Su'esu'ega o le Fesiitaiga o le Vevela i Afi Mu i Totonu
Pendahuluan
O le afi mu i totonu (ICE) o se masini e liua ai le malosi e liua ai le malosi fa'akemikolo o le suau'u i le malosi fa'amekanika e ala i se faiga o le mu i totonu o le potu mu. I lenei faiga, o le fesiitaiga o le vevela e taua tele aua e fuafua ai le lelei, fa'atinoga, fa'asa'olotoga, ma le fa'atuatuaina o le afi. O le vevela e mafua mai i le mu e le o liua atoatoa i galuega aoga i totonu o le crankshaft; o nisi e leiloa e ala i kasa e alu ese ai le ea, o nisi e fesiita'i atu i puipui o le silini, pistons, ma ulu o le silini, ona fa'asa'olotoina lea i faiga fa'amālūlū ma fa'a'asu'u. O le mea lea, o le iloiloina o le fesiitaiga o le vevela i afi mu i totonu o se fa'avae taua i le mamanuina o afi e sili atu ona lelei le fa'asaoina o le malosi, malolosi, ma tumau.
Punaoa ma Ala o le Fesiitaiga o le Vevela
I se tulaga lautele, o le vevela i totonu o se afi mu i totonu e mafua mai i le tali atu o le ea ma le suauu i le mu. A maeʻa ona mu, e mafai ona oʻo atu le vevela o le kesi i totonu o le silini i le silia ma le 2000 K i tulaga sili ona maualuga, ma fausia ai se eseesega tele o le vevela i le va o le kesi vevela ma luga o uʻamea e fai si malulu. O le iʻuga, e tafe atu le vevela mai le kesi i vaega o le afi e ala i auala autu e tolu: conduction, convection, ma le radiation.
O auala autū o le fesiitaiga o le vevela e mafai ona aoteleina e pei ona taua i lalo:
1. Kasa vevela → luga o le potu mu (puipui o le silini, ulu o le silini, luga o le piston) e ala i le convection ma le radiation.
2. Fogaeleele o le potu mu → totonu o le meafaitino e ala i le fa'aosofiaga.
3. Meafaitino → siosiomaga e ala i le convection i le coolant (radiator) ma le suauu lubricating, ma mulimuli ane i le ea o siomia ai.
O le malamalama i nei auala e fesoasoani i inisinia e iloa ai vaega taua e manaʻomia ai le faʻamālūlūina lelei pe sili atu ona teteʻe i le vevela.
Convection i totonu o se Cylinder
O le convection o le faiga autū lea i lalo o le tele o tulaga fa'agaoioia o le afi. O le fua fa'atatau o le fesiitaiga o le vevela o le convection i totonu o le potu mu e matua'i a'afia lava e le turbulence o le tafe o le kesi, saoasaoa o le piston, foliga o le potu mu, ma tulaga o le mu.
I le taimi o le fa'apipi'iina ma le fa'amumuina o le kesi, e matuā fenumiai le tafe o le kesi ona o le gaioiga o le piston ma le mamanu o le intake port, lea e mafua ai le swirl ma le tumble. O lenei fenumiai e fa'ateleina ai le heat transfer coefficient (h), ma fa'ateleina ai le saoasaoa o le fesiitaiga o le vevela mai le kesi i le puipui. I se faapuupuuga, o le saoasaoa o le convection heat transfer e mafai ona tusia e pei ona:
\[
\dot{Q}_{conv} = hA(T_g – T_w)
\]
lea o le \(A\) o le eria o le fesiitaiga o le vevela, \(T_g\) le vevela o le kesi, ma le \(T_w\) le vevela o le puipui. Talu ai ona vave ona suia le vevela o le kesi i le taimi o se taamilosaga, o se auiliiliga moni e masani lava ona le tumau (suia faatasi ma le taimi/saoasaoa o le vili).
I suʻesuʻega o afi, o fesoʻotaʻiga faʻapitoa (e.g., Woschni) e masani ona faʻaaogaina e faʻatatau ai le \(h\) e faʻavae i luga o le mamafa o le silini, le vevela o le kesi, ma le saoasaoa o le tafe. O ia fesoʻotaʻiga e taua ona o tafega i totonu o le silini e faigata ma faigata ona foia i le auiliiliga.
Fa'avevela mai le Afi ma Kasa Vevela
E ese mai i le convection, e iai fo'i le sao o le radiation, aemaise lava i afi diesel ma i lalo o tulaga mamafa. I afi diesel, o le fa'asalalauina o le afi e maua ai le tele o le lefulefu, lea e fa'ateleina ai le emissivity o le kesi, ma fa'ateleina ai le taua o le radiation. E fesiita'i le radiation mai le afi ma oloa mu i luga o puipui o le potu mu.
