Kuongororwa kweThermal kweInjini dzeKupisa Dzemukati
Kuongororwa kwekupisa kwemainjini ekupisa mukati (ICEs) kwakakosha pakunzwisisa kuti simba remakemikari remafuta rinoshandurwa sei kuita simba remakanika, pamwe nekuti kupisa kunoparadzirwa sei, kushandiswa sei, uye kurasika sei panguva iyi. Mainjini ekupisa mukati—kungave mumotokari, majenareta, kana mashandisirwo emaindasitiri—anoshanda pasi pekupisa kwakanyanya uye kumanikidzwa, saka mashandiro awo, kushanda zvakanaka, kuburitsa mweya, uye kuvimbika kwezvikamu zvinokanganiswa zvakanyanya nehunhu hwawo hwekupisa. Kuburikidza nekuongorora kupisa, mainjiniya anogona kugadzirisa dhizaini yekamuri rekupisa, nzira dzekutonhodza, kusarudza zvinhu, uye kudzora kuburitsa mweya.
1. Pfungwa Dzekutanga dzeSimba neKupisa muMichina
Chaizvoizvo, injini yekupisa mukati inoshandura simba remakemikari remafuta kuita kupisa kuburikidza nekupisa. Kupisa uku kunowedzera simba remukati megesi mukati mesilinda, zvichigadzira kumanikidzwa kunosunda piston (yeinjini inodzokorodza) kana kutyaira turbine (yeinjini yeturbine yegesi). Zvisinei, hakusi kupisa kwese kunoshandurwa kuita basa rinobatsira. Ruzhinji rwacho runorasika kuburikidza ne:
1. Gasi rekubuda nemhepo (kurasikirwa nemhepo): Simba rekupisa rinoitwa negasi rekubuda nemhepo.
2. Sisitimu yekutonhodza (kurasikirwa nechinhu chinotonhodza): Kupisa kunotorwa nemadziro esirinda, musoro wesirinda, nezvimwe zvinhu zvobva zvaendeswa kune chinhu chinotonhodza kana mhepo.
3. Mwaranzi yekunze uye convection: Kupisa kunoburitswa kunzvimbo yakapoteredza kubva pamusoro pemuchina.
4. Kurasikirwa nemidziyo: Kunyangwe zvisiri zvekupisa chete, kukweshana kunounza kupisa uye kunoderedza kushanda zvakanaka.
Kuongorora kupisa kunoedza kugadzira kuenzana kwesimba: chikamu chipi chesimba remafuta chinova simba remabhureki, kuti yakawanda sei inorasika kuchinhu chinotonhodza, kuti yakawanda sei inorasika segasi rekubuda mumhepo, uye kuti yakawanda sei inorasika kuburikidza nedzimwe nzira.
2. Kutenderera Kwakanaka KweThermodynamic uye Kutenderera Chaiko
Kuti unzwisise maitiro ekupisa kweinjini, modhi yakakodzera yekutenderera inowanzoshandiswa:
– Otto bhasikoro remainjini epeturu (kupisa kwemoto).
– Kutenderera kwedhiziri kwemainjini edhiziri (compression ignition).
- Dual Cycle semusanganiswa wehunhu hweOtto neDiesel.
– Brayton yemagetsi egasi.
Kutenderera kwakakodzera kunoreva maitiro anodzoreka uye kupisa ipapo ipapo, pasina kurasikirwa nekupisa uye pasina kukweshana. Zvisinei, muinjini chaidzo, pane kusiyana kwakakosha, semuenzaniso:
– Kupisa kunotora nguva (kupisa kwemuchina kwakaganhurirwa).
– Kutamisirwa kwekupisa kumadziro esirinda kwakakosha zvikuru.
– Pane kuburitswa kwegasi (gasi rinobuda richipfuura nepamapiston rings).
- Kusvuta nekuburitsa mvura kunokonzera kurasikirwa nekupomba.
– Hunhu hwekupisa hwemagasi hunochinja nekupisa.
Saka, kuongororwa kwekupisa kwemainjini chaiwo kunoda kugadziriswa—kungave kuburikidza nenzira dzekuongorora, mamodheru e1D/3D, kana data rekuyedza.
3. Kutamisirwa kwekupisa muSilinda
Kutamiswa kwekupisa kubva kumagasi anobvira kuenda kumadziro esirinda kunoitika kuburikidza nenzira nhatu: kutungamirwa kwemhepo, kutenderera kwemhepo, uye mwaranzi. MuICE, kutenderera kwemhepo ndiko kwakanyanya, sezvo kuyerera kwemhepo mukamuri rinopisa kuchikurumidzisa kutamiswa kwekupisa.
Zvimwe zvezvinhu zvikuru zvinopesvedzera kutamiswa kwekupisa:
– Kupisa kwegasi nemadziro: Kana musiyano wekupisa uri mukuru, mwero wekufambisa kupisa uri mukuru.
