در ساختار خودروهای سواری ، بیش از یک قرن است که از آنها به طور استاندارد استفاده می شود موتورهای احتراق داخلی... آنها دارای معایبی هستند که دانشمندان و طراحان سالها با آن دست و پنجه نرم می کردند. در نتیجه این مطالعات ، "موتور" های بسیار جالب و عجیب به دست می آید. یکی از آنها در این مقاله مورد بحث قرار می گیرد.

تاریخچه ایجاد چرخه اتکینسون

تاریخچه ایجاد موتور با چرخه اتکینسون ریشه در تاریخ دور دارد. بیایید با آن شروع کنیم اولین موتور کلاسیک چهار زمانهچرخه چنین موتوری بسیار ساده است: مصرف ، فشرده سازی ، سکته مغزی ، اگزوز.

تنها 10 سال پس از اختراع موتور اتو ، انگلیسی جیمز اتکینسون پیشنهاد تغییر موتور آلمانی را داد... در اصل ، موتور چهار زمانه باقی می ماند. اما اتکینسون مدت زمان دو مورد را کمی تغییر داد: 2 نوار اول کوتاهتر ، 2 تای دیگر طولانی تر هستند. سر جیمز این طرح را با تغییر طول ضربات پیستون اجرا کرد. اما در سال 1887 ، چنین تغییری در موتور اتو کاربردی پیدا نکرد. با وجود این واقعیت که عملکرد موتور 10 increased افزایش یافته است ، پیچیدگی مکانیسم اجازه استفاده گسترده از چرخه اتکینسون برای خودروها را نمی دهد.

اما مهندسان به کار روی چرخه سر جیمز ادامه دادند. رالف میلر آمریکایی در سال 1947 چرخه اتکینسون را کمی بهبود بخشید و آن را ساده کرد. این امر امکان استفاده از موتور را در صنعت خودرو فراهم کرد. صحیح تر به نظر می رسد که چرخه اتکینسون را چرخه میلر بنامیم. اما جامعه مهندسی به اتکینسون واگذار کرد که موتور را بر اساس اصل کاشف ، به نام او نامگذاری کند. علاوه بر این ، با استفاده از فناوری های جدید ، امکان استفاده از چرخه پیچیده اتکینسون فراهم شد ، بنابراین چرخه میلر در نهایت رها شد. به عنوان مثال ، در تویوتا جدید یک موتور اتکینسون وجود دارد ، نه یک موتور میلر.

امروزه از موتور چرخه اتکینسون در هیبریدها استفاده می شود. ژاپنی ها به ویژه در این امر موفق شده اند ، که همیشه به دوست داشتن محیط زیست خودروهای خود اهمیت می دهند. هیبرید پریوس از تویوتابازار جهانی را به طور فعال پر می کند.

چرخه اتکینسون چگونه کار می کند

همانطور که قبلاً گفته شد ، چرخه اتکینسون تیک های مشابه چرخه اتو را تکرار می کند. اما با استفاده از همین اصول ، اتکینسون یک موتور کاملا جدید ایجاد کرد.

موتور طوری طراحی شده است که پیستون هر چهار ضربه را در یک دور میل لنگ انجام می دهد... علاوه بر این ، طول ضربه ها متفاوت است: ضربات پیستون در هنگام فشرده سازی و انبساط کوتاهتر از هنگام ورودی و خروجی است. یعنی در چرخه اتو ، دریچه ورودی تقریباً بلافاصله بسته می شود. در چرخه اتکینسون ، این دریچه در نیمه راه به مرکز مرده بالا بسته می شود... در یک موتور احتراق داخلی معمولی ، فشرده سازی در حال حاضر در حال انجام است.

موتور با یک میل لنگ مخصوص که نقاط اتصال در آن جابجا شده است ، اصلاح می شود. با تشکر از این ، نسبت تراکم موتور افزایش می یابد و تلفات اصطکاک به حداقل می رسد.

تفاوت با موتورهای سنتی

به یاد بیاورید که چرخه اتکینسون است چهار زمانه(جذب ، فشرده سازی ، انبساط ، تخلیه). یک موتور معمولی چهار زمانه از چرخه اتو استفاده می کند. به طور خلاصه ، اجازه دهید آثار او را به یاد آوریم. در ابتدای ضربه کار در سیلندر ، پیستون تا نقطه عملکرد فوقانی بالا می رود. مخلوط سوخت و هوا می سوزد ، گاز منبسط می شود ، فشار در حداکثر است. پیستون تحت تأثیر این گاز پایین می آید ، به مرکز مرده پایین می آید. ضربه کار به پایان رسیده است ، شیر خروجی باز می شود ، که از طریق آن گاز خروجی خارج می شود. در این مرحله ، از دست دادن تولید رخ می دهد ، از آنجا که گاز خروجی همچنان دارای فشار باقیمانده است که نمی توان از آن استفاده کرد.

اتکینسون کاهش آزادسازی را کاهش داد. در موتور او ، حجم محفظه احتراق با همان حجم کار کمتر است. معنیش اینه که نسبت تراکم بیشتر و ضربه پیستون طولانی تر است... علاوه بر این ، مدت زمان ضربه فشاری در مقایسه با ضربه کار کاهش می یابد ، موتور در یک چرخه با نسبت انبساط افزایش یافته کار می کند (نسبت تراکم کمتر از نسبت انبساط است). این شرایط باعث شد تا با استفاده از انرژی گازهای خروجی ، میزان انتشار آزاد شده کاهش یابد.

بیایید به چرخه اتو برگردیم. هنگامی که مخلوط کار مکیده می شود ، دریچه گاز بسته می شود و در ورودی مقاومت ایجاد می کند. این حالت زمانی اتفاق می افتد که پدال گاز کاملاً فشرده نشده باشد. با یک دمپر بسته ، موتور انرژی را هدر می دهد و تلفات پمپاژ را ایجاد می کند.

