Suuret alkuperäiset. Esitys aiheesta "Atkinson-Millerin sykliset mäntäpolttomoottorit" Joten mikä ero on

dia 4

Atkinsonin sykli

Brittiläinen insinööri James Atkinson jo ennen sotaa keksi oman syklinsä, joka eroaa hieman Otto-syklistä - sen indikaattorikaavio on merkitty vihreässä. Mikä on ero? Ensinnäkin tällaisen moottorin (samalla työtilavuudella) polttokammion tilavuus on pienempi, ja vastaavasti puristussuhde on suurempi. Siksi osoitinkaavion korkein kohta sijaitsee vasemmalla, pienemmän ylimännän tilavuuden alueella. Ja laajenemissuhde (sama kuin puristussuhde, vain päinvastoin) on myös suurempi - mikä tarkoittaa, että olemme tehokkaampia, käytämme pakokaasuenergiaa suuremmalla männän iskulla ja meillä on pienemmät pakokaasuhäviöt (tämä näkyy pienempänä astu oikealle). Sitten kaikki on ennallaan - pako- ja imusyklit menevät.

dia 5

Jos nyt kaikki tapahtuisi Otto-syklin mukaisesti ja imuventtiili sulkeutuisi BDC:ssä, niin puristuskäyrä nousisi ja paine syklin lopussa olisi liiallinen - koska puristussuhde on täällä korkeampi! Kipinän jälkeen ei seurannut seoksen välähdys, vaan räjähdys - ja moottori olisi kuollut räjähdyksessä ilman, että se olisi työskennellyt tuntia. Mutta brittiläinen insinööri James Atkinson ei ollut sellainen! Hän päätti pidentää imuvaihetta - mäntä saavuttaa BDC:n ja nousee ylös, kun taas imuventtiili pysyy auki noin puoleen männän täydestä iskusta. Samalla osa tuoreesta palavasta seoksesta työnnetään takaisin imusarjaan, mikä lisää siellä painetta - tai pikemminkin vähentää tyhjiötä. Näin voit avata kaasua enemmän pienillä ja keskisuurilla kuormituksilla. Tästä syystä Atkinson-syklikaavion imulinja on suurempi ja moottorin pumppaushäviöt pienemmät kuin Otto-syklissä.

dia 6

Atkinsonin sykli

Joten puristusisku, kun imuventtiili sulkeutuu, alkaa pienemmällä tilavuudella männän yläpuolella, mitä havainnollistaa vihreä puristusviiva, joka alkaa puolesta pohjasta vaakaviiva sisääntulo. Vaikuttaa siltä, ​​että se on helpompaa: lisää puristussuhdetta, muuta imunokkien profiilia ja temppu on pussissa - Atkinson-syklimoottori on valmis! Mutta tosiasia on, että hyvän dynaamisen suorituskyvyn saavuttamiseksi moottorin koko käyttönopeusalueella on tarpeen kompensoida palavan seoksen ulospurkautuminen pidennetyn imujakson aikana käyttämällä ahtoa, tässä tapauksessa mekaanista ahdinta. Ja sen käyttö vie moottorilta leijonan osan energiasta, joka voidaan voittaa takaisin pumppaus- ja pakokaasuhäviöillä. Atkinson-syklin soveltaminen vapaasti hengittävään Toyota Prius -hybridimoottoriin on mahdollista sen kevyen toiminnan ansiosta.

Dia 7

Millerin sykli

Millerin sykli on termodynaaminen sykli, jota käytetään nelitahtisissa polttomoottoreissa. Amerikkalainen insinööri Ralph Miller ehdotti Millerin sykliä vuonna 1947 tapana yhdistää Antkinson-moottorin edut Otto-moottorin yksinkertaisempaan mäntämekanismiin.

Dia 8

Sen sijaan, että Miller tekisi puristusiskusta mekaanisesti lyhyemmän kuin tehotahti (kuten klassisessa Atkinson-moottorissa, jossa mäntä liikkuu ylös nopeammin kuin alaspäin), Miller keksi idean lyhentää puristusiskua imuiskun kustannuksella. , pitämällä männän ylös ja alas samalla liikkeellä.nopeus (kuten klassisessa Otto-moottorissa).

Dia 9

Tätä varten Miller ehdotti kahta erilaista lähestymistapaa: sulje imuventtiili paljon aikaisemmin kuin imuiskun loppua (tai avaa se myöhemmin kuin tämän iskun alussa), sulje se paljon myöhemmin kuin tämän iskun lopussa.

Dia 10

Ensimmäistä lähestymistapaa moottoreille kutsutaan perinteisesti "lyhennetyksi imuksi" ja toista - "lyhennetyksi puristukseksi". Molemmat lähestymistavat antavat saman asian: pienennetään työseoksen todellista puristussuhdetta geometriseen suhteeseen, samalla kun säilytetään sama laajenemissuhde (eli tehoisku pysyy samana kuin Otto-moottorissa ja puristustahti näyttää vähennetään - kuten Atkinsonissa, ei vain vähene ajassa, vaan seoksen puristusasteessa)

dia 11

Millerin toinen lähestymistapa

Tämä lähestymistapa on jonkin verran edullisempi kompressiohäviöiden kannalta, ja siksi juuri tämä lähestymistapa on käytännössä toteutettu sarjassa. autojen moottorit Mazda Miller -pyörä. Tällaisessa moottorissa imuventtiili ei sulkeudu imutahdin lopussa, vaan pysyy auki puristustahdin ensimmäisen osan ajan. Vaikka sylinterin koko tilavuus täyttyi ilma-polttoaineseoksella imutahdilla, osa seoksesta pakotetaan takaisin imusarjaan avoimen imuventtiilin kautta, kun mäntä liikkuu ylöspäin puristustahdilla.