– Kusagadzikana: Kunopesvedzerwa nekugadzirwa kwechiteshi, chimiro chepiston, kutenderera, kudonha, uye kumhanya kweinjini.
– Kumanikidzwa kwegasi uye kuwanda kwemhepo: Kuwedzera panguva yekumanikidzwa uye kupiswa, zvichiwedzera chiyero chekupisa.
– Chiyero chekudzvanywa: Kazhinji chinowedzera kushanda zvakanaka kwekupisa, asiwo chinowedzera kupisa kwakanyanya kuitira kuti mutoro wekupisa pazvikamu uwedzere.
Mamodheru ekutamisa kupisa ari mu-cylinder anowanzo shandisa hukama hwe empirical, hwakadai seWoschni kana Hohenberg, kuti afungidzire coefficient ye convection zvichibva pane zvinoshanduka pakushanda kweinjini.
4. Kuongorora Kupisa Kwezvikamu Zvakakosha
Zvikamu zvemuchina zvinosangana nekupisa kwakanyanya uye kupisa kunoramba kuchiitika, izvo zvinogona kukonzera kuneta kwekupisa, kushanduka kwemamiriro ekunze, kana kutadza kushanda kwezvinhu. Zvikamu zvakakosha zvinosanganisira:
– Piston: Korona yepiston inogamuchira kupisa zvakananga kubva mukutsva. Kutonhodza kunowanikwa kuburikidza nemafuta ejeti, magallery ekutonhodza piston, uye dhizaini yezvinhu.
– Musoro wesirinda nemavharuvhu: Mavharuvhu eutsi nenzvimbo yakakomberedza zvigaro zvawo anogamuchira huwandu hwakanyanya hwekupisa hunobva kumagasi anopisa. Zvinhu zvinodzivirira kupisa uye kutonhora kunobudirira zvakakosha.
– Sirinda yepurasitiki: Inofanira kubvisa kupisa uku ichichengetedza mafuta uye ichideredza kukanganiswa.
– Turbocharger (kana iripo): Turbine inoshanda pakupisa kwakanyanya kwegasi rinobuda utsi; kufunga nezvekutonhodza uye kusarudza alloys dzisingapisi kupisa kwakakosha.
Kuongorora tembiricha yezvikamu kunowanzo shandisa masimulation ekufambisa (semuenzaniso, finite element analysis/FEA) negasi negasi uye coolant convection boundaries. Chinangwa ndechekuona kuti tembiricha yepamusoro iri pasi pemiganhu yezvinhu uye kuderedza kushushikana kwekupisa.
5. Sisitimu Yekutonhodza uye Kutarisira Kupisa
Nekuti kupisa kwakawanda kunofanira kubviswa kudzivirira injini kuti isapise zvakanyanya, sisitimu yekutonhodza inova chinhu chakakosha pakuongorora kupisa. Injini dzemazuva ano dzinoshandisa:
– Kutonhodza kwemvura (jaketi remvura) rine radiator, pombi inotonhodza, thermostat, uye feni.
– Kutonhodza mhepo mune mamwe mainjini (mainjini madiki, mamwe mainjini emudhudhudhu).
Chinhu chakakosha: kutonhora kwakanyanya kunoderedza tembiricha yeinjini uye kunogona kuderedza kushanda zvakanaka kwekupisa nekuti kupisa kwakawanda kunorasika kuchinhu chinotonhodza. Kusiyana neizvi, kutonhora kusina kukwana kunowedzera njodzi yekudonha (mupeturu), kupiswa kusati kwatanga, kuora kwemafuta, uye kukuvara kwezvikamu.
Pfungwa dzemazuva ano dzekutarisira kupisa dzinoedza kuchengetedza injini patembiricha yakakwana: yakakwirira zvakakwana kuti ishande zvakanaka uye ibudise utsi, asi yakaderera zvakakwana kuti ivimbike. Maitiro anosanganisira:
– Pombi inotonhodza inoshanduka-shanduka.
- Thermostat yemagetsi.
- Kutonhodza kwakanangana munzvimbo dzakaoma.
- EGR (exhaust gas recirculation) kudzora kuyerera kwemhepo kuderedza kupisa kwemoto uye NOx.
6. Kushanda Zvakanaka Kwekupisa uye Kuenzana Kwesimba
Kushanda zvakanaka kweinjini mukupisa kunongova chiyero chekushanda nesimba kubva mumafuta. Mumotokari, inowanzo taurwa seizvi:
– Kushanda zvakanaka kwekupisa kunoratidzwa: zvichibva pakushanda kuri musirindiri.
- Kushanda zvakanaka kwekupisa kwemabhureki: zvichibva pasimba riri pamugodhi wekubuda.