اتکینسون همچنین با سکته مغزی مصرف می کرد. با تمدید آن ، سر جیمز به کاهش تلفات پمپاژ دست یافت. برای انجام این کار ، پیستون به مرکز مرده پایینی خود می رسد ، سپس بالا می رود و شیر ورودی را برای حدود نیمی از ضربه پیستون باز می گذارد. بخشی از مخلوط سوخت به منیفولد ورودی بازگردانده می شود. این فشار را افزایش می دهد که امکان بازکردن دریچه گاز با سرعتهای کم و متوسط ​​را ممکن می سازد.

اما موتور اتکینسون به دلیل وقفه در کار به سریال عرضه نشد. واقعیت این است که بر خلاف موتور احتراق داخلی ، موتور فقط با افزایش سرعت کار می کند. در حالت بیکار ، می تواند متوقف شود. اما این مشکل در تولید هیبرید حل شد. در سرعت های پایین ، چنین اتومبیل هایی با کشش الکتریکی حرکت می کنند و فقط در صورت شتاب یا تحت بار به موتور بنزینی تغییر می دهند. چنین مدلی هم معایب موتور اتکینسون را برطرف می کند و هم بر مزایای آن نسبت به سایر ICE ها تأکید می کند.

مزایا و معایب چرخه اتکینسون

موتور اتکینسون دارای چندین است مزایای، اختصاص آن در مقابل بقیه موتورهای احتراق داخلی: 1. کاهش تلفات سوخت. همانطور که قبلاً ذکر شد ، با تغییر زمان چرخه ، صرفه جویی در مصرف سوخت با استفاده از گازهای خروجی و کاهش تلفات پمپاژ امکان پذیر شد. 2. احتمال کم احتراق انفجار. نسبت تراکم سوخت از 10 به 8 کاهش می یابد. این امر باعث می شود که با تغییر دنده کمتر به دلیل افزایش بار ، دور موتور افزایش نیابد. همچنین ، احتمال احتراق انفجار به دلیل انتشار گرما از محفظه احتراق به داخل منیفولد ورودی کمتر است. 3. مصرف کم بنزین. در مدلهای هیبریدی جدید ، مسافت پیموده شده گاز 4 لیتر در 100 کیلومتر است. 4. سودآوری ، سازگاری با محیط زیست ، بهره وری بالا.

اما موتور اتکینسون دارای یک اشکال قابل توجه است که اجازه نمی دهد از آن در تولید انبوه اتومبیل استفاده شود. به دلیل نشانگرهای قدرت پایین ، ممکن است موتور در دورهای پایین متوقف شود.بنابراین ، موتور اتکینسون به خوبی روی هیبریدها ریشه دواند.

کاربرد چرخه اتکینسون در صنعت خودرو

به هر حال ، در مورد اتومبیل هایی که موتورهای اتکینسون روی آنها نصب شده است. در تولید انبوه ، این اصلاح موتور احتراق داخلی چندی پیش ظاهر شد. همانطور که قبلاً ذکر شد ، اولین کاربران چرخه اتکینسون شرکت های ژاپنی و تویوتا بودند. یکی از معروف ترین خودروها - مزدا Xedos 9 / Eunos800، که در سالهای 1993-2002 تولید شد.

سپس ، Atkinson ICE توسط سازندگان مدلهای ترکیبی پذیرفته شد. یکی از مشهورترین شرکت هایی که از این موتور استفاده می کند این است تویوتاصدور Prius ، Camry ، Highlander Hybrid و Harrier Hybrid... در موتورهای مشابه از آنها استفاده می شود لکسوس RX400h ، GS 450h و LS600h، و فورد و نیسان توسعه یافته اند فرار ترکیبیو هیبرید آلتیما.

باید گفت که مدلی برای محیط زیست در صنعت خودرو وجود دارد. بنابراین ، هیبریدهایی که در چرخه اتکینسون کار می کنند به طور کامل نیازهای مشتری و مقررات زیست محیطی را برآورده می کنند. علاوه بر این ، پیشرفت هنوز ثابت نمی ماند ، تغییرات جدید موتور اتکینسون مزایای آن را بهبود می بخشد و معایب آن را از بین می برد. بنابراین ، ما می توانیم با اطمینان بگوییم که موتور سیکل اتکینسون آینده ای مولد و امید به عمر طولانی دارد.

[ایمیل محافظت شده]سایت
سایت
ژانویه 2016

اولویت های

از زمان ظهور اولین پریوس ، به نظر می رسید که جیمز اتکینسون تویوتا را بیشتر از رالف میلر دوست داشت. و به تدریج "چرخه اتکینسون" انتشارات مطبوعاتی آنها در سراسر جامعه روزنامه نگاری گسترش یافت.

تویوتا رسماً گفت: "موتور چرخه حرارتی پیشنهاد شده توسط جیمز اتکینسون (انگلستان) که در آن سکته مغزی فشاری و مدت زمان سکته مغزی را می توان به طور مستقل تنظیم کرد. بهبود بعدی توسط RH Miller (ایالات متحده) امکان تنظیم زمان باز و بسته شدن دریچه ورودی را برای فعال کردن یک سیستم عملی فراهم کرد. (چرخه میلر). "
- تویوتا به صورت غیر رسمی و ضدعلمی: "موتور میلر سیکل یک موتور سیکل اتکینسون با سوپرشارژر است".

