Ka Loiloi Wela o nā ʻenekini puhi kūloko
He mea koʻikoʻi ka loiloi wela o nā ʻenekini kuni kūloko (ICE) no ka hoʻomaopopo ʻana pehea e hoʻololi ʻia ai ka ikehu kemika o ka wahie i ikehu mechanical, a pehea hoʻi e hoʻolaha ʻia ai ka wela, hoʻohana ʻia, a nalowale i loko o kēia kaʻina hana. Hana nā ʻenekini kuni kūloko—inā paha i loko o nā kaʻa, nā mea hana mīkini, a i ʻole nā noi ʻoihana—ma lalo o nā mahana kiʻekiʻe a me nā kaomi, no laila ua hoʻopilikia nui ʻia kā lākou hana, ka pono, ka hoʻokuʻu ʻana, a me ka hilinaʻi o nā ʻāpana e ko lākou mau ʻano wela. Ma o ka loiloi wela, hiki i nā ʻenekini ke hoʻomaikaʻi i ka hoʻolālā keʻena kuni, nā hoʻolālā hoʻoluʻu, ke koho ʻana i nā mea, a me ka kaohi ʻana i nā hoʻokuʻu.
1. Nā Manaʻo Kumu o ka Ikehu a me ka Wela i loko o nā Mīkini
ʻO ke kumu, hoʻololi kahi ʻenekini kuni kūloko i ka ikehu kemika o ka wahie i wela ma o kahi hopena kuni. Hoʻonui kēia wela i ka ikehu kūloko o ke kinoea i loko o ka cylinder, e hana ana i ke kaomi e hoʻokuke i ka piston (no kahi ʻenekini reciprocating) a i ʻole e hoʻokele i kahi turbine (no kahi ʻenekini turbine kinoea). Eia naʻe, ʻaʻole i hoʻololi ʻia nā wela āpau i hana pono. Ua nalowale ka hapa nui o ia mea ma o:
1. Kinoea hoʻopau (nā pohō hoʻopau): Hoʻopuka ʻia ka ikehu wela me ke kinoea hoʻopau.
2. ʻŌnaehana hoʻoluʻu (nā pohō coolant): Hoʻopili ʻia ka wela e nā paia cylinder, ke poʻo cylinder, a me nā ʻāpana ʻē aʻe a laila hoʻoili ʻia i ka coolant a i ʻole ka ea.
3. Ka pāhawewe waho a me ka convection: Hoʻokuʻu ʻia ka wela i ke kaiapuni mai ka ʻili o ka mīkini.
4. Nā pohō mīkini: ʻOiai ʻaʻole wale ka wela, hoʻopuka ka friction i ka wela a hōʻemi i ka hana kūpono.
Hoʻāʻo ka loiloi wela e hana i kahi kaulike ikehu: ʻo ka hapa hea o ka ikehu o ka wahie e lilo i mana braking, ʻehia ka nui o ka nalowale i ka coolant, ʻehia ka nui o ka nalowale ma ke ʻano he kinoea hoʻopau, a me ka nui o ka nalowale ma o nā ʻano hana ʻē aʻe.
2. Ka Pōʻaiapuni Thermodynamic Kūpono a me ka Pōʻaiapuni Maoli
No ka hoʻomaopopo ʻana i ke ʻano wela o kahi ʻenekini, hoʻohana pinepine ʻia ke kumu hoʻohālike pōʻaiapuni kūpono:
– Kaʻapuni Otto no nā mīkini ʻaila (hoʻā ʻana o nā hunaahi).
– Kaʻapuni Diesel no nā mīkini diesel (hoʻā ʻana o ka compression).
– Kaʻapuni Pālua ma ke ʻano he hui pū ʻana o nā ʻano Otto a me Diesel.
– ʻO Brayton no nā mīkini hoʻoheheʻe kinoea.
Manaʻo ke kaʻina hana kūpono i kahi kaʻina hana hoʻohuli a me ke kuni koke ʻana, me ka ʻole o ka nalowale wela a me ka ʻole o ka friction. Eia nō naʻe, i loko o nā mīkini maoli, aia nā ʻokoʻa koʻikoʻi, no ka laʻana:
– He manawa ka puhi ʻana (puhi palena palena).
