Цикл аткинсона: Цикл Отто, Аткинсона, Миллера: различия, описание работы

Содержание

Цикл Аткинсона — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Цикл Аткинсона — модифицированный цикл Отто 4-тактного двигателя внутреннего сгорания.

Предложен английским инженером Джеймсом Аткинсоном для обхода патентов Николауса Отто.

В 1886 году Аткинсон предложил изменить соотношение времён тактов цикла Николауса Отто. В двигателе Аткинсона рабочий ход (3-й такт цикла Отто) был увеличен за счёт усложнения кривошипно-шатунного механизма. В XIX веке двигатель распространения не получил из-за сложной механики.

Использование цикла Аткинсона в двигателе позволяло уменьшить потребление топлива и снизить уровень шума при работе за счёт меньшего давления при выпуске. Кроме того, в двигателе Аткинсона для привода газораспределительного механизма не требовалось редуктора, так как коленчатый вал вращался с вдвое меньшей частотой, чем в двигателе Отто. Однако, такой двигатель плохо регулируется дроссельной заслонкой, и на низких оборотах выдаёт сравнительно малый момент. Кроме того, в нём значительно усложнена конструкция кривошипно-шатунного механизма. Существовали и другие разновидности двигателя Аткинсона: двигатели со встречно движущимися поршнями, двигатели с одним поршнем и двумя коленчатыми валами.

На гибридных автомобилях возможно применение двигателя Аткинсона, так как в них двигатель работает в малом диапазоне частот вращения и нагрузок. Однако на современных автомобилях, таких как Toyota Prius применяют не двигатель Аткинсона, а его упрощённый аналог, построенный по принципу цикла Миллера. Следует заметить, что номинальная степень сжатия 13:1 данных двигателей не соответствует фактической, т.к. сжатие начинается не сразу в начале хода поршня вверх, а с запозданием, воздушно-топливная смесь некоторое время выталкивается обратно. Поэтому реальная степень сжатия аналогична классическим ДВС цикла Отто. При этом рабочий ход движения поршня вниз становится длиннее обычного, тем самым используя энергию расширяющихся газов с большей эффективностью, что увеличивает КПД и снижает расход топлива. Гибридный автомобиль разгоняется электромотором, который выдаёт полную мощность в широком диапазоне оборотов.

Toyota Prius
Бензиновый двигатель работает по циклу Аткинсона со сжатием 13:1 на бензине (АИ-95).
Время закрытия впускного клапана, обороты и нагрузку на двигатель контролирует бортовой компьютер.

Ссылки

Hyundai Motor представила новое поколение Elantra. Цикл Аткинсона или все таки Миллера?


Здравствуйте, в студии Егор Васильев.

Я по-прежнему нахожусь в genesis lounge на территории Москва сити где можно ознакомиться с современными технологиями мобильности премиального корейского бренда. Впрочем, к новостям. Hyundai Motor представила новое поколение модели Elantra. С учетом современных реалий, мировой дебют компактного седана состоялся в формате онлайн-трансляции из студии The Lot Studios в Западном Голливуде (Калифорния). Размеры автомобиля увеличились, и впервые в истории модель получила гибридный привод. Салон, получивший компоновку под названием «иммерсивный кокон», напоминает кабину самолета. Место водителя отделено от зоны переднего пассажира. Новинка будет предлагаться с двумя бензиновыми атмосферными двигателями: 1.6 мощностью 123 л.с. и 2.0 мощностью 150 л.с. Любопытно, что силовая установка первой в истории гибридной версии Elantra построена на базе четырехцилиндрового двигателя GDI объемом 1,6-литра, работающего по циклу Аткинсона. Электродвигатель с постоянными магнитами выдает 32 кВт энергии от литий-ионно-полимерной батареи емкостью 1,32 кВт·ч, что обеспечивает суммарную отдачу системы в 139 л.с. при 264 Нм крутящего момента.

А что же такое цикл Аткинсона? Тут мы с вами немного углубимся в историю. Считается, что первый классический четырехтактный двигатель был изобретен немцем Николаусом Отто в 1876. И не только изобретен, но и запатентован. Как оказалось позже это привело к интересным и позитивных событиям в зарождающемся мире моторов. Рабочий процесс мотора Отто описывается очень просто: цикл впуска, когда при движении поршня вниз в цилиндр попадает рабочая смесь. Цикл сжатия при котором поршень двигаясь вверх сжимает ее. Рабочий ход, при котором воспламеняющаяся рабочая смесь толкает поршень вниз и цикл выпуска, при котором отработанные газы выводятся из цилиндра. На все это необходимо два оборота коленчатого вала. Мотор хорошо себя показал, но была одна проблема. Патент не позоволял сторонним производителям выпускать свои ДВС. В результате, через 10-ть лет последовал ответ с туманного Альбиона. Англичанин Джеймс Аткинсон предложил несколько иное решение. За счет использования коленчатого вала с системой двух рычагов он сделал первые два такта работы двигателя короче, тем самым снизив механические потери, а два других остались прежними. Двигатель так и остался четырехтактным. И при более высоком КПД обладал и минусами. Прежде всего это касалось сложности конструкции.