در عین حال ، حتی در محیط مهندسی محلی ، چرخه میلر از زمان های بسیار قدیم وجود داشته است. چگونه صحیح تر خواهد بود؟

در سال 1882 ، جیمز اتکینسون ، مخترع انگلیسی ایده افزایش کارایی موتور پیستونی را با کاهش ضربه فشاری و افزایش ضربه انبساط سیال کار پیشنهاد کرد. در عمل ، این قرار بود با مکانیزم های پیچیده محرک پیستون (دو پیستون مطابق طرح "بوکسر" ، یک پیستون با مکانیزم میل لنگ) تحقق یابد. نسخه های ساخته شده موتورها افزایش تلفات مکانیکی ، طراحی بیش از حد پیچیده و کاهش قدرت را در مقایسه با موتورهای دیگر طرح ها نشان می دهد ، بنابراین ، آنها گسترده نمی شوند. ثبت اختراعات معروف اتکینسون به طور خاص به ساختارها مربوط می شود ، بدون در نظر گرفتن نظریه چرخه های ترمودینامیکی.

در سال 1947 ، مهندس آمریکایی رالف میلر به ایده کاهش فشرده سازی و گسترش مداوم بازگشت و پیشنهاد کرد که آن را نه از طریق سینماتیک محرک پیستون ، بلکه با انتخاب زمان سوپاپ برای موتورهای با مکانیزم میل لنگ معمولی اجرا کند. در ثبت اختراع ، میلر دو گزینه برای سازماندهی گردش کار در نظر گرفت - بسته شدن زود هنگام (EICV) یا دیر (LICV) شیر ورودی. در واقع ، هر دو گزینه به معنی کاهش نسبت فشرده سازی واقعی (م )ثر) نسبت به حالت هندسی است. میلر با درک این که کاهش فشرده سازی منجر به از دست دادن قدرت موتور می شود ، در ابتدا روی موتورهای سوپرشارژ تمرکز کرد که در این صورت از دست دادن پر شدن توسط کمپرسور جبران می شد. چرخه نظری میلر برای موتور احتراق جرقه کاملاً با چرخه نظری موتور اتکینسون مطابقت دارد.

به طور کلی ، چرخه میلر / اتکینسون یک چرخه مستقل نیست ، بلکه انواع چرخه های ترمودینامیکی معروف اتو و دیزل است. اتکینسون نویسنده ایده انتزاعی موتور با اندازه های متفاوت فشرده سازی و ضربات انبساط است. این رالف میلر بود که سازماندهی واقعی فرایندهای کار در موتورهای واقعی را پیشنهاد کرد ، که تا به امروز در عمل مورد استفاده قرار گرفته است.

اصول

هنگامی که موتور در چرخه میلر با فشار کم کار می کند ، شیر ورودی بسیار دیرتر از چرخه اتو بسته می شود ، به همین دلیل بخشی از بار به داخل کانال ورودی بازگردانده می شود و فرایند فشرده سازی واقعی در نیمه دوم شروع می شود. از سکته مغزی در نتیجه ، نسبت فشرده سازی موثر کمتر از نسبت هندسی است (که ، به نوبه خود ، برابر با نسبت انبساط گاز در ضربه کار است). با کاهش تلفات پمپاژ و تلفات فشاری ، افزایش بازده حرارتی موتور در محدوده 5-7 و صرفه جویی در مصرف سوخت مربوطه فراهم می شود.

بار دیگر می توان به نکات کلیدی تفاوت بین چرخه ها اشاره کرد. 1 و 1 " - حجم محفظه احتراق برای موتور با چرخه میلر کمتر است ، نسبت تراکم هندسی و نسبت انبساط بیشتر است. 2 و 2" - گازها در یک سکته طولانی تر کار مفیدی انجام می دهند ، بنابراین وجود دارد تلفات باقیمانده کمتر در خروجی 3 و 3 اینچ - خلاء ورودی به دلیل کاهش گاز بیشتر و جابجایی معکوس شارژ قبلی کمتر است ، بنابراین تلفات پمپاژ کمتر است. 4 و 4 " - بسته شدن شیر ورودی و شروع فشرده سازی از وسط لوله شروع می شود. سکته مغزی ، پس از جابجایی قسمتی از بار به عقب.
البته جابجایی معکوس شارژ به معنی کاهش قدرت موتور است و برای موتورهای جوی ، این چرخه تنها در حالت نسبتاً باریک بارهای جزئی معنا پیدا می کند. در مورد زمان بندی ثابت شیر ​​، تنها با استفاده از تقویت کننده می توان آن را در کل محدوده دینامیکی جبران کرد. در مدلهای هیبریدی ، عدم کشش در شرایط نامساعد با رانش موتور الکتریکی جبران می شود.

پیاده سازی

در موتورهای کلاسیک تویوتا در دهه 90 با فازهای ثابت که در چرخه اتو کار می کنند ، دریچه ورودی بعد از BDC (از نظر زاویه میل لنگ) 35-45 درجه بسته می شود ، نسبت تراکم 9.5-10.0 است. در موتورهای مدرن تر با VVT ، محدوده احتمالی بسته شدن شیر ورودی پس از BDC به 5-70 درجه افزایش یافته است ، نسبت تراکم به 10.0-11.0 افزایش یافته است.

در موتورهای مدلهای ترکیبی که فقط طبق چرخه میلر کار می کنند ، محدوده بسته شدن دریچه ورودی 80-120 درجه ... 60-100 درجه پس از BDC است. نسبت تراکم هندسی 13.0-13.5 است.

در اواسط دهه 2010 ، موتورهای جدیدی با زمان سوپاپ متغیر گسترده (VVT-iW) ظاهر شدند ، که می توانند هم در چرخه عادی و هم در چرخه میلر کار کنند. در نسخه های جوی ، محدوده بسته شدن دریچه ورودی 30-110 درجه پس از BDC با نسبت تراکم هندسی 12.5-12.7 ، در نسخه های توربو-به ترتیب 10-100 درجه و 10.0 است.

