اسلاید 4

چرخه اتکینسون

مهندس بریتانیایی جیمز اتکینسون، حتی قبل از جنگ، چرخه خود را ارائه کرد، که کمی با چرخه اتو متفاوت است - نمودار نشانگر او مشخص شده است. سبز. تفاوت در چیست؟ اولاً حجم محفظه احتراق چنین موتوری (با همان حجم کاری) کوچکتر است و بر این اساس نسبت تراکم بالاتر است. بنابراین، بالاترین نقطه در نمودار نشانگر در سمت چپ، در ناحیه حجم کوچکتر سوپرپیستونی قرار دارد. و نسبت انبساط (همان نسبت تراکم، فقط در معکوس) نیز بیشتر است - به این معنی که ما کارآمدتر هستیم، از انرژی گازهای خروجی در یک پیستون طولانی تر استفاده می کنیم و تلفات اگزوز کمتری داریم (این با گام کوچکتر در سمت راست). سپس همه چیز یکسان است - ضربه های اگزوز و ورودی وجود دارد.

اسلاید 5

حالا اگر همه چیز طبق چرخه اتو اتفاق افتاد و دریچه ورودیاگر در BDC بسته می شد، منحنی تراکم بالا می رفت و فشار در انتهای ضربه بیش از حد خواهد بود - بالاخره در اینجا نسبت تراکم بالاتر است! جرقه نه با فلاش مخلوط، بلکه با یک انفجار انفجاری همراه خواهد بود - و موتور که حتی یک ساعت کار نکرده بود، در انفجار می میرد. اما در مورد مهندس بریتانیایی جیمز اتکینسون اینطور نبود! او تصمیم گرفت فاز ورودی را گسترش دهد - پیستون به BDC می رسد و بالا می رود، در حالی که دریچه ورودی تقریباً تا نیمه باز می ماند. سرعت کاملپیستون بخشی از مخلوط قابل احتراق تازه به داخل رانده می شود منیفولد ورودی، که فشار را در آنجا افزایش می دهد - یا بهتر است بگوییم خلاء را کاهش می دهد. این به شما امکان می دهد در بارهای کم و متوسط ​​بیشتر باز کنید سوپاپ دریچه گاز. به همین دلیل است که خط مکش در نمودار چرخه اتکینسون بیشتر و تلفات پمپاژ موتور کمتر از سیکل اتو است.

اسلاید 6

چرخه اتکینسون

بنابراین، حرکت تراکم، زمانی که دریچه ورودی بسته می‌شود، با حجم کمتری بالای پیستون شروع می‌شود، همانطور که با خط تراکم سبز نشان داده شده است که از نیمه پایین خط ورودی افقی پایین شروع می‌شود. به نظر می رسد هیچ چیز ساده تر نیست: نسبت تراکم را افزایش دهید، مشخصات بادامک های ورودی را تغییر دهید و ترفند انجام شده است - موتور چرخه اتکینسون آماده است! اما واقعیت این است که برای دستیابی به عملکرد دینامیکی خوب در کل محدوده عملیاتی سرعت موتور، لازم است که خروج مخلوط قابل احتراق در طول چرخه مکش طولانی با استفاده از بوست، جبران شود. در این مورد- سوپرشارژر مکانیکی و درایو آن سهم شیر از انرژی موتور را می گیرد که از پمپاژ و تلفات اگزوز بازیابی می شود. استفاده از چرخه اتکینسون در موتور تنفس طبیعی تویوتا پریوس هیبریدی به دلیل این واقعیت است که در حالت سبک وزن کار می کند.

اسلاید 7

چرخه میلر

چرخه میلر یک چرخه ترمودینامیکی است که در موتورهای احتراق داخلی چهار زمانه استفاده می شود. چرخه میلر در سال 1947 توسط مهندس آمریکایی رالف میلر به عنوان راهی برای ترکیب مزایای موتور آنتکینسون با مکانیزم پیستونی ساده تر موتور اتو پیشنهاد شد.

اسلاید 8

به‌جای اینکه حرکت فشاری از نظر مکانیکی کوتاه‌تر از ضربه قدرتی باشد (مانند موتور کلاسیکاتکینسون، جایی که پیستون سریع‌تر از پایین حرکت می‌کند، میلر به این فکر افتاد که ضربات فشرده‌سازی را به قیمت ضربه ورودی کوتاه کند، و پیستون را با همان سرعت بالا و پایین نگه دارد (مانند اتو کلاسیک). موتور).

اسلاید 9

برای این کار، میلر دو رویکرد متفاوت را پیشنهاد کرد: بستن شیر ورودی به طور قابل توجهی زودتر از پایان ضربه ورودی (یا باز کردن آن دیرتر از شروع این ضربه)، بستن آن به میزان قابل توجهی دیرتر از پایان این ضربه.

