Tại sao hoặc tại sao không tăng hiệu suất động cơ bằng cách chạy xe hơi chạy bằng nhiên liệu (sử dụng động cơ turbo hoặc siêu nạp)?

Mọi người đều muốn xe của họ sử dụng ít nhiên liệu hơn, phải không? Tôi đọc đoạn văn sau về việc chạy nhiên liệu xe hơi nạc từ trang web này :

Chạy động cơ nạc nhiên liệu, nghĩa là sử dụng không khí dư thừa. Người ta biết rằng chạy bằng nhiên liệu giúp cải thiện hiệu quả. Vào thời xưa, trong điều kiện bay, các động cơ luôn chạy nạc - khoảng 15% không khí dư thừa - điều này rất kinh tế. Vì vậy, những gì xảy ra để thay đổi điều này? Vấn đề là chất xúc tác ba chiều (CO, UHC, NOx) được sử dụng trên khí thải động cơ. Điều này chỉ hoạt động nếu tỷ lệ không khí / nhiên liệu động cơ (theo khối lượng) là cân bằng hóa học (chính xác về mặt hóa học). Đối với xăng, tỷ lệ này là 14,6: 1. Máy tính động cơ, hoạt động đồng bộ với cảm biến lưu lượng khí động cơ, kim phun nhiên liệu điện tử và cảm biến oxy thải, duy trì tỷ lệ cân bằng hóa học cho hầu hết các lái xe của bạn. Chỉ ở tỷ lệ này, chất xúc tác mới có thể oxy hóa CO và UHC (thành CO2 và H 2 O) và hóa học khử NOx (thành N2). (UHC = hydrocarbon không cháy.) Những gì con người cần là chất xúc tác nạc-NOx.

Đoạn văn này dường như hoàn toàn có ý nghĩa. Sử dụng nhiều không khí và tăng hiệu quả nhiên liệu. Tuy nhiên, tôi không hiểu tại sao bộ chuyển đổi xúc tác không thể xử lý hoặc được điều chỉnh để xử lý nhiều không khí hơn trong động cơ.

Những lợi thế và bất lợi của việc buộc không khí vào động cơ bằng một động cơ turbo hoặc siêu nạp có thể biện minh cho một chiếc xe làm hoặc không làm điều đó là gì?

Lean Thêm không khí

Tôi tin rằng nguồn gốc của sự hiểu lầm là ở cách thuật ngữ "nạc" đang được diễn giải.

Một hỗn hợp nạc không chỉ ra sự hiện diện của không khí nhiều hơn. Nó cho thấy sự hiện diện của tỷ lệ không khí cao hơn so với nhiên liệu (tỷ lệ nhiên liệu không khí hoặc AFR ).

Ví dụ nhanh

Hỗn hợp A có 1.000 g không khí, 80 g nhiên liệu. AFR = 1000/80 = 12,5

Hỗn hợp B có 100 g không khí, 7 g nhiên liệu. AFR = 100/7 = 14.3

Vì 14.3> 12.5, Hỗn hợp B gầy hơn Hỗn hợp A, mặc dù Hỗn hợp A có nhiều không khí hơn.

Đây là lý do tại sao @cdunn đúng ; sự hiện diện của một bộ tăng áp hoặc siêu tăng áp không ảnh hưởng đến khả năng của một bộ chuyển đổi xúc tác có kích thước phù hợp thực hiện công việc của nó.

Vậy tại sao nó không tốt cho mèo chạy nạc?

Một bộ chuyển đổi xúc tác được thiết kế để loại bỏ khí độc hại ra khỏi khí thải. Nó thực hiện điều này thông qua một phản ứng hóa học liên quan đến sự có mặt của chất xúc tác.

