Ως βασική πηγή ενέργειας του σύγχρονου αυτοκινήτου, ο τετράχρονος-βενζινοκινητήρας μετατρέπει τη χημική ενέργεια της βενζίνης στη μηχανική ενέργεια που ωθεί το αυτοκίνητο προς τα εμπρός μέσω ακριβούς μηχανικής κίνησης και θερμοδυναμικής μετατροπής. Λειτουργεί σε τέσσερις διαδοχικές διαδρομές: εισαγωγή, συμπίεση, ισχύς και εξάτμιση. Κάθε διαδρομή αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη τροχιά κίνησης του εμβόλου και κατάσταση ανοίγματος και κλεισίματος βαλβίδας για την ολοκλήρωση ενός πλήρους κύκλου εργασίας. Ακολουθεί μια-εις βάθος ανάλυση της φυσικής διαδικασίας, των μηχανισμών μετατροπής ενέργειας και των βασικών τεχνικών παραμέτρων του τετράχρονου-.
I. Διαδρομή εισόδου: προετοιμασία μίγματος εισόδου και καυσίμου αέρα
Η διαδρομή εισόδου είναι το σημείο εκκίνησης της λειτουργίας του κινητήρα. Όταν το έμβολο κινείται από την κορυφή προς το κάτω μέρος του κυλίνδρου, η βαλβίδα εισαγωγής ανοίγει και η βαλβίδα εξαγωγής κλείνει. Καθώς το έμβολο κατεβαίνει, ο όγκος του κυλίνδρου αυξάνεται, με αποτέλεσμα η εσωτερική πίεση να πέσει κάτω από την ατμοσφαιρική πίεση, σχηματίζοντας μια ζώνη αρνητικής πίεσης. Αυτή τη στιγμή, η ιδανική αναλογία αερίου προς λάδι 14,7:1 ωθείται στον κύλινδρο μέσω της πολλαπλής εισαγωγής και της βαλβίδας μέσω της ατμοσφαιρικής πίεσης. Στο παράδειγμα του ατμοσφαιρικού κινητήρα 1,5 λίτρων, το έμβολο έχει κάθετη δύναμη 8-10 m/s και ο κύλινδρος έχει στιγμιαία υποπίεση -80 kPa, εξασφαλίζοντας επαρκή υβριδική ισχύ βενζίνης-ηλεκτρισμού.
Οι βασικές τεχνικές παράμετροι αυτής της διαδρομής περιλαμβάνουν το χρόνο ανοίγματος της βαλβίδας εισαγωγής (συνήθως 10-γωνία στροφαλοφόρου άξονα 30 μοιρών νωρίτερα από το άνω νεκρό σημείο) και το χρόνο κλεισίματος (40-60 μοίρες γωνία στροφαλοφόρου μετά από το νεκρό σημείο κάτω), καθώς και το σχέδιο του μήκους και της διαμέτρου της πολλαπλής εισαγωγής. Ο σύγχρονος κινητήρας υιοθετεί τεχνολογία μεταβλητού χρονισμού βαλβίδων για να προσαρμόσει δυναμικά τον χρόνο ανοίγματος και κλεισίματος της βαλβίδας εισαγωγής προκειμένου να βελτιστοποιήσει την απόδοση της βαλβίδας εισαγωγής σε διαφορετικές στροφές κινητήρα. Το σύστημα i-VTEC της Honda, για παράδειγμα, μπορεί να βελτιώσει την απόδοση φόρτισης επεκτείνοντας το χρόνο ανοίγματος της βαλβίδας εισαγωγής στις στροφές του κινητήρα.
ii. Διαδρομή συμπίεσης: Όταν αυξάνεται η πυκνότητα ενέργειας και δημιουργούνται συνθήκες καύσης για τη συμπίεση της διαδρομής, οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής κλείνουν, το έμβολο κινείται από κάτω προς τα πάνω νεκρό σημείο, ο όγκος του κυλίνδρου μειώνεται και το μείγμα βενζίνης συμπιέζεται. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται στην εσωτερική ενέργεια του μίγματος καυσίμου αέρα, προκαλώντας σημαντική αύξηση της πίεσης και της θερμοκρασίας του. Για κινητήρες με αναλογία συμπίεσης 10,5: 1, το μίγμα αέρα-καυσίμου στον κύλινδρο έχει πίεση 1,2-1,8 MPa και αύξηση θερμοκρασίας 300 -400 μοιρών στο τέλος της διαδρομής συμπίεσης.
Ο λόγος συμπίεσης είναι η βασική παράμετρος της διαδρομής και ορίζεται ως ο λόγος του συνολικού όγκου του κυλίνδρου προς τον όγκο του θαλάμου του κυλίνδρου. Ένας υψηλότερος λόγος συμπίεσης μπορεί να βελτιώσει τη θερμική απόδοση, αλλά ο κίνδυνος κρούσης πρέπει να είναι ισορροπημένος. Οι σύγχρονοι κινητήρες χρησιμοποιούν συστήματα υψηλής Για παράδειγμα, ο κινητήρας Volkswagen EA211 1.4T χρησιμοποιεί τεχνολογία άμεσου ψεκασμού, η οποία εγχέει το καύσιμο απευθείας στον κύλινδρο και χρησιμοποιεί στρωματοποιημένη καύση με αναλογία συμπίεσης 10:1, μειώνοντας την τάση για έκρηξη.