dia 12

Seoksen puristus alkaa itse asiassa myöhemmin, kun imuventtiili lopulta sulkeutuu ja seos jää loukkuun sylinteriin. Näin ollen Miller-moottorin seos puristuu vähemmän kuin sen pitäisi saman mekaanisen geometrian Otto-moottorissa. Tämä mahdollistaa geometrisen puristussuhteen (ja siten paisuntasuhteen!) nostamisen polttoaineen räjähdysominaisuuksien asettamien rajojen yläpuolelle - jolloin todellinen puristussuhde on sallitut arvot edellä kuvatun "pakkausjakson lyhenemisen" vuoksi. Dia 15

Johtopäätös

Jos katsot tarkasti sykliä - sekä Atkinsonia että Milleria, huomaat, että molemmissa on ylimääräinen viides mitta. Sillä on omat ominaisuutensa, eikä se itse asiassa ole imuisku eikä puristusisku, vaan välissä oleva itsenäinen isku niiden välillä. Siksi Atkinsonin tai Millerin periaatteella toimivia moottoreita kutsutaan viisitahtisiksi.

Näytä kaikki diat

Amerikkalainen insinööri Ralph Miller ehdotti Millerin sykliä vuonna 1947 tapana yhdistää Atkinson-moottorin hyveet Otto-moottorin yksinkertaisempaan mäntämekanismiin. Sen sijaan, että Miller tekisi puristusiskusta mekaanisesti lyhyemmän kuin tehotahti (kuten klassisessa Atkinson-moottorissa, jossa mäntä liikkuu ylös nopeammin kuin alaspäin), Miller keksi idean lyhentää puristusiskua imuiskun kustannuksella. , pitämällä männän ylös ja alas samalla liikkeellä.nopeus (kuten klassisessa Otto-moottorissa).

Tätä varten Miller ehdotti kahta erilaista lähestymistapaa: joko sulje imuventtiili paljon aikaisemmin kuin imuiskun loppua (tai avaa se myöhemmin kuin tämän iskun alussa) tai sulje se huomattavasti myöhemmin kuin tämän iskun lopussa. Ensimmäistä lähestymistapaa moottoriasiantuntijoiden keskuudessa kutsutaan perinteisesti "lyhennetyksi imuksi" ja toista - "lyhennetyksi puristukseksi". Lopulta molemmilla lähestymistavoilla saavutetaan sama asia: vähentäminen todellinen työseoksen puristusaste suhteessa geometriaan säilyttäen samalla paisuntasuhteen (eli työtahdin isku pysyy samana kuin Otto-moottorissa ja puristusisku näyttää pienenevän - kuten Atkinson, vain se ei vähene ajassa, vaan seoksen puristussuhteessa) .

Näin ollen Miller-moottorin seos puristuu vähemmän kuin sen pitäisi saman mekaanisen geometrian Otto-moottorissa. Tämä mahdollistaa geometrisen puristussuhteen (ja siten paisuntasuhteen!) nostamisen polttoaineen räjähdysominaisuuksien asettamien rajojen yläpuolelle - mikä saa todellisen puristuksen hyväksyttäviin arvoihin kuvatun "puristusjakson lyhentymisen" vuoksi. edellä. Toisin sanoen samalla todellinen puristussuhde (rajoitettu polttoaineella), Miller-moottorilla on huomattavasti suurempi laajenemissuhde kuin Otto-moottorilla. Tämä mahdollistaa sylinterissä laajenevien kaasujen energian täysimääräisen hyödyntämisen, mikä itse asiassa lisää lämpötehokkuus moottori, varmistaa moottorin korkean hyötysuhteen ja niin edelleen.

Miller-syklin lämpöhyötysuhteen lisääminen Otto-sykliin verrattuna tuo mukanaan tietyn moottorin koon (ja massan) huipputehon menetyksen sylinterin täytön heikkenemisen vuoksi. Koska saman tehon saavuttamiseksi tarvittaisiin isompi Miller-moottori kuin Otto-moottori, syklin lisääntyneen lämpöhyötysuhteen hyöty käytetään osittain mekaanisiin häviöihin (kitka, tärinä jne.), jotka kasvavat koneen koon kasvaessa. moottori.

Venttiilien tietokoneohjauksen avulla voit muuttaa sylinterin täyttöastetta käytön aikana. Tämä mahdollistaa moottorin suurimman tehon puristamisen taloudellisen suorituskyvyn heikkenemisen myötä tai paremman hyötysuhteen saavuttamisen tehon pienentyessä.

Samanlaisen ongelman ratkaisee viisitahtimoottori, jossa lisälaajennus suoritetaan erillisessä sylinterissä.

Autoteollisuudessa autoja ovat olleet vakiokäytössä yli vuosisadan polttomoottorit. Niissä on joitain haittoja, joista tiedemiehet ja suunnittelijat ovat kamppailleet vuosia. Näiden tutkimusten tuloksena saadaan melko mielenkiintoisia ja outoja "moottoreita". Yhtä niistä käsitellään tässä artikkelissa.

Atkinson-syklin luomisen historia

Atkinson-syklin moottorin luomisen historia juontaa juurensa kaukaiseen historiaan. Aloitetaan ensimmäinen klassinen nelitahtimoottori sen keksi saksalainen Nikolaus Otto vuonna 1876. Tällaisen moottorin sykli on melko yksinkertainen: imu, puristus, isku, pakokaasu.

