تحقیقات موتور

تحقیقات موتور

مطالعه مفهومی و تجربی موتور احتراق داخلی با چرخه آتکینسون برای خودروی دورگه دنباله- موازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
شرکت تحقیق، طراحی و تولید موتور ایرانخودرو، تهران، ایران
چکیده
موتور احتراقی با چرخه آتکینسون نقش مهمی را در پیشرفت خودروهای دورگه به واسطه مصرف سوخت بهتر در مقایسه با موتور با چرخه اتو ایفا می‏‌کند. تحلیل ترمودینامیکی بر مزیت بازده چرخه اتکینسون با در نظر گرفتن عواملی از جمله افزایش نسبت انبساط و نسبت تراکم که به طور کلی تأثیر بر بازده کلی دارد، تأکید می‏‌کند. این مقاله تغییر چرخه اتو در یک موتور به چرخه آتکینسون با دیرتر بسته شدن دریچه‏‌های هوا و افزایش نسبت تراکم را بررسی می‏‌کند. افزایش نسبت تراکم از 10.7 به 12.4 با هدف غلبه بر نقص چرخه آتکینسون، که با کاهش نسبت تراکم واقعی رخ می دهد بهینه شده است. نرم افزار جی تی پاور برای شبیه‏‌سازی عملکرد موتور در نقاط کاری مختلف استفاده شده است و آزمون‏‌های جامعی برای ارزیابی عملکرد، مصرف سوخت و مشخصه‏‌های احتراقی موتور آتکینسون اجرا شده است. نتایج تجربی نشان می‏‌دهد که موتور آتکینسون مصرف سوخت کمتری نسبت به موتور با چرخه اتو دارد و بهترین بازده ترمودینامیکی از 34 به 34.6 افزایش یافته است. همچنین بازه نقاط کاری با بازدهی زیاد در موتور آتکینسون افزایش یافته است. علاوه بر این ناحیه کاری با کمترین مصرف سوخت موتور در دورهای متوسط و کُند و در بارهای متوسط و قوی قرار گرفته است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Conceptual and experimental study of an Atkinson cycle engine of a Series-Parallel hybrid ‎electric vehicle

نویسندگان English

Ali Asef
Nima Ajami Kashani
Amirhossein Parivar
Ehsan Zakeri
Mohsen Mohsenirad
Irankhodro Powertrain Company (IPCO), Tehran, Iran
چکیده English

The Atkinson cycle engine plays a crucial role in advancing Hybrid Electric Vehicles (HEVs) due to its superior fuel efficiency compared to the Otto cycle engine. Thermodynamic analysis highlights the Atkinson cycle's significant advantage in cycle efficiency, with factors such as the expansion ratio and effective compression ratio, influencing overall efficiency. This investigation focuses on converting an Otto cycle engine to an Atkinson cycle engine by implementing late intake valve closing and increasing the compression ratio. The optimization of the high geometric compression ratio from 10.7 to 12.4 aims to overcome the Atkinson cycle's drawback, where combustion performance deteriorates due to a reduction in the effective compression ratio. GT-Power software is used to simulate engine performance under various operating points, and comprehensive experiments are conducted to determine the performance, fuel consumption, and combustion characteristics of the developed Atkinson engine. Experimental results show that the Atkinson cycle engine exhibits substantially lower overall fuel consumption compared to the Otto cycle engine, with an improvement in maximum thermal efficiency from 34% to 34.6%. Additionally, the fuel-efficient range of the Atkinson cycle engine surpasses that of the Otto cycle engine, with the minimum fuel consumption area now occurring at low-medium speed and medium-high-load operational conditions.

