Në industrinë e automobilave makinat e pasagjerëve kanë qenë në përdorim standard për më shumë se një shekull motorët djegia e brendshme . Ata kanë disa disavantazhe me të cilat shkencëtarët dhe dizajnerët po luftojnë për vite me radhë. Si rezultat i këtyre studimeve, fitohen "motorë" mjaft interesantë dhe të çuditshëm. Një prej tyre do të diskutohet në këtë artikull.

Historia e ciklit Atkinson

Historia e krijimit të një motori me ciklin Atkinson është i rrënjosur në historinë e largët. Le të fillojmë me motori i parë klasik me katër goditje u shpik nga gjermani Nikolaus Otto në 1876. Cikli i një motori të tillë është mjaft i thjeshtë: marrja, kompresimi, goditje e energjisë, shkarkimi.

Vetëm 10 vjet pas shpikjes së motorit, Otto, një anglez James Atkinson propozoi modifikimin e motorit gjerman. Në thelb, motori mbetet me katër goditje. Por Atkinson ndryshoi pak kohëzgjatjen e dy prej tyre: 2 masat e para janë më të shkurtra, 2 të tjerat janë më të gjata. Sir James e zbatoi këtë skemë duke ndryshuar gjatësinë e goditjeve të pistonit. Por në 1887, një modifikim i tillë i motorit të Otto nuk u përdor. Përkundër faktit se performanca e motorit u rrit me 10%, kompleksiteti i mekanizmit nuk lejoi që cikli Atkinson të përdoret gjerësisht për makinat.

Por inxhinierët vazhduan të punonin në ciklin Sir James. Amerikani Ralph Miller në 1947 përmirësoi pak ciklin Atkinson, duke e thjeshtuar atë. Kjo bëri të mundur përdorimin e motorit në industrinë e automobilave. Do të dukej më korrekte të quhej cikli i Atkinsonit cikli Miller. Por komuniteti inxhinierik rezervoi të drejtën që Atkinson ta emëronte motorin sipas emrit të tij, në parimin e zbuluesit. Përveç kësaj, me përdorimin e teknologjive të reja, u bë e mundur përdorimi i një cikli më kompleks Atkinson, kështu që cikli Miller u braktis përfundimisht. Për shembull, Toyota-t e reja kanë një motor Atkinson, jo një Miller.

Në ditët e sotme, një motor që funksionon në parimin e ciklit Atkinson përdoret në hibride. Japonezët kanë qenë veçanërisht të suksesshëm në këtë, pasi ata gjithmonë kujdesen për mirëdashjen mjedisore të makinave të tyre. Hybrid Prius nga Toyota po mbushin në mënyrë aktive tregun botëror.

Si funksionon cikli Atkinson

Siç u tha më herët, cikli Atkinson ndjek të njëjtat rrahje si cikli Otto. Por duke përdorur të njëjtat parime, Atkinson krijoi një motor krejtësisht të ri.

Motori është projektuar në mënyrë që pistoni përfundon të katër goditjet në një rrotullim të boshtit të gungës. Për më tepër, goditjet kanë gjatësi të ndryshme: goditjet e pistonit gjatë ngjeshjes dhe zgjerimit janë më të shkurtra sesa gjatë marrjes dhe shkarkimit. Kjo do të thotë, në ciklin Otto, valvula e marrjes mbyllet pothuajse menjëherë. Në ciklin Atkinson kjo valvula mbyllet në gjysmë të rrugës në pikën e sipërme të vdekur. Në një motor konvencional me djegie të brendshme, kompresimi po ndodh tashmë në këtë moment.

Motori modifikohet me një bosht me gunga të veçantë në të cilin zhvendosen pikat e montimit. Falë kësaj, raporti i kompresimit të motorit është rritur dhe humbjet e fërkimit janë minimizuar.

Dallimi nga motorët tradicionalë

Kujtojmë se cikli Atkinson është me katër goditje(marrje, ngjeshje, zgjerim, nxjerrje). Një motor konvencional me katër goditje funksionon në ciklin Otto. Le të kujtojmë shkurtimisht veprën e tij. Në fillim të goditjes së punës në cilindër, pistoni ngjitet në pikën e sipërme të funksionimit. Përzierja e karburantit dhe ajrit digjet, gazi zgjerohet dhe presioni është në maksimum. Nën ndikimin e këtij gazi, pistoni lëviz poshtë dhe arrin në pikën e vdekur të poshtme. Goditja e punës ka mbaruar, hapet Valvula e shkarkimit, përmes të cilit del gazi i shkarkimit. Këtu ndodhin humbjet e prodhimit, sepse gazi i shkarkimit ka ende një presion të mbetur që nuk mund të përdoret.

