Là nguồn năng lượng cốt lõi của ô tô hiện đại, động cơ xăng bốn{0}}thì chuyển đổi năng lượng hóa học của xăng thành năng lượng cơ học để đẩy ô tô về phía trước thông qua chuyển động cơ học chính xác và biến đổi nhiệt động. Nó hoạt động trên bốn hành trình liên tiếp: nạp, nén, công suất và xả. Mỗi hành trình tương ứng với một quỹ đạo chuyển động cụ thể của piston và trạng thái đóng mở van để hoàn thành một chu trình làm việc hoàn chỉnh. Sau đây là phần-phân tích chuyên sâu về quy trình vật lý, cơ chế chuyển đổi năng lượng và các thông số kỹ thuật chính của bốn-đột quỵ.
I. Hành trình nạp: chuẩn bị hỗn hợp nhiên liệu nạp và không khí
Hành trình vào là điểm bắt đầu hoạt động của động cơ. Khi piston di chuyển từ đỉnh xuống đáy xi lanh thì van nạp mở ra và van xả đóng lại. Khi piston đi xuống, thể tích của xi lanh tăng lên, làm cho áp suất bên trong giảm xuống dưới áp suất khí quyển, tạo thành vùng áp suất âm. Lúc này, tỷ lệ khí – dầu lý tưởng là 14,7:1 được đẩy vào xi lanh thông qua đường ống nạp và van thông qua áp suất khí quyển. Trong ví dụ về động cơ hút khí tự nhiên 1,5L, pít-tông có lực hướng xuống là 8{9}}10m/s và xi-lanh có chân không tức thời -80 kPa, đảm bảo đủ công suất hybrid xăng-điện.
Các thông số kỹ thuật chính của hành trình này bao gồm thời gian mở van nạp (thường là 10-góc trục khuỷu sớm hơn 10{4}} 30 độ so với điểm chết trên) và thời gian đóng (góc trục khuỷu muộn hơn 40-60 độ so với điểm chết dưới), cũng như thiết kế chiều dài và đường kính ống nạp. Động cơ hiện đại áp dụng công nghệ điều phối van biến thiên để điều chỉnh thời gian đóng mở của van đầu vào một cách linh hoạt nhằm tối ưu hóa hiệu quả của van đầu vào ở các tốc độ động cơ khác nhau. Ví dụ, hệ thống i-VTEC của Honda có thể cải thiện hiệu suất sạc bằng cách kéo dài thời gian mở van nạp ở tốc độ động cơ.
ii. Hành trình nén: Khi tăng mật độ năng lượng và tạo điều kiện cháy để nén hành trình, cả van nạp và van xả đều đóng, piston di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, thể tích xi lanh giảm, hỗn hợp xăng bị nén. Trong quá trình này, năng lượng cơ học được chuyển thành nội năng của hỗn hợp nhiên liệu không khí, làm tăng đáng kể áp suất và nhiệt độ của nó. Đối với động cơ có tỷ số nén 10,5: 1, hỗn hợp nhiên liệu không khí-trong xi lanh có áp suất 1,2-1,8 MPa và nhiệt độ tăng 300 -400 độ khi kết thúc hành trình nén.
Tỷ số nén là thông số cốt lõi của hành trình và được định nghĩa là tỷ số giữa thể tích tổng của xi lanh và thể tích buồng của xi lanh. Tỷ số nén cao hơn có thể cải thiện hiệu suất tản nhiệt nhưng nguy cơ va đập phải được cân bằng. Động cơ hiện đại sử dụng hệ thống phun nhiên liệu có độ chính xác cao- (chẳng hạn như phun nhiên liệu trực tiếp) và cảm biến kích nổ để theo dõi điều kiện đốt cháy trong thời gian thực và tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm. Ví dụ: động cơ Volkswagen EA{4}}T sử dụng công nghệ phun trực tiếp, phun nhiên liệu trực tiếp vào xi-lanh và sử dụng phương pháp đốt phân tầng với tỷ số nén 10:1, làm giảm xu hướng nổ.
