تأثیر سیستم سوپاپ چند اندازه‌ای بر موتور EF7 پایه گازسوز به منظور بهبود جریان گردابه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی، مرکز آموزش مهارت های مهندسی، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران.

2 عضو هیئت علمی، دپارتمان مهندسی مکانیک، آموزشکده شهید بهشتی پسران کرج، دانشگاه فنی و حرفه ای استان البرز، ایران.

3 کارشناسی، دپارتمان مهندسی مکانیک، مرکز آموزش علمی - کاربردی ساپکو، دانشگاه جامع علمی کاربرد ی، تهران، ایران.

چکیده

یکی از راه‌های افزایش راندمان احتراق، ایجاد جریان گردابه در موتور است. در موتور EF7 به دلیل استفاده از دو سوپاپ ورودی به‌ازای هر سیلندر، جریان گردابه‌ای ناچیزی در سیلندر وجود دارد. بیشتر روش‌های موجود برای ایجاد جریان گردابه که در موتورهای جدید نیز استفاده می‌شوند، به طراحی و تغییرات اساسی در سرسیلندر احتیاج دارند و هزینه‌های آن نیز چشمگیر است. در این مقاله، روشی جدید و کم‌هزینه به‌منظور تولید جریان گردابه در سیلندر ارائه شده است. هدف از این تغییرات، ایجاد اختلاف جریان بین دو سوپاپ ورودی در سیلندر و تولید جریان گردابه و در نهایت افزایش راندمان احتراق است، با این شرط که ضریب جریان افت نداشته باشد. ابتدا جریان گردابه داخل موتور EF7 استاندارد، درون آزمایشگاه در شرایط پایا اندازه‌گیری و تغییرات بر دو ناحیه سرسیلندر اعمال شد. سپس تمامی زوایای نشیمن‌گاه سوپاپ به‌صورت استاندارد ساخته شد. پس از آن با استفاده از آزمون میز جریان، عملکرد این روش مورد بررسی قرار گرفت تا علاوه بر صحت ایجاد جریان گردابه، بتوان میزان ضریب جریان گردابه را نسبت به روش‌های دیگری همچون دریچه کنترل جریان مقایسه کرد. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که با کاهش جزئی ضریب جریان در گشودگی‌های کم سوپاپ، می‌توان به جریان گردابه قابل‌قبولی در گشودگی‌های بالای سوپاپ با هزینه کم و تغییرات کم در سرسیلندر نسبت به طرح‌های دیگر دست یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Effect of Multi-size Valve on Improvement of Swirl Flow for Gas-based EF7 Engine

نویسندگان [English]

  • Sayad Nasiri 1
  • Hossein Rahimi Asiabaraki 2
  • Ehsan Razaghi 3
1 Faculty Member, Center for Engineering Skills, Sharif University of Technology, Tehran, Iran.
2 Faculty Member, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Shahid Beheshti, Alborz Branch,Technical and Vocational University (TVU), Alborz, Iran.
3 B. Sc. , Department of Mechanical Engineering, Sapco Center of Applied Science and Technology, University of Applied Science and Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Antioxidants One of the methods to increase the combustion efficiency in an internal combustion engine is to create swirl flow. In EF7 engine, there are two inlet valves per cylinder so small amount of swirl flow may be created. Most of the conventional methods for generating vortex current, even used in new engines, require major design and modifications of cylinder head, and their costs are significant. In this study, a new low-cost method was developed to create vortex flow. The goal of the changes is to develop inlet flow difference between the two inlet valves led to develop swirl flow in the cylinder in order to increase the combustion efficiency provided that the flow coefficient doesn’t face a loss. First, the swirl flow in an EF7 engine was measured at steady state and then the intended changes was implemented on the two ends of the cylinder head. After that, all valves sits' angle were fabricated in accordance with corresponding standards. Then, this method was experimentally evaluated using the flow bench test so that in addition to measure the accuracy of swirl flow, the swirl flow coefficient can be compared with other methods such as flow control valve. The results show that there is a minor reduction in flow coefficient for low valve lifts, but It can be gained an acceptable amount of swirl flow for high valve lifts with minor costs and changes for cylinder head in comparison with other designs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Swirl flow
  • Combustion efficiency
  • Multi-size valve
  • Inlet port
  • Flow coefficient
    