موتور احتراق داخلی (ICE) یکی از مهمترین اجزای یک خودرو محسوب می شود ؛ اینکه راننده در رانندگی چگونه احساس راحتی کند به ویژگی ها ، قدرت ، پاسخگویی گاز و صرفه اقتصادی آن بستگی دارد. اگرچه اتومبیل ها دائماً در حال پیشرفت هستند ، "بیش از حد" با سیستم های ناوبری ، ابزارهای مد روز ، چند رسانه ای و غیره ، موتورها عملاً تغییر نمی کنند ، حداقل اصل عملکرد آنها تغییر نمی کند.

چرخه اتو اتکینسون ، که اساس موتور احتراق داخلی خودرو را تشکیل داد ، در پایان قرن نوزدهم توسعه یافت و از آن زمان تقریباً هیچ تغییر جهانی نداشته است. فقط در سال 1947 ، رالف میلر توانست پیشرفت پیشینیان خود را بهبود بخشد و از هر یک از مدلهای موتور موتور بهترین استفاده را بکند. اما برای درک اصل عملکرد واحدهای قدرت مدرن ، باید کمی به تاریخ نگاه کنید.

کارایی موتورهای اتو

اولین موتور برای یک ماشین ، که می تواند به طور عادی نه تنها از لحاظ نظری کار کند ، توسط فرانسوی E. Lenoir در سال 1860 ساخته شد ، اولین مدل با مکانیزم میل لنگ بود. این واحد روی گاز کار می کرد ، در قایق ها استفاده می شد ، کارایی آن از 4.65 exceed تجاوز نمی کرد. بعدها لنوار با همکاری نیکولاس اتو ، با همکاری طراح آلمانی در سال 1863 ، یک موتور احتراق داخلی 2 زمانه با بازده 15 ایجاد کرد.

اصل موتور چهار زمانه اولین بار توسط N.A.Otto در سال 1876 پیشنهاد شد ، این طراح خودآموخته است که خالق اولین موتور برای یک ماشین محسوب می شود. این موتور دارای سیستم قدرت گاز بود ، در حالی که مخترع اولین کاربراتور ICE جهان که با بنزین کار می کند طراح روسی O.S.Kostovich است.

کار چرخه اتو در بسیاری از موتورهای مدرن استفاده می شود ، در کل چهار ضربه وجود دارد:

• ورودی (هنگامی که دریچه ورودی باز می شود ، فضای استوانه ای با مخلوط سوخت پر می شود) ؛
• فشرده سازی (دریچه ها بسته می شوند (بسته می شوند) ، مخلوط فشرده می شود ، در پایان این فرآیند - احتراق ، که توسط شمع فراهم می شود) ؛
• سکته مغزی (به دلیل درجه حرارت بالا و فشار زیاد ، پیستون به سمت پایین می رود ، میله اتصال و میل لنگ را حرکت می دهد) ؛
• اگزوز (در ابتدای این ضربه ، دریچه خروجی باز می شود و راه را برای گازهای خروجی آزاد می کند ، میل لنگ ، در نتیجه تبدیل انرژی گرمایی به انرژی مکانیکی ، به چرخش خود ادامه می دهد و میله اتصال را با پیستون به بالا می برد) به

همه ضربه ها حلقه شده و به صورت دایره ای حرکت می کنند و چرخ فلک که انرژی را ذخیره می کند به باز شدن میل لنگ کمک می کند.

اگرچه در مقایسه با نسخه دو زمانه ، به نظر می رسد طرح چهار زمانه کاملتر است ، اما بازده موتور بنزینی ، حتی در بهترین حالت ، از 25 exceed تجاوز نمی کند و بیشترین بازده در موتورهای دیزلی است ، در اینجا می تواند حداکثر تا 50 افزایش یابد.

چرخه ترمودینامیکی اتکینسون

جیمز اتکینسون ، یک مهندس انگلیسی که تصمیم گرفت اختراع اتو را مدرن کند ، نسخه خود را برای بهبود چرخه سوم (سکته مغزی) در سال 1882 پیشنهاد کرد. طراح هدف افزایش کارایی موتور و کاهش فرایند فشرده سازی ، مقرون به صرفه ساختن موتور احتراق داخلی ، کم سر و صدا و تفاوت در طرح ساخت آن شامل تغییر درایو مکانیسم میل لنگ (KShM) و در عبور تمام ضربه ها در یک دور میل لنگ

اگرچه اتکینسون توانست کارایی موتور خود را نسبت به اختراع اتو که قبلاً ثبت شده بود ، بهبود بخشد ، اما مدار در عمل اجرا نشد ، اما مکانیک بسیار پیچیده بود. اما اتکینسون اولین طراح بود که عملکرد موتور احتراق داخلی با نسبت فشرده سازی کاهش یافته را پیشنهاد کرد و اصل این چرخه ترمودینامیکی توسط مخترع رالف میلر بیشتر مورد توجه قرار گرفت.

ایده کاهش روند فشرده سازی و مصرف بیشتر اشباع شده به فراموشی سپرده نشد و آر میلر آمریکایی در سال 1947 به آن بازگشت. اما این بار ، مهندس پیشنهاد کرد که این طرح را نه با پیچیده کردن KShM ، بلکه با تغییر زمان سوپاپ اجرا کند. دو نسخه در نظر گرفته شد:

• سکته مغزی با تاخیر در بسته شدن دریچه ورودی (LICV یا فشرده سازی کوتاه) ؛
• سکته مغزی زود هنگام بسته شدن (EICV یا ورودی کوتاه).