Vain 10 vuotta Otto-moottorin keksimisen jälkeen, englantilainen James Atkinson ehdotti saksalaisen moottorin muuttamista. Itse asiassa moottori on edelleen nelitahtinen. Mutta Atkinson muutti hieman kahden niistä kestoa: kaksi ensimmäistä toimenpidettä ovat lyhyempiä, loput 2 pidempiä. Sir James toteutti tämän järjestelmän muuttamalla männän iskujen pituutta. Mutta vuonna 1887 tällainen Otto-moottorin muunnos ei löytänyt sovellusta. Huolimatta siitä, että moottorin suorituskyky kasvoi 10%, mekanismin monimutkaisuus ei sallinut Atkinson-syklin massakäyttöä autoissa.

Mutta insinöörit jatkoivat työtä Sir James-syklin parissa. Amerikkalainen Ralph Miller vuonna 1947 paransi hieman Atkinsonin sykliä yksinkertaistaen sitä. Tämä mahdollisti moottorin käytön autoteollisuudessa. Tuntuisi oikeammalta kutsua Atkinsonin sykliä Millerin sykliksi. Mutta insinööriyhteisö jätti Atkinsonille oikeuden nimetä moottori hänen nimensä mukaan löytäjän periaatteella. Lisäksi uusien teknologioiden avulla tuli mahdolliseksi käyttää monimutkaisempaa Atkinsonin sykliä, joten Millerin sykli lopulta hylättiin. Esimerkiksi uusissa Toyotoissa on Atkinson-moottori, ei Miller.

Nykyään hybrideihin laitetaan Atkinson-syklin periaatteella toimiva moottori. Tässä menestyivät erityisen hyvin japanilaiset, jotka pitävät aina huolta autojensa ympäristöystävällisyydestä. Toyotan hybridi Prius täyttää aktiivisesti maailmanmarkkinat.

Kuinka Atkinsonin sykli toimii

Kuten aiemmin mainittiin, Atkinsonin sykli toistaa samat syklit kuin Otto-sykli. Mutta samoilla periaatteilla Atkinson loi täysin uuden moottorin.

Moottori on suunniteltu niin mäntä suorittaa kaikki neljä sykliä yhdellä kampiakselin kierroksella. Lisäksi iskut ovat eripituisia: männän iskut puristuksen ja laajenemisen aikana ovat lyhyempiä kuin imu- ja poistoiskussa. Eli Otto-syklissä imuventtiili sulkeutuu melkein välittömästi. Atkinsonin syklissä tämä venttiili sulkeutuu puoliväliin yläkuolopisteeseen. Perinteisessä polttomoottorissa puristus tapahtuu jo tällä hetkellä.

Moottoria on muunnettu erityisellä kampiakselilla, jossa kiinnityskohdat siirretään. Tämän ansiosta moottorin puristussuhde on kasvanut ja kitkahäviöt on minimoitu.

Ero perinteisistä moottoreista

Muista, että Atkinsonin sykli on nelitahtinen(imu, puristus, laajennus, pakoputki). Perinteinen nelitahtimoottori käy Otto-syklillä. Lyhyesti muistetaan hänen työtään. Iskun alussa sylinterissä mäntä nousee ylempään toimintapisteeseen. Polttoaineen ja ilman seos palaa, kaasu laajenee, paine on maksimissaan. Tämän kaasun vaikutuksen alaisena mäntä laskeutuu alas, tulee pohjakuolokohtaan. Työtahti on ohi, pakoventtiili avautuu, jonka kautta pakokaasu poistuu. Tässä paikassa esiintyy tuotantohäviöitä, koska. pakokaasussa on edelleen jäännöspaine, jota ei voida käyttää.

Atkinson vähensi vapautumistappiota. Hänen moottorissaan polttokammion tilavuus on pienempi samalla iskutilavuudella. Se tarkoittaa sitä puristussuhde on suurempi ja männän isku on pidempi. Lisäksi puristustahdin kesto lyhenee tehotahtiin verrattuna, moottoria pyöritetään korotetulla paisuntasuhteella (puristussuhde on pienempi kuin paisuntasuhde). Nämä olosuhteet mahdollistivat tehohäviön vähentämisen käyttämällä pakokaasujen energiaa.

Palataanpa Otto-sykliin. Kun työseos imetään sisään, kuristusventtiili sulkeutuu ja muodostaa vastuksen tuloaukkoon. Tämä tapahtuu, kun kaasupoljinta ei paineta kokonaan. Suljetun pellin ansiosta moottori hukkaa energiaa, mikä aiheuttaa pumppaushäviöitä.

Atkinson työskenteli myös imuiskun parissa. Laajentamalla sitä Sir James saavutti pumppaushäviöiden pienenemisen. Tätä varten mäntä saavuttaa alemman kuollutkohdan ja nousee sitten ylös jättäen imuventtiilin auki noin puolet männän iskusta. Osa polttoaineseosta palaa imusarjaan. Se lisää painetta voit avata hieman kaasua alhaisilla ja keskinopeuksilla.

Mutta Atkinson-moottoria ei julkaistu sarjaan työn keskeytysten vuoksi. Tosiasia on, että toisin kuin polttomoottori, moottori toimii vain suurilla nopeuksilla. Käytössä Tyhjäkäynti hän voi tukehtua. Mutta tämä ongelma ratkaistiin hybridien tuotannossa. Alhaisilla nopeuksilla tällaiset autot ajavat sähköllä, ja ne siirtyvät bensiinimoottoriin vain kiihdytyksen tai kuormituksen yhteydessä. Tällainen malli sekä poistaa Atkinson-moottorin puutteet että korostaa sen etuja muihin polttomoottoreihin verrattuna.

