Двигател. Разлики между циклите на Ото и Аткинсън

От известно време терминът „двигател с икономичен цикъл на Аткинсън“ става все по-често срещан. Какъв е този цикъл и защо намалява разхода на гориво?

Най-често срещаните четиритактови бензинови двигатели днес работят по така наречения цикъл на Ото, разработен в края на XNUMX век от немския изобретател Николаус Ото, конструктор на един от първите успешни бутални двигатели с вътрешно горене. Същността на този цикъл се състои от четири хода, извършени в два оборота на коляновия вал: всмукателен ход, ход на компресия, работен ход и ход на изпускателната тръба.

В началото на всмукателния ход се отваря всмукателният клапан, през който сместа въздух-гориво се изтегля от всмукателния колектор чрез прибиране на буталото. Преди началото на хода на компресия, всмукателният клапан се затваря и буталото, връщащо се към главата, компресира сместа. Когато буталото достигне своето върхово положение, сместа се запалва от електрическа искра. Получените горещи отработени газове се разширяват и избутват буталото, пренасяйки енергията му към него и когато буталото е възможно най-далече от главата, изпускателният клапан се отваря. Тактът на отработените газове започва с връщането на буталото, което изтласква отработените газове от цилиндъра в изпускателния колектор.

За съжаление, не цялата енергия в изгорелите газове се използва по време на силовия ход за бутане на буталото (и чрез свързващия прът за въртене на коляновия вал). Те все още са под високо налягане, когато клапата за издишване се отвори в началото на хода на издишване. Можем да научим за това, когато чуем шума, който издава автомобил със счупен ауспух – той се причинява от отделяне на енергия във въздуха. Ето защо традиционните бензинови двигатели са само около 35 процента ефективни. Ако беше възможно да се увеличи ходът на буталото в работния ход и да се използва тази енергия ...

Тази идея идва на английския изобретател Джеймс Аткинсън. През 1882 г. той проектира двигател, в който благодарение на сложна система от тласкачи, свързващи буталата с коляновия вал, ходът на мощността е по-дълъг от хода на компресия. В резултат на това в началото на изпускателния ход налягането на отработените газове е практически равно на атмосферното налягане и тяхната енергия се използва напълно.

Редакторите препоръчват:

плочи. Шофьори в очакване на революция?

Домашни начини за зимно шофиране

Надеждно бебе за малко пари

Така че защо идеята на Аткинсън не се използва по-широко и защо двигателите с вътрешно горене използват по-малко ефективния цикъл на Ото повече от век? Има две причини: едната е сложността на двигателя на Аткинсън, а другата - и което е по-важно - по-малкото мощност, която получава от работен обем.

Въпреки това, тъй като все повече и повече внимание се обръщаше на разхода на гориво и въздействието на моторизацията върху околната среда, високата ефективност на двигателя Atkinson беше запомнена, особено при средни скорости. Неговата концепция се оказа отлично решение, особено при хибридни автомобили, при които електрическият мотор компенсира липсата на мощност, особено необходима при потегляне и ускорение.

Ето защо модифицираният двигател с цикъла на Аткинсън е използван в първия масово произведен хибриден автомобил Toyota Prius, а след това и във всички останали хибриди на Toyota и Lexus.

Какво е модифициран цикъл на Аткинсън? Това умно решение накара двигателя на Toyota да запази класическия, прост дизайн на конвенционалните четиритактови двигатели, а буталото изминава същото разстояние при всеки ход, като ефективният ход е по-дълъг от хода на компресия.

Всъщност трябва да се каже различно: ефективният цикъл на компресия е по-кратък от работния цикъл. Това се постига чрез забавяне на затварянето на всмукателния клапан, който се затваря малко след началото на хода на компресия. Така част от сместа въздух-гориво се връща във всмукателния колектор. Това има две последици: количеството отработени газове, произведени при изгарянето му, е по-малко и е в състояние да се разшири напълно преди началото на изпускателния ход, прехвърляйки цялата енергия към буталото и е необходима по-малко енергия за компресиране на по-малко смес, което намалява вътрешните загуби на двигателя. Използвайки това и други решения, задвижващият агрегат от четвърто поколение Toyota Prius успя да постигне термична ефективност от цели 41 процента, която преди се предлагаше само от дизелови двигатели.

Красотата на решението е, че забавянето на затварянето на всмукателните клапани не изисква големи структурни промени - достатъчно е да използвате електронно управляван механизъм за промяна на времето на клапаните.

И ако да, възможно ли е и обратното? Добре, разбира се; естествено! Двигателите с променлив работен цикъл се произвеждат от известно време. Когато потреблението на мощност е ниско, като например при шофиране по спокойни пътища, двигателят работи по цикъла на Аткинсън за нисък разход на гориво. И когато се изисква най-доброто представяне – от фарове или изпреварване – той преминава към цикъла на Ото, използвайки цялата налична динамика. Този 1,2-литров турбо двигател с директно впръскване се използва в Toyota Auris и новия градски SUV Toyota C-HR, например. Същият двулитров двигател се използва при Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t и RC 200t.