بسته شدن دیر هنگام شیر ورودی منجر به کاهش فشرده سازی نسبت به موتور اتو می شود ، که باعث می شود بخشی از مخلوط سوخت به داخل ورودی جریان یابد. این راه حل سازنده می دهد:

• فشرده سازی هندسی نرمتر مخلوط سوخت و هوا ؛
• مصرف سوخت اضافی ، به ویژه در دورهای کم ؛
• انفجار کمتر ؛
• سطح نویز پایین

معایب این طرح شامل کاهش قدرت در سرعت های بالا است ، زیرا فرایند فشرده سازی کاهش می یابد. اما به دلیل پر شدن کامل سیلندرها ، بازده در دورهای پایین افزایش می یابد و نسبت تراکم هندسی افزایش می یابد (واقعی کاهش می یابد). نمای گرافیکی این فرایندها را می توان در شکل هایی با نمودارهای شرطی زیر مشاهده کرد.

موتورهایی که مطابق طرح میلر کار می کنند در حالتهای با سرعت بالا قدرت Otto را از دست می دهند ، اما در شرایط عملکرد شهری این امر چندان مهم نیست. اما چنین موتورهایی مقرون به صرفه تر هستند ، کمتر منفجر می شوند ، نرم تر و بی صدا کار می کنند.

موتور چرخه میلر در مزدا Xedos (2.3 لیتر)

یک مکانیسم ویژه زمان بندی سوپاپ با دریچه های همپوشان افزایش نسبت فشرده سازی (C3) را فراهم می کند ، اگر در نسخه استاندارد ، به عنوان مثال ، 11 باشد ، در موتور با فشرده سازی کوتاه این شاخص ، با سایر شرایط یکسان ، به 14. در موتور 6 سیلندر احتراق داخلی 2.3 لیتری مزدا Xedos (خانواده Skyactiv) از لحاظ نظری به نظر می رسد: دریچه ورودی (VK) هنگامی باز می شود که پیستون در بالای مرکز مرده قرار دارد (به اختصار TDC) ، بسته نمی شود در نقطه پایینی (BDC) ، اما بعداً ، در دمای 70 درجه سانتیگراد باز می ماند. در این حالت ، بخشی از مخلوط سوخت و هوا به داخل منیفولد ورودی به عقب رانده می شود ، فشرده سازی پس از بسته شدن VC شروع می شود. پس از بازگشت پیستون به TDC:

• حجم در سیلندر کاهش می یابد ؛
• فشار افزایش می یابد ؛
• احتراق از شمع در یک لحظه خاص اتفاق می افتد ، این بستگی به بار و تعداد دورها دارد (سیستم زمان بندی احتراق کار می کند).

سپس پیستون پایین می آید ، انبساط رخ می دهد ، در حالی که انتقال حرارت به دیواره های سیلندر به دلیل فشرده سازی کوتاه به اندازه مدار اتو نیست. هنگامی که پیستون به BDC می رسد ، گازها آزاد می شوند ، سپس همه اقدامات دوباره تکرار می شوند.

پیکربندی ویژه منیفولد ورودی (عریض تر و کوتاهتر از حد معمول) و زاویه باز شدن VK 70 درجه در NW 14: 1 باعث می شود که بدون احتساب قابل توجه ، میزان جرقه زنی 8 درجه را در حالت آماده به کار تنظیم کنید. همچنین ، این طرح درصد بیشتری از کار مکانیکی مفید را ارائه می دهد ، یا به عبارت دیگر به شما امکان می دهد کارایی را افزایش دهید. به نظر می رسد که کار محاسبه شده با فرمول A = P dV (P فشار است ، dV تغییر حجم است) ، با هدف گرم کردن دیواره های استوانه ها ، سر بلوک انجام نشده است ، اما برای سکته مغزی را کامل کنید از نظر شماتیک ، کل فرایند را می توان در شکل مشاهده کرد ، جایی که شروع چرخه (BDC) با عدد 1 نشان داده می شود ، فرایند فشرده سازی تا نقطه 2 (TDC) است ، از 2 تا 3 منبع گرمایی است پیستون ثابت است با حرکت پیستون از نقطه 3 به 4 ، انبساط رخ می دهد. کار انجام شده با منطقه سایه دار At نشان داده شده است.

همچنین ، کل طرح را می توان در مختصات T S مشاهده کرد ، جایی که T مخفف دما است و S آنتروپی است که با تامین گرما به ماده رشد می کند ، و در تجزیه و تحلیل ما این مقدار شرطی است. نامگذاری Q p و Q 0 - مقدار گرمای تامین شده و حذف شده.

عیب سری Skyactiv این است که در مقایسه با Otto کلاسیک ، این موتورها دارای قدرت خاص (واقعی) کمتری هستند ؛ در موتور 2.3 لیتری با شش سیلندر ، تنها 211 اسب بخار قدرت دارد و سپس با احتساب توربوشارژ و 5300 دور در دقیقه. اما موتورها مزایای محسوسی دارند:

• نسبت فشرده سازی بالا ؛
• توانایی تنظیم احتراق زود هنگام ، در حالی که منفجر نشدن ؛
• اطمینان از شتاب سریع از یک مکان ؛
• راندمان بالا.

و مزیت مهم دیگر موتور چرخه میلر از مزدا مصرف اقتصادی سوخت آن است ، به ویژه در بارهای کم و در دور آرام.