– He mea koʻikoʻi loa ka hoʻoili ʻana o ka wela i nā paia o ka cylinder.
– Aia ka pahū ʻana (ka liki ʻana o ke kinoea ma mua o nā apo piston).
– ʻO ke kaʻina hana omo a hoʻopau ke kumu o ka pohō ʻana o ka pamu.
– Hoʻololi nā ʻano wela o nā kinoea me ka mahana.
No laila, pono ka hoʻoponopono ʻana i ka loiloi wela o nā ʻenekini maoli—ma o nā ʻano hana empirical, nā hiʻohiʻona 1D/3D, a i ʻole ka ʻikepili hoʻokolohua.
3. Hoʻoili Wela i loko o kahi Cylinder
Hana ʻia ka hoʻoili wela mai nā kinoea kuni a i nā paia cylinder ma o ʻekolu mau ʻano hana: ka hoʻoili ʻana, ka convection, a me ka radiation. I loko o kahi ICE, ʻo ka convection ka mea nui loa, ʻoiai ke kahe ʻana o ka turbulent i loko o ke keʻena kuni e hoʻolalelale i ka hoʻoili wela.
ʻO kekahi o nā kumu nui e hoʻohuli i ka hoʻoili wela:
– Ka mahana o ke kinoea a me ka paia: ʻOi aku ka nui o ka ʻokoʻa o ka mahana, ʻoi aku ka nui o ka wikiwiki o ka hoʻoili wela.
– Turbulence: Hoʻohuli ʻia e ka hoʻolālā awa, ke ʻano piston, ka swirl, ka hiolo, a me ka wikiwiki o ka ʻenekini.
– Kaomi a me ka nui o ke kinoea: Hoʻonui i ka wā o ka hoʻopili ʻana a me ke kuni ʻana, e hoʻonui ana i ke koina hoʻoili wela.
– Ka lakio hoʻopili: Hoʻonui maʻamau ka pono o ka thermal, akā hoʻonui pū i ka mahana kiʻekiʻe i mea e hoʻonui ai ka ukana thermal ma nā ʻāpana.
Hoʻohana pinepine nā kumu hoʻohālike hoʻoili wela i loko o ka cylinder i nā pilina empirical, e like me Woschni a i ʻole Hohenberg, e kuhi i ka coefficient convection ma muli o nā loli hana ʻenekini.
4. Ka Nānā ʻana i ka Mahana ʻĀpana Koʻikoʻi
Loaʻa i nā ʻāpana mīkini nā gradients wela kiʻekiʻe a me nā pōʻaiapuni thermal pinepine, hiki ke alakaʻi i ka luhi thermal, deformation, a i ʻole ka hāʻule ʻana o nā mea. ʻO nā ʻāpana koʻikoʻi:
– Piston: Loaʻa ka wela i ka lei piston pololei mai ke ahi. Hoʻokō ʻia ka hoʻoluʻu ʻana ma o nā jet aila, nā hale hōʻoluʻu piston, a me ka hoʻolālā mea.
– Ke poʻo cylinder a me nā valves: Loaʻa i nā valves hoʻopau a me ka ʻāina a puni ko lākou mau noho nā ukana wela kiʻekiʻe loa mai nā kinoea wela. He mea nui nā mea pale wela a me ka hoʻomaʻalili pono.
– Ka uhi paukūʻolokaʻa: Pono e hoʻokuʻu i ka wela me ka mālama ʻana i ka lubrication a me ka hoʻēmi ʻana i ka distortion.
– Turbocharger (inā loaʻa): Hana ka turbine i nā mahana kinoea hoʻopau kiʻekiʻe; pono ka noʻonoʻo ʻana i ka hoʻoluʻu ʻana a me ke koho ʻana i nā mea hao e kū i ka wela.
Hoʻohana pinepine ka loiloi mahana ʻāpana i nā hoʻohālike alakaʻi (e.g., finite element analysis/FEA) me nā palena convection kinoea a me ka coolant. ʻO ka pahuhopu ka hōʻoia ʻana i ka mahana kiʻekiʻe loa ma lalo o nā palena o ka mea a hoʻemi i ke kaumaha wela.
