Kusanthula Kusamutsa Kutentha mu Injini Zoyaka Zamkati
Pendauluan
Injini yoyaka mkati (ICE) ndi chipangizo chosinthira mphamvu chomwe chimasintha mphamvu ya mankhwala ya mafuta kukhala mphamvu yamakina kudzera mu njira yoyaka mu chipinda choyaka. Munjira iyi, kusamutsa kutentha kumakhala ndi gawo lalikulu chifukwa kumatsimikizira magwiridwe antchito, magwiridwe antchito, mpweya woipa, ndi kudalirika kwa injini. Kutentha komwe kumapangidwa ndi kuyaka sikusinthidwa kwathunthu kukhala ntchito yothandiza mu crankshaft; ina imatayika kudzera mu mpweya wotulutsa utsi, ina imasamutsidwira ku makoma a silinda, ma pistoni, ndi mitu ya silinda, kenako imatulutsidwa ku makina ozizira ndi mafuta. Chifukwa chake, kusanthula kusamutsa kutentha mu injini zoyaka mkati ndi maziko ofunikira popanga injini zogwiritsa ntchito mphamvu moyenera, zamphamvu, komanso zolimba.
Magwero ndi Njira Zosamutsira Kutentha
Kawirikawiri, kutentha mu injini yoyaka mkati kumachokera ku kuyaka kwa mpweya ndi mafuta osakaniza. Pambuyo poyatsa, kutentha kwa mpweya mu silinda kumatha kufika pa 2000 K pamene kutentha kuli kwakukulu, zomwe zimapangitsa kuti kutentha kukhale kwakukulu pakati pa mpweya wotentha ndi malo ozizira achitsulo. Chifukwa chake, kutentha kumatuluka kuchokera ku mpweya kupita ku zigawo za injini kudzera mu njira zitatu zazikulu: conduction, convection, ndi radiation.
Njira zazikulu zosinthira kutentha zitha kufotokozedwa motere:
1. Mpweya wotentha → pamwamba pa chipinda choyaka moto (khoma la silinda, mutu wa silinda, pamwamba pa pisitoni) kudzera mu convection ndi radiation.
2. Malo oyaka moto → mkati mwa zinthuzo kudzera mu conduction.
3. Zinthu → malo ozungulira kudzera mu convection kupita ku coolant (rediator) ndi mafuta odzola, ndipo potsiriza ku mpweya wozungulira.
Kumvetsetsa njira zimenezi kumathandiza mainjiniya kuzindikira madera ofunikira omwe amafunikira kuziziritsa bwino kapena zinthu zoteteza kutentha kwambiri.
Kuzungulira mu Silinda
Convection ndiye njira yodziwika kwambiri pamikhalidwe yambiri yogwirira ntchito kwa injini. Kuchuluka kwa kutentha kwa convection m'chipinda choyaka kumakhudzidwa kwambiri ndi kugwedezeka kwa mpweya, liwiro la pistoni, mawonekedwe a chipinda choyaka, ndi momwe chimayatsira.
Pa nthawi ya kupsinjika ndi kuyaka, mpweya umayenda movutikira kwambiri chifukwa cha kayendedwe ka pistoni ndi kapangidwe ka doko lolowera, zomwe zimapangitsa kuti mpweya uzungulire ndi kugwa. Kugwedezeka kumeneku kumawonjezera mphamvu yosinthira kutentha (h), motero kumawonjezera liwiro la kusamutsa kutentha kuchokera ku mpweya kupita ku khoma. Mwachidule, liwiro la kusamutsa kutentha kwa convection lingalembedwe motere:
\[
\dot{Q}_{conv} = hA(T_g – T_w)
\]
kumene \(A\) ndi malo osinthira kutentha, \(T_g\) kutentha kwa mpweya, ndi \(T_w\) kutentha kwa khoma. Popeza kutentha kwa mpweya kumasintha mofulumira panthawi ya kuzungulira, kusanthula kwenikweni nthawi zambiri kumakhala kosakhalitsa (kusintha ndi nthawi/liwiro la crank).
Mu maphunziro a injini, ma empirical correlations (monga Woschni) nthawi zambiri amagwiritsidwa ntchito kuyerekeza \(h\) kutengera kuthamanga kwa silinda, kutentha kwa mpweya, ndi liwiro la kayendedwe kake. Ma correlations otere ndi ofunikira chifukwa kuyenda kwa silinda ndi kovuta komanso kovuta kuthetsa mwachisawawa.
