Su'esu'ega Fa'avevela i Afi Tioisa ma Afi Penisini
Pendahuluan
O le afi mu i totonu o se tekinolosi autū e liua ai le malosiaga fa'akemikolo o se suau'u i le malosiaga fa'amekanika e ala i le mu i totonu o se silini. O ituaiga e lua e sili ona taatele e fa'aaogaina i ta'avale ma fa'aoga eseese tau alamanuia o le afi penisini (spark ignition/SI) ma le afi diesel (compression ignition/CI). E ui o lo'o fa'alagolago uma i le ta'amilosaga e fa-stroke (i le tele o mamanu) ma mataupu fa'avae fa'avae o le thermodynamic, ae o lo'o i ai eseesega taua i le fa'avaeina o le paluga, auala e fa'amumu ai, uiga o le mu, ma le i'uga, lelei o le fa'atinoga. O le su'esu'eina o le thermodynamics e fesoasoani ia i tatou e malamalama ai pe aisea e sili atu ai ona lelei le fa'atinoga o afi diesel, pe aisea e eseese ai le tali atu ma uiga o le rev o afi penisini, ma pe fa'apefea ona fuafua e fa'atulagaga e pei o le compression ratio, vevela, mamafa, ma mea e leiloa ai le fa'atinoga.
Thermodynamics Faavae o Afi Mu i Totonu
O le mea sili ona lelei, o le faʻatinoga o le afi e masani ona iloiloina e ala i se taʻamilosaga thermodynamic faʻapitoa e faʻafaigofieina ai le faiga moni o le lalolagi. O le sini e le o le toe faia saʻo o faʻamatalaga auiliili o le mu, ae ia saunia se faʻavae mo le iloiloina o le aʻafiaga o fesuiaʻiga o mamanu i le lelei. O aofaʻiga autu i lenei suʻesuʻega e aofia ai:
1. Fua fa'atatau o le fa'apipi'iina (r): o le fua fa'atatau o le voluma o le silini pe a i ai le piston i le ogatotonu oti pito i lalo i le voluma i le ogatotonu oti pito i luga. O le fua fa'atatau o le fa'apipi'iina e a'afia ai le vevela ma le mamafa mulimuli o le fa'apipi'iina, ma o lea e matua'i fuafua ai le lelei.
2. Fa'aulufale mai o le vevela (Q_in) ma le fa'aulufale mai o le vevela (Q_out): i le manatu lelei o le ta'amilosaga, e tupu le fa'aulufale mai o le vevela i le taimi o le mu (pe fa'aopoopoina o le vevela) ma e tupu le fa'aulufale mai o le vevela i le taimi o le te'ena o le vevela.
3. Galuega fa'aputu (W_net): o le eseesega i le va o galuega fa'alautele ma galuega fa'apipi'i.
4. Lelei o le vevela (η_th): o le fua faatatau o le galuega mama i le vevela e ulufale mai, e pei o le η_th = W_net / Q_in.
5. Tulafono Muamua o le Thermodynamics: o suiga i le malosi i totonu o se faiga e fesoʻotaʻi ma le vevela ma le galuega. I se taʻamilosaga tapuni lelei, o le galuega mama e tutusa ma le eseesega i le va o le vevela e ulufale mai ma le vevela e alu ese mai.
I le faʻatinoina, o le lelei moni e masani ona maualalo ifo nai lo le tulaga lelei ona o le feteʻenaʻiga, fesiitaiga o le vevela i puipui o le silini, le le atoatoa o le mu, le leiloa o le pamu, faʻapea foʻi ma mea taua mai le kasa alu ese ma le faiga faʻamālūlūina.
Ta'amilosaga Lelei o le Afi Penisini: Ta'amilosaga Otto
O le afi penisini lelei atoatoa o loʻo faʻatusalia e le taamilosaga Otto, i le manatu o le faʻaopoopoga o le vevela e tupu i le voluma tumau. O laʻasaga autu o le taamilosaga Otto lelei atoatoa o:
1. Isentropic compression: o le paluga o le ea ma le penisini e fa'apipi'i e aunoa ma le fesiitaiga o le vevela (lelei atoatoa).
2. Fa'aopoopoga o le vevela i le voluma e le suia: e manatu o le a vave ona tupu le mu ina ia tumau ai pea le voluma.
3. Fa'alauteleina isentropic: e fa'alauteleina le kesi mu, tulei le piston ma fa'atupuina le galuega.
4. Teena o le vevela e le suia: e te'ena le vevela ma toe fo'i le ta'amilosaga i lona tulaga muamua.
E mafai ona tusia le lelei o le vevela o le taamilosaga Otto lelei e fai ma galuega tauave o le fua faatatau o le compression:
\[
\eta_{Otto} = 1 – \frac{1}{r^{\gamma – 1}}
\]
lea o le γ o le fua faatatau o le vevela patino (Cp/Cv). O lenei fua faatatau e faaalia ai o le faateleina o le fua faatatau o le compression e faateleina ai le lelei. Peitai, o afi penisini e faatapulaaina e le knocking (detonation), o le mu e le pulea ona o le maualuga o le vevela ma le mamafa e mafua ai ona mu nisi o le paluga a o lei gaosia e le spark plug se afi tumau. O le mea lea, o le fua faatatau o le compression o afi penisini e masani ona maualalo ifo nai lo afi diesel.
