Dzinējs. Atšķirības starp Otto un Atkinsona cikliem
Jau kādu laiku termins "Atkinsona ekonomiskā cikla dzinējs" ir kļuvis arvien izplatītāks. Kas ir šis cikls un kāpēc tas samazina degvielas patēriņu?
Mūsdienās visizplatītākie četrtaktu benzīna dzinēji darbojas ar tā saukto Otto ciklu, ko XNUMX. gadsimta beigās izstrādāja vācu izgudrotājs Nikolauss Otto, viena no pirmajiem veiksmīgajiem virzuļu iekšdedzes dzinējiem. Šī cikla būtība sastāv no četriem gājieniem, kas tiek veikti divos kloķvārpstas apgriezienos: ieplūdes gājiens, kompresijas gājiens, darba gājiens un izplūdes gājiens.
Ieplūdes gājiena sākumā atveras ieplūdes vārsts, caur kuru, ievelkot virzuli, no ieplūdes kolektora tiek ievilkts gaisa un degvielas maisījums. Pirms kompresijas gājiena sākuma ieplūdes vārsts aizveras, un virzulis, kas atgriežas galvā, saspiež maisījumu. Kad virzulis sasniedz maksimālo stāvokli, maisījumu aizdedzina elektriskā dzirkstele. Iegūtās karstās izplūdes gāzes izplešas un spiež virzuli, nododot tam savu enerģiju, un, kad virzulis atrodas pēc iespējas tālāk no galvas, atveras izplūdes vārsts. Izplūdes gājiens sākas ar atgriešanās virzuli, kas izspiež izplūdes gāzes no cilindra un nonāk izplūdes kolektorā.
Diemžēl ne visa izplūdes gāzēs esošā enerģija tiek izmantota jaudas gājiena laikā, lai virzutu (un caur savienojošo stieni, lai pagrieztu kloķvārpstu). Tie joprojām ir zem augsta spiediena, kad izelpas vārsts atveras izelpas gājiena sākumā. Par to varam uzzināt, dzirdot troksni, ko rada automašīna ar saplīsušu trokšņa slāpētāju – to rada enerģijas izplūde gaisā. Tāpēc tradicionālie benzīna dzinēji ir tikai aptuveni 35% efektīvi. Ja būtu iespējams palielināt virzuļa gājienu darba gājienā un izmantot šo enerģiju ...
Šī ideja radās angļu izgudrotājam Džeimsam Atkinsonam. 1882. gadā viņš izstrādāja dzinēju, kurā, pateicoties sarežģītai stūmēju sistēmai, kas savieno virzuļus ar kloķvārpstu, jaudas gājiens bija garāks par kompresijas gājienu. Rezultātā izplūdes gājiena sākumā izplūdes gāzu spiediens bija praktiski vienāds ar atmosfēras spiedienu, un to enerģija tika pilnībā izmantota.
Redaktori iesaka:
Plāksnes. Autovadītāji gaida revolūciju?
Pašdarināti ziemas braukšanas veidi
Uzticams mazulis par nelielu naudu
Tātad, kāpēc Atkinsona ideja nav izmantota plašāk un kāpēc iekšdedzes dzinēji jau vairāk nekā gadsimtu izmanto mazāk efektīvu Otto ciklu? Ir divi iemesli: viens ir Atkinsona dzinēja sarežģītība, bet otrs - un vēl svarīgāk - jo mazāk jaudas tas saņem no darba tilpuma vienības.
Taču, tā kā arvien lielāka uzmanība tika pievērsta degvielas patēriņam un motorizācijas ietekmei uz vidi, atmiņā palika Atkinsona dzinēja augstā efektivitāte, īpaši pie vidējiem apgriezieniem. Viņa koncepcija izrādījās lielisks risinājums, it īpaši hibrīdautomobiļos, kuros elektromotors kompensē jaudas trūkumu, kas īpaši nepieciešams, uzsākot un paātrinot.
Tāpēc modificētais Atkinsona cikla dzinējs tika izmantots pirmajā sērijveidā ražotajā hibrīdauto Toyota Prius un pēc tam visos citos Toyota un Lexus hibrīdos.
Kas ir modificēts Atkinsona cikls? Šis gudrais risinājums lika Toyota dzinējam saglabāt klasisko, vienkāršo tradicionālo četrtaktu dzinēju konstrukciju, un virzulis katrā gājienā pārvietojas vienādu attālumu, un efektīvais gājiens ir garāks par kompresijas gājienu.
Patiesībā būtu jāsaka savādāk: efektīvais saspiešanas cikls ir īsāks nekā darba cikls. Tas tiek panākts, aizkavējot ieplūdes vārsta aizvēršanos, kas aizveras neilgi pēc kompresijas gājiena sākuma. Tādējādi daļa no gaisa un degvielas maisījuma tiek atgriezta ieplūdes kolektorā. Tam ir divas sekas: izplūdes gāzu daudzums, kas rodas, kad tas tiek sadedzināts, ir mazāks un spēj pilnībā izplesties pirms izplūdes gājiena sākuma, nododot visu enerģiju virzulim, un ir nepieciešams mazāk enerģijas, lai saspiestu mazāku maisījumu, kas samazina iekšējos dzinēja zudumus. Izmantojot šo un citus risinājumus, ceturtās paaudzes Toyota Prius spēka piedziņas dzinējs spēja sasniegt pat 41 procentu siltuma efektivitāti, kas iepriekš bija pieejama tikai dīzeļdzinējos.
Risinājuma skaistums ir tāds, ka ieplūdes vārstu aizvēršanas aizkavēšanās neprasa lielas konstrukcijas izmaiņas – pietiek ar elektroniski vadāma mehānisma izmantošanu vārstu laika maiņai.
Un ja tā, vai tas ir iespējams un otrādi? Nu, protams; dabiski! Mainīga darba cikla dzinēji ir ražoti jau kādu laiku. Ja jaudas pieprasījums ir mazs, piemēram, braucot pa nesteidzīgiem ceļiem, dzinējs darbojas Atkinsona ciklā, nodrošinot zemu degvielas patēriņu. Un, kad nepieciešama labāka veiktspēja – no priekšējiem lukturiem vai apdzīšanas –, tas pārslēdzas uz Otto ciklu, izmantojot visu pieejamo dinamiku. Šis 1,2 litru tiešās iesmidzināšanas dzinējs ar turbokompresoru tiek izmantots, piemēram, Toyota Auris un jaunajā pilsētas SUV Toyota C-HR. Tas pats divu litru dzinējs tiek izmantots Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t un RC 200t.