Поэтому, в 1947 уже американская инженерная мысль смогла достойно ответить. Ральф Миллер предложил свое видение мотора с циклом Аткинсона. При этом, как и в моторе Отто ход поршня опять стал одинаковым, но с так называемым «Укороченным сжатием». Фактически это происходит благодаря тому, что впускной клапан закрывается уже после того, как на цикле сжатия поршень пошел вверх. И это существенно снижает механические потери. Правда, такая конструкция не любит работы на высоких оборотах из-за снижения наполняемости цилиндров. Так, что сейчас автопроизводители говоря о цикле Аткинсона у своих гибридных моделей все-таки несколько лукавят, поскольку на самом деле речь идет о решении, предложенном господином Миллером.

А теперь информация от наших партнеров.

И на последок напомню – чтобы машина не подводила, не забывайте регулярно менять масло, фильтры, все технические жидкости, обслуживайте вовремя тормозную систему и периодически делайте настройку света фар! Поможет вам в этом С.Т.О. ФИЛЬТР – станция быстрого техобслуживания любых марок авто. В Сокольниках или на Можайке! ФИЛЬТР -достойная альтернатива дилерам с выгодой до 50%! Узнайте прямо сейчас стоимость обслуживания ВАШЕГО авто по телефону 223 44 33 код 495. Запчасти и материалы в наличии! А для самых экономных на С.Т.О. ФИЛЬТР есть акция «Белые ночи»! Приезжайте на обслуживание с 2 ночи до 7 утра и получите скидку до 23 %. Запись обязательна! 223 44 33, код 495 повторяю 223 44 33 сайт msk.stofilter.ru С.Т.О. ФИЛЬТР работает круглосуточно!

Всего доброго

Цикл Аткинсона: как это работает

Подписаться

]]]]]]]]>]]]]]]>]]]]>]]>

]]]]]]]]>]]]]]]>]]]]>]]>

Войти

  • Новости

    Украина

    Автошоу

    Тюнинг

    Неформат

    Автомобили

    Мото

    Автоспорт

    Технологии

  • Тест-драйвы
  • База знаний
  • Афиша
  • АЗС
  • Таможенный калькулятор
  • Новые авто

    Автосалоны

    Акции

    Подбор авто

    Все марки

    Сравнение авто

Цикл Аткинсона — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Цикл Аткинсона — модифицированный цикл Отто 4-тактного двигателя внутреннего сгорания.

Предложен английским инженером Джеймсом Аткинсоном для обхода патентов Николауса Отто.

В 1886 году Аткинсон предложил изменить соотношение времён тактов цикла Николауса Отто. В двигателе Аткинсона рабочий ход (3-й такт цикла Отто) был увеличен за счёт усложнения кривошипно-шатунного механизма. В XIX веке двигатель распространения не получил из-за сложной механики.

Использование цикла Аткинсона в двигателе позволяло уменьшить потребление топлива и снизить уровень шума при работе за счёт меньшего давления при выпуске. Кроме того, в двигателе Аткинсона для привода газораспределительного механизма не требовалось редуктора, так как коленчатый вал вращался с вдвое меньшей частотой, чем в двигателе Отто. Однако, такой двигатель плохо регулируется дроссельной заслонкой, и на низких оборотах выдаёт сравнительно малый момент. Кроме того, в нём значительно усложнена конструкция кривошипно-шатунного механизма. Существовали и другие разновидности двигателя Аткинсона: двигатели со встречно движущимися поршнями, двигатели с одним поршнем и двумя коленчатыми валами.

На гибридных автомобилях возможно применение двигателя Аткинсона, так как в них двигатель работает в малом диапазоне частот вращения и нагрузок. Однако на современных автомобилях, таких как Toyota Prius применяют не двигатель Аткинсона, а его упрощённый аналог, построенный по принципу цикла Миллера. Следует заметить, что номинальная степень сжатия 13:1 данных двигателей не соответствует фактической, т.к. сжатие начинается не сразу в начале хода поршня вверх, а с запозданием, воздушно-топливная смесь некоторое время выталкивается обратно. Поэтому реальная степень сжатия аналогична классическим ДВС цикла Отто. При этом рабочий ход движения поршня вниз становится длиннее обычного, тем самым используя энергию расширяющихся газов с большей эффективностью, что увеличивает КПД и снижает расход топлива. Гибридный автомобиль разгоняется электромотором, который выдаёт полную мощность в широком диапазоне оборотов.

