Ìwádìí Ìgbésí Ayé Ooru nínú Àwọn Ẹ̀rọ Ìjóná Inú
Pendahuluan
Ẹ̀rọ ìgbóná inú (ICE) jẹ́ ẹ̀rọ ìyípadà agbára tí ó ń yí agbára kẹ́míkà epo padà sí agbára ẹ̀rọ nípasẹ̀ ìlànà ìgbóná nínú yàrá ìgbóná. Nínú ìlànà yìí, ìgbóná gbigbe kó ipa pàtàkì nítorí pé ó ń pinnu bí ó ṣe ń ṣiṣẹ́, iṣẹ́, ìtújáde, àti ìgbẹ́kẹ̀lé ẹ̀rọ náà. Ooru tí ìgbóná ń mú wá kì í ṣe gbogbo rẹ̀ ló ń yí padà sí iṣẹ́ tó wúlò nínú crankshaft; àwọn kan ń pàdánù nípasẹ̀ àwọn gáàsì èéfín, àwọn kan ń gbé lọ sí àwọn ògiri sílíńdà, àwọn pístọ̀n, àti àwọn orí sílíńdà, lẹ́yìn náà a ń tú u sí àwọn ètò ìtútù àti ìpara. Nítorí náà, ṣíṣàyẹ̀wò ìyípadà ooru nínú àwọn ẹ̀rọ ìgbóná inú jẹ́ ìpìlẹ̀ pàtàkì nínú ṣíṣe àwọn ẹ̀rọ tí ó ń lo agbára, tí ó lágbára, àti tí ó pẹ́ tó.
Àwọn Orísun àti Àwọn Ọ̀nà Ìgbésí Ayé Ooru
Ni gbogbogbo, ooru ninu ẹrọ ijona inu wa lati inu iṣesipo ijona ti adalu afẹfẹ-epo. Lẹhin ijona, iwọn otutu ti gaasi ninu silinda le de ju 2000 K ni awọn ipo giga, ṣiṣẹda iyipada iwọn otutu pataki laarin gaasi gbona ati awọn oju irin ti o tutu diẹ. Nitori naa, ooru n ṣàn lati gaasi si awọn paati ẹrọ nipasẹ awọn ọna pataki mẹta: conduction, convection, ati radiation.
A le ṣe akopọ awọn ipa akọkọ ti gbigbe ooru bi atẹle:
1. Gáàsì gbígbóná → ojú yàrá ìjóná (ògiri sílíńdà, orí sílíńdà, ojú písítónì) nípasẹ̀ ìkọjá àti ìtànṣán.
2. Iyẹwu ijona → inu ohun elo naa nipasẹ itọsọna.
3. Ohun èlò → àyíká nípasẹ̀ ìsopọ̀mọ́ra sí ìtútù (radiator) àti epo fífún ní òróró, àti ní ìkẹyìn sí afẹ́fẹ́ àyíká.
Lílóye àwọn ipa ọ̀nà wọ̀nyí ń ran àwọn onímọ̀ ẹ̀rọ lọ́wọ́ láti mọ àwọn agbègbè pàtàkì tí ó nílò ìtútù tó dára jù tàbí àwọn ohun èlò tí ó lè dènà ooru jù.
Ìsopọ̀mọ́ra nínú Sílíńdà kan
Ìkọlù ni ìlànà tó gbajúmọ̀ jùlọ lábẹ́ ọ̀pọ̀lọpọ̀ ipò iṣẹ́ ẹ̀rọ. Ìyípadà ooru ìkọlù nínú yàrá ìjóná ní ipa púpọ̀ lórí ìyípadà gaasi, iyàrá piston, ìrísí yàrá ìjóná, àti àwọn ipò ìjóná.