1. Rahimi. H. (2014). “Investigation of Geometry and Material Properties Effects on the Performance of Intake Manifold”, M.Sc. Thesis, Department of Mechanical Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran. (In Persian)
2. Heywood. J. B. (1987). “Fluid Motion within the Cylinder of Internal Combustion Engines – The 1986 Freeman Scholar Lecture”, Journal of Fluids Engineering, Transactions of the ASME, 109(1), 3-35.
3. Mohammadebrahim. A. (2016). “Investigation of the in-cylinder swirl flow measurement methods and comparison between them in a cylinder head”, The Journal of Engine Research, 42(spring 2016), 51-58.
4. Mohammadebrahim. A., Shafiei. B., & Kazemzadeh Hannani. S. (2012). “Numerical simulation of in-cylinder tumble flow field measurements and comparison to experimental results”, The Journal of Engine Research, 26(spring 2012), 11-19.
5. Li. Y., Liu. S., Shi. S., & Xu. Z. (2000). “Effect of the Swirl Control Valve on the In-Cylinder Air Motion in a Four-Valve SI Engine”, SAE Transactions, Section 4: JOURNAL OF FUELS AND LUBRICANTS, 109(4), 2223-2232.
6. Zhang. K., Chang. Y., Xie. Z., Sun. T., & Chen. F. (2018). “Effect of intake swirl on combustion performance in an unthrottled spark ignition engine”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 233(5), 1269-1279.
7. Abdalla. A. N., Bakar. R. A., Tao. H., Ramasamy. D., Kadirgama. K., Fooj. B., Tarlochan. F., & Sivaraos. S. (2020). “Effect of swirl at intake manifold on engine performance using ethanol fuel blend”, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 42(1), 73-88.
8. Chang. H. T., Huang. C. W., Lin. K. H., & Hu. W. C. (2013, October 8-10). “Effects of Intake System with Swirl and Tumble Valve on the Combustion in a Small Four Stroke Engine”, 19th Small Engine Technology Conference (SETC), Taipei, Taiwan.
9. Lee. S., Tong. K., Quay. B. D., Zello. J. V., & Santavicca. D. A. (2000). “Effects of Swirl and Tumble on Mixture Preparation During Cold Start of a Gasoline Direct-Injection Engine”, SAE Transactions, Section 3: JOURNAL OF ENGINES, 109(3), 1783-1796.
10. Nagayama. I., Araki. Y., & Iioka. Y. (1977). “Effects of Swirl and Squish on S.I. Engine Combustion and Emission”, SAE Transactions, 86(2), 990-999.
11. Kaplan. M. (2019). “Influence of swirl, tumble and squish flows on combustion characteristics and emissions in internal combustion engine-review”, International Journal of Automotive Engineering and Technologies, 8(2), 83-102.
12. Pulkrabek. W. W. (1997). Engineering Fundamentals of the Internal Combustion engine, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey 07458.
13. Han. B. H., Suh. J. W., & Kim. W. T. (1991, October 28 - November 1). “Effects of In - Cylinder Swirl on Part Load Performance and Combustion Characteristics in a S.I. Engine”, International Pacific Conference on Automotive Engineering, Seoul, South Korea.
14. Ramesh Kumar. C., Nagarajan. G. (2012). “Investigation of flow during intake stroke of a single cylinder internal combustion engine”, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 7(2), 180-186.
15. Heywood. J. B. (2018). Internal Combustion Engine Fundamentals, Second Edition, McGraw Hill, New York.
16. Kang. K. Y., Reitz. R. D. (1999). “The Effect of Intake Valve Alignment on Swirl Generation in a DI Diesel engine”, Experimental thermal and fluid science, 20(2)94-103.
17. Pipitone. E., Mancuso. U. (2005). “An experimental investigation of two different methods for swirl induction in a multivalve engine”, International Journal of Engine Research, 6(2), 159-170.
18. Ghazikhani. M., Borjian. S. (2004). “Investigation of Swirl Flow on Reducing Soot Formation in Diesel Engines Cylinder by Using Swirl Meter Unit”, International Journal of Industrial Engineering & Production Research (IJIE) (International Journal of Engineering Science), 15(3), 143-155. (In Persian)
19. Xu. H. (2001, March 5-8). “Some Critical Technical Issues on the Steady Flow Testing of Cylinder Heads”, SAE 2001 World Congress, Detroit, Michigan.