Atkinson-syklin edut ja haitat

Atkinson-moottorissa on useita etuja jotka erottavat sen muista polttomoottoreista: 1. Pienemmät polttoainehäviöt. Kuten aiemmin mainittiin, syklien kestoa muuttamalla saatiin mahdollista säästää polttoainetta käyttämällä pakokaasuja ja pienentämällä pumppaushäviöitä. 2. Pieni räjähdyspalamisen todennäköisyys. Polttoaineen puristussuhde on laskettu 10:stä 8:aan. Tämän ansiosta et lisää moottorin nopeutta vaihtamalla pienemmälle vaihteelle kuormituksen lisääntymisen vuoksi. Myös räjähdyssytytyksen todennäköisyys on pienempi johtuen lämmön vapautumisesta palokammiosta imusarjaan. 3. Pieni kulutus bensiini. Uusissa hybridimalleissa bensiinin kulutus on 4 litraa 100 km:llä. 4. Kannattavuus, ympäristöystävällisyys, korkea hyötysuhde.

Mutta Atkinson-moottorilla on yksi merkittävä haittapuoli, joka ei sallinut sen käyttöä massatuotanto koneita. Alhaisten tehoarvojen vuoksi alhaisilla nopeuksilla moottori saattaa sammua. Siksi Atkinson-moottori on juurtunut erittäin hyvin hybrideihin.

Atkinsonin syklin soveltaminen autoteollisuudessa

Muuten, koneista, joihin he laittoivat Atkinson-moottorit. Massatuotannossa tämä polttomoottorin muunnos ilmestyi ei niin kauan sitten. Kuten aiemmin mainittiin, Atkinson-syklin ensimmäiset käyttäjät olivat japanilaiset yritykset ja Toyota. Yksi kaikista kuuluisia autoja – MazdaXedos 9/Eunos800, joka on valmistettu vuosina 1993-2002.

Sitten hybridimallien valmistajat ottivat käyttöön Atkinson ICE:n. Yksi kaikista kuuluisia yrityksiä tämän moottorin käyttö on Toyota, antaa Prius, Camry, Highlander Hybrid ja Harrier Hybrid. Samat moottorit ovat käytössä Lexus RX400h, GS 450h ja LS600h ja Ford ja Nissan kehittivät pakohybridi Ja Altima hybridi.

On syytä sanoa, että autoteollisuudessa on ekologian muoti. Siksi Atkinson-syklillä toimivat hybridit täyttävät täysin asiakkaiden tarpeet ja ympäristömääräykset. Lisäksi kehitys ei pysähdy, Atkinson-moottorin uudet muutokset parantavat sen plussia ja tuhoavat miinukset. Siksi voimme sanoa luottavaisin mielin, että Atkinson-syklimoottorilla on tuottava tulevaisuus ja toivo pitkästä olemassaolosta.

Polttomoottoria (ICE) pidetään yhtenä auton tärkeimmistä komponenteista; sen ominaisuudet, teho, kaasuvaste ja taloudellisuus määräävät, kuinka mukava kuljettaja tuntee olonsa ratin takana. Vaikka autoja parannetaan jatkuvasti, "kasva" navigointijärjestelmät, muotilaitteet, multimedia ja niin edelleen, moottorit pysyvät käytännössä ennallaan, ainakaan niiden toimintaperiaate ei muutu.

Auton polttomoottorin perustana ollut Otto Atkinson -sykli kehitettiin 1800-luvun lopulla, ja sen jälkeen se ei ole juurikaan muuttunut. globaali muutos. Vasta vuonna 1947 Ralph Miller onnistui parantamaan edeltäjiensä kehitystä ottamalla parhaan jokaisesta moottorin rakennemallista. Mutta ymmärtääksesi yleisesti nykyaikaisten voimayksiköiden toimintaperiaatteen, sinun on tarkasteltava hieman historiaa.

Otto-moottoreiden tehokkuus

Ranskalainen E. Lenoir kehitti ensimmäisen moottorin autolle, joka pystyi toimimaan normaalisti paitsi teoreettisestikin vuonna 1860, ja se oli ensimmäinen kampimekanismilla varustettu malli. Yksikkö käytti kaasua, käytettiin veneissä, sen suorituskykykerroin (COP) ei ylittänyt 4,65%. Myöhemmin Lenoir teki yhteistyötä Nikolaus Otton kanssa, yhteistyössä saksalaisen suunnittelijan kanssa vuonna 1863, 2-tahtinen polttomoottori, jonka hyötysuhde oli 15%.

Periaate nelitahtinen moottori N. A. Otto ehdotti ensimmäisen kerran vuonna 1876, ja tätä itseoppinutta suunnittelijaa pidetään ensimmäisen auton moottorin luojana. Moottorissa oli kaasujärjestelmä virtalähde, venäläistä suunnittelijaa O. S. Kostovichia pidetään maailman ensimmäisen bensiinikäyttöisen kaasuttimen polttomoottorin keksijänä.

Otto-syklin työtä sovelletaan moniin nykyaikaiset moottorit, jaksoja on yhteensä neljä:

• tulo (kun imuventtiili avataan, sylinterimäinen tila täytetään polttoaineseoksella);
• puristus (venttiilit ovat tiukkoja (suljettuja), seos puristetaan, tämän prosessin lopussa sytytys saadaan aikaan sytytystulpalla);
• työnkulku (johtuen korkeita lämpötiloja ja korkea paine, mäntä juoksee alas, saa kiertokangen ja kampiakselin liikkumaan);
• vapautus (tämän iskun alussa pakoventtiili avautuu vapauttaen tien pakokaasuille, kampiakseli jatkaa pyörimistä lämpöenergian muuntamisen seurauksena mekaaniseksi energiaksi nostamalla kiertokankea männän ollessa ylöspäin).

Kaikki lyönnit ovat silmukassa ja kulkevat ympyrää, ja energiaa varastoiva vauhtipyörä edistää pyörimistä kampiakseli.