موتورهای اتکینسون روی اتومبیل های تویوتا

اگرچه چرخه اتکینسون در قرن 19 کاربرد عملی خود را پیدا نکرد ، اما ایده موتور آن در واحدهای قدرت قرن 21 اجرا شد. این موتورها بر روی برخی از خودروهای سواری هیبریدی تویوتا نصب شده اند که هم با بنزین و هم با برق کار می کنند. باید توضیح داد که نظریه اتکینسون هرگز به شکل خالص خود استفاده نمی شود ؛ بلکه پیشرفت های جدید مهندسان تویوتا را می توان ICE نامید که بر اساس چرخه اتکینسون / میلر طراحی شده اند ، زیرا از مکانیزم میل لنگ استاندارد استفاده می کنند. کاهش چرخه فشرده سازی با تغییر فازهای توزیع گاز حاصل می شود ، در حالی که ضربه کار طولانی می شود. موتورهایی که از طرح مشابهی استفاده می کنند در خودروهای تویوتا یافت می شوند:

• پریوس ؛
• یاریس ؛
• اوریس ؛
• هایلندر ؛
• لکسوس GS 450h ؛
• لکسوس CT 200h؛
• لکسوس HS 250h ؛
• ویتز

طیف وسیعی از موتورها با طرح اتکینسون / میلر دائما در حال افزایش است ، بنابراین در ابتدای سال 2017 ، نگرانی ژاپنی تولید موتور 1.5 لیتری چهار سیلندر احتراق داخلی با بنزین اکتان بالا را تولید کرد که 111 اسب بخار قدرت دارد. نسبت فشرده سازی 13.5 در سیلندر: 1. این موتور مجهز به شیفت فاز VVT-IE است که می تواند بسته به سرعت و بار حالت Otto / Atkinson را تغییر دهد ، با این واحد قدرت خودرو می تواند در 11 ثانیه به سرعت 100 کیلومتر در ساعت برسد. موتور مقرون به صرفه است ، راندمان بالا (تا 38.5٪) ، شتاب عالی را فراهم می کند.

چرخه دیزل

اولین موتور دیزل توسط مخترع و مهندس آلمانی رودلف دیزل در سال 1897 طراحی و ساخته شد ، واحد قدرت بزرگ بود ، حتی بزرگتر از موتورهای بخار آن سالها بود. مانند موتور اتو ، چهار زمانه بود ، اما با یک شاخص کارآیی عالی ، سهولت استفاده مشخص شد و نسبت تراکم موتور احتراق داخلی به طور قابل توجهی بیشتر از واحد قدرت بنزین بود. اولین موتورهای دیزلی در اواخر قرن 19 با فرآورده های نفتی سبک و روغن های گیاهی کار می کردند ؛ همچنین سعی شد از گرد و غبار زغال سنگ به عنوان سوخت استفاده شود. اما آزمایش تقریباً بلافاصله شکست خورد:

• تأمین گرد و غبار به سیلندرها مشکل ساز بود.
• کربن ساینده به سرعت گروه پیستون سیلندر را از بین برد.

جالب اینجاست که مخترع انگلیسی هربرت آیکرید استوارت دو سال زودتر از رودلف دیزل موتور مشابهی را ثبت کرد ، اما دیزل موفق به طراحی مدلی با افزایش فشار سیلندر شد. مدل استوارت از نظر تئوری 12 efficiency بازده حرارتی را ارائه می دهد ، در حالی که مدل دیزل تا 50 efficiency کارایی دارد.

در سال 1898 ، گوستاو ترینکلر یک موتور روغن فشار قوی مجهز به پیش اتاق طراحی کرد ، این مدل نمونه اولیه موتورهای مدرن احتراق داخلی دیزل است.

موتورهای دیزلی مدرن برای خودروها

موتور بنزینی چرخه اتو و موتور دیزل ، مفهوم ساخت و ساز تغییر نکرده است ، اما موتور احتراق داخلی دیزلی مدرن با اجزای اضافی "بزرگ" شده است: توربوشارژر ، سیستم کنترل سوخت رسانی الکترونیکی ، کولر ، سنسورهای مختلف و به زودی. به تازگی ، بیشتر و بیشتر واحدهای قدرت با تزریق مستقیم سوخت "Common Rail" در حال توسعه و راه اندازی هستند ، که گازهای خروجی سازگار با محیط زیست را مطابق با نیازهای مدرن ، فشار تزریق بالا ارائه می دهد. دیزل های تزریق مستقیم نسبت به موتورهای دارای سیستم سوخت معمولی دارای مزایای ملموسی هستند:

• مصرف اقتصادی سوخت ؛
• دارای قدرت بالاتری برای حجم مشابه هستند.
• کار با سطح سر و صدای کم ؛
• به خودرو اجازه می دهد شتاب بیشتری بگیرد.

معایب موتورهای معمولی ریلی: پیچیدگی نسبتاً بالا ، نیاز به تعمیر و نگهداری برای استفاده از تجهیزات ویژه ، دقت در کیفیت سوخت دیزل ، هزینه نسبتاً بالا. مانند موتورهای احتراق داخلی بنزینی ، موتورهای دیزلی همواره در حال پیشرفت هستند و از نظر فنی پیشرفته تر و پیچیده تر می شوند.

ویدیو:چرخه OTTO ، اتکینسون و میلر ، تفاوت چیست:

چرخه میلر در سال 1947 توسط مهندس آمریکایی رالف میلر به عنوان راهی برای ترکیب مزایای موتور اتکینسون با مکانیسم پیستونی ساده موتور اتو پیشنهاد شد. میلر به جای این که ضربه تراکمی را از نظر مکانیکی کوتاهتر از ضربه مغزی (مانند موتور کلاسیک اتکینسون ، که پیستون سریعتر از پایین حرکت می کند) کوتاه تر کند ، ایده کاهش ضربه فشاری را با استفاده از ضربه ورودی ، حفظ کرد. حرکت پیستون در سرعت بالا و پایین یکسان است (مانند موتور اتو کلاسیک).

برای انجام این کار ، میلر دو رویکرد متفاوت را پیشنهاد کرد: یا شیر ورودی را خیلی زودتر از پایان ضربه ورودی ببندید (یا دیرتر از ابتدای این ضربه باز کنید) ، یا آن را خیلی دیرتر از پایان این سکته مغزی ببندید. اولین رویکرد در میان مهندسان موتور به طور مرسوم "مصرف کوتاه" و دومین "تراکم کوتاه" نامیده می شود. در نهایت ، هر دو این رویکردها یک چیز را ارائه می دهند: کاهش واقعینسبت تراکم مخلوط کار نسبت به هندسی ، در حالی که نسبت انبساط یکسانی را حفظ می کند (یعنی ضربه مغزی کار همانند موتور اتو باقی می ماند و به نظر می رسد ضربه فشاری کاهش می یابد - مانند اتکینسون ، فقط آن را نه در زمان ، بلکه در نسبت فشرده سازی مخلوط کاهش می دهد) ...