Ta'amilosaga Lelei o le Afifi Diesel: Ta'amilosaga Diesel
O le afi diesel lelei atoatoa e faʻatusalia e le taʻamilosaga Diesel, ma le eseesega autu o le faʻaopoopoina o le vevela e manatu o le a tupu i le mamafa tumau (pe toetoe lava a tumau) ona o le tuiina o le suauʻu i le taimi o le faʻalauteleina muamua. O laʻasaga o le taʻamilosaga Diesel lelei atoatoa e faʻapea:
1. Isentropic compression: e na'o le ea e fa'apipi'iina i se vevela maualuga tele.
2. Faaopoopoga o le vevela i le mamafa faifai pea: e tuiina ma susunuina le suauu, ma faatumauina ai se mamafa faifai pea i le taimi o le faagasologa.
3. Fa'alauteleina isentropic: e fa'alauteleina le kesi vevela ma fa'atupuina ai le galuega.
4. Fa'asalalauina pea o le vevela: e teena le vevela e toe fo'i i le tulaga muamua.
O le lelei o le ta'amilosaga Diesel lelei atoatoa e fa'alagolago i le fua fa'atatau o le fa'apipi'iina ma le fua fa'atatau o le tipi (ρ), o le fua fa'atatau lea o le voluma fa'aopoopo mulimuli o le vevela i le voluma fa'aopoopo muamua o le vevela. I se tulaga lautele, mo le fua fa'atatau tutusa o le fa'apipi'iina, e foliga mai e maualuga atu le lelei o le Otto nai lo le Diesel lelei atoatoa. Peita'i, o le mea moni e fa'afeagai: e masani ona sili atu le lelei o afi diesel ona e mafai ona latou fa'aogaina fua fa'atatau maualuga o le fa'apipi'iina ma fa'agaoioia ma ni gau o le throttling laiti.
Fa'atusatusaga o le Thermodynamics: Aiseā e Sili Atu ai le Lelei o le Diesel?
Mai se vaaiga fa'aaogaina o le thermodynamics, e tele mafua'aga taua e aofia ai:
1. Fua fa'atatau maualuga o le compression i le diesel
E na'o le ea e fa'apipi'i e afi tisele, o lea e le o se fa'atapula'aina tele le pa'ō e pei o afi penisini. E mafai ona maualuga tele le fua fa'atatau o le fa'apipi'iina o le tisele, ma i'u ai i le maualuga o le vevela i le fa'ai'uga o le fa'apipi'iina, faigofie ai ona mu, ma fa'aleleia atili ai le lelei.
2. Fa'agaoioia e aunoa ma le fa'ata'avaleina i le avega fa'aitiiti
E tele afi penisini e fa'atonutonuina le malosi i se fa'a'a'au e fa'atapula'aina ai le tafe o le ea e ulufale mai. O lenei mea e mafua ai le leiloa o le pamu, aemaise lava i uta mama. O afi tisele e masani ona fa'atonutonuina le malosi e ala i le tele o le suau'u e tuiina, a'o taofia le ea tele, ma i'u ai i le maualalo o le leiloa o le pamu ma le lelei o le fa'atinoga.
3. Uiga o le mu ma le fua faatatau o le ea ma le suauu
E masani ona fa'agaoioia afi tisele i se paluga e matuā manifinifi lava, e mafai ai ona maualalo le vevela i lalo o nisi tulaga, ma fa'aitiitia ai le leiloa o le vevela. Peita'i, e iai fo'i lu'itau o le tisele i mea fa'apitoa (soot) ma le fa'asa'olotoina o le NOx e mana'omia ai le pulea.
4. Tau o le kalori ma le malosi o le suauʻu
E sili atu le malosi o le suau'u tiso nai lo le penisini. E ui o lo'o tumau pea le lelei o le fa'avevela o se manatu ese, o lenei mea e a'afia ai le fa'aaogaina o le suau'u i le kilomita ma le lita, e masani ona foliga mai ai o le tiso e sili atu le "lelei."
Vaega Moni o le Faagasologa: Mai le Taamilosaga Lelei i le Taamilosaga Moni
O ta'amilosaga Otto ma Diesel e sili ona lelei e fa'atatau i se faiga isentropic ma le fa'aopoopoina o le vevela "mama". O afi moni e o'o i ai ni eseesega taua, e aofia ai:
– O le fesiitaiga o le vevela i le puipui o le silini e faʻaitiitia ai le vevela o le kasa galue ina ia faʻaitiitia ai foʻi le galuega faʻalautele.