Vaikka kaksitahtiversioon verrattuna nelitahtinen piiri näyttää täydellisemmältä, bensiinimoottorin hyötysuhde jopa useimmissa paras tapaus ei ylitä 25%, ja dieseleillä on korkein hyötysuhde, täällä se voi nousta niin paljon kuin mahdollista jopa 50%.

Atkinsonin termodynaaminen sykli

James Atkinson, brittiläinen insinööri, joka päätti modernisoida Otton keksinnön, ehdotti vuonna 1882 omaa versiotaan kolmannen jakson (työiskun) parannuksesta. Suunnittelija asetti tavoitteeksi lisätä Moottorin tehokkuus ja vähentää puristusprosessia, tehdä polttomoottorista taloudellisempi, vähemmän meluisa, ja ero sen rakennekaaviossa oli vaihtaa kampimekanismin (KShM) käyttö ja käydä läpi kaikki syklit yhdellä kampiakselin kierroksella.

Vaikka Atkinson pystyi parantamaan moottorinsa tehokkuutta suhteessa Otton jo patentoituun keksintöön, järjestelmää ei toteutettu, vaan mekaniikka osoittautui liian monimutkaiseksi. Mutta Atkinson oli ensimmäinen suunnittelija, joka ehdotti polttomoottorin käyttöä pienemmällä puristussuhteella, ja tämän termodynaamisen syklin periaatteen otti myöhemmin huomioon keksijä Ralph Miller.

Ajatus puristusprosessin vähentämisestä ja kyllästetystä saannista ei unohdettu, vaan amerikkalainen R. Miller palasi siihen vuonna 1947. Mutta tällä kertaa insinööri ehdotti järjestelmän toteuttamista ei monimutkaisemalla KShM: tä, vaan muuttamalla venttiilin ajoitusta. Kaksi versiota harkittiin:

• Imuventtiilin viiveisku (LICV tai lyhyt puristus);
• varhainen venttiilin sulkemisisku (EICV tai lyhyt imu).

Imuventtiilin myöhään sulkemisella saadaan Otto-moottoriin verrattuna pienempi puristus, jonka ansiosta osa polttoaineseoksesta virtaa takaisin imuaukkoon. Tällainen rakentava ratkaisu antaa:

• polttoaine-ilmaseoksen "pehmeä" geometrinen puristus;
• lisää polttoainetaloutta, erityisesti alhaisilla nopeuksilla;
• vähemmän räjähdyksiä;
• matala melutaso.

Tämän järjestelmän haittoja ovat tehon väheneminen suurilla nopeuksilla, koska puristusprosessi vähenee. Mutta sylinterien täydellisemmän täytön ansiosta tehokkuus kasvaa matalat kierrokset ja geometrinen puristussuhde kasvaa (todellinen lasku). Graafinen esitys näistä prosesseista on nähtävissä kuvissa alla olevilla ehdollisilla kaavioilla.

Millerin kaavan mukaan toimivat moottorit häviävät Ottolle korkealla nopeustilat tehon suhteen, mutta kaupunkikäyttöolosuhteissa tämä ei ole niin tärkeää. Mutta tällaiset moottorit ovat taloudellisempia, räjähtävät vähemmän, toimivat pehmeämmin ja hiljaisemmin.

Miller Cycle -moottori Mazda Xedosissa (2,3L)

Erityinen venttiilin päällekkäisyysmekanismi lisää puristussuhdetta (C3), jos esimerkiksi vakioversiossa se on yhtä suuri kuin 11, niin lyhyessä puristusmoottorissa tämä luku kasvaa kaikissa muissa identtisissä olosuhteissa 14:ään. . 6-sylinterisessä ICE 2.3 L Mazda Xedosissa (Skyactiv-tuoteperhe) näyttää teoriassa tältä: imuventtiili (VK) avautuu, kun mäntä on yläkuolopisteessä (lyhennettynä TDC), ei sulkeudu alapisteessä ( BDC) ja myöhemmin, pysyy auki 70º. Tässä tapauksessa osa polttoaine-ilmaseoksesta työnnetään takaisin imusarjaan, puristus alkaa VC:n sulkemisen jälkeen. Kun mäntä palaa TDC:hen:

• sylinterin tilavuus pienenee;
• paine kasvaa;
• syttyminen kynttilästä tapahtuu tietyllä hetkellä, se riippuu kuormituksesta ja kierrosten lukumäärästä (sytytyksen etujärjestelmä toimii).

Sitten mäntä laskee, laajeneminen tapahtuu, kun taas lämmönsiirto sylinterin seinämiin ei ole niin korkea kuin Otto-kaaviossa lyhyen puristuksen vuoksi. Kun mäntä saavuttaa BDC:n, kaasut vapautuvat ja kaikki toimet toistetaan uudelleen.

Erityinen imusarjan konfiguraatio (tavallista leveämpi ja lyhyempi) ja 70 asteen EC-avautumiskulma 14:1 CW mahdollistavat 8 asteen sytytysennakon asettamisen tyhjäkäynti ilman havaittavaa räjähdystä. Lisäksi tämä järjestelmä tarjoaa suuremman prosenttiosuuden hyödyllisyydestä mekaaninen työ, tai toisin sanoen, voit lisätä tehokkuutta. Osoittautuu, että kaavalla A \u003d P dV (P on paine, dV on tilavuuden muutos) laskettu työ ei ole tarkoitettu sylinterien seinien, lohkon pään lämmittämiseen, vaan sitä käytetään työiskun suorittamiseen. Kaavamaisesti koko prosessi näkyy kuvassa, jossa syklin alku (BDC) on merkitty numerolla 1, puristusprosessi - pisteeseen 2 (TDC), 2 - 3 - lämmön syöttö kiinteällä männällä . Kun mäntä siirtyy pisteestä 3 kohtaan 4, tapahtuu laajenemista. Valmiit työt näkyvät varjostetulla alueella At.