Nígbà tí a bá ń lo ìfúnpọ̀ àti ìjóná, ìṣàn gaasi máa ń di rúdurùdu gidigidi nítorí ìṣípo piston àti àpẹẹrẹ ibudo gbigba, èyí tí ó máa ń fa yíyípo àti ìtújáde. Ìrúkèrúdò yìí máa ń mú kí ìwọ̀n gbigbe ooru (h) pọ̀ sí i, èyí sì máa ń mú kí ìwọ̀n gbigbe ooru láti gaasi sí ògiri pọ̀ sí i. Ní ṣókí, a lè kọ ìwọ̀n gbigbe ooru convection sí i gẹ́gẹ́ bí:
\[
\dot{Q}_{conv} = hA(T_g – T_w)
\]
níbi tí \(A\) jẹ́ agbègbè ìyípadà ooru, \(T_g\) iwọn otutu gaasi, àti \(T_w\) iwọn otutu ogiri. Níwọ́n ìgbà tí iwọn otutu gaasi bá ń yípadà kíákíá nígbà iyipo kan, ìwádìí gidi sábà máa ń jẹ́ ìgbà díẹ̀ (tí ó ń yípadà pẹ̀lú iyàrá àkókò/ìyára ìkọ́lé).
Nínú àwọn ìkẹ́kọ̀ọ́ ẹ̀rọ, a sábà máa ń lo àwọn ìbáṣepọ̀ onímọ̀ nípa ìwádìí (fún àpẹẹrẹ, Woschni) láti ṣe ìṣirò \(h\) ní ìbámu pẹ̀lú ìfúnpá sílíńdà, ìwọ̀n otútù gáàsì, àti iyàrá ìṣàn tí ó ní í ṣe pẹ̀lú ìrísí. Irú ìbáṣepọ̀ bẹ́ẹ̀ ṣe pàtàkì nítorí pé ìṣàn inú sílíńdà jẹ́ ohun tí ó díjú tí ó sì ṣòro láti yanjú ní ti ìṣàyẹ̀wò lásán.
Ìtànṣán ooru láti inú Iná àti Gáàsì Gbóná
Yàtọ̀ sí convection, ìtànṣán tún ń ṣe àfikún, pàápàá jùlọ nínú àwọn ẹ̀rọ diesel àti lábẹ́ àwọn ipò ẹrù gíga. Nínú àwọn ẹ̀rọ diesel, ìfọ́mọ́lẹ̀ ìfọ́mọ́lẹ̀ máa ń mú kí ìtújáde gaasi pọ̀ sí i, èyí tí ó ń mú kí ìtànṣán túbọ̀ ṣe pàtàkì. Ìtànṣán máa ń gbé láti inú iná àti àwọn ọjà ìjóná sí àwọn ojú ògiri yàrá ìjóná.
Oṣuwọn gbigbe ooru didan nigbagbogbo tẹle ofin Stefan–Boltzmann:
\[
\dot{Q}_{rad} = \varepsilon \sigma A(T_g^4 – T_w^4)
\]
pẹ̀lú \(\varepsilon\) ìtújáde tó munadoko ti gaasi/iná àti \(\sigma\) Stefan–Boltzmann constant. Nítorí pé ó sinmi lórí agbára kẹrin ti otutu, ìtànṣán máa ń pọ̀ sí i nígbà tí ooru gíga bá ga. Síbẹ̀síbẹ̀, ní ìṣe, ṣíṣírò \(\varepsilon\) kò rọrùn nítorí pé àkópọ̀ gaasi, àwọn èròjà èéfín, àti àwòrán yàrá ìjóná ní ipa lórí rẹ̀.
Ìdarí nínú Àwọn Ẹ̀yà Ẹ̀rọ
Ooru tí ojú ibi tí wọ́n ti ń jóná bá gbà yóò wọ inú ohun èlò náà nípasẹ̀ ìfàsẹ́yìn. Àwọn ohun èlò pàtàkì sábà máa ń jẹ́ àwọn alloy aluminiomu (pistons, àwọn orí silinda) tàbí irin àti irin tí a fi ṣe é (àwọn bulọọki silinda, àwọn liners, àti àwọn fáfà). Òfin Fourier sọ ìfàsẹ́yìn náà:
\[
\dot{Q}_{cond} = -kA\frac{dT}{dx}
\]
níbi tí \(k\) jẹ́ agbára ìgbóná ooru ti ohun èlò náà. Aluminium ní agbára ìgbóná gíga ju irin simẹnti lọ, èyí tí ó ń jẹ́ kí ó tú ooru ká kíákíá, ó ń dín ìwọ̀n otútù agbègbè kù, ó sì ń dín ewu àwọn ibi gbígbóná kù. Síbẹ̀síbẹ̀, aluminiomu tún ní agbára ìgbóná gíga díẹ̀ ju àwọn ohun èlò tí a fi irin ṣe lọ, nítorí náà àwọn àwòrán nílò àdéhùn láàárín ìtújáde ooru àti agbára ìṣètò.