بنابراین ، مخلوط موجود در موتور میلر کمتر از فشرده سازی در موتور اتو با هندسه مکانیکی مشابه فشرده می شود. این امر باعث می شود نسبت تراکم هندسی (و بر این اساس ، نسبت انبساط!) فراتر از محدوده تعیین شده توسط خواص ضربه ای سوخت افزایش یابد - فشرده سازی واقعی را به مقادیر قابل قبول با توجه به "کوتاه شدن چرخه فشرده سازی " به عبارت دیگر ، برای همان واقعینسبت تراکم (محدودیت سوخت) ، موتور میلر نسبت انبساط بیشتری نسبت به موتور اتو دارد. این امر امکان استفاده کاملتر از انرژی گازهای منبسط کننده در سیلندر را فراهم می آورد ، که در واقع بازده حرارتی موتور را افزایش می دهد ، کارایی بالای موتور را تضمین می کند و غیره.

مزیت افزایش بازده حرارتی چرخه میلر نسبت به چرخه اتو با از دست دادن حداکثر توان خروجی برای یک اندازه (و وزن) موتور معین به دلیل تخریب سیلندر تخریب شده همراه است. از آنجا که یک موتور میلر بزرگتر برای دستیابی به توان خروجی مشابه موتور اتو مورد نیاز است ، سود حاصل از بهبود کارایی حرارتی چرخه تا حدی صرف افزایش تلفات مکانیکی (اصطکاک ، ارتعاش و غیره) با اندازه موتور می شود.

کنترل کامپیوتری سوپاپ ها به شما امکان می دهد درجه پر شدن سیلندر را در حین کار تغییر دهید. این امر باعث می شود حداکثر قدرت از موتور خارج شود ، با وخامت عملکرد اقتصادی ، و یا با کاهش قدرت به اقتصاد بهتری برسیم.

یک مشکل مشابه با یک موتور پنج زمانه حل می شود ، که در آن انبساط اضافی در یک سیلندر جداگانه انجام می شود.

چرخه میلر ( چرخه میلر) در سال 1947 توسط مهندس آمریکایی رالف میلر به عنوان راهی برای ترکیب مزایای موتور اتکینسون با مکانیزم پیستون ساده موتور دیزل یا اتو پیشنهاد شد.

چرخه به منظور کاهش ( كاهش دادن) دما و فشار بار هوای تازه ( دمای هوا را شارژ کنید) قبل از فشرده سازی ( فشرده سازی) در استوانه در نتیجه ، دمای احتراق در سیلندر به دلیل انبساط آدیاباتیک کاهش می یابد ( گسترش آدیاباتیک) شارژ هوای تازه هنگام ورود به سیلندر.

مفهوم چرخه میلر شامل دو گزینه است ( دو نوع):

الف) انتخاب زمان بسته شدن زودرس ( زمان بسته شدن پیشرفته) دریچه ورودی ( دریچه ورودی) یا بسته شدن جلو - قبل از مرکز مرده پایین ( پایین مرکز مرده);

ب) انتخاب زمان بسته شدن دریچه ورودی دیر هنگام - پس از مرکز مرده پایین (BDC).

چرخه میلر در ابتدا مورد استفاده قرار گرفت ( در ابتدا استفاده شد) برای افزایش قدرت خاص برخی از موتورهای دیزلی ( برخی از موتورها) کاهش دمای هوای تازه ( کاهش دمای شارژ) در سیلندر موتور منجر به افزایش قدرت بدون هیچ تغییر قابل توجهی شد ( تغییرات عمدهبلوک سیلندر ( واحد سیلندر) این به این دلیل بود که کاهش دما در ابتدای چرخه نظری ( در ابتدای چرخه) چگالی بار هوا را افزایش می دهد ( تراکم هوا) بدون تغییر فشار ( تغییر فشار) در استوانه در حالی که قدرت مکانیکی موتور ( محدودیت مکانیکی موتور) به قدرت بالاتر منتقل می شود ( قدرت بالاتر) ، حد بار حرارتی ( محدودیت بار حرارتی) به دمای متوسط ​​پایین تر تغییر می کند ( دمای متوسط ​​پایین تر) چرخه

پس از آن ، چرخه میلر از نظر کاهش انتشار NOx مورد توجه قرار گرفت. انتشار شدید انتشارات مضر NOx زمانی شروع می شود که درجه حرارت در سیلندر موتور از 1500 درجه سانتی گراد تجاوز می کند - در این حالت ، اتم های نیتروژن در نتیجه از دست دادن یک یا چند اتم از نظر شیمیایی فعال می شوند. و هنگام استفاده از چرخه میلر ، هنگامی که دمای چرخه کاهش می یابد ( کاهش دمای چرخه) بدون تغییر قدرت ( قدرت ثابت) کاهش 10 درصدی انتشار NOx در بار کامل و 1 (( درصد) کاهش مصرف سوخت به طور عمده ( به طور عمده) این با کاهش تلفات گرما توضیح داده می شود ( تلفات حرارتی) در همان فشار سیلندر ( سطح فشار سیلندر).