– O le fete’ena’iga fa’anikani i luga o mama piston, bearings, ma vaega o le valvetrain e fa’aitiitia ai le malosi aoga.
– Umi o le mu: e lē vave ona mu. I afi penisini, e manaʻomia e le mu ni tikeri eseese o le tulimanu o le crankshaft; i afi tisele, e tuai ona mu ma sosolo le mu.
– O le kesi toega mai le taʻamilosaga muamua e suia ai le fausaga ma le vevela o le paluga o loʻo mulimuli mai.
– O le lelei o le voluma e aʻafia i le mamanu o le ulufale mai/alu ese ma le taimi o le valve, e fuafua ai le tele o le ea e ulufale mai, ma aʻafia ai le malosi ma le faʻaaogaina.
I le au'ili'iliga fa'ainisinia, e masani ona fuaina le fa'atinoga e ala i le fa'ailogaina o le averesi o le mamafa aoga (IMEP) ma le averesi o le mamafa aoga o le taofi (BMEP). O le IMEP e atagia ai le galuega fa'atermonika e faia i totonu o le silini, ae o le BMEP o le galuega moni e maua i le au pe a uma ona to'esea mea leiloa fa'ainisinia. O le eseesega i le va o ia mea e lua e feso'ota'i ma le lelei fa'ainisinia.
Aafiaga o le Thermodynamic i luga o le Emissions
E le mafai ona vavaeeseina le suʻesuʻeina o le thermodynamics mai le faʻavaeina o faʻasalalauga ona o le vevela, mamafa, ma le tuufaatasiga o le paluga e fuafua ai tali faʻakemikolo.
– E masani ona gaosia e afi penisini le CO ma le HC pe afai e le atoatoa le mu, ae e aoga le three-way catalysts pe a latalata le paluga i le stoichiometric.
– E masani ona gaosia e afi diesel le NOx (ona o le maualuga o le vevela ma le tele o le okesene) ma mea e le masani ai/lefulefu (ona o vaega e tele ai le suau'u i le fa'asalalauina o le afi). O fuafuaga e pei o le EGR (recirculation o le kesi e alu ese ai le ea), turbocharging, ma le aftertreatment (SCR/DPF) e fa'aaogaina e paleni ai le lelei ma le fa'asa'olotoina o le ea.
Atina'e Fa'aonaponei: Turbocharging, Tui Tuusa'o, ma le Ta'amilosaga Fefiloi
O le alualu i luma o tekinolosi ua faanenefuina ai le eseesega i le va o "uiga o le penisini" ma "uiga o le diesel." O afi penisini faʻaonaponei e masani ona faʻaaogaina le tui tuusaʻo ma le turbocharging e faʻaleleia atili ai le lelei ma faʻaitiitia ai le faʻaaogaina o le suauʻu, e ui lava e mafai ona faʻateleina ai mea laiti ma manaʻomia ai ni faamama. I le taimi nei, o afi diesel faʻaonaponei e faʻaaogaina le pulea o le tui e tele-vaega ma le turbocharging fesuisuiaʻi e faʻaleleia atili ai le mu.
I suʻesuʻega faʻavevela, e masani ona suʻesuʻeina afi faʻaonaponei o se taʻamilosaga lua: o le faʻaopoopoga o le vevela e tupu i se vaega i le voluma tumau ma se vaega i le mamafa tumau. O lenei faʻataʻitaʻiga e sili atu ona moni mo le faʻamatalaina o le mu moni e le ausia atoatoa ai manatu o Otto poʻo Diesel.
I'uga
O suʻesuʻega faʻavevela o afi tisi ma penisini ua faʻaalia ai o auala eseese o le faʻamumuina ma le faʻafefiloi e mafua ai ni taʻamilosaga lelei eseese: Otto (volume tumau) mo le penisini ma le Diesel (mamafa tumau) mo le tisi. E ui o le taʻamilosaga Otto lelei e mafai ona sili atu le lelei i le fua faʻatatau tutusa o le compression, ae o afi tisi i le faʻatinoina e masani ona sili atu le lelei ona o lo latou gafatia e faʻaaoga ai fua faʻatatau maualuga o le compression ma faʻaitiitia ai le pamuina o le mamafa i avega faʻaitiitiga. Peitaʻi, o le lelei e le o se mataupu tutoʻatasi: o le kasa oona, uiga o le torque, tau o le faiga, ma manaʻoga tausiga o mea uma ia e fuafua ai le faʻaoga. Faatasi ai ma tekinolosi faʻaonaponei e pei o le tui tuusaʻo, turbocharging, EGR, ma le aftertreatment, o ituaiga afi uma e lua o loʻo faʻaauau pea ona agaʻi i luma agai i tulaga fou sili ona lelei—faʻaleleia atili ai le lelei o le vevela aʻo faʻaitiitia ai le kasa oona—o lea la o le malamalama i le thermodynamics o loʻo avea pea ma faʻavae taua mo le mamanuina ma le iloiloga o le faʻatinoga o afi mu i totonu.
