Variklis. Otto ir Atkinsono ciklų skirtumai
Jau kurį laiką vis dažniau vartojamas terminas „Atkinsono ekonominio ciklo variklis“. Kas yra šis ciklas ir kodėl jis sumažina degalų sąnaudas?
Šiandien labiausiai paplitę keturtakčiai benzininiai varikliai veikia pagal vadinamąjį Otto ciklą, kurį XNUMX amžiaus pabaigoje sukūrė vokiečių išradėjas Nikolausas Otto, vieno iš pirmųjų sėkmingų stūmoklinių vidaus degimo variklių dizaineris. Šio ciklo esmė susideda iš keturių taktų, atliekamų dviem alkūninio veleno apsisukimais: įsiurbimo taktu, suspaudimo taktu, darbiniu taktu ir išmetimo eiga.
Įsiurbimo takto pradžioje atsidaro įsiurbimo vožtuvas, per kurį įtraukiant stūmoklį iš įsiurbimo kolektoriaus įsiurbiamas oro ir kuro mišinys. Prieš pradedant suspaudimo taktą, įsiurbimo vožtuvas užsidaro ir stūmoklis, grįžtantis į galvutę, suspaudžia mišinį. Kai stūmoklis pasiekia aukščiausią padėtį, mišinys užsidega elektros kibirkštimi. Susidariusios karštos išmetamosios dujos plečiasi ir stumia stūmoklį, perkeldamos jam energiją, o kai stūmoklis yra kuo toliau nuo galvos, atsidaro išmetimo vožtuvas. Išmetimo eiga prasideda tuo, kad grįžtamasis stūmoklis išstumia išmetamąsias dujas iš cilindro į išmetimo kolektorių.
Deja, ne visa išmetamosiose dujose esanti energija panaudojama jėgos takto metu stūmokliui stumti (ir per švaistiklį pasukti alkūninį veleną). Jie vis dar yra aukšto slėgio, kai iškvėpimo vožtuvas atsidaro prasidėjus iškvėpimo smūgiui. Apie tai galime sužinoti išgirdę automobilio su sulūžusiu duslintuvu keliamą triukšmą – jis kyla dėl energijos išsiskyrimo į orą. Štai kodėl tradiciniai benzininiai varikliai yra tik apie 35 proc. Jei būtų įmanoma padidinti stūmoklio eigą darbiniu taktu ir panaudoti šią energiją ...
Ši idėja kilo anglų išradėjui Jamesui Atkinsonui. 1882 m. jis sukūrė variklį, kuriame dėl sudėtingos stūmoklių sistemos, jungiančios stūmoklius su alkūniniu velenu, galios eiga buvo ilgesnė nei suspaudimo eiga. Dėl to išmetimo takto pradžioje išmetamųjų dujų slėgis buvo beveik lygus atmosferos slėgiui, o jų energija buvo visiškai išnaudota.
Redaktoriai rekomenduoja:
Lėkštės. Vairuotojai laukia revoliucijos?
Naminiai žiemos vairavimo būdai
Patikimas kūdikis už mažus pinigus
Tad kodėl Atkinsono idėja nebuvo panaudota plačiau ir kodėl vidaus degimo varikliai jau daugiau nei šimtmetį naudoja mažiau efektyvų Otto ciklą? Yra dvi priežastys: viena yra Atkinsono variklio sudėtingumas, o kita – ir dar svarbiau – tuo mažiau galios jis gauna iš darbinio tūrio bloko.
Tačiau vis daugiau dėmesio kreipiant į degalų sąnaudas ir motorizacijos poveikį aplinkai, įsiminė didelis Atkinsono variklio efektyvumas, ypač važiuojant vidutiniais sūkiais. Jo koncepcija pasirodė esanti puikus sprendimas, ypač hibridinėse transporto priemonėse, kuriose elektros variklis kompensuoja galios trūkumą, ypač reikalingą pradedant važiuoti ir įsibėgėti.
Būtent todėl modifikuotas Atkinsono ciklo variklis buvo panaudotas pirmame serijinės gamybos hibridiniame automobilyje „Toyota Prius“, o vėliau ir visuose kituose „Toyota“ ir „Lexus“ hibriduose.
Kas yra modifikuotas Atkinsono ciklas? Dėl šio sumanaus sprendimo Toyota variklis išlaikė klasikinę, paprastą įprastų keturtakčių variklių konstrukciją, o stūmoklis nuvažiuoja tą patį atstumą kiekvieno takto metu, o efektyvus taktas buvo ilgesnis nei suspaudimo eiga.
Tiesą sakant, reikėtų pasakyti kitaip: efektyvus suspaudimo ciklas yra trumpesnis nei darbo ciklas. Tai pasiekiama atitolinant įsiurbimo vožtuvo uždarymą, kuris užsidaro netrukus po suspaudimo takto pradžios. Taigi dalis oro ir kuro mišinio grąžinama į įsiurbimo kolektorių. Tai turi dvi pasekmes: jas deginant susidarančių išmetamųjų dujų kiekis yra mažesnis ir gali visiškai išsiplėsti prieš prasidedant išmetimo eigai, visą energiją perduodant stūmokliui, o mažiau energijos reikia suspausti mažiau mišinio. sumažina vidinius variklio nuostolius. Naudojant šį ir kitus sprendimus, ketvirtos kartos Toyota Prius jėgos pavaros variklis sugebėjo pasiekti net 41 procento šiluminį efektyvumą, kuris anksčiau buvo pasiekiamas tik iš dyzelinių variklių.
Sprendimo grožis yra tas, kad įsiurbimo vožtuvų uždarymo delsimas nereikalauja didelių struktūrinių pakeitimų – užtenka naudoti elektroniniu būdu valdomą vožtuvų laiko keitimo mechanizmą.
Ir jei taip, ar tai įmanoma ir atvirkščiai? Na žinoma; natūraliai! Kintamo darbo ciklo varikliai buvo gaminami jau kurį laiką. Kai energijos poreikis mažas, pvz., važiuojant neskubiais keliais, variklis dirba Atkinsono ciklu, kad degalų sąnaudos būtų mažos. O kai reikia geriausio našumo – nuo priekinių žibintų ar lenkimo – jis persijungia į Otto ciklą, naudodamas visą turimą dinamiką. Šis 1,2 litro tiesioginio įpurškimo variklis su turbokompresoriumi naudojamas, pavyzdžiui, Toyota Auris ir naujajame miesto visureigyje Toyota C-HR. Tas pats dviejų litrų variklis naudojamas Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t ir RC 200t.
