایع، سوخت در محفظه گرم و با ایجاد خلأ اولیه در آن تزریق شد. نتایج نشان داد که افزودن گاز به بنزین موجب افزایش سرعت شعله آرام نسبت به حالت بنزینی در غناهای 0.8 تا 0.9 میشود. در غنای زیاد افزایش گاز تأثیر ناچیزی در تغییر سرعت شعله نسبت به حالت بنزینی دارد. افزودن گاز به بنزین موجب شده است که ناپایداری شعله که منجر به حجرهای (سلولی) شدن و ترک برداشتن شعله شود، در غنای بیشتری اتفاق بیفتد.https://www.engineresearch.ir/article_697708_3f92023451af6cb34a2797f3d39a3266.pdf