کلیدواژه‌ها English

Hybrid Electric Vehicle
Atkinson Cycle
Fuel Consumption
Thermal Efficiency
Combustion Analysis
[1] Niu Q, Sun B, Zhang D, Luo Q. Research on performance optimization and fuel-saving mechanism of an Atkinson cycle gasoline engine at low speed and part load. Fuel. 2020 Apr 1;265:117010. doi: 10.1016/j.fuel.2020.117010
[2] Feng R, Li Y, Yang J, Jianqin FU, Zhang D, Zheng G. Investigations of Atkinson cycle converted from conventional Otto cycle gasoline engine. SAE Technical Paper; 2016 Apr 5. doi: 10.4271/2016-01-0680
[3] Wang C, Daniel R, Xu H. Research of the Atkinson cycle in the spark ignition engine. SAE Technical Paper; 2012 Apr 16. doi: 10.4271/2012-01-0390
[4] Atkinson J. “Atkinson engine.” US patent 367496, 1887.
[5] Adachi S, Hagihara H. The renewed 4-cylinder engine series for Toyota hybrid system.
[6] Takahashi D, Nakata K, Yoshihara Y, Ohta Y, Nishiura H. Combustion development to achieve engine thermal efficiency of 40% for hybrid vehicles. SAE Technical Paper; 2015 Apr 14. doi: 10.4271/2015-01-1254
[7] Akihisa D, Daisaku S. Research on improving thermal efficiency through variable super-high expansion ratio cycle. SAE Technical Paper; 2010 Apr 12.  doi: 10.4271/2010-01-0174
[8] Martins JJ, Uzuneanu K, Ribeiro BS, Jasansky O. Thermodynamic analysis of an over-expanded engine. SAE transactions. 2004 Jan 1:476-90.
[9] Hatano K, Iida K, Higashi H, Murata S. Development of a new multi-mode variable valve timing engine. SAE Transactions. 1993 Jan 1:1291-7.
[10] Tuttle JH. Controlling engine load by means of early intake-valve closing. SAE transactions. 1982 Jan 1:1648-62.
[11] Tuttle JH. Controlling engine load by means of late intake-valve closing. SAE transactions. 1980 Jan 1:2429-41.
[12] Li T, Gao Y, Wang J, Chen Z. The Miller cycle effects on improvement of fuel economy in a highly boosted, high compression ratio, direct-injection gasoline engine: EIVC vs. LIVC. Energy conversion and management. 2014 Mar 1;79:59-65. doi: 10.1016/j.enconman.2013.12.022
[13] Molina S, García A, Monsalve-Serrano J, Estepa D. Miller cycle for improved efficiency, load range and emissions in a heavy-duty engine running under reactivity controlled compression ignition combustion. Applied Thermal Engineering. 2018 May 25;136:161-8. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2018.02.106
[14] Wei H, Shao A, Hua J, Zhou L, Feng D. Effects of applying a Miller cycle with split injection on engine performance and knock resistance in a downsized gasoline engine. Fuel. 2018 Feb 15;214:98-107. doi: 10.1016/j.fuel.2017.11.006
[15] Ellies B, Schenk C, Dekraker P. Benchmarking and Hardware-in-the-Loop Operation of a 2014 MAZDA SkyActiv 2.0 L 13: 1 Compression Ratio Engine. SAE Technical Paper; 2016 Apr 5. doi: 10.4271/2016-01-1007
[16] Jung HH, Stein RA, Leone TG. Comparison of dual retard VCT to continuously variable event valvetrain. SAE transactions. 2004 Jan 1:847-59.
[17] Jocsak J, White D, Armand C, Davis RS. Development of the combustion system for general motors' high-efficiency range extender ecotec small gas engine. SAE International Journal of Engines. 2015 Sep 1;8(4):1587-601.
[18] Toda T, Sakai M. The new Toyota inline 4-cylinder 2.5 L gasoline engine. SAE Technical Paper; 2017 Mar 28. doi: 10.4271/2017-01-1021
دوره 70، شماره 4 - شماره پیاپی 73
مقالات انگلیسی
زمستان 1402
صفحه 69-80

  • تاریخ دریافت 14 فروردین 1403
  • تاریخ بازنگری 28 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش 04 خرداد 1403