Loại thiết kế mèo phổ biến nhất hiện nay là bộ chuyển đổi xúc tác ba chiều, xử lý ba loại khí độc hại:

• oxit nitơ (NOx, không phải NOS)
• carbon monoxide (CO)
• hydrocacbon không cháy (HC)

Điều đáng chú ý là mèo hoạt động tốt trong cửa sổ AFR hẹp, vì hình ảnh này cho thấy:

• Chạy quá gầy , và con mèo sẽ có một thời gian khó khăn để loại bỏ NOx ra khỏi khí thải
• Chạy quá phong phú và tailpipe của bạn sẽ có nhiều nội dung HC, CO hơn

Hoạt động tinh gọn và chất xúc tác xả:

Bộ chuyển đổi xúc tác ba chiều được trang bị cho xe chạy bằng xăng không thể hoạt động trong điều kiện động cơ nạc vì phản ứng của NO _x với nitơ và oxy là phản ứng khử, và để điều này xảy ra cần phải có quá trình oxy hóa tương ứng. Trong chất xúc tác ba chiều đó là quá trình oxy hóa CO và hydrocacbon thành CO ₂ . Nếu có quá nhiều oxy thì oxy, chứ không phải NO _x sẽ đóng vai trò là tác nhân oxy hóa cho CO và HC - bởi vì đó là tác nhân oxy hóa mạnh hơn - và NO _x sẽ không được phản ứng.

Công nghệ giảm NO _x mà không có sự hiện diện của khí oxy hóa tương ứng trong khí thải động cơ đã tồn tại và ngày càng được sử dụng nhiều hơn trên động cơ diesel, vốn chạy nạc. Tuy nhiên, nó cần nhiều thiết bị hơn trong xe, thêm chi phí và độ phức tạp, và một số phương pháp tiếp cận đòi hỏi một chất phụ gia cần được bổ sung khi sử dụng hết.

Trước đây, công nghệ đốt cháy đã được sử dụng trong động cơ xăng, nhưng có lẽ đã không bắt kịp vì các quy định thắt chặt về khí thải NO _x - nó có thể xuất hiện trở lại khi công nghệ giảm NO _x trở nên phổ biến hơn.

Ưu điểm và nhược điểm của động cơ tăng áp và siêu nạp

Sử dụng một bộ tăng áp hoặc siêu tăng áp cho phép sản lượng điện nhiều hơn cho cùng một công suất động cơ - hoặc, một công suất động cơ nhỏ hơn cho cùng một công suất. Điều này có nghĩa là động cơ có thể nhỏ hơn và nhẹ hơn, và các xi lanh nhỏ hơn có tổn thất ma sát thấp hơn. Các động cơ xăng nhỏ mới nhất như phạm vi Ecoboost của Ford thường sử dụng cả tăng áp và tăng áp để mang lại hiệu quả nhiên liệu cao.

Nhược điểm chính của tăng áp hoặc siêu nạp là sự phức tạp và chi phí của thiết bị được thêm vào, nhưng điều này ngày càng được coi là đáng giá cho hiệu quả đạt được.

Không phải là bộ chuyển đổi xúc tác không thể xử lý nhiều không khí hơn, nó chạy nạc làm tăng nhiệt độ của quá trình đốt cháy (tôi thực sự không biết tại sao, nhưng bây giờ tôi tò mò) và bộ chuyển đổi xúc tác cần phải chạy bên trong hóa chất phạm vi hoạt động. Một cái gì đó để làm với hóa học mà tôi cũng không biết.

Đối với những lợi thế cho việc tăng áp và tăng áp, không chỉ là không khí được tăng lên, đó là hỗn hợp nhiên liệu không khí theo đúng tỷ lệ được tăng lên. Nhiều không khí / nhiên liệu hơn cho mỗi cú đánh mạnh cho bạn nhiều năng lượng hơn. Nhược điểm của động cơ tăng áp là với thiết kế sai, nó sẽ cung cấp rất nhiều năng lượng, nhưng sức mạnh đó sẽ làm trễ van tiết lưu.

Nhược điểm của siêu tăng áp là chúng được điều khiển bởi trục khuỷu thông qua một vành đai có nghĩa là chúng tiêu thụ một số năng lượng để thực hiện công việc của chúng. Họ rõ ràng sản xuất nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ, nhưng nó vẫn giảm đi dù tiêu thụ nhiều như thế nào. Bởi vì các bộ tăng áp được điều khiển bởi khí thải, tác dụng phụ duy nhất của chúng là áp suất ngược nhẹ.