اسلاید 10

رویکرد اول برای موتورها به طور معمول "مصرف کوتاه" نامیده می شود و دومی "تراکم کوتاه" است. هر دوی این رویکردها به یک چیز دست می یابند: کاهش نسبت فشرده سازی واقعی مخلوط کارینسبتاً هندسی، در حالی که درجه انبساط ثابتی را حفظ می کند (یعنی ضربان قدرت مانند موتور اتو باقی می ماند و به نظر می رسد سکته تراکم کوتاه شده است - مانند اتکینسون، فقط نه در زمان، بلکه در درجه کوتاه می شود. فشرده سازی مخلوط)

اسلاید 11

رویکرد دوم میلر

این رویکرد از نظر تلفات تراکمی تا حدودی سودآورتر است و بنابراین این رویکرد است که عملاً به صورت سریالی اجرا می شود. موتورهای خودرومزدا "MillerCycle" در چنین موتوری، سوپاپ ورودی در انتهای کورس مکش بسته نمی شود، اما در اولین قسمت از حرکت تراکم باز می ماند. اگرچه کل حجم سیلندر با مخلوط هوا و سوخت در طول کورس ورودی پر شده بود، زمانی که پیستون در حرکت تراکمی به سمت بالا حرکت می کند، مقداری از مخلوط از طریق دریچه ورودی باز به منیفولد ورودی باز می گردد.

اسلاید 12

فشرده سازی مخلوط در واقع دیرتر شروع می شود، زمانی که دریچه ورودی در نهایت بسته می شود و مخلوط در سیلندر قفل می شود. بنابراین، مخلوط در موتور میلر کمتر از آن چیزی است که در موتور اتو با همان هندسه مکانیکی فشرده می شود. این امکان افزایش نسبت تراکم هندسی (و بر این اساس، نسبت انبساط!) را بیش از حد تعیین شده توسط خواص انفجار سوخت - منجر می شود. فشرده سازی واقعیبه ارزش های قابل قبولبه دلیل "کوتاه کردن چرخه فشرده سازی" که در بالا توضیح داده شد، اسلاید 15

نتیجه

اگر به هر دو چرخه اتکینسون و میلر دقت کنید، متوجه خواهید شد که هر دو دارای یک نوار پنجم اضافی هستند. او خودش را دارد ویژگی های خودو در واقع نه یک سکته مصرفی است و نه یک ضربه فشاری، بلکه یک سکته مغزی مستقل بین آنهاست. بنابراین، موتورهایی که بر اساس اصل اتکینسون یا میلر کار می کنند، پنج زمانه نامیده می شوند.

مشاهده همه اسلایدها

مزدا (معروف به Toyo Cogyo Corp) در میان دیگر شایستگی‌ها، به‌عنوان تحسین‌کننده بزرگ راه‌حل‌های غیرمتعارف شناخته می‌شود. مزدا با داشتن تجربه قابل توجه در توسعه و راه اندازی موتورهای پیستونی چهار زمانه معمولی، توجه زیادی به راه حل های جایگزین، و ما در مورد برخی از فناوری های کاملاً تجربی صحبت نمی کنیم، بلکه در مورد محصولات نصب شده در آن صحبت می کنیم خودروهای تولیدی. دو پیشرفت معروف عبارتند از: موتور پیستونیبا چرخه میلر و موتور دواروانکل، در رابطه با آن شایان ذکر است که ایده‌های زیربنایی این موتورها در آزمایشگاه‌های مزدا متولد نشده‌اند، اما این شرکت بود که توانست نوآوری‌های اصلی را به ذهن بیاورد. اغلب اتفاق می افتد که تمام پیشرفت یک فناوری توسط یک فرآیند تولید گران قیمت، ناکارآمدی در ترکیب محصول نهایی یا دلایل دیگر نفی می شود. در مورد ما، ستارگان ترکیب موفقی را تشکیل دادند و میلر و وانکل به عنوان بخشی از خودروهای مزدا شروع به زندگی کردند.

چرخه احتراق مخلوط هوا و سوختدر یک موتور چهار زمانه سیکل اتو نامیده می شود. اما تعداد کمی از علاقه مندان به خودرو می دانند که نسخه بهبود یافته ای از این چرخه وجود دارد - چرخه میلر، و این مزدا بود که موفق شد یک موتور واقعاً کارآمد مطابق با مفاد چرخه میلر بسازد - این موتور در سال 1993 به Xedos مجهز شد. 9 ماشین، همچنین به عنوان Millenia و Eunos 800 شناخته می شود. این V شکل موتور شش سیلندربا حجم 2.3 لیتر برای اولین بار در جهان کار کرد موتور سریالمیلر. در مقایسه با موتورهای معمولی، گشتاور یک موتور سه لیتری را با مصرف سوخت یک موتور دو لیتری توسعه می دهد. چرخه میلر از انرژی احتراق مخلوط هوا و سوخت به طور موثرتری استفاده می کند، بنابراین موتور قدرتمند فشرده تر و از نظر زیست محیطی کارآمدتر است.