Myös koko kaavio on nähtävissä koordinaateissa T S, missä T tarkoittaa lämpötilaa ja S on entropia, joka kasvaa lämmön syöttämisen myötä aineeseen, ja analyysissämme tämä on ehdollinen arvo. Tunnukset Q p ja Q 0 - tulo- ja lähtölämmön määrä.

Skyactiv-sarjan haittana on, että klassiseen Ottoon verrattuna näiden moottoreiden ominaisteho (todellinen) teho on pienempi, kuusisylinterisessä 2,3 litran moottorissa se on vain 211. Hevosvoimaa, ja sitten ottaen huomioon turboahdin ja 5300 rpm. Mutta moottoreilla on konkreettisia etuja:

• korkea puristussuhde;
• kyky asentaa varhainen sytytys ilman räjähdystä;
• turvallisuus nopea kiihtyvyys paikasta;
• korkea hyötysuhde.

Ja vielä yksi tärkeä etu Miller Cycle -moottorista valmistajalta Mazda - taloudellinen kulutus polttoainetta, erityisesti pienillä kuormilla ja tyhjäkäynnillä.

Toyota Atkinsonin moottorit

Vaikka Atkinsonin sykli ei ole löytänyt sitä käytännön käyttöä 1800-luvulla hänen moottorinsa idea toteutuu 2000-luvun voimayksiköissä. Tällaisia ​​moottoreita on asennettu joihinkin Toyota-hybridihenkilöautomalleihin, jotka toimivat samanaikaisesti ja päälle bensiini polttoaine ja sähkö. Asia on selvennettävä puhdas muoto Atkinsonin teoriaa ei koskaan käytetä, vaan Toyotan insinöörien uusia kehityssuuntia voidaan kutsua Atkinsonin / Millerin syklin mukaan suunnitelluiksi ICE:iksi, koska ne käyttävät standardia. kampimekanismi. Puristusjaksoa pienennetään muuttamalla kaasun jakeluvaiheita samalla kun iskujaksoa pidennetään. Samanlaista järjestelmää käyttäviä moottoreita löytyy Toyota-autoista:

• Prius;
• Yaris;
• Auris;
• ylämaalainen;
• Lexus GS 450h;
• Lexus CT 200h;
• Lexus HS 250h;
• Vitz.

Toteutetulla Atkinson / Miller -järjestelmällä varustettujen moottoreiden valikoimaa täydennetään jatkuvasti, joten japanilainen konserni käynnisti vuoden 2017 alussa korkeaoktaanisella bensiinillä toimivan 1,5 litran nelisylinterisen polttomoottorin tuotannon, joka tuottaa 111 hevosvoimaa, puristussuhde sylintereissä on 13,5:1. Moottori on varustettu VVT-IE-vaiheensiirtimellä, joka pystyy vaihtamaan Otto / Atkinson-tiloja nopeudesta ja kuormituksesta riippuen, tällä voimayksiköllä auto voi kiihtyä 100 km/h 11 sekunnissa. Moottori on taloudellinen, korkea hyötysuhde (jopa 38,5%), tarjoaa erinomaisen kiihtyvyyden.

diesel sykli

Ensimmäinen diesel moottori sen suunnitteli ja rakensi saksalainen keksijä ja insinööri Rudolf Diesel vuonna 1897, voimayksikkö oli suuri, jopa suurempi höyrykoneet nuo vuodet. Otto-moottorin tavoin se oli nelitahti, mutta sen hyötysuhde, helppokäyttöisyys ja polttomoottorin puristussuhde oli huomattavasti korkeampi kuin bensiinimoottorilla. Ensimmäiset 1800-luvun lopun dieselmoottorit käyttivät kevyitä öljytuotteita ja kasviöljyjä, ja polttoaineena yritettiin myös käyttää hiilipölyä. Mutta kokeilu epäonnistui melkein heti:

• oli ongelmallista varmistaa pölyn syöttö sylintereihin;
• hankaavia ominaisuuksia omaavansa hiili kulutti nopeasti sylinteri-mäntäryhmän.

Mielenkiintoista on, että englantilainen keksijä Herbert Aykroyd Stuart patentoi samanlaisen moottorin kaksi vuotta aikaisemmin kuin Rudolf Diesel, mutta Diesel onnistui suunnittelemaan mallin, jossa oli lisääntynyt sylinteripaine. Stewart-mallin lämpöhyötysuhde teoriassa oli 12 %, kun taas Diesel-mallin mukaan hyötysuhde oli 50 %.

Gustav Trinkler suunnitteli vuonna 1898 esikammiolla varustetun korkeapaineöljymoottorin, joka on nykyaikaisten dieselpolttomoottorien suora prototyyppi.

Nykyaikaiset dieselmoottorit autoihin

Kuten Otto-syklin bensiinimoottori ja dieselmoottori, piirikaavio rakenne ei ole muuttunut, mutta moderni dieselpolttomoottori on "kasvanut" lisäsolmuilla: turboahtimella, elektroninen järjestelmä polttoaineen syötön ohjaus, välijäähdytin, erilaiset anturit ja niin edelleen. Viime aikoina yhä useammin kehitetty ja lanseerattu sarja voimayksiköt suoran kanssa polttoaineen syöttö"Common Rail", joka tarjoaa ympäristöystävällisiä pakokaasuja nykyaikaisten vaatimusten mukaisesti, korkeapaine injektio. Suoraruiskutuksella varustetuilla dieseleillä on melko konkreettisia etuja verrattuna moottoreihin, joissa on perinteinen polttoainejärjestelmä:

• kuluttaa polttoainetta taloudellisesti;
• enemmän tehoa samalla äänenvoimakkuudella;
• työskennellä alhaisella melutasolla;
• antaa auton kiihtyä nopeammin.

