تحقیقات موتور

تحقیقات موتور

بررسی تجربی اثر اصلاح مدار خنک‌کاری موتور با هدف بهبود دمای بستار و بدنه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
آزمایشگاه موتور، شرکت تحقیق، طراحی و تولید موتور ایرانخودرو (اپیکو)، تهران، ایران
چکیده
یکی از فناوری‌های کلیدی که به طرز گسترده‌ای در موتورهای امروزی به کار گرفته می‌شود، استفاده از چندراهة دود یکپارچه است. در این نوع چندراهه‌ها، سیال خنک‌کننده موتور برای کاهش دمای دیوارة چندراهة دود به کار می‌رود. با این روش، توان و گشتاور موتور می‌تواند به طور قابل‌توجهی افزایش یابد، چرا که محدودیت‌های دمایی دود خروجی کاهش می‌یابد. این مقاله به اهمیت خنک‌کاری چندراهة دود یکپارچه در عملکرد موتورهای احتراقی می‌پردازد و اثر بهبود مدار خنک‌کاری این نوع چندراهه‌ها بر کاهش دمای جداره آن را بررسی می‌کند. برای این منظور، آزمایش‌هایی بر روی یک موتور سه استوانه‏ انجام شد. حسگرهای دما و فشار و شار‌سنج‌ها در نقاط مناسب مدار خنک‌کاری نصب شدند تا دما، فشار و شار‌های حجمی اندازه‌گیری شوند. سپس آزمون‌ها طی یک رویة ثابت و استاندارد در حالت تمام بار برای مدارهای خنک‌کاری در سرعت‏‌های مختلف موتور اجرا شد. نتایج تجربی نشان داد که بهینه‌سازی مدار خنک‌کاری می‌تواند منجر به توزیع بهتر شار سیال خنک‌کاری شود و در پی آن، دما در بدنه استوانه‏، بستار و دیوارة چندراهة دود یکپارچه کاهش یابد. در سرعت موتور 6000 د.د.د.، در حالت تمام بار و دمای آب خروجی موتور 90 درجه سانتیگراد با تغییر مدار خنک‌کاری دمای اجزاء مرتبط با سیال خنک‌کاری حدود 5 تا 10 درصد کاهش می‌یابد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Experimental investigation of the effect of modifying the engine cooling circuit with the aim of improving the temperature of the cylinder head and block

نویسندگان English

Hooman Cheraghmakani
Mojtaba Mehrabi Vaghar
Engine Laboratory, Irankhodro Powertrain Company (IPCo), Tehran, Iran
چکیده English

One of the key technologies widely employed in modern engines is the use of integrated exhaust manifolds. In these manifolds, the engine's coolant is used to lower the temperature of the exhaust manifold walls. This approach can significantly enhance the engine's power and torque by mitigating the thermal limitations associated with exhaust systems. This article explores the significance of cooling integrated exhaust manifolds in the performance of internal combustion engines and investigates how improvements to the cooling circuit of these manifolds can reduce their wall temperature. To achieve this, experiments were conducted on a three-cylinder engine. Temperature and pressure sensors, along with flow meters, were strategically placed within the cooling circuit to measure temperature, pressure, and volumetric flow rates. The tests were performed under a standardized procedure at full load across various engine speeds. The experimental results indicated that optimizing the cooling circuit could lead to a more effective distribution of coolant flow, thereby lowering the temperature in the cylinder block, cylinder head, and walls of the integrated exhaust manifold. At an engine speed of 6000 RPM, under full load, and with an engine coolant outlet temperature of 90 degrees Celsius, modifications to the cooling circuit resulted in a temperature reduction of approximately 5 to 10 percent in the components associated with the coolant.