در میلر مزدا ویژگی های زیر: قدرت 220 لیتر با. در 5500 دور در دقیقه، گشتاور 295 نیوتن متر در 5500 دور در دقیقه - و این در سال 1993 با حجم 2.3 لیتر به دست آمد. چگونه این امر محقق شد؟ به دلیل برخی نامتناسب بودن ضربات. مدت زمان آنها متفاوت است، بنابراین درجه فشرده سازی و درجه انبساط، مقادیر اصلی که عملکرد موتور احتراق داخلی را توصیف می کنند، یکسان نیستند. برای مقایسه، در یک موتور اتو مدت زمان هر چهار ضربه یکسان است: ورودی، فشرده سازی مخلوط، ضربه پیستون، اگزوز - و درجه تراکم مخلوط برابر با درجه انبساط گازهای احتراق است. .

افزایش نسبت انبساط باعث می شود که پیستون بتواند کار کند کارت عالی بود- این به طور قابل توجهی افزایش می یابد راندمان موتور. اما طبق منطق چرخه اتو، نسبت تراکم نیز افزایش می یابد و در اینجا یک حد مشخص وجود دارد که بیش از آن فشرده سازی مخلوط غیرممکن است و انفجار رخ می دهد. گزینه ایده آل خود را نشان می دهد: افزایش درجه انبساط، کاهش درجه فشرده سازی در صورت امکان، که در رابطه با چرخه اتو غیرممکن است.

مزدا توانست بر این تناقض غلبه کند. در موتور سیکل میلر آن، کاهش نسبت تراکم با ایجاد تاخیر در شیر ورودی به دست می آید - باز می ماند و بخشی از مخلوط به منیفولد ورودی باز می گردد. در این حالت، فشرده سازی مخلوط نه زمانی آغاز می شود که پیستون از نقطه مرده پایینی عبور کرده باشد، بلکه در لحظه ای که قبلاً یک پنجم مسیر را طی کرده باشد، آغاز می شود. بالا مردهنکته ها. علاوه بر این، مخلوط کمی فشرده شده توسط یک کمپرسور Lysholm که نوعی آنالوگ سوپرشارژر است، به سیلندر عرضه می شود. اینگونه است که به راحتی بر پارادوکس غلبه می شود: مدت زمان ضربه فشرده سازی کمی کمتر از ضربه انبساط است و علاوه بر این، دمای موتور کاهش می یابد و فرآیند احتراق بسیار تمیزتر می شود.

یکی دیگر از ایده های موفق مزدا، توسعه یک موتور پیستونی دوار بر اساس ایده هایی است که تقریباً پنجاه سال پیش توسط مهندس فلیکس وانکل ارائه شد. امروز لذت بخشخودروهای اسپرت RX-7 و RX-8 با صدای موتور مشخصه "بیگانه" موتورهای چرخشی را در زیر کاپوت خود پنهان می کنند که از نظر تئوری شبیه به موتورهای پیستونی معمولی هستند اما در عمل کاملاً از این جهان خارج هستند. استفاده از موتورهای چرخشی وانکل در RX-8 به مزدا این امکان را داد که 190 یا حتی 230 اسب بخار قدرت را با حجم موتور تنها 1.3 لیتر در اختیار مزدا قرار دهد.

یک موتور دوار با وزن و ابعاد دو تا سه برابر کمتر از موتورهای پیستونی، می تواند قدرتی تقریباً برابر با قدرت موتور پیستونی دو برابر حجم تولید کند. نوعی جک در جعبه که شایسته توجه بیشتر است. در کل تاریخ صنعت خودرو، تنها دو شرکت در جهان موفق به ایجاد روتورهای کارآمد و نه چندان گران قیمت شدند - مزدا و ... VAZ.

مزدا RX-7

عملکرد پیستون در موتور پیستونی دوار توسط روتوری با سه رأس انجام می شود که به کمک آن فشار گازهای سوخته به حرکت چرخشی شفت تبدیل می شود. به نظر می رسد روتور در اطراف شفت می چرخد ​​و باعث چرخش دومی می شود و روتور در امتداد منحنی پیچیده ای به نام "اپی تروکوئید" حرکت می کند. برای یک دور چرخش شفت، روتور 120 درجه می چرخد ​​و برای نوبت کاملروتور در هر یک از محفظه هایی که روتور محفظه ثابت استاتور را به آن تقسیم می کند، یک چرخه کامل چهار زمانه "مصرف - فشرده سازی - ضربه قدرت - اگزوز" رخ می دهد.

جالب اینجاست که این فرآیند نیازی به مکانیزم توزیع گاز ندارد، فقط پنجره های ورودی و خروجی وجود دارد که توسط یکی از سه رأس روتور همپوشانی دارند. یکی دیگر از مزیت های غیرقابل انکار موتور وانکل این است که در مقایسه با معمول بسیار کوچکتر است موتور پیستونیتعداد قطعات متحرک، که به طور قابل توجهی لرزش موتور و ماشین را کاهش می دهد.