Toyota Prius
Бензиновый двигатель работает по циклу Аткинсона со сжатием 13:1 на бензине (АИ-95).
Время закрытия впускного клапана, обороты и нагрузку на двигатель контролирует бортовой компьютер.

Ссылки

Цикл Аткинсона. Двигатели, работающие по Аткинсону экономичнее и мощнее традиционных.

До сих пор двигатели, работающие по циклу Аткинсона, применялись только в сочетании с электромоторами. Но времена меняются.

Клапан открыт дольше

Цикл Аткинсона отличается меньшими потерями на пульсации: пока поршень идет вверх, впускной клапан остается открытым несколько дольше. Часть воздуха выталкивается обратно в коллектор, что позволяет избавиться от разрежения, мешающего впуску воздуха в другие цилиндры. Кроме того, газы расширяются в течение более долгого времени, фактическая степень сжатия уменьшается, а геометрическая увеличивается.

Почему до сих пор Toyota, Lexus, Hyundai и Kia использовали двигатели, работающие по циклу Аткинсона, только в составе гибридной силовой установки? Ответ прост: такие моторы обладают более высоким КПД, чем работающие по циклу Отто, но крутящий момент у них ниже, особенно на низких и средних оборотах. Что и подтверждают приведенные графики.

В гибридном приводе этот недостаток с лихвой компенсируется работой электромотора, который, как известно, обеспечивает максимальный крутящий момент уже при запуске. Кроме того, увеличивают рабочий объем: на маленьком Yaris стоит двигатель объемом 1,5 л, на Auris, Prius и СТ — и вовсе 1,8 л. И вот инженеры Toyota решили поменять подход.

И три цилиндра тоже

В следующем году японцы представят первые двигатели нового семейства, работающие по циклу Аткинсона: трехцилиндровый объемом один литр и 1,3-литровый четырехцилиндровый. Новые моторы, обладая все тем же высоким КПД, способны развивать значительно больший крутящий момент. Устанавливать их будут не только на гибридные модели, ибо главная идея состоит в том, чтобы значительно сократить расход в сравнении с классическими агрегатами, работающими по циклу Отто.

Шуи Адачи, стоящий во главе проекта, пообещал, что КПД 1,3-литрового мотора составит 38%. Геометрическая степень сжатия нового двигателя равна 13,5:1, однако реальный показатель ниже, поскольку во время движения поршня к верхней мертвой точке клапана в течение некоторого времени остаются открытыми. Коэффициент полезного действия литрового трехцилиндрового мотора составит 37%, его геометрическая степень сжатия — 11,5:1.

Чтобы добиться таких результатов, инженеры Toyota заложили в конструкцию ряд оригинальных решений. Это, во-первых, вариаторы фаз газораспределения нового поколения (VVT-iE, где Е означает «электрический»), которые управляют открыванием и закрыванием впускных клапанов. Кроме того, на выходе из впускных коллекторов обеспечивается высокая турбулентность потока воздуха (ось воронки перпендикулярна оси цилиндра). А турбулентность ускоряет сгорание бензина.

В системе рециркуляции отработавших газов EGR предусмотрен газожидкостный теплообменник: возвращаемые в цилиндры отработавшие газы охлаждаются, за счет чего снижается риск детонации и ограничивается выброс N0 . Особое внимание было уделено удалению остаточных отработавших газов из камеры сгорания по завершении рабочего цикла: цилиндр энергично продувается чистым воздухом, причем делается это без применения компрессора — такая же продувка реализована в турбированном двигателе Alfa Romeo 1750 TBi.

Все эти новинки сочетаются с традиционными особенностями японских двигателей, работающих по циклу Аткинсона: коленчатый вал смещен относительно центральной оси цилиндров, за счет чего снижаются напряжения, возникающие в шатуне под воздействием поршня, а поверхности цилиндров, подшипников и цепи привода газораспределительного механизма подвергнуты специальной обработке, снижающей трение.

Бензин сгорает быстрее

На схеме работающего по циклу Аткинсона мотора объемом 1,8 л мы проиллюстрировали технические решения, нашедшие воплощение в конструкции нового семейства двигателей Toyota, дебют которого намечен на 2015 год. Перед инженерами стоял целый ряд задач: увеличить скорость сгорания топлива, обеспечить управление потоками отработавших газов и поступающего в цилиндры воздуха, еще больше сократить потери на трение.