5. ʻŌnaehana Hoʻoluʻu a me ka Hoʻokele Wera
Ma muli o ka nui o ka wela e pono e wehe ʻia e pale aku i ka wela nui o ka ʻenekini, lilo ka ʻōnaehana hoʻoluʻu i mea nui o ka nānā ʻana i ka wela. Hoʻohana nā ʻenekini hou i:
– Hoʻomaʻalili wai (ʻaʻahu wai) me ka radiator, ka pamu coolant, ka thermostat, a me ka peʻahi.
– Hoʻoluʻolu ea i loko o kekahi mau ʻenekini (nā ʻenekini liʻiliʻi, kekahi mau ʻenekini mokokaikala).
He kūkaʻi koʻikoʻi: ʻo ka hoʻoluʻu nui ʻana e hoʻohaʻahaʻa i ka mahana o ka ʻenekini a hiki ke hōʻemi i ka pono o ka thermal no ka mea ua nalowale ka wela i ka coolant. I ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ʻo ka hoʻoluʻu kūpono ʻole e hoʻonui i ka pilikia o ke kuʻi ʻana (i loko o ka gasoline), ka hoʻā mua ʻana, ka hōʻino ʻana o ka aila, a me ka hōʻino ʻana o nā ʻāpana.
Hoʻāʻo nā manaʻo hoʻokele wela o kēia wā e mālama i ka mīkini i kahi mahana kūpono: kiʻekiʻe loa no ka pono a me nā hoʻokuʻu ʻana, akā haʻahaʻa no ka hilinaʻi. ʻO nā hoʻolālā e komo pū ana:
– ʻO ka pauma hoʻomaʻalili loli.
– Mea hoʻomehana uila.
– Hoʻomaʻalili i kuhikuhi ʻia ma nā wahi koʻikoʻi.
– Ka mana o ke kahe ʻana o ka EGR (hoʻihoʻi hou ʻana o ke kinoea hoʻopau) e hōʻemi i ka mahana puhi a me ka NOx.
6. Ka Pono Wela a me ke Kaulike Ikehu
ʻO ka pono wela o kahi ʻenekini ka lakio wale nō o ka hana upena i ka ikehu i hoʻokomo ʻia mai ka wahie. I loko o nā kaʻa, ua hōʻike pinepine ʻia penei:
– Ka pono wela i hōʻike ʻia: ma muli o ka hana i loko o ka cylinder.
– Ka pono wela o ka paleki: ma muli o ka mana ma ke koʻokoʻo hoʻopuka.
ʻO ke kaulike ikehu maʻamau no kahi ʻenekini maʻamau e hōʻike ana he 25-40% wale nō o ka ikehu o ka wahie i hoʻololi ʻia i mana hiki ke hoʻohana ʻia, a nalowale ke koena ma o ka hoʻopau ʻana a me ka hoʻoluʻu ʻana. I nā ʻenekini diesel ʻenehana kiʻekiʻe hou, hiki ke kiʻekiʻe loa ka pono, akā mau nā palena kumu ma muli o ka thermodynamics (e.g., ka palena Carnot kūpono) a me nā palena hana (puhi ʻana, friction, hoʻokuʻu ʻana, a me ke kūpaʻa o nā mea).
ʻO nā hana e hoʻomaikaʻi ai i ka pono wela e pili ana i:
– E hoʻonui i ka lakio compression (me nā palena kuni ʻana/kū ʻole).
– E hōʻemi i ka pohō wela ma o nā uhi wela (nā uhi pale wela).
– Ke hoʻohana nei i ka ikehu kinoea hoʻopau ma o ka turbocharging, turbocompounding, a i ʻole ka hoʻōla ʻana i ka wela ʻōpala (e.g., Rankine cycle).
– Hoʻonui i ka manawa puhi ʻana, AFR (lakio ea-wahie), a me ke ʻano hoʻokomo.