باید درک کرد که ماهیت بسیار کارآمد چنین موتوری بسیاری از کاستی ها را از بین نمی برد. اولا، اینها موتورهایی با سرعت بسیار بالا و در نتیجه بارگذاری بالا هستند که نیاز به روغن کاری و خنک کننده اضافی دارند. مثلا مصرف از 500 تا 1000 گرم مخصوص روغن معدنیبرای Wankel این یک چیز کاملاً رایج است، زیرا برای کاهش بارها باید مستقیماً به محفظه احتراق تزریق شود (به دلیل افزایش کک کردن اجزای موتور، مواد مصنوعی مناسب نیستند).

اشکال طراحی شاید تنها یکی باشد: هزینه بالای تولید و تعمیر، زیرا روتور و استاتور دقیق شکل بسیار پیچیده ای دارند و بنابراین بسیاری از نمایندگی های مزدا دارای یک مشکل جدی هستند. تعمیر گارانتیچنین موتورهایی بسیار ساده هستند: جایگزینی! مشکل دیگر این است که استاتور باید با موفقیت در برابر تغییر شکل های دما مقاومت کند: بر خلاف موتورهای معمولی، که در آن محفظه احتراق بارگذاری شده با گرما تا حدی در فاز ورودی و تراکم توسط یک مخلوط کاری تازه خنک می شود، در اینجا فرآیند احتراق همیشه در یک قسمت از موتور رخ می دهد. موتور، و ورودی در دیگری.

چرخه میلر - چرخه ترمودینامیکی مورد استفاده در موتورهای چهار زمانهاحتراق داخلی چرخه میلر در سال 1947 توسط مهندس آمریکایی رالف میلر به عنوان راهی برای ترکیب مزایای موتور اتکینسون با مکانیسم پیستونی ساده تر موتور اتو پیشنهاد شد. میلر به جای اینکه حرکت تراکم را از نظر مکانیکی کوتاه‌تر از کورس قدرت کند (مانند موتور کلاسیک اتکینسون، که در آن پیستون سریع‌تر از پایین‌تر به سمت بالا حرکت می‌کند)، میلر به این فکر افتاد که ضربان تراکم را به قیمت کورس ورودی کوتاه‌تر کند. با حفظ سرعت بالا و پایین پیستون (مانند موتور کلاسیک اتو).

برای انجام این کار، میلر دو رویکرد متفاوت را پیشنهاد کرد: یا شیر ورودی را به طور قابل توجهی زودتر از پایان ضربه مکش ببندید (یا دیرتر از ابتدای این ضربه باز کنید)، یا آن را به میزان قابل توجهی دیرتر از پایان این ضربه ببندید. اولین رویکرد در بین متخصصان موتور به طور معمول "مصرف کوتاه" و دوم - "فشرده سازی کوتاه" نامیده می شود. در نهایت، هر دوی این رویکردها یک چیز را به دست می‌دهند: کاهش نسبت تراکم واقعی مخلوط کاری نسبت به هندسی، در حالی که نسبت انبساط ثابت را حفظ می‌کند (یعنی ضربان قدرت مانند موتور اتو باقی می‌ماند. و به نظر می رسد ضربه فشرده سازی کوتاه شده است - مانند اتکینسون، فقط نه با زمان، بلکه با درجه فشرده سازی مخلوط کاهش می یابد). بیایید نگاهی دقیق تر به رویکرد دوم میلر بیندازیم.- از آنجایی که از نظر تلفات تراکم تا حدودی سودمندتر است و بنابراین این است که عملاً در موتورهای اتومبیل سری مزدا "Miller Cycle" اجرا می شود (مانند موتور 2.3 لیتری V6 با سوپرشارژر مکانیکی روی آن نصب شده است. ماشین مزدا Xedos-9 و اخیراً آخرین موتور I4 تنفسی از این نوع با حجم 1.3 لیتر توسط مدل مزدا-2 دریافت شد.