Ну и напоследок простая видео-иллюстрация по принципу работы двигателя Аткинсона:

Цикл Аткинсона на практике. Двигатель по циклу Аткинсона

ДВС применяются на автомобилях уже целое столетие. В целом принцип работы их не претерпел серьезных изменений с начала выпуска. Но так как этот двигатель имеет большое количество недостатков, инженеры не перестают изобретать нововведения, чтобы усовершенствовать мотор. Обратимся к тому из них, которое называется цикл Аткинсона. Сегодня можно услышать, что в некоторых машинах он применяется. Но что он собой представляет и как двигатель становится с ним лучше?

Цикл Аткинсона

цикл аткинсона

Николаус Отто, инженер из Германии, предложил в 1876 году цикл, состоящий из:

  • впуска;
  • сжатия;
  • рабочего хода;
  • выпуска.

А десятилетие спустя английский изобретатель Джеймс Аткинсон развил его. Однако, разобравшись в деталях, можно назвать совершенно оригинальным видом цикл Аткинсона.

Двигатели внутреннего сгорания качественно отличаются. Ведь коленчатый вал имеет смещенные точки крепления, благодаря чему потеря энергии при трении сокращена, а степень сжатия увеличена.

работающий по циклу аткинсона

Также на нем присутствуют иные газораспределительные фазы. На обычном двигателе поршень закрывается сразу же после прохождения мертвой точки. Иную схему имеет цикл Аткинсона. Здесь такт существенно длиннее, так как клапан закрывается только на половине пути поршня к верхней мертвой точке (где по Отто уже происходит сжатие).

Теоретически цикл Аткинсона эффективнее Отто приблизительно на десять процентов. Однако долго его не применяли на практике из-за того, что он способен функционировать в рабочем режиме лишь при больших оборотах. Дополнительно необходим механический нагнетатель, с которым иногда называют все это «цикл Аткинсона-Миллера». Однако оказывалось, что с ним преимущества рассматриваемой разработки терялись.

двигатель по циклу аткинсона

Поэтому в легковых автомобилях такой цикл Аткинсона на практике почти не применялся. Но вот в гибридных моделях, наподобие Toyota Prius, производители стали использовать его даже серийно. Это стало возможным благодаря специфической работе этих видов движков: на небольшой скорости автомобиль передвигается за счет электрической тяги и лишь при разгоне переходит на бензиновый агрегат.

Газораспределение

Первый двигатель по циклу Аткинсона имел громоздкий газораспределительный механизм, издающий большой шум. Но когда благодаря открытию американца Чарльза Найта вместо привычных клапанов с приводом стали использовать специальные золотники в форме пары гильз, которые устроили между цилиндром и поршнем, мотор почти перестал шуметь. Однако сложность используемой конструкции обходилась совсем недешево, но в престижных марках машин автовладельцы были готовы платить за такое удобство.

Тем не менее уже в тридцатых годах от такого усовершенствования отказались, потому что двигатели были недолговечными, а расход бензина и масла являлся слишком большим.

Разработки двигателей в этом направлении известны и сегодня — может быть, инженерам удастся избавиться от недостатков модели Чарльза Найта и воспользоваться преимуществами.

Универсальная модель будущего

В настоящее время многими производителями ведутся разработки универсальных двигателей, где будут совмещены и мощность бензиновых агрегатов, и отличная тяга и экономичность дизелей.

В этом отношении уже то, что бензиновые агрегаты, имеющие непосредственный впрыск топлива, достигли высокого показателя сжатия порядка тринадцати-четырнадцати единиц (у дизельных моторов этот уровень является немногим больше семнадцати-девятнадцати), доказывает успешные шаги в этом направлении. Они даже работают так же, как и агрегаты с воспламенением от сжатия. Только рабочая смесь должна искусственно поджигаться свечой.

В экспериментальных моделях сжатие доходит еще выше — до пятнадцати-шестнадцати единиц. Но до самовоспламенения пока уровень не дотягивается. Зато свеча отключается при равномерном движении, благодаря чему двигатель переходит на режим, подобный дизелю, и потребляет мало топлива.

Сгорание регулируется электроникой, вносящей коррективы в зависимости от внешних обстоятельств.

Разработчики уверяют, что такой двигатель является очень экономичным. Однако для серийного производства исследований проводилось недостаточно.

Переменная степень сжатия

Показатель является очень важным. Ведь мощность, коэффициент полезного действия и экономичность напрямую зависят от высокой степени сжатия. Естественно, повышать бесконечно ее нельзя. Поэтому с некоторых пор развитие остановилось. В противном случае появлялся риск детонации, которая могла привести к порче двигателя.