III. Hành trình công suất: Giai đoạn cốt lõi của quá trình tạo ra năng lượng của động cơ là chuyển đổi linh hoạt năng lượng bên trong động cơ thành hành trình cơ học. Khi pít-tông tiến đến điểm chết trên, bugi tạo ra tia lửa điện-điện áp cao (20-30kV) đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu khí nén. Phản ứng đốt cháy hoàn thành trong 0,001 giây, giải phóng một lượng nhiệt lớn khiến áp suất khí bên trong xi lanh tăng lên 6-8 MPa và đạt nhiệt độ 2000-2500 độ. Khí nhiệt độ cao và áp suất cao đẩy piston từ trên xuống dưới đến điểm chết, biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay của trục khuỷu thông qua thanh truyền, sinh ra công cơ.
Hiệu quả của quá trình này phụ thuộc vào tốc độ đốt cháy và kiểm soát giải phóng năng lượng. Động cơ hiện đại tối ưu hóa quá trình nguyên tử hóa nhiên liệu thông qua các kim phun xốp chẳng hạn như kim phun sáu{1} lỗ và kết hợp chúng với công nghệ bộ tăng áp để tăng áp suất nạp và đạt được quá trình đốt cháy toàn diện hơn. Ví dụ: BMW B{3}}T sử dụng động cơ turbo hai trục-chuyển đổi năng lượng khí thải thành áp suất đầu vào, tăng áp suất xi-lanh lên 20% và công suất đầu ra thêm 15% trong một chuyến đi sử dụng điện.
IV. GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU Giới thiệu: Hành trình xả: Đường xả, van xả mở, van nạp đóng, piston đi từ điểm chết dưới lên trên để đưa khí thải cháy ra khỏi xi lanh. Nhiệt độ khí thải có thể đạt tới 800-1000 độ C với áp suất khoảng 0,3-0,5 MPa. Để cải thiện hiệu suất xả, Hyundai đã áp dụng thiết kế trục cam kép trên cao (DOHC) giúp giảm cặn thải bằng cách kiểm soát độc lập thời gian đóng mở của van nạp và van xả. Ví dụ, động cơ Toyota Dynamic Force 2.5L tối ưu hóa đường cong nâng van xả, giảm cặn thải xuống dưới 5% lượng khí thải.
Ngoài ra, khí thải phải được xử lý bằng bộ chuyển đổi xúc tác ba-pha để chuyển đổi carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC) và nitơ oxit (NOx) thành carbon dioxide (CO2), nước (H2O) và nitơ (N2) vô hại. Động cơ hiện đại sử dụng-điều khiển vòng kín và cảm biến oxy để giám sát thành phần khí thải theo thời gian thực và tự động điều chỉnh tỷ lệ không khí-trên-ngọn lửa để đảm bảo lượng khí thải đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải VI của Trung Quốc.
Kết luận: Sức mạnh tổng hợp giữa-động cơ bốn thì và sự phát triển của động cơ
Thông qua việc kiểm soát thời gian chính xác và chuyển đổi năng lượng, động cơ xăng bốn{0}}thì đạt được sự chuyển đổi hiệu quả từ năng lượng hóa học sang năng lượng cơ học. Từ việc chuẩn bị hỗn hợp xăng{2}}dầu trong quá trình nạp, đến việc tăng mật độ năng lượng trong quá trình nén, đến việc giải phóng năng lượng nổ trong quá trình hoạt động, đến việc hoàn thành quá trình chuẩn bị chu trình trong hành trình xả, mỗi giai đoạn đều yêu cầu sự kết hợp nghiêm ngặt để đảm bảo hiệu suất động cơ ổn định. Với việc phổ biến động cơ tăng áp, phun nhiên liệu trực tiếp và điều chỉnh tốc độ chuyển đổi tần số, hiệu suất nhiệt của động cơ hiện đại đã vượt quá 40%, mang lại sự hỗ trợ cốt lõi cho việc giảm phát thải tiết kiệm năng lượng và cải thiện hiệu suất trong ngành công nghiệp ô tô.