Một lý do khác để không làm điều này trên chiếc xe đường phố của bạn là nó sẽ làm giảm số dặm của bạn (tiêu thụ nhiên liệu nhanh hơn) và năng lượng bổ sung sẽ gây hao mòn cho động cơ có thể hoặc không được thiết kế để xử lý nó.

Mong rằng sẽ giúp!

Một điểm nữa để chạm vào là gầy hơn và giàu hơn có liên quan đến những điều kiện mà động cơ đã chạy theo. Về mặt phản ứng hóa học, động cơ xe hơi có xu hướng chạy hơi giàu theo mặc định - nhiều nhiên liệu hơn mức cần thiết cho tất cả không khí - bởi vì nó làm giảm tần số phát nổ trong hỗn hợp.

Nếu bạn thay đổi mọi thứ để chúng chạy gọn hơn các điều kiện hoạt động được thiết kế, bạn có thể chuyển sang đốt cháy cân bằng hóa học. Điều này có nghĩa là tất cả nhiên liệu được tiêu thụ bởi tất cả không khí và các phản ứng được cân bằng chính xác. Đây cũng là để kích nổ. Điều này dẫn đến việc ping (hoặc gõ) và làm hỏng xi lanh và piston. Nếu bạn thay đổi mọi thứ để khiến nó gọn gàng hơn đủ để vượt quá tỷ lệ cân bằng hóa học, mối đe dọa kích nổ sẽ giảm nhưng nếu bạn di chuyển quá gầy, bạn sẽ tăng tỷ lệ sai lệch - thiệt hại nhiều hơn cho động cơ (và bộ chuyển đổi xúc tác ).

Chạy một hỗn hợp nạc tự nó không nhất thiết sẽ gây ra tiếng nổ, ping hoặc gõ. Các phi công máy bay pít-tông thời gian cũ của WW2 đã từng sử dụng để chạy hỗn hợp nạc nghiêm trọng trên các chuyến bay dài để tăng tầm bay và an toàn khi làm như vậy khi họ ở độ cao và cài đặt năng lượng. Bạn sẽ không bao giờ xem xét việc thực hiện nó trong một cuộc leo núi hoặc ở một sức mạnh cao.

Với động cơ ô tô, bạn phải có chương trình thích ứng để điều chỉnh hỗn hợp từ giàu sang nạc tùy thuộc vào mức độ tải của động cơ. Trên một đoạn đường dài, đường bằng với tốc độ đường cao tốc ổn định, bạn có thể có thể chạy một lượng thời gian tốt, nhưng đối với phong cách thành phố điển hình của bạn dừng lại và đi, hoặc địa hình đồi núi, có lẽ bạn sẽ không bao giờ ở trong phạm vi năng lượng ở đó sẽ được an toàn, hiệu quả hoặc hiệu quả.

Đối với khí thải, chạy nạc chắc chắn tạo ra Nitrogen Oxide, do đó có thể là mối quan tâm thêm trong các khu vực dễ bị khói bụi.

Có một lý do bổ sung cho việc không chạy nạc, áp dụng rất tốt cho động cơ tăng áp - nhiên liệu phụ tạo ra một "lớp ranh giới" giữa các sản phẩm đốt và thành xi lanh. Điều này hấp thụ thêm nhiệt trong quá trình đốt cháy để giúp giữ nhiệt độ buồng trong phạm vi dung sai.

Những chiếc xe được điều chỉnh chạy turbo / siêu tăng áp rất cao thường xuyên ở điểm chạy quá gầy, trong đó kim phun không thể cung cấp đủ nhiên liệu để duy trì lớp ranh giới này, và áp suất / nhiệt độ buồng đốt tăng. Trong trường hợp cực đoan, điều này dẫn đến việc kích nổ / gõ và dưới mức tăng cao có thể gây ra thiệt hại cho pít-tông vật lý.

Câu hỏi hay. Câu trả lời là để loại bỏ khí thải không CO2 và mang lại hiệu quả và năng lượng hợp lý, động cơ PHẢI đốt cháy nhiên liệu một cách bùng nổ và giàu có ngay trước TDC, sau đó đốt lại nạc sau TDC, và cuối cùng đốt cháy lần thứ ba sau khi sạc xong xi lanh đốt cháy nhanh và đi vào xi lanh tái giãn nở ít nóng hơn và chậm hơn.