7. Pilina ma waena o ka Loiloi Wela a me nā Hoʻokuʻu ʻana
Hoʻopilikia nui ka mahana o ke kuni ʻana i ka hoʻokumu ʻana o nā hoʻokuʻu ʻana:
– Hoʻonui ʻia ka NOx i nā mahana kiʻekiʻe a me ke keu o ka oxygen.
– Hoʻonui ʻia ka CO a me ka HC inā ʻaʻole piha ka puhi ʻana a i ʻole ua haʻahaʻa loa ka mahana.
– Hoʻopilikia ʻia nā ʻāpana (soot), ʻoi aku hoʻi i ka diesel, e ka hui ʻana a me ka mahana kūloko.
No laila, ʻaʻole hiki ke hoʻokaʻawale ʻia ka loiloi wela mai nā hoʻolālā kaohi hoʻokuʻu. No ka laʻana, hoʻohaʻahaʻa ʻo EGR i nā mahana kiʻekiʻe, a laila e kāohi ana i ka NOx, akā hiki ke hoʻonui i ka soot inā ʻaʻole kaulike ʻia e ka hui pono ʻana a me ka oxidation.
8. Nā ʻAno Hana Loiloi: Nā Hoʻokolohua a me nā Hoʻohālikelike
Hana ʻia ka loiloi wela ma o ka hui pū ʻana o:
1. Hoʻāʻo ʻenekini
E ana i ka mahana o ka coolant, ka ʻaila, ke kinoea hoʻopau, a me nā ʻāpana (me ka hoʻohana ʻana i nā thermocouples, nā kāmela IR, a i ʻole nā mea ʻike kūikawā). He mea nui kēia ʻikepili no ka hōʻoia ʻana o ke kumu hoʻohālike.
2. Hoʻohālike 1D (hoʻohālike pōʻaiapuni ʻenekini)
Hoʻohālike i nā kaʻina hana i loko o ka cylinder, nā kahe komo/hoʻopau, a me ke kuni honua. Wikiwiki no ka loiloi ʻana i nā palena hana a me nā kaulike wela.
3. Keʻena kuni CFD 3D
Nānā i nā kikoʻī o ka haunaele, ka hui ʻana, ka lapalapa, a me ka hoʻolaha ʻana o ka mahana. He mea pono loa no ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka hoʻolālā o ke keʻena kuni a me ka injector.
4. FEA kūkulu wela
E helu i ka hoʻolaha ʻana o ka mahana a me ke kaumaha wela ma nā ʻāpana, ʻoiai hoʻi nā pistons, nā poʻo cylinder, nā manifolds, a me nā turbochargers.
ʻO ka hoʻohui ʻia ʻana o kēia mau ʻano hana e hopena i kahi hoʻolālā i kūpono a hilinaʻi hoʻi.
Ka hopena
He mea nui ka loiloi wela o nā ʻenekini puhi kūloko no ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka pono, ka hōʻemi ʻana i nā hoʻokuʻu ʻana, a me ka hōʻoia ʻana i ka hilinaʻi o nā ʻāpana i nā wahi hana wela kiʻekiʻe. Ma ka hoʻomaopopo ʻana i ka hoʻoili wela i loko o ka cylinder, nā kaulike ikehu, a me ka hoʻokele hoʻoluʻu, hiki i nā ʻenekini ke hana i nā hoʻoholo hoʻolālā ʻoi aku ka naʻauao—mai ke ʻano o ke keʻena puhi a me nā mea hana a hiki i nā ʻōnaehana hoʻoluʻu a me nā kaohi hana ʻenekini. ʻO nā holomua i ka ʻenehana simulation (CFD/FEA) a me nā mea ʻike ana e hoʻomaikaʻi hou aku i nā hiki analytical, e hiki ai ke hoʻonui wikiwiki a pololei hoʻi e hoʻokō i nā koi hoʻoponopono o ka pono ikehu a me nā hoʻokuʻu ʻana o kēia lā.
Inā makemake ʻoe, hiki iaʻu ke hoʻololi i kēia ʻatikala i ʻoi aku ka naʻauao (me nā kaulike maʻamau, nā kuhikuhi, a me nā mokuna liʻiliʻi o ke ʻano helu) a i ʻole e pili pono no nā kumu haʻawina/thesis.
