نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار مهندسی مکانیک، دانشگاه آیت الله العظمی بروجردی (ره)

2 کارشناس ارشد مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز

چکیده

در این تحقیق بررسی ترمومکانیکی و شبیه سازی یک موتور اشتعال جرقه ای 4 سیلندر تنفس طبیعی با هدف برسی اثر کاسه پیستون بر عملکرد و همچنین میزان آلاینده های تولیدی موتور مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور، با بررسی تمام تنش‌های وارده بر پیستون و طبقه بندی آنها در قالب دو دسته حرارتی و مکانیکی، به مطالعه و تعیین میزان تنش های وارده بر پیستون پرداخته شده است.. تنش های حرارتی شامل تغییرات دما بر اثر احتراق و انتقال حرارت و تنش های مکانیکی در اثر فشار ناشی از احتراق و اینرسی بوده که در نهایتا توسط اصل برهم نهی اثرات این تنش ها در پیستون بررسی و محاسبه شده است. همچنین پس از تطبیق شرایط عملکردی موتور پایه با نتایج آزمایشگاهی، پارامترهای موثر بر میدان های سرعت جریان و میزان آلاینده های اکسیدهای نیتروژن و منواکسید کربن در دو طرح پیشنهادی از کاسه پیستون در کنار طرح موتور پایه مورد مطالعه قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The termomechanical analysis and the CFD Simulation of an SI engine to investigate the effects of piston bowl on engine performance and the pollutant emissions

نویسندگان [English]

  • R Mobasheri 1
  • Yahya Fotrosy 2

چکیده [English]

In this research, the thermomechanical analysis and the CFD simulation of a four cylinders natural aspirated Spark Ignition (SI) engine has been carried out in order to investigate the effects of piston bowl on engine performance and the pollutant emissions of the engine. For this purpose, the effects of the entire stresses on the piston have been studied by classify them into two categories including thermal and mechanical stresses. The thermal stresses, that include the thermal changes due to the combustion process and the heat transfer, as well as the mechanical stresses, that include the pressure due to combustion and inertia, have been analyzed and calculated by applying the superposition principle. In addition, after validation between the baseline engine and the experimental results, the important parameters on velocity contours, the oxides of nitrogen (NOx) and carbon monoxide (CO) have been studied in the two proposed sketch of piston bowl beside the baseline case.

کلیدواژه‌ها [English]

  • SI Engine
  • Mechanical and thermal stresses
  • engine performance
  • Piston bowl
  • pollutant emissions

 [1] J. B. Heywood, "Internal Combustion Engine Fundamentals", McGraw-Hill, 1988. 

 [2] Bengt Johanssoon and Krister Olsson, "Combustion Chamber for Natural Gas SI Engines", SAE Paper 950469,1996.

 [3] Gerald A. Szekely, Jr., Arun S. Solomon and Ping-Ho Tsai, "Optimization of the Stratified-Charge Regime of the Reverse-Tumble Wall-Controlled Gasoline Direct-Injection Engine", SAE Paper 2004-01-0037.

 [4] R. L. Evans, "Combustion Chamber Design for a Lean-Burn SI Engine", SAE Paper 921545.

 [5] G. Fontana, E. Galloni and R. Palmaccio, "Modeling of a Four-Valve S.I. Engine Combustion: A Comparison of two 3-D Computer Codes", SAE Paper 2001-01-3235.

 [6] Amer Ahmad Amer and Thirumala N. Reddy, "Multidimensional Optimization of In-cylinder Tumble Motion for the New Chrysler Hemi", SAE Paper 2002-01-1732.

 [7] پیروزپناه و رحمت الله قاجار،" تجزیه و تحلیل تنش در پیستون موتور های اشتعال جرقه ای(موتور پیکان)"، 2001 

 [8] M. Huebler, A. Millerman, R. Otto, A. Solomon, G. Szekely,   P. Tsai, “Superior Piston Design for Reverse Tumble Spark-Ignition Direct-Injection Engine,” General Motors Record of Invention GP300804, July 19, 2000.

 [9] K. Kumara se Karan & Y. B. Safdari, " Thermal Sterss Analysis of Gap Insulated Piston", 1994.

 [10]         STEFAN GUNDMALM, CFD modeling of a four stroke S.I. engine for motorcycle application, MSc thesis, KTH University, Sweden, 2009.

 [11]         ICE Physics & Chemistry, 2013. AVL FIRE user Manual v.2013. 1, 2013.