O le fua faatatau o le fesiitaiga o le vevela e masani ona mulimuli i le tulafono a Stefan–Boltzmann:
\[
\dot{Q}_{rad} = \varepsilon \sigma A(T_g^4 – T_w^4)
\]
fa'atasi ai ma le \(\varepsilon\) le emissivity aoga o le kesi/afi ma le \(\sigma\) le Stefan–Boltzmann constant. Talu ai e fa'alagolago i le mana lona fa o le vevela, e fa'ateleina tele le fa'asalalauina o le radiation pe a maualuga le vevela o le mu. Peita'i, i le fa'atinoina, o le fa'atatauina o le \(\varepsilon\) e le faigofie aua e a'afia i le tuufaatasiga o le kesi, vaega o le lefulefu, ma le geometry o le potu mu.
Fa'a'avega o le eletise i vaega o masini
O le vevela e mitiia e le fogāeleele o le potu mu o le a alu atu i totonu o le mea e ala i le fa'aosofiaga. O mea e fai ai vaega e masani lava o le alumini u'amea (pistons, nisi ulu o le silini) po'o le u'amea ma le u'amea (poloka o le silini, laina, valves). O le fa'aosofiaga e fa'aalia e le tulafono a Fourier:
\[
\dot{Q}_{cond} = -kA\frac{dT}{dx}
\]
lea o le \(k\) o le malosiaga fa'avevela o le meafaitino. E sili atu le malosiaga fa'avevela o le alumini nai lo le u'amea, ma mafai ai ona vave fa'aitiitia le vevela, fa'aitiitia ai le vevela i le lotoifale ma fa'aitiitia ai le lamatiaga o nofoaga vevela. Peita'i, e maualalo fo'i le malosi o le alumini i le vevela maualuga nai lo nisi o mea e fa'avae i u'amea, o lea e mana'omia ai e mamanu se fetu'una'iga i le va o le fa'aitiitia o le vevela ma le tumau o le fausaga.
E taua tele le fa'asoloina o le ea mo pistons: e tatau ona fa'aliliuina atu le vevela mai le pito i luga o le piston i mama piston, le pito i lalo o le piston, ma mulimuli ane i puipui o le silini ma le suāuu. Afai e le lava le ala o le fa'asoloina o le ea, e mafai e le piston ona fa'alauteleina tele, vave ona ofuina, ma e o'o lava i le fa'aleagaina ona o le pa po'o le mua'i fa'amumuina.
Fesiitaiga o le Vevela i Faiga Fa'amālūlū ma Fa'asu'u
O le vevela e oʻo atu i puipui o le silini ma le ulu o le silini e faʻaliliuina atu lea i le coolant (water jacket) e ala i le convection. O le faiga faʻamālūlū e faʻatumauina le vevela o le afi i totonu o le tulaga sili ona lelei e faʻamautinoa ai le mautu o le viscosity o le suāuu, lelei le faʻamumuina, ma puipuia ai le faʻaleagaina o vaega i le vevela.
I le isi itu, o le suāuu fa'a'asu e galue fo'i o se auala fa'amālūlū, aemaise lava mo pistons (e ala i le suau'u e tafe ifo), bearings, ma nofoaga e tele ai fe'ese'esea'iga. E ui o le malosi fa'amālūlū o le suāuu e masani ona maualalo ifo nai lo le malosi fa'amālūlū, ae o lona sao e taua tele i le puleaina o le vevela i le lotoifale ma puipuia ai le fa'aletonu o le tribological (ofu ma le olo).
I le su'esu'ega o le malosi o le afi, e masani ona vaevaeina le vevela i ni vaega se tele: galuega lelei, vevela i le vai malulu, vevela i le suau'u, ma le enthalpy o le kasa e alu ese ai le ea. O le tele o nei vaega e fa'alagolago i le ituaiga o le afi, le fua fa'atatau o le fa'apipi'iina, le fuafuaga o le mu, ma le mamanu o le faiga fa'amālūlūina.
O le Aafiaga o le Fesiitaiga o le Vevela i le Lelei o le Fa'aogaina
O le leiloa o le vevela i le puipui o le silini e faʻaitiitia ai le malosi e maua e gaosia ai galuega. Mai se vaaiga faʻatermonika, o afi e faʻaitiitia ai le fesiitaiga o le vevela i le puipui (e aunoa ma le faʻalauiloaina o faʻafitauli o le vevela) e iai le gafatia e maua ai le maualuga o le lelei o le vevela. Peitaʻi, o le faʻaitiitia o le fesiitaiga o le vevela e le faigofie i taimi uma aua e tatau ona tumau le vevela o vaega i lalo ifo o tapulaʻa o meafaitino ma le faʻasusuina.