Особенно сильно этот показатель отражается на моторах с наддувом. Ведь нагреваются они сильнее, а поэтому и процент вероятности срабатывания детонации здесь существенно выше. Поэтому степень сжатия иногда приходится снижать, из-за чего, естественно, и падает эффективность мотора.

В идеале степень сжатия должна меняться плавно в зависимости от рабочего режима и нагрузки. Разработок было очень много, но все они слишком сложные и дорогостоящие.

Легендарный Saab

цикл аткинсона миллера

Лучших результатов удалось достигнуть компании Saab, когда она в 2000 году выпустила пятицилиндровый мотор, который при 1,6 литрах объема выдавал порядка двухсот двадцати пяти лошадей. Это достижение и сегодня кажется невероятным.

Двигатель разделен надвое, где части соединены друг с другом шарнирным способом. Снизу расположен коленчатый вал, шатуны и поршни, а наверху — цилиндры с головками. Гидропривод способен наклонять моноблок с цилиндрами и головками, изменяя степень сжатия при включении приводного компрессора. Несмотря на всю эффективность, разработки также пришлось отложить из-за дороговизны конструкции.

цикл аткинсона на практике

Проще и доступнее

Таким образом, можно заключить, что двигатель, работающий по циклу Аткинсона, сыграл значительную роль на пути усовершенствования механизма мотора в будущем. Представляется, что совершенствования, основываясь одно на другом, приведут ДВС, наконец, к оптимальному режиму работы.

Цикл Аткинсона — Википедия. Что такое Цикл Аткинсона

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Цикл Аткинсона — модифицированный цикл Отто 4-тактного двигателя внутреннего сгорания.

Предложен английским инженером Джеймсом Аткинсоном для обхода патентов Николауса Отто.

В 1886 году Аткинсон предложил изменить соотношение времён тактов цикла Николауса Отто. В двигателе Аткинсона рабочий ход (3-й такт цикла Отто) был увеличен за счёт усложнения кривошипно-шатунного механизма. В XIX веке двигатель распространения не получил из-за сложной механики.

Использование цикла Аткинсона в двигателе позволяло уменьшить потребление топлива и снизить уровень шума при работе за счёт меньшего давления при выпуске. Кроме того, в двигателе Аткинсона для привода газораспределительного механизма не требовалось редуктора, так как коленчатый вал вращался с вдвое меньшей частотой, чем в двигателе Отто. Однако, такой двигатель плохо регулируется дроссельной заслонкой, и на низких оборотах выдаёт сравнительно малый момент. Кроме того, в нём значительно усложнена конструкция кривошипно-шатунного механизма. Существовали и другие разновидности двигателя Аткинсона: двигатели со встречно движущимися поршнями, двигатели с одним поршнем и двумя коленчатыми валами.

На гибридных автомобилях возможно применение двигателя Аткинсона, так как в них двигатель работает в малом диапазоне частот вращения и нагрузок. Однако на современных автомобилях, таких как Toyota Prius применяют не двигатель Аткинсона, а его упрощённый аналог, построенный по принципу цикла Миллера. Следует заметить, что номинальная степень сжатия 13:1 данных двигателей не соответствует фактической, т.к. сжатие начинается не сразу в начале хода поршня вверх, а с запозданием, воздушно-топливная смесь некоторое время выталкивается обратно. Поэтому реальная степень сжатия аналогична классическим ДВС цикла Отто. При этом рабочий ход движения поршня вниз становится длиннее обычного, тем самым используя энергию расширяющихся газов с большей эффективностью, что увеличивает КПД и снижает расход топлива. Гибридный автомобиль разгоняется электромотором, который выдаёт полную мощность в широком диапазоне оборотов.

Toyota Prius
Бензиновый двигатель работает по циклу Аткинсона со сжатием 13:1 на бензине (АИ-95).
Время закрытия впускного клапана, обороты и нагрузку на двигатель контролирует бортовой компьютер.

Ссылки

Как работает двигатель цикла Аткинсона

Патент

Аткинсона в США (номер 367 496, для нас, фанатиков патентов) довольно прост: около тысячи слов текста и несколько полезных диаграмм. Или вы можете просто прочитать это объяснение, которое намного остроумнее любого патента.

Самый распространенный двигатель внутреннего сгорания в наши дни — это четырехтактный двигатель с циклом Отто, в котором поршень поднимается и опускается внутри цилиндра, а искра воспламеняет смесь газа и воздуха.То же самое и с двигателем с циклом Аткинсона, поэтому вот краткое описание процесса:

Такт впуска: Всасывает воздух и топливо в цилиндр

Ход сжатия: Сдавливает смесь, поэтому, когда искра гаснет, она взрывается — большое время

Мощность или ход расширения: Использует силу, создаваемую взрывом, для перемещения поршня вниз по цилиндру

Такт выпуска: Выталкивает неприятные остатки процесса сгорания из цилиндра

В двигателе с циклом Отто это выполняется за два вращения коленчатого вала: впуск / зажигание, затем мощность / выпуск.В первоначальном двигателе Аткинсона изобретатель добавил пару рычагов, чтобы все четыре хода могли быть выполнены за один оборот коленчатого вала.