در چنین موتوری، سوپاپ ورودی در انتهای کورس مکش بسته نمی شود، اما در اولین قسمت از حرکت تراکم باز می ماند. اگر چه در سکته مغزی مصرف مخلوط سوخت و هوااز آنجایی که کل حجم سیلندر پر شده است، مقداری از مخلوط از طریق دریچه ورودی باز به داخل منیفولد ورودی باز می گردد، زیرا پیستون در حرکت فشاری به سمت بالا حرکت می کند. فشرده سازی مخلوط در واقع دیرتر شروع می شود، زمانی که دریچه ورودی در نهایت بسته می شود و مخلوط در سیلندر قفل می شود. بنابراین، مخلوط در موتور میلر کمتر از آن چیزی است که در موتور اتو با همان هندسه مکانیکی فشرده می شود. این امکان افزایش نسبت تراکم هندسی (و بر این اساس، نسبت انبساط!) را بیش از حد تعیین شده توسط خواص انفجار سوخت فراهم می کند - به دلیل "کوتاه شدن" در بالا توضیح داده شده، فشرده سازی واقعی را به مقادیر قابل قبول می رساند. چرخه فشرده سازی». به عبارت دیگر، برای همان نسبت تراکم واقعی (محدود شده توسط سوخت)، موتور میلر نسبت انبساط بسیار بالاتری نسبت به موتور اتو دارد. این امکان استفاده کاملتر از انرژی گازهای در حال انبساط در سیلندر را فراهم می کند که در واقع باعث افزایش راندمان حرارتی موتور، تضمین راندمان بالای موتور و غیره می شود.

البته جابجایی شارژ معکوس به معنای کاهش عملکرد قدرت موتور است و برای موتورهای جویعملیات در چنین چرخه ای فقط در یک حالت بار جزئی نسبتاً باریک منطقی است. در مورد زمان‌بندی ثابت سوپاپ، تنها استفاده از سوپرشارژ می‌تواند این را در کل محدوده دینامیکی جبران کند. در مدل های هیبریدی، عدم کشش در شرایط نامساعد با کشش موتور الکتریکی جبران می شود.

مزیت افزایش راندمان حرارتی سیکل میلر نسبت به چرخه اتو با از دست دادن پیک توان خروجی همراه است. اندازه داده شده(و جرم) موتور به دلیل خراب شدن پر شدن سیلندر. از آنجایی که برای به دست آوردن توان خروجی یکسان به یک موتور میلر نیاز است اندازه بزرگترنسبت به موتور اتو، سود حاصل از افزایش راندمان حرارتی چرخه تا حدی صرف تلفات مکانیکی (اصطکاک، لرزش و غیره) می شود که با اندازه موتور افزایش می یابد. به همین دلیل مهندسان مزدا اولین خود را ساختند موتور سریالبا چرخه میلر نه جوی. هنگامی که آنها یک سوپرشارژر از نوع Lysholm را به موتور متصل کردند، توانستند چگالی توان بالا را بدون از دست دادن بسیاری از راندمان ارائه شده توسط چرخه میلر بازیابی کنند. این تصمیم بود که جذابیت را مشخص کرد موتور مزدا V6 "Miller Cycle"، نصب شده روی مزدا Xedos-9 (Millenia یا Eunos-800). از این گذشته ، با حجم کاری 2.3 لیتر ، 213 اسب بخار قدرت تولید می کند. و گشتاور 290 نیوتن متر که معادل مشخصات موتورهای معمولی 3 لیتری تنفس طبیعی است و در عین حال مصرف سوخت برای چنین موتورهایی موتور قدرتمندبر ماشین بزرگبسیار کم - در بزرگراه 6.3 لیتر در 100 کیلومتر، در شهر - 11.8 لیتر در 100 کیلومتر، که مربوط به عملکرد موتورهای 1.8 لیتری بسیار کم قدرت است. توسعه بیشتر فناوری به مهندسان مزدا این امکان را داد تا بدون استفاده از سوپرشارژرها، موتور سیکل میلر را با ویژگی‌های توان ویژه قابل قبول بسازند. سیستم جدیدتغییر متوالی در زمان باز شدن سوپاپ سیستم زمان بندی متوالی سوپاپ، که به صورت دینامیکی فازهای ورودی و خروجی را کنترل می کند، به شما این امکان را می دهد که تا حدی افت حداکثر توان ذاتی در چرخه میلر را جبران کنید. موتور جدید 4 سیلندر خطی 1.3 لیتری در دو نسخه توان 74 تولید خواهد شد. اسب بخار(118 نیوتن متر گشتاور) و 83 اسب بخار (121 نیوتن متر). در عین حال، مصرف سوخت این موتورها در مقایسه با یک موتور معمولی با همان قدرت، 20 درصد کاهش یافته است - به کمی بیش از چهار لیتر در هر صد کیلومتر. علاوه بر این، سمیت موتور سیکل میلر 75 درصد کمتر از نیازهای محیطی مدرن است. پیاده سازیدر کلاسیک موتورهای تویوتادهه 90 با فازهای ثابت، بر اساس چرخه اتو کار می کند، دریچه ورودی پس از BDC در 35-45 درجه بسته می شود (با توجه به زاویه چرخش) میل لنگ، نسبت تراکم 9.5-10.0 است. در بیشتر موتورهای مدرنبا VVT، محدوده احتمالی بسته شدن دریچه ورودی به 5-70 درجه پس از BDC افزایش یافت، نسبت تراکم به 10.0-11.0 افزایش یافت. در موتورهای مدل های هیبریدی که فقط در چرخه میلر کار می کنند، محدوده بسته شدن سوپاپ ورودی 80-120 درجه ... 60-100 درجه بعد از BDC است. نسبت تراکم هندسی - 13.0-13.5. در اواسط دهه 2010، موتورهای جدید ظاهر شدند طیف گسترده ایزمان بندی متغیر سوپاپ (VVT-iW)، که می تواند هم در چرخه معمولی و هم در چرخه میلر کار کند. برای نسخه های اتمسفر، محدوده بسته شدن دریچه ورودی 30-110 درجه بعد از BDC با نسبت تراکم هندسی 12.5-12.7، برای نسخه های توربو به ترتیب 10-100 درجه و 10.0 است.