Ìfàsẹ́yìn ṣe pàtàkì fún àwọn piston: ooru láti adé piston gbọ́dọ̀ lọ sí òrùka piston, síkẹ́ẹ̀tì, àti ní ìparí sí àwọn ògiri silinda àti epo. Tí ipa ọ̀nà ìfàsẹ́yìn náà kò bá tó, piston náà lè ní ìrírí ìfẹ̀sí tó pọ̀ jù, ìbàjẹ́ kíákíá, àti ìbàjẹ́ pàápàá nítorí ìbúgbàù tàbí ìṣáájú iná.
Gbigbe Ooru si Awọn Eto Itutu ati Lubrication
Lẹ́yìn náà, ooru tó dé ògiri sílíńdà àti orí sílíńdà ni a ó gbé lọ sí inú ìtútù (àwọ̀ omi) nípasẹ̀ ìdènà. Ètò ìtútù náà ń mú kí iwọ̀n otútù iṣẹ́ ẹ̀rọ náà wà láàárín ìwọ̀n tó dára jùlọ láti rí i dájú pé epo náà dúró ṣinṣin, kí ó jóná dáadáa, kí ó sì dènà ìbàjẹ́ ooru tó wà nínú ẹ̀yà ara.
Ní ọwọ́ kejì ẹ̀wẹ̀, epo tí ń fi òróró pa epo náà tún ń ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí ohun èlò ìtútù, pàápàá jùlọ fún àwọn piston (nípasẹ̀ àwọn ọkọ̀ òfúrufú), àwọn bearings, àti àwọn agbègbè tí ó ní ìfọ́. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé agbára ìtútù epo sábà máa ń kéré ju ti ìtútù epo lọ, ipa rẹ̀ ṣe pàtàkì nínú ṣíṣàkóso ìwọ̀n otútù agbègbè àti dídènà ìkùnà tribological (yíyà àti fífọ).
Nínú ìṣàyẹ̀wò agbára ẹ̀rọ, a sábà máa ń pín ooru sí: iṣẹ́ tó gbéṣẹ́, ooru sí itutu, ooru sí epo, àti enthalpy gaasi tí ń jáde. Ìwọ̀n àwọn ìpín wọ̀nyí sinmi lórí irú ẹ̀rọ náà, ìpíndọ́gba ìfúnpọ̀, ọgbọ́n ìjóná, àti àpẹẹrẹ ètò ìtútù.
Ipa ti Gbigbe Ooru lori Lilo daradara
Àìsí ooru sí ògiri sílíńdà máa ń dín agbára tó wà láti ṣe iṣẹ́ kù. Láti ojú ìwòye thermodynamic, àwọn ẹ̀rọ tí ó máa ń dín ìyípadà ooru sí ògiri kù (láìsí àwọn ìṣòro ìgbóná) ní agbára láti ní agbára ìgbóná ooru tó ga jù. Síbẹ̀síbẹ̀, dídín ìyípadà ooru kù kì í ṣe ohun tó rọrùn nígbà gbogbo nítorí pé ìwọ̀n otútù àwọn èròjà gbọ́dọ̀ wà ní ìsàlẹ̀ ààlà ohun èlò àti ìpara.
Àwọn ọ̀nà kan, bíi ìbòrí ìdènà ooru lórí àwọn piston tàbí orí sílíńdà, lè dín ìṣàn ooru sí ohun èlò náà kù. Síbẹ̀síbẹ̀, àwọn ìyípadà wọ̀nyí lè mú kí ooru gaasi pọ̀ sí i, ó lè mú kí NOx pọ̀ sí i nínú àwọn ẹ̀rọ epo petirolu àti diesel, ó sì lè mú kí ewu kíkọlu àwọn ẹ̀rọ epo petirolu pọ̀ sí i. Nítorí náà, ṣíṣe àtúnṣe ìgbésẹ̀ ooru nígbà gbogbo máa ń ní ìparẹ́ láàárín ìṣeéṣe, ìtújáde, àti agbára.