III. Διαδρομή ισχύος: Το βασικό στάδιο της παραγωγής ενέργειας του κινητήρα είναι η δυναμική μετατροπή της ενέργειας μέσα στον κινητήρα σε μηχανική διαδρομή. Καθώς το έμβολο πλησιάζει το πάνω νεκρό σημείο, το μπουζί παράγει έναν ηλεκτρικό σπινθήρα υψηλής τάσης (20-30 kV) που αναφλέγει το μείγμα καυσίμου πεπιεσμένου αέρα. Η αντίδραση καύσης ολοκληρώνεται σε 0,001 δευτερόλεπτα, απελευθερώνοντας μεγάλη ποσότητα θερμικής ενέργειας που αναγκάζει την πίεση του αερίου μέσα στον κύλινδρο να εκτιναχθεί στα 6-8 MPa και να φτάσει σε θερμοκρασία 2000-2500 μοίρες. Η υψηλή θερμοκρασία και το αέριο υψηλής πίεσης ωθούν το έμβολο από πάνω προς τα κάτω στο νεκρό σημείο, μετατρέποντας τη γραμμική κίνηση σε περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα μέσω της μπιέλας, παράγοντας μηχανικό έργο.
Η αποτελεσματικότητα αυτής της διαδικασίας εξαρτάται από τον ρυθμό καύσης και τον έλεγχο της απελευθέρωσης ενέργειας. Οι σύγχρονοι κινητήρες βελτιστοποιούν την εξαέρωση του καυσίμου μέσω πορωδών μπεκ ψεκασμού, όπως τα μπεκ μπεκ με έξι οπές{{1} και τα συνδυάζουν με την τεχνολογία στροβιλοσυμπιεστή για να αυξήσουν την πίεση εισαγωγής και να επιτύχουν πιο ολοκληρωμένη καύση. Η BMW B48 2.0T, για παράδειγμα, χρησιμοποιεί έναν κινητήρα στροβιλοκινητήρα δύο-αξόνων που μετατρέπει την ενέργεια των καυσαερίων σε πίεση εισόδου, αυξάνοντας την πίεση του κυλίνδρου κατά 20% και την ισχύ εξόδου κατά 15% κατά τη διάρκεια μιας διαδρομής ισχύος.
IV. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Εισαγωγή: Διαδρομή εξάτμισης: Διαδρομή εξαγωγής, η βαλβίδα εξαγωγής ανοίγει, η βαλβίδα εισαγωγής κλείνει, το έμβολο από κάτω προς τα πάνω νεκρό σημείο για την αφαίρεση των καυσαερίων από τον κύλινδρο. Οι θερμοκρασίες των καυσαερίων μπορούν να φτάσουν τους 800-1000 βαθμούς Κελσίου με πίεση περίπου 0,3-0,5 MPa. Για να βελτιώσει την απόδοση των καυσαερίων, η Hyundai υιοθέτησε έναν σχεδιασμό διπλού εκκεντροφόρου (DOHC) που μειώνει τα υπολείμματα των καυσαερίων ελέγχοντας ανεξάρτητα το χρόνο ανοίγματος και κλεισίματος των βαλβίδων εισαγωγής και εξαγωγής. ο κινητήρας Toyota Dynamic Force 2.5L, για παράδειγμα, βελτιστοποιεί την καμπύλη ανύψωσης της βαλβίδας εξαγωγής, μειώνοντας τα υπολείμματα της εξάτμισης σε λιγότερο από 5% της εξάτμισης.
Επιπλέον, τα καυσαέρια πρέπει να υποβάλλονται σε επεξεργασία με καταλυτικό μετατροπέα τριών- φάσεων για τη μετατροπή του μονοξειδίου του άνθρακα (CO), των υδρογονανθράκων (HC) και των οξειδίων του αζώτου (NOx) σε αβλαβές διοξείδιο του άνθρακα (CO2), νερό (H2O) και άζωτο (N2). Οι σύγχρονοι κινητήρες χρησιμοποιούν ελέγχους κλειστού-βρόχου και αισθητήρες οξυγόνου για να παρακολουθούν τη σύνθεση των καυσαερίων σε πραγματικό χρόνο και να προσαρμόζουν δυναμικά την αναλογία-προς-φλόγας για να διασφαλίσουν ότι οι εκπομπές πληρούν τα πρότυπα εκπομπών China VI.
Συμπέρασμα: Συνέργεια μεταξύ-τετράχρονου κινητήρα και εξέλιξης κινητήρα
Μέσω ακριβούς ελέγχου χρονισμού και μετατροπής ενέργειας, ο τετράχρονος-βενζινοκινητήρας επιτυγχάνει αποτελεσματική μετάβαση από τη χημική ενέργεια στη μηχανική ενέργεια. Από την προετοιμασία του μίγματος βενζίνης-κατά την εισαγωγή, την αύξηση της ενεργειακής πυκνότητας κατά τη συμπίεση, την απελευθέρωση εκρηκτικής ενέργειας κατά την τροφοδοσία, έως την ολοκλήρωση της προετοιμασίας του κύκλου κατά τη διάρκεια της διαδρομής της εξάτμισης, κάθε στάδιο απαιτεί μια αυστηρή αντιστοίχιση για να διασφαλιστεί σταθερή απόδοση του κινητήρα. Με τη διάδοση της ρύθμισης ταχύτητας υπερσυμπίεσης, άμεσου ψεκασμού και μετατροπής συχνότητας, η θερμική απόδοση των σύγχρονων κινητήρων έχει ξεπεράσει το 40%, γεγονός που παρέχει βασική υποστήριξη για τη μείωση των εκπομπών εξοικονόμησης ενέργειας και τη βελτίωση της απόδοσης στην αυτοκινητοβιομηχανία.