Это само по себе улучшило бы эффективность, но у Аткинсона была другая реализация: если бы компрессия в цилиндре была уменьшена, а рабочий ход был длиннее, чем такт впуска, двигатель работал бы более эффективно. Для поворота двигателя, который вращает колеса и заставляет машину двигаться, потребуется меньше топлива.

Представьте себе цилиндр и поршень. На такте впуска поршень не движется полностью вниз по цилиндру. Впускной клапан, через который воздух и топливо попадают в цилиндр, не пропускает столько смеси в цилиндр. Меньшее количество смеси требует меньшего сжатия. Поршень движется обратно вверх для такта сжатия, и вверху смесь воспламеняется. Boom! Сила направляет поршень обратно вниз по валу цилиндра в рабочем такте, на этот раз полностью вниз, чтобы использовать все силы, генерируемые сгоранием.Затем поршень движется вверх, чтобы удалить мусор для такта выпуска. Да да! Четыре такта, меньше топлива!

Конечно, вы, умный читатель, наверное, поняли, что меньшее количество топлива и меньшая компрессия означают меньшую мощность. Ты прав. Несмотря на то, что поршню позволяют перемещаться дальше вниз во время рабочего такта, чем во время такта впуска, он не будет генерировать такую ​​большую мощность, как в двигателе с более высокой степенью сжатия и более богатой газовой смесью.

Другая проблема, связанная с этим двигателем, заключается в том, что для него требуется много дополнительных деталей, что усложняет сборку, не говоря уже о том, что он дорог.Бедному Аткинсону пришлось добиться всей этой эффективности с помощью пружин, вибрирующих звеньев и раскаленной трубки зажигания, что звучит как отличное название для группы. Современным инженерам это гораздо проще.

,

Как работает двигатель с циклом Аткинсона?

В большинстве двигателей с искровым зажиганием с момента зарождения автомобилестроения использовался четырехтактный термодинамический цикл, разработанный в конце XIX века немецким инженером Николаусом Отто. Но в последние годы возросла популярность модифицированной версии этого цикла «Отто».

Обычно известный как цикл «Аткинсона», он применялся во всех автомобилях с технологией Lexus Hybrid Drive , а теперь используется в некоторых последних высокопроизводительных моделях производителя, таких как Lexus RC F .

Почему это так и в чем разница между этими двумя циклами?

Цикл Отто

Четырехтактные двигатели имеют четыре отдельные фазы в рамках традиционного цикла Отто, которые производятся двумя оборотами коленчатого вала и точным распределением клапана и моментом зажигания. Как видно из приведенной ниже анимации, это следующие фазы: 1) впуск, 2) сжатие, 3) сгорание и 4) выпуск. Каждый соответствует полному ходу поршня внутри цилиндра.

Цикл начинается с хода поршня вниз, при котором смесь воздуха и испаренного топлива втягивается через впускной канал в камеру сгорания.Ход поршня возврата вверх сжимает эту смесь примерно до одной десятой ее объема, после чего она воспламеняется свечой зажигания. Этот взрыв перемещает поршень вниз за один ход, который дает двигателю тягу. На последнем обратном ходе цикла отработанные газы удаляются через выпускное отверстие, так что процесс может начаться снова.

Но хотя этот относительно простой цикл обеспечивает удовлетворительную выходную мощность, он не является самым экономичным средством выработки энергии четырехтактным поршневым двигателем.Эта награда достается двигателям, работающим по циклу Аткинсона.

Цикл Аткинсона

Запатентованный в 1882 году британским инженером Джеймсом Аткинсоном, цикл Аткинсона значительно повысил топливную экономичность четырехтактного двигателя с искровым зажиганием благодаря одной особенно гениальной модификации.

Четыре основных фазы цикла Отто остались, но Аткинсон ввел новую временную последовательность, чтобы задержать закрытие впускного клапана во время такта сжатия. Удержание впускного клапана открытым немного дольше эффективно снижает рабочий объем двигателя во время впускного цикла, но сохраняет полную степень расширения при сгорании или рабочем такте.

Проще говоря, цикл Аткинсона был разработан, чтобы минимизировать использование топлива во время такта впуска, но при этом использовать ту часть цикла, которая генерирует мощность.