Kutentha kwa Moto ndi Mpweya Wotentha
Kupatula kusinthasintha kwa magetsi, kuwala kwa dzuwa kumathandizanso, makamaka m'mainjini a dizilo komanso m'malo okhala ndi katundu wambiri. Mu mainjini a dizilo, kuyaka kwa mpweya kumatulutsa mpweya wambiri, zomwe zimapangitsa kuti kuwala kwa dzuwa kukhale kofunika kwambiri. Kuwala kwa dzuwa kumasamuka kuchokera ku moto ndi zinthu zoyaka kupita ku makoma a chipinda choyaka moto.
Kuchuluka kwa kutentha komwe kumatuluka nthawi zambiri kumatsatira lamulo la Stefan-Boltzmann:
\[
\dot{Q}_{rad} = \varepsilon \sigma A(T_g^4 – T_w^4)
\]
ndi \(\varepsilon\) kutulutsa bwino kwa mpweya/lawi ndi \(\sigma\) chokhazikika cha Stefan–Boltzmann. Chifukwa zimatengera mphamvu yachinayi ya kutentha, kuwala kumawonjezeka kwambiri pamene kutentha kwakukulu kwa kuyaka kuli kwakukulu. Komabe, m'machitidwe, kuyerekeza \(\varepsilon\) sikophweka chifukwa kumakhudzidwa ndi kapangidwe ka mpweya, tinthu ta soot, ndi mawonekedwe a chipinda choyaka.
Kuyendetsa mu Zigawo za Makina
Kutentha komwe kumayamwa ndi pamwamba pa chipinda choyaka moto kumapita mkati mwa chinthucho kudzera mu conduction. Zipangizo zomwe zimagwiritsidwa ntchito nthawi zambiri zimakhala aluminiyamu (ma pistoni, mitu ina ya masilinda) kapena chitsulo chopangidwa ndi chitsulo (ma silinda, ma liners, ma valve). Conduction imafotokozedwa ndi lamulo la Fourier:
\[
\dot{Q}_{cond} = -kA\frac{dT}{dx}
\]
komwe \(k\) ndiye mphamvu ya kutentha kwa chinthucho. Aluminiyamu imakhala ndi mphamvu ya kutentha kwambiri kuposa chitsulo chopangidwa ndi chitsulo, zomwe zimapangitsa kuti ichotse kutentha mwachangu, kuchepetsa kutentha kwapafupi komanso kuchepetsa chiopsezo cha malo otentha. Komabe, aluminiyamu ilinso ndi mphamvu yochepa ya kutentha kwambiri kuposa zipangizo zina zopangidwa ndi chitsulo, kotero mapangidwe amafunika mgwirizano pakati pa kutaya kutentha ndi kulimba kwa kapangidwe kake.
Kuyendetsa bwino kwa ma pistoni ndikofunikira kwambiri: kutentha kuchokera ku korona wa pistoni kuyenera kusamutsidwira ku mphete za pistoni, siketi, ndipo pamapeto pake kumakoma a silinda ndi mafuta. Ngati njira yoyendetsera siili yokwanira, pistoni imatha kukulirakulira kwambiri, kuwonongeka mwachangu, komanso kuwonongeka chifukwa cha kuphulika kapena kuyaka isanayambe kuyaka.
Kusamutsa Kutentha ku Machitidwe Oziziritsa ndi Opaka Mafuta
Kutentha komwe kumafika pakhoma la silinda ndi mutu wa silinda kumasamutsidwira ku choziziritsira (jaketi la madzi) kudzera mu convection. Dongosolo loziziritsira limasunga kutentha kwa injini mkati mwa mulingo woyenera kuti zitsimikizire kukhuthala kwa mafuta kokhazikika, kuyaka bwino, komanso kupewa kuwonongeka kwa kutentha kwa zigawo.
Kumbali inayi, mafuta odzola amagwiranso ntchito ngati malo oziziritsira, makamaka ma pistoni (kudzera mu ma jeti amafuta), ma bearing, ndi malo omwe amakangana kwambiri. Ngakhale kuti mphamvu yoziziritsira mafuta nthawi zambiri imakhala yotsika kuposa ya coolant, ntchito yake ndi yofunika kwambiri polamulira kutentha kwa m'deralo ndikuletsa kuwonongeka kwa ma tribological (kuwonongeka ndi kusweka).
Mu kusanthula mphamvu ya injini, kutentha nthawi zambiri kumagawidwa m'magulu awa: ntchito yogwira mtima, kutentha ku choziziritsira, kutentha ku mafuta, ndi mpweya wotulutsa utsi. Kukula kwa magawo awa kumadalira mtundu wa injini, chiŵerengero cha kupsinjika, njira yoyaka, ndi kapangidwe ka makina oziziritsira.