Common Rail -moottoreiden haitat: melko korkea monimutkaisuus, korjaus- ja huoltotarve erikoislaitteiden käyttämiseksi, dieselpolttoaineen laatuvaatimukset, suhteellisen korkeat kustannukset. Kuten bensiinikäyttöiset polttomoottorit, dieselmoottoreita parannetaan jatkuvasti, ja niistä tulee teknologisesti edistyneempiä ja monimutkaisempia.

Polttomoottori on hyvin kaukana ihanteellisesta, parhaimmillaan se saavuttaa 20 - 25%, diesel 40 - 50% (eli loput polttoaineesta poltetaan melkein tyhjäksi). Tehokkuuden lisäämiseksi (vastaavasti tehokkuuden lisäämiseksi) on parannettava moottorin suunnittelua. Monet insinöörit kamppailevat tämän kanssa ja tähän päivään asti, mutta ensimmäiset olivat vain muutamia insinöörejä, kuten Nikolaus August OTTO, James ATKINSON ja Ralph Miller. Kaikki tekivät tiettyjä muutoksia ja yrittivät tehdä moottoreista taloudellisempia ja tuottavampia. Jokainen tarjosi tietyn työkierron, joka saattoi poiketa radikaalisti vastustajan suunnittelusta. Tänään yritän yksinkertaisin termein, selitä sinulle, mitkä ovat tärkeimmät erot polttomoottorin toimintaa ja lopuksi tietysti videoversio...

Artikkeli on kirjoitettu aloittelijoille, joten jos olet kokenut insinööri, et voi lukea sitä, se on kirjoitettu polttomoottorien syklien yleistä ymmärtämistä varten.

Haluaisin myös huomauttaa, että eri malleja on monia muunnelmia, tunnetuimmat, jotka voimme edelleen tietää, ovat DIESEL, STIRLING, CARNO, ERIKSON jne. Jos mallit lasketaan, niin niitä voi olla noin 15. Eikä kaikki polttomoottorit, vaan esim. ulkoinen STIRLING.

Mutta tunnetuimmat, joita käytetään tähän päivään autoissa, ovat OTTO, ATKINSON ja MILLER. Täällä puhumme niistä.

Itse asiassa tämä on perinteinen polttolämpömoottori, jossa on pakkosytytys palavasta seoksesta (kynttilän läpi), jota käytetään nyt 60 - 65 %:ssa autoista. KYLLÄ - kyllä, juuri se, joka sinulla on konepellin alla, toimii OTTO-syklissä.

Jos kuitenkin kaivaa historiaa, ensimmäisen tällaisen polttomoottorin periaatetta ehdotti vuonna 1862 ranskalainen insinööri Alphonse BO DE ROCHE. Mutta se oli teoreettinen toimintaperiaate. OTTO vuonna 1878 (16 vuotta myöhemmin) sisälsi tämän moottorin metalliin (käytännössä) ja patentoi tämän tekniikan

Itse asiassa tämä on nelitahtimoottori, jolle on ominaista:

• Sisääntulo . Raitisilma-polttoaineseoksen syöttö. Tuloventtiili avautuu.
• Puristus . Mäntä nousee ylös puristaen tätä seosta. Molemmat venttiilit ovat kiinni
• toimiva isku . Kynttilä sytyttää puristetun seoksen, syttyvät kaasut painavat männän alas
• Pakokaasun ulostulo . Mäntä nousee ylös työntäen palaneet kaasut ulos. Pakoventtiili aukeaa

Haluaisin huomauttaa, että imu- ja pakoventtiilit toimivat tiukassa järjestyksessä - TASOLLA suurilla ja pienillä nopeuksilla. Eli työssä ei tapahdu muutoksia eri nopeuksilla.

OTTO käytti moottorissaan ensimmäisenä työseoksen puristamista nostaakseen syklin maksimilämpötilaa. Joka suoritettiin pitkin adiabattia (yksinkertaisin sanoin ilman lämmönvaihtoa ulkoisen ympäristön kanssa).

Seoksen puristamisen jälkeen se sytytettiin kynttilällä, minkä jälkeen alkoi lämmönpoistoprosessi, joka eteni melkein isokoria pitkin (eli moottorin sylinterin vakiotilavuudessa).

Koska OTTO patentoi teknologiansa, sen teollinen käyttö ei ollut mahdollista. Kiertääkseen patentit James Atkinson päätti vuonna 1886 muuttaa OTTO-sykliä. Ja hän ehdotti omaa polttomoottorin toimintatapaansa.

Hän ehdotti sykliaikojen suhteen muuttamista, minkä vuoksi työiskua lisättiin monimutkaisemalla kammen rakennetta. On huomattava, että hänen rakentamansa testinäyte oli yksisylinterinen, eikä sitä käytetty laajasti suunnittelun monimutkaisuuden vuoksi.

Jos pähkinänkuoressa kuvataan tämän polttomoottorin toimintaperiaatetta, käy ilmi:

Kaikki 4 iskua (ruiskutus, puristus, tehotahti, pakokaasu) - tapahtuivat yhdellä kampiakselin kierroksella (OTTO:lla oli kaksi kierrosta). Kiitokset monimutkainen järjestelmä vivut, jotka oli kiinnitetty "kampiakselin" viereen.

Tässä suunnittelussa oli mahdollista toteuttaa tiettyjä vipujen pituuksien suhteita. Yksinkertaisesti sanottuna männän isku imu- ja pakotahdissa on ENEMMÄN kuin männän isku sekä puristus- että tehotahdissa.

