Motor. Forskjeller mellom Otto- og Atkinson-sykluser
I en tid nå har begrepet "Atkinson økonomisyklusmotor" blitt stadig mer vanlig. Hva er denne syklusen og hvorfor reduserer den drivstofforbruket?
De vanligste fire-takts bensinmotorene i dag opererer på den såkalte Otto-syklusen, utviklet på slutten av det XNUMX. århundre av den tyske oppfinneren Nikolaus Otto, designeren av en av de første vellykkede stempelforbrenningsmotorene. Essensen av denne syklusen består av fire slag utført i to omdreininger av veivakselen: inntaksslaget, kompresjonsslaget, arbeidsslaget og eksosslaget.
Ved begynnelsen av inntaksslaget åpnes inntaksventilen, gjennom hvilken luft-drivstoffblandingen trekkes inn fra inntaksmanifolden ved å trekke inn stempelet. Før starten av kompresjonsslaget lukkes inntaksventilen og stempelet som går tilbake til hodet komprimerer blandingen. Når stempelet når sin toppposisjon, tennes blandingen av en elektrisk gnist. De resulterende varme eksosgassene utvider seg og skyver stempelet, overfører energien til det, og når stempelet er så langt som mulig fra hodet, åpner eksosventilen. Eksosslaget begynner med at returstemplet skyver eksosgasser ut av sylinderen og inn i eksosmanifolden.
Dessverre brukes ikke all energien i eksosgassene under kraftslaget for å skyve stempelet (og, gjennom koblingsstangen, for å rotere veivakselen). De er fortsatt under høyt trykk når utåndingsventilen åpner ved starten av utåndingsslaget. Vi kan lære om dette når vi hører lyden fra en bil med ødelagt lyddemper - det er forårsaket av frigjøring av energi til luften. Dette er grunnen til at tradisjonelle bensinmotorer bare er omtrent 35 prosent effektive. Hvis det var mulig å øke stempelslaget i arbeidsslaget og bruke denne energien ...
Denne ideen kom til den engelske oppfinneren James Atkinson. I 1882 designet han en motor der kraftslaget var lengre enn kompresjonsslaget, takket være et komplekst system av skyvere som koblet stemplene til veivakselen. Som et resultat, i begynnelsen av eksosslaget, var trykket til eksosgassene nesten lik atmosfærisk trykk, og energien deres ble brukt fullt ut.
Redaksjonen anbefaler:
Plater. Sjåfører som venter på en revolusjon?
Hjemmelagde måter å kjøre vinter på
Pålitelig baby for lite penger
Så hvorfor har ikke Atkinsons idé blitt brukt mer utbredt, og hvorfor har forbrenningsmotorer brukt den mindre effektive Otto-syklusen i mer enn et århundre? Det er to grunner: den ene er kompleksiteten til Atkinson-motoren, og den andre - og enda viktigere - jo mindre kraft den mottar fra en fortrengningsenhet.
Men ettersom mer og mer oppmerksomhet ble viet til drivstofforbruk og motoriseringens innvirkning på miljøet, ble den høye effektiviteten til Atkinson-motoren husket, spesielt ved middels hastighet. Konseptet hans viste seg å være en utmerket løsning, spesielt i hybridbiler, der den elektriske motoren kompenserer for mangelen på kraft, spesielt nødvendig når du starter og akselererer.
Det er derfor den modifiserte Atkinson-syklusmotoren ble brukt i den første masseproduserte hybridbilen, Toyota Prius, og deretter i alle andre Toyota- og Lexus-hybrider.
Hva er en modifisert Atkinson-syklus? Denne smarte løsningen gjorde at Toyota-motoren beholdt den klassiske, enkle designen til konvensjonelle firetaktsmotorer, og stemplet kjører samme avstand på hvert slag, og det effektive slag er lengre enn kompresjonsslaget.
Faktisk bør det sies annerledes: den effektive kompresjonssyklusen er kortere enn arbeidssyklusen. Dette oppnås ved å forsinke lukkingen av inntaksventilen, som stenger kort tid etter starten av kompresjonsslaget. Dermed blir en del av luft-drivstoffblandingen returnert til inntaksmanifolden. Dette har to konsekvenser: mengden av eksosgasser som produseres når den brennes er mindre og er i stand til å utvide seg helt før starten av eksosslaget, overføre all energien til stempelet, og mindre energi kreves for å komprimere mindre blanding, som reduserer interne motortap. Ved å bruke denne og andre løsninger kunne fjerdegenerasjons Toyota Prius drivlinjemotor oppnå en termisk effektivitet på hele 41 prosent, tidligere kun tilgjengelig fra dieselmotorer.
Det fine med løsningen er at forsinkelsen i å stenge inntaksventilene ikke krever store strukturelle endringer - det er nok å bruke en elektronisk styrt mekanisme for å endre ventiltidspunktet.
Og i så fall, er det mulig og omvendt? Selvfølgelig; naturlig! Motorer med variabel driftssyklus har blitt produsert i noen tid. Når kraftbehovet er lavt, for eksempel når du kjører på rolige veier, går motoren på Atkinson-syklusen for lavt drivstofforbruk. Og når det kreves den beste ytelsen - fra frontlykter eller forbikjøringer - bytter den til Otto-syklusen ved å bruke all tilgjengelig dynamikk. Denne 1,2-liters turboladede direkteinnsprøytningsmotoren brukes for eksempel i Toyota Auris og den nye Toyota C-HR by-SUV. Den samme to-liters motoren brukes på Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t og RC 200t.