Mmene Kutentha Kumakhudzira Kugwira Ntchito Bwino
Kutaya kutentha pakhoma la silinda kumachepetsa mphamvu zomwe zingagwiritsidwe ntchito. Kuchokera pamalingaliro a thermodynamic, injini zomwe zimachepetsa kusamutsa kutentha kupita pakhoma (popanda kuyambitsa mavuto a kutentha) zimatha kukhala ndi mphamvu zambiri pa kutentha. Komabe, kuchepetsa kusamutsa kutentha sikophweka nthawi zonse chifukwa kutentha kwa zigawo kuyenera kukhala pansi pa malire a zinthu ndi mafuta.
Njira zina, monga zophimba kutentha pa ma pistoni kapena mitu ya masilinda, zitha kuchepetsa kutentha kwa zinthuzo. Komabe, kusinthaku kumatha kuwonjezera kutentha kwa mpweya, zomwe zitha kuwonjezera kupanga kwa NOx mu injini za petulo ndi dizilo ndikuwonjezera chiopsezo cha kugwedezeka mu injini za petulo. Chifukwa chake, kukonza kusamutsa kutentha nthawi zonse kumaphatikizapo kusinthana pakati pa magwiridwe antchito, utsi woipa, ndi kulimba.
Kusanthula Kwakanthawi ndi Kugawa Kutentha
Mayendedwe a injini ndi othamanga (monga, 2000 rpm amatanthauza ma revolutions 33,3 pa sekondi), kotero kutentha kwa mpweya kumasintha mofulumira ndi kuzungulira kulikonse. Malo a khoma amakhala ndi kusinthasintha pang'ono kwa kutentha chifukwa cha kutentha kwa chinthucho. Chifukwa chake, kusanthula kusamutsa kutentha mu injini nthawi zambiri kumafuna njira yosakhalitsa: kutentha kwa mpweya chifukwa cha liwiro la crank, kusintha kwa ma convection coefficients, ndi mikhalidwe yosinthika ya radiation.
Kugawa kutentha sikofanana. Malo omwe ali pafupi ndi valavu yotulutsa utsi nthawi zambiri amakhala malo otentha kwambiri chifukwa mpweya wotulutsa utsi umakhala wotentha kwambiri ndipo umadutsa pa valavu. Malo otenthawa amatha kuyambitsa ming'alu ya kutentha mu mutu wa silinda kapena valavu ngati kuzizira sikukwanira. Chifukwa chake, kapangidwe ka jekete la madzi, kusankha zida za valavu, ndi njira yoziziritsira ndizofunikira kwambiri.
Zotsatira za Kapangidwe ndi Njira Zowongolera
Kusanthula kutentha kumayambitsa zisankho zingapo zofunika pakupanga:
1. Maonekedwe a chipinda choyaka: amakhudza malo a pamwamba, kugwedezeka, ndi kufalikira kwa kutentha. Zipinda zoyaka zokhala ndi malo akuluakulu pamwamba nthawi zambiri zimawonjezera kutayika kwa kutentha.
2. Zipangizo ndi zokutira: sankhani kutentha koyenera komanso kukana kutentha.
3. Makina oziziritsira osinthika: thermostat, pampu yamagetsi yosinthasintha, ndi kayendedwe ka madzi oziziritsira kuti kutentha kukhale koyenera pa katundu wosiyanasiyana.
4. Kuwongolera kuyaka: nthawi yoyatsira/yopangira jakisoni, EGR, ndi njira yosakaniza kuti pakhale bwino komanso mpweya woipa.
5. Kukonza mafuta odzola: kapangidwe ka mafuta oyendera pisitoni ndi kayendedwe ka mafuta kuti achepetse kutentha kwa pisitoni ndi mabearing.
Mapeto
Kusamutsa kutentha mu injini yoyaka mkati ndi chinthu chovuta chomwe chimakhudza kugwedezeka kwa mpweya wa mu silinda, kuwala kuchokera ku lawi ndi mpweya wotentha, ndi kupititsa patsogolo kudzera mu zigawo za injini kupita ku makina ozizira ndi opaka mafuta. Kusanthula bwino kumathandiza opanga kumvetsetsa kutayika kwa mphamvu, kuwongolera kutentha kwa zigawo, ndikuwongolera magwiridwe antchito pamene akusunga mpweya woipa komanso kudalirika. Popeza magalimoto amakono akuchulukirachulukira kugwiritsa ntchito mafuta ndi mpweya woipa, luso la kusanthula kutentha likukhala lofunika kwambiri, kwa injini zachikhalidwe komanso zomwe zili ndi ukadaulo waposachedwa wa kuyaka.
Ngati mukufuna, nditha kumaliza nkhaniyi ndi: (1) chitsanzo chosavuta cha kuwerengera kutentha kwa makoma a silinda, (2) chithunzi cha kayendedwe ka mphamvu (kuchuluka kwa kutentha) kwa injini ya petulo poyerekeza ndi dizilo, kapena (3) mndandanda wa mabuku/zolemba zolimbikitsira sayansi.