با این حال ، فشار افزایش قابل توجهی بالاتر ( افزایش قابل ملاحظه فشار) در همان قدرت و نسبت هوا به سوخت ( نسبت هوا به سوخت) انتشار چرخه میلر را دشوار کرد. اگر حداکثر فشار توربوشارژ گاز قابل دستیابی ( حداکثر فشار قابل افزایش) نسبت به فشار متوسط ​​موثر مطلوب بسیار کم خواهد بود ( میانگین فشار م desiredثر مطلوب) ، این امر منجر به محدودیت قابل توجهی در عملکرد می شود ( تخریب قابل توجه) حتی اگر فشار تقویت کننده به اندازه کافی بالا باشد ، احتمال کاهش مصرف سوخت تا حدی خنثی می شود ( تا حدی خنثی شده است) به دلیل سرعت زیاد ( خیلی سریع) کاهش کارایی کمپرسور و توربین ( کمپرسور و توربین) توربوشارژر گازی در نسبتهای فشرده سازی بالا ( نسبت فشرده سازی بالا) بنابراین ، استفاده عملی از چرخه میلر مستلزم استفاده از توربوشارژر گازی با نسبت فشار بسیار بالا ( نسبت فشار کمپرسور بسیار بالا) و راندمان بالا در نسبتهای فشرده سازی بالا ( کارایی عالی در نسبتهای فشار بالا).

برنج. 6. سیستم توربوشارژ دو مرحله ای

بنابراین در موتورهای سریع 32FX شرکت " مهندسی نیگاتا»حداکثر فشار احتراق P max و دما در محفظه احتراق ( محفظه احتراق) در سطح نرمال کاهش می یابد ( سطح عادی) اما در عین حال ، میانگین فشار م (ثر ( ترمز به معنی فشار مثر است) و سطح انتشارات مضر NOx ( کاهش انتشار NOx).

در موتور دیزلی 6L32FX از نییگاتا ، اولین گزینه از چرخه میلر انتخاب می شود: بستن زود هنگام شیر ورودی 10 درجه قبل از BDC (BDC) ، به جای 35 درجه پس از BDC ( بعد از BDC) مانند موتور 6L32CX. با کاهش زمان پر شدن ، در فشار افزایش طبیعی ( افزایش فشار طبیعی) حجم کمتری از بار هوای تازه وارد سیلندر می شود ( حجم هوا کاهش می یابد) بر این اساس ، جریان فرآیند احتراق سوخت در سیلندر بدتر می شود و در نتیجه ، قدرت خروجی کاهش می یابد و دمای گازهای خروجی افزایش می یابد ( دمای خروجی بالا می رود).

برای بدست آوردن توان خروجی یکسان ( خروجی هدفمند) لازم است حجم هوا را با کاهش زمان ورود آن به سیلندر افزایش دهید. برای انجام این کار ، فشار تقویت کننده را افزایش دهید ( افزایش فشار بوست).

در همان زمان ، یک سیستم توربوشارژ گاز تک مرحله ای ( توربوشارژ تک مرحله ای) نمی تواند فشار افزایش بیشتری را ارائه دهد ( افزایش فشار بیشتر).

بنابراین ، یک سیستم دو مرحله ای توسعه داده شد ( سیستم دو مرحله ای) توربوشارژ گازی ، که در آن توربوشارژر فشار پایین و بالا ( توربوشارژرهای فشار قوی و فشار بالا) به ترتیب مرتب می شوند ( به صورت سری متصل شده است) در دنباله. پس از هر توربوشارژر ، دو اینترکولر نصب می شود ( کولرهای هوایی مداخله کننده).

معرفی چرخه میلر همراه با سیستم توربوشارژ دو مرحله ای گاز باعث شد ضریب توان به 38.2 (متوسط ​​فشار م --ثر - 3.09 مگاپاسکال ، سرعت متوسط ​​پیستون - 12.4 متر بر ثانیه) در 110٪ بار افزایش یابد ( حداکثر بار ادعا شده) این بهترین نتیجه برای موتورهای با قطر پیستون 32 سانتی متر است.

علاوه بر این ، به طور موازی ، کاهش 20 درصدی سطح NOx ( سطح انتشار NOx) حداکثر تا 5.8 گرم / کیلو وات ساعت در استاندارد IMO 11.2 گرم / کیلو وات ساعت. مصرف سوخت ( مصرف سوختهنگام کار در بارهای کم کمی افزایش یافته است ( بارهای کم) کار کردن با این حال ، در بارهای متوسط ​​و زیاد ( بارهای بالاتر) مصرف سوخت 75 درصد کاهش یافته است.

بنابراین ، بازده موتور اتکینسون به دلیل کاهش مکانیکی در زمان (پیستون سریعتر از پایین به سمت بالا حرکت می کند) ضربه فشاری نسبت به ضربه کار (سکته مغزی انبساط) افزایش می یابد. در چرخه میلر سکته فشاری در رابطه با سکته مغزی به دلیل فرآیند مصرف کاهش یا افزایش می یابد ... در همان زمان ، سرعت حرکت پیستون به بالا و پایین ثابت می ماند (مانند موتور کلاسیک اتو دیزل).

در همان فشار افزایش ، بار سیلندر با هوای تازه به دلیل کاهش زمان کاهش می یابد ( با زمان بندی مناسب کاهش می یابد) باز کردن شیر ورودی ( دریچه ورودی) بنابراین ، یک بار تازه هوا ( هوا را شارژ کنید) در توربوشارژ فشرده می شود ( فشرده شده) برای افزایش فشار بیشتر از آنچه برای چرخه موتور لازم است ( چرخه موتور) بنابراین ، با افزایش فشار بار با کاهش زمان باز شدن دریچه ورودی ، همان قسمت از هوای تازه وارد سیلندر می شود. در این حالت ، بار هوای تازه ، با عبور از یک ناحیه جریان ورودی نسبتاً باریک ، در سیلندرها (اثر گاز) گسترش می یابد ( استوانه ها) ، و بر این اساس ، سرد می شود ( سرد شدن متعاقب آن).