Ìwádìí Àkókò àti Pínpín Ìwọ̀n Òtútù
Àwọn ìyípo ẹ̀rọ yára (fún àpẹẹrẹ, 2000 rpm túmọ̀ sí ìyípadà 33,3 fún ìṣẹ́jú-àáyá kan), nítorí náà, ìwọ̀n otútù gáàsì máa ń yípadà kíákíá pẹ̀lú ìyípo kọ̀ọ̀kan. Àwọn ojú ògiri ní ìrírí ìyípadà otútù díẹ̀ nítorí ìwọ̀n ooru ohun èlò náà. Nítorí náà, ìṣàyẹ̀wò gbigbe ooru nínú àwọn ẹ̀rọ sábà máa ń nílò ọ̀nà ìgbà díẹ̀: ìwọ̀n otútù gáàsì gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ iyára crank, ìyípadà àwọn convection coefficients, àti àwọn ipò ìtànṣán oníyípadà.
Pínpín iwọn otutu ko jọra. Agbegbe ti o wa nitosi fáìlì afẹ́fẹ́ ni o maa n gbona julọ nitori awọn gaasi afẹ́fẹ́ naa gbona pupọ ati pe wọn n ṣàn kọja fáìlì naa. Ibi gbigbona yii le fa fifọ ooru ni ori silinda tabi fáìlì ti o ba jẹ pe itutu tutu ko to. Nitorinaa, apẹrẹ jaketi omi, yiyan ohun elo fáìlì, ati ọgbọn itutu jẹ pataki.
Àwọn Ìtumọ̀ Apẹrẹ àti Àwọn Ọgbọ́n Ìṣàkóso
Ìwádìí ìyípadà ooru ń darí ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìpinnu pàtàkì lórí àwọn ohun èlò ìṣètò:
1. Ìrísí yàrá ìjóná: ó ní ipa lórí agbègbè ojú ilẹ̀, ìrúkèrúdò, àti ìpínkiri ooru. Àwọn yàrá ìjóná pẹ̀lú àwọn agbègbè ojú ilẹ̀ tó tóbi sábà máa ń mú kí ìpàdánù ooru pọ̀ sí i.
2. Àwọn ohun èlò àti àwọn ìbòrí: yan àwọn ohun èlò ìgbóná ooru tó yẹ àti ìdènà otutu.
3. Ètò ìtútù aláyípadà: thermostat, ẹ̀rọ fifa iná mànàmáná oníyípadà, àti ìṣàkóso ìṣàn omi ìtútù láti mú kí iwọ̀n otútù tó dára jùlọ wà ní oríṣiríṣi ẹrù.
4. Ìṣàkóso ìjóná: àkókò ìjóná/abẹ́rẹ́, EGR, àti ọgbọ́n àdàpọ̀ láti ṣe ìwọ́ntúnwọ́nsí iṣẹ́ àti ìtújáde.
5. Ṣíṣe àtúnṣe ìpara: Apẹrẹ ìṣàn epo piston àti ìṣàn epo láti dín iwọ̀n otutu piston àti bearing kù.
Ipari
Gbigbe ooru ninu ẹrọ ijona inu jẹ iṣẹlẹ ti o nira ti o ni ipa ninu gbigbe awọn gaasi inu silinda ti o ni rudurudu, itankalẹ lati inu ina ati awọn gaasi gbona, ati gbigbe nipasẹ awọn paati ẹrọ si awọn eto itutu ati epo. Itupalẹ ohun jẹ ki awọn apẹẹrẹ loye pipadanu agbara, ṣakoso awọn iwọn otutu paati, ati mu ṣiṣe ṣiṣe dara si lakoko ti o n ṣetọju awọn itujade ati igbẹkẹle. Pẹlu awọn ọkọ ayọkẹlẹ ode oni ti n beere fun lilo epo ati awọn itujade epo, oye ti itupalẹ gbigbe ooru n di pataki si i, mejeeji fun awọn ẹrọ ibile ati awọn ti o ni awọn imọ-ẹrọ ijona tuntun.
Tí o bá fẹ́, mo lè parí àpilẹ̀kọ yìí pẹ̀lú: (1) àpẹẹrẹ ìṣírò ìgbóná ògiri sílíńdà, (2) àwòrán ìṣàn agbára déédéé (ìwọ̀n ooru) ti ẹ̀rọ gasoline àti diesel, tàbí (3) àkójọ àwọn ìtọ́kasí ìwé/ìwé ìròyìn láti mú kí ìpìlẹ̀ ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì lágbára sí i.