Atkinson zvogëloi humbjen e prodhimit. Në motorin e tij, vëllimi i dhomës së djegies është më i vogël me të njëjtin vëllim pune. Do të thotë se Raporti i kompresimit është më i lartë dhe goditja e pistonit është më e gjatë. Për më tepër, kohëzgjatja e goditjes së kompresimit zvogëlohet në krahasim me goditjen e fuqisë, motori funksionon në një cikël me një raport të rritur të zgjerimit (raporti i ngjeshjes është më i ulët se raporti i zgjerimit). Këto kushte bënë të mundur uljen e humbjes së prodhimit duke përdorur energjinë e gazrave të shkarkimit.

Le të kthehemi te cikli i Otto-s. Kur përzierja e punës thithet, valvula e mbytjes mbyllet dhe krijon rezistencë në hyrje. Kjo ndodh kur pedali i gazit nuk shtypet plotësisht. Për shkak të damperit të mbyllur, motori harxhon energji, duke krijuar humbje pompimi.

Atkinson gjithashtu punoi në goditjen e marrjes. Duke e zgjeruar atë, Sir James arriti një reduktim të humbjeve të pompimit. Për ta bërë këtë, pistoni arrin në pjesën e poshtme të pikës së vdekur, më pas ngrihet, duke e lënë valvulën e marrjes të hapur deri në gjysmën e lëvizjes së pistonit. Një pjesë e përzierjes së karburantit kthehet në kolektorin e marrjes. Presioni në të rritet, gjë që bën të mundur hapjen valvula e mbytjes me shpejtësi të ulët dhe të mesme.

Por motori Atkinson nuk u prodhua në seri për shkak të ndërprerjeve në funksionim. Fakti është se, ndryshe nga një motor me djegie të brendshme, motori funksionon vetëm me shpejtësi të lartë. Mund të ngecë në boshe. Por ky problem u zgjidh në prodhimin e hibrideve. Me shpejtësi të ulët, makina të tilla udhëtojnë me energji elektrike, dhe në motor benzine ndërron vetëm gjatë nxitimit ose nën ngarkesë. Një model i tillë heq disavantazhet e motorit Atkinson dhe thekson avantazhet e tij ndaj motorëve të tjerë me djegie të brendshme.

Avantazhet dhe disavantazhet e ciklit Atkinson

Motori Atkinson ka disa përfitimet, duke e dalluar nga motorët e tjerë me djegie të brendshme: 1. Humbje të reduktuara të karburantit. Siç u përmend më herët, duke ndryshuar kohëzgjatjen e goditjeve, u bë e mundur të ruhet karburanti duke përdorur gazrat e shkarkimit dhe duke zvogëluar humbjet e pompimit. 2. Probabilitet i ulët djegia e shpërthimit. Raporti i kompresimit të karburantit zvogëlohet nga 10 në 8. Kjo bën të mundur që të mos rritet shpejtësia e motorit duke kaluar në një marsh më të ulët për shkak të ngarkesës së shtuar. Gjithashtu, mundësia e djegies së shpërthimit është më e vogël për shkak të lëshimit të nxehtësisë nga dhoma e djegies në kolektorin e marrjes. 3. Konsum i ulët benzinë. Në modelet e reja hibride, konsumi i benzinës është 4 litra për 100 km. 4. Me kosto efektive, miqësore me mjedisin, me efikasitet të lartë.

Por motori Atkinson ka një pengesë të rëndësishme që e pengoi përdorimin e tij në prodhim ne mase makina Për shkak të niveleve të ulëta të fuqisë, motori mund të ngecë në shpejtësi të ulët. Prandaj, motori Atkinson ka zënë rrënjë shumë mirë në hibride.

Zbatimi i ciklit Atkinson në industrinë e automobilave

Nga rruga, në lidhje me makinat në të cilat janë instaluar motorët Atkinson. Ky modifikim i motorit me djegie të brendshme u shfaq në prodhim masiv jo shumë kohë më parë. Siç u përmend më herët, përdoruesit e parë të ciklit Atkinson ishin firmat japoneze dhe Toyota. Një nga makinat më të famshme - MazdaXedos 9/Eunos800, e cila është prodhuar në vitet 1993-2002.