Mitä se antaa? KYLLÄ, että puristussuhteella voi "leikkiä" (vaihtamalla sitä) vipujen pituuksien suhteen, ei imuaukon "kuristuksen" takia! Tästä johdetaan ACTINSON-syklin etu pumppaushäviöiden suhteen

Tällaiset moottorit osoittautuivat melko tehokkaiksi korkealla hyötysuhteella ja alhaisella polttoaineenkulutuksella.

Siinä oli kuitenkin myös monia negatiivisia kohtia:

• Suunnittelun monimutkaisuus ja tilavuus
• Matala alhaisilla kierroksilla
• Huonosti hoidettu kaasuventtiili, onko ()

Jatkuvasti liikkuu huhuja, että ATKINSON-periaatetta käytettiin hybridi autot, erityisesti TOYOTA. Tämä ei kuitenkaan ole vähän totta, siellä käytettiin vain hänen periaatetta, mutta suunnittelua käytti toinen insinööri, nimittäin Miller. Puhtaassa muodossaan ATKINSON-moottorit olivat enemmän yksittäisiä kuin massamoottoreita.

Ralph Miller päätti myös pelata pakkaussuhteella vuonna 1947. Eli hän jatkaa ikään kuin ATKINSONin työtä, mutta hän ei ottanut monimutkaista moottoriaan (vivuilla), vaan tavallista OTTO ICE:tä.

Mitä hän ehdotti . Hän ei tehnyt puristusiskusta mekaanisesti lyhyempää kuin voimatahti (kuten Atkinson ehdotti, hänen mäntänsä liikkuu nopeammin ylös kuin alas). Hän keksi ajatuksen puristusiskun lyhentämisestä imuiskun kustannuksella, pitäen mäntien ylös- ja alasliikkeet samana (klassinen OTTO-moottori).

Oli kaksi tapaa edetä:

• Sulje imuventtiilit ennen imuiskun loppua - tätä periaatetta kutsutaan "lyhyeksi imuksi"
• Tai sulje imuventtiilit myöhemmin kuin imuisku - tätä vaihtoehtoa kutsutaan "lyhennetyksi puristukseksi"

Lopulta molemmat periaatteet antavat saman asian - puristussuhteen lasku, työseos suhteessa geometriseen! Laajentumisaste kuitenkin säilyy, eli työtahdin isku säilyy (kuten OTTO-polttomoottorissa), ja puristustahti ikään kuin pienenee (kuten Atkinsonin polttomoottorissa) .

Yksinkertaisin sanoin - MILLERin ilma-polttoaineseos puristuu paljon vähemmän kuin sen olisi pitänyt puristaa samassa moottorissa OTTOssa. Tämän avulla voit lisätä geometristä puristussuhdetta ja vastaavasti fyysistä laajennussuhdetta. Paljon enemmän kuin johtuu polttoaineen räjähdysominaisuuksista (eli bensiiniä ei voi puristaa loputtomiin, räjähdys alkaa)! Siten, kun polttoaine sytytetään TDC:ssä (tai pikemminkin kuolleessa pisteessä), sillä on paljon suurempi paisuntasuhde kuin OTTO-mallissa. Tämä mahdollistaa sylinterissä laajenevien kaasujen energian käytön paljon enemmän, mikä lisää rakenteen lämpötehokkuutta, mikä johtaa suuriin säästöihin, elastisuuteen jne.

On myös otettava huomioon, että pumppaushäviöt pienenevät puristustahdilla, eli MILLERillä on helpompi puristaa polttoainetta, energiaa tarvitaan vähemmän.

Negatiiviset puolet on huippulähtötehon aleneminen (erityisesti korkeat kierrokset) sylinterien huonoimman täytön takia. Saman tehon poistamiseksi kuin OTTOssa (suurilla nopeuksilla), moottori piti rakentaa isommaksi (isommat sylinterit) ja massiivisemmaksi.

Nykyaikaisissa moottoreissa

Joten mitä eroa on?

Artikkeli osoittautui monimutkaisemmaksi kuin odotin, mutta yhteenvetona. SE käy ilmi:

OTTO - Tämä on tavanomaisen moottorin vakioperiaate, joka on nyt useimmissa nykyaikaisissa autoissa

ATKINSON - tarjosi tehokkaamman polttomoottorin muuttamalla puristussuhdetta käyttämällä kampiakseliin kytkettyjen vipujen monimutkaista rakennetta.

EDUT - polttoainetalous, joustavampi moottori, vähemmän melua.

MIINUKSET - iso ja monimutkainen rakenne, alhainen vääntömomentti matalilla kierroksilla, huono kaasun hallinta

Puhtaassa muodossaan sitä ei käytännössä käytetä.

MILLER - ehdotti pienemmän puristussuhteen käyttöä sylinterissä imuventtiilin myöhäisen sulkeutumisen avulla. Ero ATKINSONin kanssa on valtava, koska hän ei käyttänyt suunnitteluaan, vaan OTTOa, mutta ei puhtaassa muodossaan, vaan muokatulla ajoitusjärjestelmällä.

Oletetaan, että mäntä (puristustahdilla) käy pienemmällä vastuksella (pumppaushäviöt) ja puristaa geometrisesti paremmin ilma-polttoaineseosta (pois lukien sen räjähdys), mutta laajenemissuhde (kynttilällä sytytettynä) säilyy lähes sama kuin OTTO-syklissä.

EDUT - polttoainetalous (etenkin alhaisilla nopeuksilla), työn joustavuus, alhainen melu.

MIINUKSET - tehon lasku suurilla nopeuksilla (sylinterien pahimman täytön vuoksi).

On syytä huomata, että nyt MILLER-periaatetta käytetään joissakin autoissa alhaisilla nopeuksilla. Voit säätää imu- ja pakovaiheita (laajentaa tai kaventaa niitä käyttämällä