چرخه میلر در سال 1947 توسط مهندس آمریکایی رالف میلر به عنوان راهی برای ترکیب مزایای موتور اتکینسون با مکانیسم پیستونی ساده تر موتور اتو پیشنهاد شد. میلر به جای اینکه حرکت تراکم را از نظر مکانیکی کوتاه‌تر از کورس قدرت کند (مانند موتور کلاسیک اتکینسون، که در آن پیستون سریع‌تر از پایین‌تر به سمت بالا حرکت می‌کند)، میلر به این فکر افتاد که ضربان تراکم را به قیمت کورس ورودی کوتاه‌تر کند. با حفظ سرعت بالا و پایین پیستون (مانند موتور کلاسیک اتو).

برای انجام این کار، میلر دو رویکرد متفاوت را پیشنهاد کرد: یا شیر ورودی را به طور قابل توجهی زودتر از پایان ضربه مکش ببندید (یا دیرتر از ابتدای این ضربه باز کنید)، یا آن را به میزان قابل توجهی دیرتر از پایان این ضربه ببندید. رویکرد اول در بین متخصصان موتور به طور معمول "مصرف کوتاه" و دوم - "فشرده سازی کوتاه" نامیده می شود. در نهایت، هر دوی این رویکردها به یک چیز می رسند: کاهش واقعیدرجه تراکم مخلوط کار نسبت به هندسی، در حالی که درجه انبساط ثابتی را حفظ می کند (یعنی ضربان قدرت مانند موتور اتو باقی می ماند و به نظر می رسد فشار فشرده سازی کوتاه شده است - مانند اتکینسون، فقط نه در زمان، بلکه در درجه فشرده سازی مخلوط کوتاه می شود).

بنابراین، مخلوط در موتور میلر کمتر از آن چیزی است که در موتور اتو با همان هندسه مکانیکی فشرده می شود. این امکان افزایش نسبت تراکم هندسی (و بر این اساس، نسبت انبساط!) را بیش از حد تعیین شده توسط خواص انفجار سوخت فراهم می کند - به دلیل "کوتاه شدن" در بالا توضیح داده شده، فشرده سازی واقعی را به مقادیر قابل قبول می رساند. چرخه فشرده سازی». به عبارت دیگر، برای همان واقعینسبت تراکم (محدود شده توسط سوخت)، موتور میلر نسبت انبساط بسیار بالاتری نسبت به موتور اتو دارد. این امکان استفاده کاملتر از انرژی گازهای در حال انبساط در سیلندر را فراهم می کند که در واقع باعث افزایش راندمان حرارتی موتور، تضمین راندمان بالای موتور و غیره می شود.

مزیت افزایش راندمان حرارتی چرخه میلر نسبت به چرخه اتو با از دست دادن حداکثر توان خروجی برای اندازه موتور (و وزن) معین به دلیل کاهش پر شدن سیلندر همراه است. از آنجایی که برای بدست آوردن توان خروجی یکسان به یک موتور میلر بزرگتر از موتور اتو نیاز دارد، سود حاصل از افزایش بازده حرارتی چرخه تا حدی صرف تلفات مکانیکی (اصطکاک، لرزش و غیره) می شود که با اندازه موتور افزایش می یابد.

کنترل کامپیوتری سوپاپ ها به شما امکان می دهد درجه پر شدن سیلندر را در حین کار تغییر دهید. این امکان خروج از موتور را فراهم می کند حداکثر قدرت، زمانی که شاخص های اقتصادی بدتر می شوند یا در عین کاهش قدرت به کارایی بهتری می رسند.

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

اتکینسون، میلر، اتو و دیگران در گشت فنی کوتاه ما.

ابتدا بیایید بفهمیم که چرخه کار موتور چیست. موتور احتراق داخلی جسمی است که فشار حاصل از احتراق سوخت را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند و از آنجایی که با گرما کار می کند، یک موتور حرارتی است. بنابراین، یک چرخه برای یک موتور حرارتی یک فرآیند دایره ای است که در آن پارامترهای اولیه و نهایی تعیین کننده وضعیت سیال کار (در مورد ما، یک سیلندر با یک پیستون) مطابقت دارند. این پارامترها فشار، حجم، دما و آنتروپی هستند.