کلیدواژه‌ها English

Three-cylinder Engine
Integrated Exhaust Manifold
Engine Test
Experimental Investigation
[1] Kuhlbach K, Mehring J, Borrmann D, Friedfeldt R. Cylinder head with integrated exhaust manifold for downsizing concepts. MTZ worldwide. 2009 Apr;70(4):12-7. doi: 10.1007/BF03226940
[2] Borrmann D, Kuhlbach K, Friendfeldt R, Mehring J, Fritscher R. Cylinder head integrated exhaust manifold IEM applied to gasoline downsizing concepts. 17th Aachen Motorenkolloquium; 2008; Aachen, Germany.
[3] Neshan MA, Keshavarz A, Jazayeri A, Ghasemian A. Thermo-fluid analysis of the exhaust manifold integrated with cylinder head. InInternal Combustion Engine Division Spring Technical Conference 2012 May 6 (Vol. 44663, pp. 965-972). American Society of Mechanical Engineers. doi: 10.1115/ICES2012-81121
[4] Incropera FP, DeWitt DP, Bergman TL, Lavine AS. Fundamentals of heat and mass transfer. New York: Wiley; 1996 Feb 16.
[5] Neshan MA, Keshavarz A, Khosravi K. Integration of exhaust manifold with engine cylinder head towards size and weight reduction. The Journal of Engine Research. 2022 Nov 27;30(30):55-65.
[6] Heywood JB. Internal Combustion Engine Fundamentals. 2nd ed. New York, USA: McGraw-Hill; 2018.
[7] Chang J, Güralp O, Filipi Z, Assanis D, Kuo TW, Najt P, Rask R. New heat transfer correlation for an HCCI engine derived from measurements of instantaneous surface heat flux. SAE transactions. 2004 Jan 1:1576-93. doi: 10.4271/2004-01-2996
[8] Han Z, Reitz RD. A temperature wall function formulation for variable-density turbulent flows with application to engine convective heat transfer modeling. International journal of heat and mass transfer. 1997 Feb 1;40(3):613-25. doi: 10.1016/0017-9310(96)00117-2
[9] Haiqiang L, Hong Q, Bo Z. Failure and thermal-mechanical coupling analysis of exhaust manifold of a gasoline engine. InStructures 2024 Dec 1;70,107572. Elsevier. doi: 10.1016/j.istruc.2024.107572
[10] Carvajal-Trujillo E, Jiménez-Espadafor FJ, Villanueva JA, García MT. Methodology for the estimation of head inner surface temperature in an air-cooled engine. Applied Thermal Engineering. 2012 Mar 1;35:202-11. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2011.10.032
[11] Marr MA, Wallace JS, Chandra S, Pershin L, Mostaghimi J. A fast response thermocouple for internal combustion engine surface temperature measurements. Experimental thermal and fluid science. 2010 Feb 1;34(2):183-9. doi: 10.1016/j.expthermflusci.2009.10.008
[12] Fuhrmann N, Litterscheid C, Ding CP, Brübach J, Albert B, Dreizler A. Cylinder head temperature determination using high-speed phosphor thermometry in a fired internal combustion engine. Applied Physics B. 2014 Aug;116:293-303. doi: 10.1007/s00340-013-5690-0
[13] Rahmatinejad B, Rahimi Asiabaraki H, Azimpour Shishevan F. Investigation of the effect of AL2O3 nanofluid in M13NI engine cooling system. The Journal of Engine Research. 2023 Mar 21;70(1):47-65. doi: 10.22034/ER.2023.1975318.0 [In Persian]
[14] Rahmatinejad B, Rahimi Asiabaraki H, Azimpour Shishevan F, Mohtadi Bonab MA. Experimental analysis of the effect of using aluminum oxide nanofluid in improving the heat transfer of XU7 engine radiator. The Journal of Engine Research. 2023 June 22;70(2):66-79. doi: 10.22034/ER.2023.2011671.1015 [In Persian]

  • تاریخ دریافت 26 آبان 1403
  • تاریخ بازنگری 25 آذر 1403
  • تاریخ پذیرش 02 دی 1403