تحقیقات موتور

تحقیقات موتور

بررسی تجربی عملکرد موتور EF7 با سوخت‌های ترکیبی شامل بنزین، تولوئن و بیواتانول و پیش‌بینی آلایندگی با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی مهندسی مکانیک دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه سمنان
2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
3 دانشجوی کارشناسی، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
4 دانشجوی کارشناسی، دانشکده ریاضی، آمار و علوم کامیپوتر، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
5 دانشجوی کارشناسی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
10.22034/er.2026.2067965.1099
چکیده
در این تحقیق، عملکرد ترمودینامیکی و رفتار آلایندگی موتور EF7 در مواجهه با سوخت‌های ترکیبی شامل بنزین خالص، بیواتانول (در درصدهای 5، 10 و 15) و تولوئن (در درصدهای 5، 10 و 15) مورد ارزیابی جامع تجربی و عددی قرار گرفت. هدف اصلی، تحلیل کمی اثر نسبت‌های متفاوت افزودنی‌های اکسیژنه و آروماتیک بر متغیرهای کلیدی احتراق از جمله توان، گشتاور و آلاینده‌های خروجی و نیز توسعه چارچوبی برای پیش‌بینی آلایندگی با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی بود. آزمون‌های تجربی در شرایط بار کامل و در دورهای ثابت 2000، 2500 و 3000 دور بر دقیقه انجام گرفت. به‌منظور تحلیل واکنش‌های احتراق، معادلات موازنه‌شده استوکیومتریک و آنتالپی واکنش برای تمامی ترکیبات سوختی محاسبه گردید. نتایج نشان دادند که E10 و T15 به‌ترتیب در بهینه‌سازی پارامترهای زیست ‌محیطی و عملکردی موتور تاثیر بسزایی دارند. بیواتانول موجب کاهش محسوس کربن مونواکسید و هیدروکربن و تولوئن با افزایش عدد اکتان باعث بهبود توان و گشتاور شد، هرچند افزایش اکسیدهای نیتروژن در سوخت‌های تولوئنی به‌وضوح مشهود بود. در ادامه، مدل شبکه عصبی مصنوعی با ساختار چندلایه در محیط تنسورفلو توسعه یافت. این مدل با ورودی‌هایی نظیر نوع سوخت، توان، گشتاور و دور موتور، خروجی آلاینده‌ها را با میانگین خطای مطلق زیر 5٪ پیش‌بینی کرد. تطابق دقیق نتایج مدل با داده‌های تجربی نشان داد که استفاده از یادگیری ماشین در شبیه‌سازی سیستم‌های احتراقی چندپارامتری، رویکردی مؤثر، قابل اعتماد و مقیاس‌پذیر برای تحلیل و پیش‌بینی آلایندگی در موتورهای اشتعال جرقه‌ای محسوب می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Investigation of EF7 Engine Performance Using Blended Fuels of Gasoline, Toluene, and Bioethanol and Emission Prediction via Artificial Neural Network

نویسندگان English

Mohammad Parsa Shahabiniya 1
Shahaboddin Kharazmi 2
Reyhane Saghafi 3
Maede Majidi Majd 4
Hadi Kamalzade 5
1 Bachelor student of Mechanical Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University
2 Assistant Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
3 Undergraduate Student, Faculty of Chemical Engineering, Petroleum and Gas, Semnan University, Semnan, Iran
4 Undergraduate Student, Faculty of Mathematics, Statistics, and Computer Science, Semnan University, Semnan, Iran
5 Undergraduate Student, Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده English

In this study, the thermodynamic performance and emission behavior of the EF7 engine were comprehensively evaluated both experimentally and numerically when fueled with blended fuels, including pure gasoline, bioethanol (at 5%, 10%, and 15% by volume), and toluene (at 5%, 10%, and 15% by volume). The primary objective was to quantitatively analyze the effects of varying ratios of oxygenated and aromatic additives on key combustion parameters, including power, torque, and exhaust emissions, as well as to develop a predictive framework for emissions using an artificial neural network (ANN). Experimental tests were conducted under full-load conditions at constant engine speeds of 2000, 2500, and 3000 rpm. To analyze the combustion reactions, stoichiometrically balanced equations and reaction enthalpies were calculated for all fuel blends. The results indicated that E10 and T15 significantly influenced the optimization of environmental and performance parameters, respectively. Bioethanol notably reduced carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) emissions, while toluene, through increasing the octane number, improved power and torque, although a marked increase in nitrogen oxides (NOₓ) was observed for toluene-containing fuels. Furthermore, a multilayer ANN model was developed in the TensorFlow environment. This model, with inputs including fuel type, power, torque, and engine speed, predicted emissions with a mean absolute error below 5%. The close agreement between model predictions and experimental data demonstrated that machine learning can provide an effective, reliable, and scalable approach for simulating multiparameter combustion systems and for analyzing and predicting emissions in spark-ignition engines.

کلیدواژه‌ها English

Blended Fuels
Artificial Neural Network (ANN)
Engine Exhaust Emissions
Experimental Engine Analysis
Nonlinear Combustion Modeling

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 11 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 23 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 18 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 11 مرداد 1405