Как работает современный двигатель цикла Аткинсона

В двигателе первоначальной разработки Джеймса Аткинсона использовались сложные механические рычаги для создания различных соотношений хода поршня при одном и том же обороте коленчатого вала. Хотя конструкция была эффективной и невероятно умной, она не была рентабельной для массового производства. Более того, преимущества в топливной эффективности могут быть достигнуты только за счет некоторой мощности — в результате уменьшенного рабочего объема двигателя во время такта впуска.Из-за этих проблем гениальный цикл Аткинсона был в значительной степени забыт на протяжении большей части столетия.

Перенесемся в середину 1990-х, и у инженеров Toyota был момент, когда они осознали, что теперь они могут создать самую важную функцию экономии топлива двигателя с циклом Аткинсона — отложенное закрытие впускного клапана во время такта сжатия. немеханическими средствами. Это стало возможным благодаря новой технологии изменения фаз газораспределения, которая использовала гидравлику для управления положением распредвала и изменения фаз впускных клапанов.

Между тем, новая технология гибридных приводов оказалась идеальным средством решения характерной для Аткинсона нехватки мощности. Электродвигатели с батарейным питанием использовались для помощи бензиновому двигателю, когда это было необходимо, но также обеспечивали независимый источник мотивации. В конце концов, самый эффективный метод экономии топлива — это вообще не запускать двигатель!

Смотрите видео ниже, где подробно показано, как работает современный двигатель с циклом Аткинсона.Он использует двигатель 2ZR-FXE от Lexus CT 200h для иллюстрации его работы.

Мощность и эффективность

Первым серийным автомобилем с имитацией клапана типа Аткинсона и гибридной трансмиссией была Toyota Prius 1997 года, в то время как Lexus впервые применил эту технологию в RX 400h 2005 года. Это было настолько успешным, что каждая последующая модель с Технология Toyota Hybrid Synergy Drive или Lexus Hybrid Drive использует тот же цикл и архитектуру экономии топлива.

Дальнейшее развитие этой технологии управления клапанами происходит в новом высокопроизводительном, но совместимом с выбросами Lexus RC F . В двигателе V8 мощностью 471 л.с. в этом купе (см. Выше) используется новый электрический двигатель VVT-iE с регулируемыми фазами газораспределения, чтобы незаметно переключаться между циклами сгорания — более экономичный цикл Аткинсона во время круиза и традиционный цикл Отто для обеспечения захватывающей мощности.

Кто бы мог подумать, что технология двигателей, которой более 130 лет, может позволить современному водителю Lexus съесть свой торт и съесть его?

Car Throttle в своем собственном стиле объясняет, как работают циклы Отто и Аткинсона, в своем обзоре RC F.Посмотрите ниже.

похожие истории

,

Анимированные двигатели — Аткинсон

Двигатель Аткинсона

Двигатель Аткинсона, по сути, четырехтактный двигатель Отто.
с различными способами соединения поршня с
коленчатый вал.

Продуманное расположение рычагов позволяет двигателю Аткинсона включать
поршень через все четыре хода всего за один оборот основного
коленчатый вал, и допускает разную длину хода.

Конструкция устраняет необходимость в отдельном кулачковом валу.Прием (если
б / у), выпускной кулачок и кулачки зажигания расположены на главном коленчатом валу.
На моем рисунке показан только выпускной кулачок.


Отклонение от собственного цикла Аткинсона

С тех пор, как эта страница была впервые опубликована, я многое узнал о
Двигатель Аткинсона. Посетители этого сайта изначально подсказали мне, что
побудило меня прочитать еще немного.

Этот рисунок точно соответствует размерам двигателя модели ,
описано в превосходной книге: Building the Atkinson Cycle
Двигатель
.В этой конструкции впуск и выпуск
удары кажутся длиннее, чем удары сжатия и мощности. Это
неясно, было ли это намеренно; Подозреваю, что модель
конструктора больше интересовала связь, чем тепловой цикл.

В цикле Аткинсона истинного мощность и выхлоп
ходы длиннее, чем такты впуска и сжатия. 8
Начав с небольшого начального заряда и позволив ему расшириться до
больший объем, чем он занимал изначально, больше топлива
эффективность реализована.

Аткинсон разработал более одного двигателя, чтобы извлечь выгоду из этого важного
свойство. Я надеюсь, что когда-нибудь у всех будет получше анимация.

Чтобы узнать больше об Аткинсоне и всех двигателях внутреннего сгорания, я
рекомендую Lyle Cummins Internal Fire .


Toyota Prius и цикл Аткинсона

Количество посетителей пришло на эту страницу после прочтения
что популярный гибридный автомобиль Toyota , Prius , использует цикл Аткинсона
двигатель.Я не знаю, откуда взялось это утверждение, но я сомневаюсь, что
В двигателе Prius используется рычажный механизм, показанный выше.