O nisi auala, e pei o ufiufi o le vevela i luga o pistons poʻo ulu o le silini, e mafai ona faʻaitiitia ai le tafe o le vevela i le meafaitino. Peitaʻi, o nei suiga e mafai ona faʻateleina ai le vevela o le kesi, e ono faʻateleina ai le fausiaina o le NOx i afi penisini ma le diesel ma faʻateleina ai le lamatiaga o le paʻu i afi penisini. O le mea lea, o le faʻaleleia atili o le fesiitaiga o le vevela e aofia ai i taimi uma se fefaʻatauaʻiga i le va o le lelei, kasa faʻasaʻoloto, ma le tumau.
Su'esu'ega Fa'afuase'i ma le Tufatufaina o le Vevela
E vave le taamilosaga o le afi (e pei o le 2000 rpm o lona uiga o le 33,3 taamilosaga i le sekone), o lea e vave ona fesuisuiaʻi le vevela o le kesi i taamilosaga taʻitasi. E laʻititi le suiga o le vevela o puipui ona o le mamafa o le vevela o le meafaitino. O le mea lea, o le suʻesuʻega o le fesiitaiga o le vevela i afi e masani ona manaʻomia ai se auala faʻafuaseʻi: o le vevela o le kesi e fai ma galuega tauave o le saoasaoa o le crank, suiga o le convection coefficients, ma tulaga fesuisuiaʻi o le radiation.
E lē tutusa le tufatufaina o le vevela. O le vaega e lata ane i le valve o le paipa e alu ese ai le ea e masani ona avea ma nofoaga e sili ona vevela ona e matuā vevela lava kasa o le paipa e alu ese ai le ea ma e tafe atu i tua atu o le valve. O lenei nofoaga vevela e mafai ona mafua ai le māvaevae o le ulu o le silini pe mu ai le valve pe afai e lē lava le faamaluluina. O le mea lea, e taua tele le mamanuina o le ufimata vai, le filifilia o mea e fai ai le valve, ma le fuafuaga e faamaluluina ai.
Aafiaga o le Fuafuaga ma Fuafuaga Pulea
O le su'esu'ega o le fesiitaiga o le vevela e mafua ai ni nai fa'ai'uga taua i le mamanu:
1. Fa'atulagaga o le potu mu: e a'afia ai le lautele o le fogaeleele, le fenumia'i, ma le tufatufaina atu o le vevela. O potu mu e tetele le lautele o le fogaeleele e masani ona fa'ateleina ai le leiloa o le vevela.
2. Meafaitino ma vali: filifili le auala talafeagai e tete'e atu ai i le vevela ma le vevela.
3. Faiga fa'amālūlū fetuutuunai: thermostat, pamu eletise fesuisuia'i, ma le pulea o le tafe o le vai malulu e fa'atumauina ai le vevela lelei i avega eseese.
4. Pulega o le mu: taimi e fa'amumu ai/tui ai, EGR, ma le fuafuaga o le fa'afefiloi e paleni ai le lelei o le fa'aogaina ma le kasa e fa'asa'olotoina ai le afi.
5. Fa'aleleia atili o le fa'a'asu'u: mamanu o le fa'asu'u o le piston ma le fa'ata'amilosaga o le suau'u e fa'aitiitia ai le vevela o le piston ma le bearing.
I'uga
O le fesiitaiga o le vevela i totonu o se afi mu i totonu o se mea faigata e aofia ai le fesiitaiga o le vevela o kasa i totonu o le silini, le fa'asalalauina mai le afi ma kasa vevela, ma le fa'asalalauina e ala i vaega o le afi i faiga fa'amālūlū ma fa'asusu. O se su'esu'ega lelei e mafai ai e tagata mamanu ona malamalama i le leiloa o le malosi, pulea le vevela o vaega, ma fa'aleleia le lelei a'o fa'atumauina pea le fa'asa'olotoina ma le fa'atuatuaina. Faatasi ai ma le fa'ateleina o le mana'omia o le fa'aaogaina o le suau'u ma le fa'asa'olotoina o kasa i totonu o ta'avale fa'aonaponei, o le atamai i le su'esu'ega o le fesiitaiga o le vevela ua fa'ateleina le taua, mo afi masani ma i latou o lo'o i ai tekinolosi fa'amūina fou.
Afai e te manaʻo ai, e mafai ona ou faʻamaeʻaina lenei tusiga i: (1) se faʻataʻitaʻiga faigofie o le fuafuaina o le vevela o le puipui o le silini, (2) se ata masani o le tafe o le malosi (paleni o le vevela) o se afi penisini e faʻatusatusa i le afi diesel, poʻo le (3) se lisi o faʻamatalaga i tusi/tusi talaaga e faʻamalosia ai le faʻavae faasaienisi.
