كاهش مدت زمان دوره گذراي گرم شدن در موتور احتراق داخلي از طريق پيش‌گرمايش اجزاي موتور

كاهش مدت زمان دوره گذراي گرم شدن در موتور احتراق داخلي از طريق پيش‌گرمايش اجزاي موتور

دوره گرم شدن موتور دوره گذراي حرارتي است كه در آن، دماي موتور و اجزاي آن در اثر شار حرارتي ناشي از احتراق از دماي محيط به دماي پاياي كاركرد موتور و از ديدگاه حرارتي به شرايط پاياي حرارتي مي‌رسند. چون اين زمان در موتور احتراق داخلي از نظر حرارتي گذرا محسوب مي‌گردد، به كمك روش‌هاي تحليل انتقال حرارت پايا قابل تجزيه و تحليل نيست و بايد از روش‌هاي تحليل انتقال حرارت گذرا براي اين منظور بهره برد. يكي از مناسب‌ترين روش‌هاي تحليل انتقال حرارت گذرا روش ظرفيت حرارتي فشرده است كه در راستاي دستيابي به اهداف پژوهش پيش رو استفاده شده است. البته به كارگيري روش ياد شده مستلزم برآورده شدن شرايط خاصي است كه در جاي خود به آن‌ها پرداخته خواهد شد. در اين پژوهش انتقال حرارت در اجزاي اصلي موتور مانند سمبه (پيستون)، بدنه موتور (بلوك سيلندر)، بستار (سرسيلندر)، روغن و خنك‌كننده موتور در مرحله گذراي گرم شدن موتور به كمك روش ظرفيت حرارتي فشرده بررسي و معادلات انتقال حرارت در اين دوره ارايه مي‌گردد. معادلات انتقال حرارت اجزاي موتور در دوره ياد شده به صورت يك دستگاه معادلات تفاضلي (ديفرانسيل) ظاهر مي‌شوند. به دليل وجود جملات غيرخطي پيچيده در معادلات ياد شده، حل تحليلي آن‌ها به سادگي امكان‌پذير نيست و لذا براي حل آن‌ها از نرم‌افزار متلب استفاده مي‌شود. پس از تكميل نرم‌افزار ياد شده، رفتار حرارتي اجزاي موتور، به‌ويژه خنك‌كننده آن كه از اهميت بسزايي برخوردار است استخراج مي‌گردد. پس از استخراج دماي خنك‌كننده، نتايج ياد شده با نتايج تجربي حاصل از آزمون موتور در دوره گرم شدن آن كه در مركز تحقيقات موتور ايران خودرو (ايپكو)، صورت گرفته است، مقايسه قرار مي‌شود و بدين‌ترتيب درستي و صحت نتايج به دست آمده بررسي مي‌شود. در نهايت نيز پس از تاييد روش‌هاي اتخاذ شده، راهكارهاي پيشنهادي كاهش زمان گرم شدن موتور مطرح مي‌شود و نتايج حاصل از تاثير روش‌هاي ياد شده بر رفتار حرارتي خنك‌كننده ارايه مي‌گردد.

The transient period that lasts from engine starting to achieve engine coolant to its performance temperature is called arm-up. This study tries to decrease the time of warm-up period in a spark ignition engine. To achieving to this goal, at first the coolant thermal operation should be analyzed. For that, engine divided to seven major parts. These components are piston, cylinder block, cylinder head, engine oil, cylinder block coolant, cylinder head coolant and radiator coolant. Because warm-up period is a transient period, one of the transient heat transfer analyze methods should be applied. The method that is used in this study is lumped thermal capacitance method. Using heat transfer rules including conduction and convection and ignoring radiation, the thermal equations of mentioned parts are calculated. These equations are nonlinear differential equations that can be arranged in form of a set of differential equations. Because of some complicated nonlinear terms in the differential equations, they can not be solved with analytical methods and so MATLAB software is applied to solve the differential equations set. After solving the differential equations set and finding the temperature changes of major parts, these answers should be validated. To verifying the accuracy of theoretical answers, the answers are compared whit experimental result of engine test that is carried out in IPCO (Irankhodro Powertrain Company). After assuring of the correction and accuracy of theoretical method, some solutions are introduced to reduce the warm-up period. The criterion of warm-up period is the thermal operation of engine coolant. So, after applying these solutions, the temperature changes of coolant during warm-up period is calculated for each method and at the end, the advantages and deficiencies of each solution are discussed.