Можно создать такой же эффект, как у Аткинсона.
цикл путем изменения фаз газораспределения на обычном Otto four
тактный двигатель. Я действительно должен проиллюстрировать это, но пока я
надеюсь, что следующего объяснения будет достаточно:

Кулачок используется как на впускных, так и на выпускных клапанах (в отличие от моих четырех
штриховой рисунок). Кулачок впускного клапана предназначен для удержания
впускной клапан открыт на более , чем на один ход:

  • Такт впуска начинается как обычно, первоначально
    цилиндр топливно-воздушной смеси.
  • Когда поршень начинает движение вверх, впускной клапан
    остается открытым . Поршень перекачивает часть свежей топливной смеси.
    обратно во впускной канал. Чистый эффект точно такой же, как
    если такт впуска был укорочен.
  • Впускной клапан закрывается после того, как поршень немного сдвинулся.
    заданная часть этого хода. Сжатие нет
    фактически начинаются до этого момента, эффективно сокращая
    такт сжатия для соответствия укороченному такту впуска.
  • Такты мощности и выхлопа остаются такими же, как у четырехтактного,
    используя почти всю длину хода поршня.

Возможно, именно так работает двигатель Prius , но я
не иметь авторитетной ссылки. На сайте Toyota говорится, что
Prius использует VVT-i или Variable Valve Timing с
Разведка
9 . Эта технология вероятно
Связанный.

Буду признателен за хорошую, авторитетную, ссылку на эту
тема.Вы можете направить меня к нему?

.

Почему Toyota использует двигатели цикла Аткинсона?

До конца 20-го века большинство серийных автомобилей, оснащенных двигателем внутреннего сгорания с искровым зажиганием, использовали традиционный четырехтактный поршневой цикл типа Отто.

Как следует из названия, эти четырехтактные двигатели имеют четыре отдельные фазы в одном цикле — впуск, сжатие, сгорание и выпуск — и каждая фаза соответствует полному ходу поршня внутри цилиндра.

Цикл начинается с хода поршня вниз, при котором смесь воздуха и испаренного топлива втягивается через отверстие впускного клапана в камеру сгорания.Ход поршня возврата вверх сжимает эту смесь примерно до одной десятой ее объема, после чего она воспламеняется свечой зажигания. Этот взрыв перемещает поршень вниз за один ход, который дает двигателю тягу. При последнем обратном ходе цикла отработанные газы удаляются через выпускной клапан, так что процесс может начаться снова.

Этот относительно простой термодинамический цикл имеет равные степени сжатия и расширения в каждом цилиндре. Но хотя он дает удовлетворительную мощность при любом заданном объеме, цикл Отто не является самым экономичным способом выработки энергии.

В 1882 году британский инженер по имени Джеймс Аткинсон разработал и запатентовал модифицированный четырехтактный цикл, в котором для повышения эффективности использовался ход поршня переменной длины и задержка закрытия впускного клапана.

Хотя эта конструкция была эффективной и невероятно умной, она не подходила для массового производства с финансовой точки зрения. Сложные механические связи были необходимы для достижения различной длины хода за один оборот коленчатого вала, в то время как преимущества в эффективности могли быть достигнуты только за счет некоторой мощности.Из-за этих проблем гениальный дизайн Аткинсона был в значительной степени забыт в течение большей части 100 лет.

Однако с введением технологии изменения фаз газораспределения инженеры Toyota поняли, что они могут обеспечить самое важное, экономичное качество цикла Аткинсона — отсроченное закрытие впускного клапана во время такта сжатия — с помощью немеханических средств; гидравлическое управление положением распредвала.

Это открытие позволило компании Toyota создать первый в мире двигатель с циклом Отто с имитацией клапана типа Аткинсона для значительного повышения топливной экономичности.Известный внутри как 1NR-FXE, 1,5-литровый четырехцилиндровый бензиновый двигатель был установлен в Toyota Prius 1997 года в сочетании с фантастической новой гибридной системой Toyota (теперь известной как Hybrid Synergy Drive).

Использование электродвигателя в качестве вспомогательного средства для бензинового двигателя решило проблему нехватки мощности, характерную для цикла Аткинсона, но также обеспечило независимый источник мотивации для того, чтобы двигатель можно было выключить, когда это возможно. В конце концов, самый эффективный метод экономии топлива — это вообще не запускать двигатель!

Это сочетание моделируемого двигателя с циклом Аткинсона с гибридной электрической трансмиссией оказалось настолько успешным, что каждая бензиновая и электрическая гибридная модель Toyota и Lexus, производимая после Prius первого поколения, использовала ту же экономичную архитектуру.

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о