این پارامترها و تغییرات آنها هستند که نحوه عملکرد موتور و به عبارت دیگر چرخه آن را تعیین می کنند. بنابراین، اگر تمایل و دانش ترمودینامیک را دارید، می توانید چرخه عملکرد موتور حرارتی خود را ایجاد کنید. نکته اصلی این است که موتور خود را روشن کنید تا حق وجود خود را ثابت کنید.

چرخه اتو

ما با مهمترین چرخه عملیاتی شروع خواهیم کرد که امروزه تقریباً توسط تمام موتورهای احتراق داخلی استفاده می شود. این نام از نیکولاس آگوست اتو، مخترع آلمانی گرفته شده است. در ابتدا اتو از آثار ژان لنوار بلژیکی استفاده کرد. این مدل از موتور Lenoir به شما اطلاعاتی در مورد طراحی اصلی می دهد.

از آنجایی که Lenoir و Otto با مهندسی برق آشنایی نداشتند، احتراق در نمونه های اولیه آنها توسط یک شعله باز ایجاد شد که مخلوط داخل سیلندر را از طریق یک لوله مشتعل می کرد. تفاوت اصلی بین موتور اتو و موتور لنوار در قرارگیری سیلندر به صورت عمودی بود که باعث شد اتو از انرژی گازهای خروجی برای بالا بردن پیستون پس از ضربه برق استفاده کند. حرکت رو به پایین پیستون تحت تأثیر فشار اتمسفر آغاز شد. و پس از رسیدن فشار در سیلندر به اتمسفر، دریچه اگزوز باز شد و پیستون با جرم خود گازهای خروجی را جابجا کرد. این استفاده کامل از انرژی بود که باعث شد راندمان را به 15 درصد در آن زمان افزایش دهد که حتی از راندمان هم فراتر رفت. موتور بخار. علاوه بر این، این طراحی امکان استفاده از پنج بار را فراهم کرد سوخت کمتر، که سپس منجر به تسلط کامل چنین طرحی در بازار شد.

اما دستاورد اصلی اتو اختراع فرآیند چهار زمانه موتورهای احتراق داخلی است. این اختراع در سال 1877 ساخته شد و در همان زمان به ثبت رسید. اما صنعتگران فرانسوی در آرشیوهای خود جستجو کردند و دریافتند که ایده عملیات چهار زمانه توسط فرانسوی Beau de Roche چندین سال قبل از ثبت اختراع اتو توصیف شده است. این به ما امکان داد تا پرداخت حق اختراع را کاهش دهیم و شروع به توسعه موتورهای خود کنیم. اما به لطف تجربه، موتورهای اتو در صدر قرار گرفتند بهتر از رقبا. و تا سال 1897، 42 هزار نفر از آنها ساخته شد.

اما چرخه اتو دقیقاً چیست؟ این چهار مورد آشنای ما از مدرسه هستند سکته مغزی یخ- ورودی، فشرده سازی، سکته مغزی و اگزوز. تمام این فرآیندها زمان برابری می‌برند و مشخصات حرارتی موتور در نمودار زیر نشان داده شده است:

جایی که 1-2 فشرده سازی، 2-3 استروک قدرت، 3-4 اگزوز، 4-1 ورودی است. راندمان چنین موتوری به نسبت تراکم و توان آدیاباتیک بستگی دارد:

، که در آن n نسبت تراکم است، k توان آدیاباتیک یا نسبت ظرفیت گرمایی گاز در فشار ثابت به ظرفیت گرمایی گاز در حجم ثابت است.

به عبارت دیگر، این مقدار انرژی است که باید صرف شود تا گاز داخل سیلندر به حالت قبلی خود بازگردد.

چرخه اتکینسون

در سال 1882 توسط جیمز اتکینسون، مهندس بریتانیایی اختراع شد. چرخه اتکینسون بازده چرخه اتو را بهبود می بخشد، اما توان خروجی را کاهش می دهد. تفاوت اصلی در زمان های مختلف اجرا برای چرخه های مختلف موتور است.

طراحی خاص اهرم های موتور اتکینسون اجازه می دهد تا هر چهار حرکت پیستون تنها در یک چرخش میل لنگ کامل شود. همچنین این طرحضربات پیستون با طول های مختلف ایجاد می کند: حرکت پیستون در هنگام ورودی و خروجی طولانی تر از زمان فشرده سازی و انبساط است.

یکی دیگر از ویژگی های موتور این است که بادامک های زمان بندی سوپاپ (سوپاپ های باز و بسته) مستقیماً روی میل لنگ قرار دارند. این امر نیاز به نصب جداگانه را از بین می برد میل بادامک. علاوه بر این، نیازی به نصب گیربکس نیست، زیرا میل لنگبا نصف سرعت می چرخد در قرن نوزدهم، این موتور به دلیل مکانیک پیچیده اش رایج نشد، اما در پایان قرن بیستم با شروع استفاده از آن در هیبریدی ها، محبوبیت بیشتری پیدا کرد.