Kuenzana kwesimba reinjini yakajairika kunoratidza kuti ingangoita 25–40% chete yesimba remafuta ndiyo inoshandurwa kuita simba rinoshanda, uye yasara inorasika kuburikidza nekubuda kwemhepo nekutonhodza. Muinjini dzedhiziri dzemazuva ano, dzemhando yepamusoro, kushanda zvakanaka kunogona kuva kwakakwira zvikuru, asi miganhu mikuru inoramba iripo nekuda kwethermodynamics (semuenzaniso, muganho weCarnot wakakodzera) uye miganhu inoshanda (kupisa, kukweshana, kuburitsa mweya, uye kugara kwenguva refu kwezvinhu).
Kuedza kuvandudza kushanda zvakanaka kwekupisa kunosanganisira:
– Wedzera chiyero chekumanikidzwa (nemiganhu yekubatidza isina kujairika/isina kujairika).
- Deredza kurasikirwa nekupisa kuburikidza nekupisa (thermal barrier coatings).
- Kushandisa simba remhepo inobuda nemhepo kuburikidza ne turbocharging, turbocompounding, kana kudzoreredza kupisa kwakarasika (semuenzaniso, Rankine cycle).
- Gadzirisa nguva yekupisa, AFR (chiyero chemhepo-mafuta), uye nzira yekuisa jekiseni.
7. Hukama huripo pakati peKuongororwa kweThermal neEmissions
Kupisa kwekupisa kunokanganisa zvikuru kuumbwa kwezvinobuda:
– NOx inowedzera kana tembiricha yakakwira uye okisijeni yakawandisa.
– CO neHC zvinowedzera kana kupisa kusina kukwana kana kuti tembiricha yakaderera zvakanyanya.
– Zvidimbu (soot), kunyanya mudhiziri, zvinokanganiswa nekusanganiswa kwenzvimbo uye tembiricha.
Saka, ongororo yekupisa haigone kupatsanurwa kubva kunzira dzekudzora utsi. Semuenzaniso, EGR inoderedza tembiricha yepamusoro, nokudaro ichideredza NOx, asi inogona kuwedzera soot kana isina kuenzana nekusanganiswa kwakakodzera uye oxidation.
8. Nzira dzekuongorora: Kuedza uye Kutevedzera
Kuongorora kwekupisa kunoitwa kuburikidza nemusanganiswa we:
1. Kuedzwa kweinjini
Yera tembiricha yechinhu chinotonhodza, mafuta, gasi rinobuda mumhepo, uye tembiricha yezvikamu (uchishandisa thermocouples, makamera eIR, kana masensa akasarudzika). Ruzivo urwu rwakakosha pakusimbisa modhi.
2. Kutevedzera 1D (kutevedzera kutenderera kweinjini)
Mamodheru ekuita mukati memasilinda, kuyerera kwemvura inobuda mumhepo, uye kupisa kwepasi rose. Inokurumidza kuongorora mashandiro emagetsi uye kuenzana kwekupisa.
3. Kamuri yekupisa yeCFD 3D
Inoongorora ruzivo rwekutenderera, kusanganisa, moto, uye kupararira kwekupisa. Inobatsira zvikuru pakugadzirisa dhizaini yekamuri yekupisa uye injector.
4. FEA yechimiro chekupisa
Verenga kugoverwa kwetembiricha uye kushushikana kwekupisa pazvikamu, kunyanya mapiston, ma cylinder heads, manifolds, uye turbochargers.
Kubatanidzwa kwenzira idzi kunoita kuti pave nedhizaini inoshanda uye yakavimbika.
Mhedziso
Kuongororwa kwekupisa kwemainjini ekupisa mukati kwakakosha pakuvandudza kushanda zvakanaka, kuderedza kuburitswa kwemhepo, uye kuona kuti zvikamu zvakavimbika munzvimbo dzinoshanda dzine tembiricha yepamusoro. Nekunzwisisa kutamiswa kwekupisa mukati mesilinda, kuenzana kwesimba, uye manejimendi yekutonhodza, mainjiniya vanogona kuita sarudzo dzakanyatsojeka dzekugadzira—kubva pakugadzira makamuri ekupisa nezvinhu kusvika kumasisitimu ekutonhodza uye kudzora mashandiro einjini. Kufambira mberi mu tekinoroji yekufananidzira (CFD/FEA) uye masensa ekuyera kuri kuwedzera kugona kwekuongorora, zvichiita kuti kugadziriswa nekukurumidza uye kwakarurama kusangane nezvinodiwa zvemazuva ano zvekushandisa simba zvakanaka uye kuburitswa kwemhepo.
Kana muchida, ndinogona kugadzirisa chinyorwa ichi kuti chive chedzidzo yepamusoro (chizere nemaequations ekutanga, mareferensi, uye zvidimbu zvenzira yekuverenga) kana kuti chinoshanda zvakanyanya pabasa/thesis.