بنابراین، در لکسوس گران قیمتآیا چنین واحدهای عجیبی وجود دارد؟ نه چرخه اتکینسون شکل خالصهیچ کس قرار نبود آن را اجرا کند، اما اصلاح موتورهای معمولی برای آن کاملاً ممکن است. بنابراین، اجازه دهید برای مدت طولانی در مورد اتکینسون غرغر نکنیم و به چرخه ای برویم که او را به واقعیت رساند.

چرخه میلر

چرخه میلر در سال 1947 توسط مهندس آمریکایی رالف میلر به عنوان راهی برای ترکیب مزایای موتور اتکینسون با موتورهای بیشتر پیشنهاد شد. موتور سادهاتو. میلر به جای اینکه حرکت تراکم را از نظر مکانیکی کوتاه‌تر از کورس قدرت کند (مانند موتور کلاسیک اتکینسون، که در آن پیستون سریع‌تر از پایین‌تر به سمت بالا حرکت می‌کند)، میلر به این فکر افتاد که ضربان تراکم را به قیمت کورس ورودی کوتاه‌تر کند. با حفظ سرعت بالا و پایین پیستون (مانند موتور کلاسیک اتو).

برای انجام این کار، میلر دو رویکرد متفاوت را پیشنهاد کرد: یا شیر ورودی را به طور قابل توجهی قبل از پایان ضربه ورودی ببندید، یا آن را به طور قابل توجهی پس از پایان این ضربه ببندید. اولین رویکرد در بین رانندگان به طور معمول "مصرف کوتاه" و دوم - "فشرده سازی کوتاه" نامیده می شود. در نهایت، هر دوی این رویکردها یک چیز را ارائه می دهند: کاهش نسبت تراکم واقعی مخلوط کاری نسبت به هندسی در حالی که نسبت انبساط ثابت را حفظ می کند (یعنی ضربان قدرت مانند موتور اتو باقی می ماند، و تراکم به نظر می رسد سکته مغزی کوتاه شده است - مانند اتکینسون، فقط نه با زمان، بلکه با درجه فشرده سازی مخلوط کاهش می یابد.

بنابراین، مخلوط در موتور میلر کمتر از آن چیزی است که در موتور اتو با همان هندسه مکانیکی فشرده می شود. این امکان افزایش نسبت تراکم هندسی (و بر این اساس، نسبت انبساط!) را بیش از حد تعیین شده توسط خواص انفجار سوخت فراهم می کند - به دلیل "کوتاه شدن" در بالا توضیح داده شده، فشرده سازی واقعی را به مقادیر قابل قبول می رساند. چرخه فشرده سازی». به عبارت دیگر، برای همان نسبت تراکم واقعی (محدود شده توسط سوخت)، موتور میلر نسبت انبساط بسیار بالاتری نسبت به موتور اتو دارد. این امکان استفاده کاملتر از انرژی گازهای در حال انبساط در سیلندر را فراهم می کند که در واقع باعث افزایش راندمان حرارتی موتور، تضمین راندمان بالای موتور و غیره می شود. همچنین یکی از مزایای چرخه میلر امکان تغییر بیشتر در زمان اشتعال بدون خطر انفجار است که بیشتر فرصت های فراوانبرای مهندسان

مزیت افزایش راندمان حرارتی چرخه میلر نسبت به چرخه اتو با از دست دادن حداکثر توان خروجی برای اندازه موتور (و وزن) معین به دلیل کاهش پر شدن سیلندر همراه است. از آنجایی که دستیابی به توان خروجی یکسان به موتور میلر بزرگتری نسبت به موتور اتو نیاز دارد، سود حاصل از افزایش راندمان حرارتی چرخه تا حدی صرف افزایش تلفات مکانیکی (اصطکاک، لرزش و غیره) با اندازه موتور خواهد شد.

چرخه دیزل

و در نهایت، ارزش دارد که حداقل به طور خلاصه در مورد چرخه دیزل یادآوری کنیم. رودولف دیزل در ابتدا می خواست موتوری بسازد که تا حد امکان به چرخه کارنو نزدیک باشد، که در آن راندمان فقط با اختلاف دمای سیال کار تعیین می شود. اما از آنجایی که خنک کردن موتور تا صفر مطلق جالب نیست، دیزل مسیر دیگری را طی کرد. او حداکثر دما را افزایش داد، که برای آن شروع به فشرده کردن سوخت به مقادیری کرد که در آن زمان بازدارنده بود. موتور او واقعاً معلوم شد بازدهی بالا، اما در ابتدا روی نفت سفید کار می کرد. رودولف اولین نمونه های اولیه را در سال 1893 ساخت و تنها در آغاز قرن بیستم به سایر انواع سوخت از جمله دیزل روی آورد.

• ، 17 جولای 2015