Pastaj, Motori me djegie të brendshme Atkinson miratuar nga prodhuesit e modeleve hibride. Një nga më kompanitë e famshme duke përdorur këtë motor është Toyota, duke prodhuar Prius, Camry, Highlander Hybrid dhe Harrier Hybrid. Të njëjtët motorë përdoren në Lexus RX400h, GS 450h dhe LS600h, dhe Ford dhe Nissan u zhvilluan Escape Hybrid Dhe Altima Hybrid.

Vlen të thuhet se ekziston një modë për ekologjinë në industrinë e automobilave. Prandaj, hibridet që veprojnë në ciklin Atkinson plotësojnë plotësisht nevojat e klientëve dhe standardet mjedisore. Për më tepër, përparimi nuk qëndron ende, modifikimet e reja të motorit Atkinson përmirësojnë avantazhet e tij dhe eliminojnë disavantazhet e tij. Prandaj, mund të themi me besim se motori i ciklit Atkinson ka një të ardhme produktive dhe shpresë për një ekzistencë të gjatë.

mail@site
faqe interneti
janar 2016

Prioritetet

Që nga shfaqja e Prius-it të parë, dukej se njerëzit e Toyota e pëlqenin James Atkinson shumë më tepër sesa Ralph Miller. Dhe gradualisht "cikli Atkinson" i deklaratave të tyre për shtyp u përhap në të gjithë komunitetin gazetaresk.

Toyota zyrtarisht: "Një motor i ciklit të nxehtësisë i propozuar nga James Atkinson (UK) në të cilin kohëzgjatja e goditjes së kompresimit dhe e goditjes së zgjerimit mund të vendosen në mënyrë të pavarur. Përmirësimi i mëvonshëm nga R. H. Miller (SH.B.A.) lejoi rregullimin e kohës së hapjes/mbylljes së valvulës së marrjes për të mundësuar një sistem praktik (Cikli i Millerit).
- Toyota jozyrtare dhe antishkencore: "Motori Miller Cycle është një motor i ciklit Atkinson me një superngarkues".

Për më tepër, edhe në mjedisin inxhinierik lokal, "cikli Miller" ka ekzistuar që nga kohra të lashta. Çfarë do të ishte më e saktë?

Në 1882, shpikësi britanik James Atkinson doli me idenë e rritjes së efikasitetit. motor pistoni duke zvogëluar goditjen e shtypjes dhe duke rritur goditjen e zgjerimit të lëngut punues. Në praktikë, kjo ishte menduar të realizohej duke përdorur mekanizma komplekse të drejtimit të pistonit (dy pistona në një model "boksieri", një pistoni me një mekanizëm me maniak). Variantet e motorit të ndërtuar treguan një rritje të humbjeve mekanike, rritje të kompleksitetit të projektimit dhe një rënie të fuqisë në krahasim me motorët e modeleve të tjera, kështu që ato nuk u përdorën gjerësisht. Patentat e famshme të Atkinsonit lidhen posaçërisht me dizajnet, pa marrë parasysh teorinë e cikleve termodinamike.

Në vitin 1947, inxhinieri amerikan Ralph Miller iu kthye idesë së ngjeshjes së reduktuar dhe zgjerimit të vazhdueshëm, duke propozuar zbatimin e tij jo përmes kinematikës së makinës së pistonit, por duke zgjedhur kohën e valvulave për motorët me një mekanizëm konvencional të fiksimit. Në patentë, Miller shqyrtoi dy opsione për organizimin e rrjedhës së punës - me mbyllje të hershme (EICV) ose me vonesë (LICV). valvula e marrjes. Në fakt, të dy opsionet nënkuptojnë një ulje të raportit aktual të ngjeshjes (efektive) në krahasim me atë gjeometrik. Duke kuptuar se ulja e kompresimit do të çonte në një humbje të fuqisë së motorit, Miller fillimisht u përqendrua në motorët me mbingarkim, në të cilët humbja e mbushjes do të kompensohej nga kompresori. Cikli teorik i Millerit për një motor me ndezja e shkëndijës plotësisht në përputhje me ciklin teorik të motorit Atkinson.

Në përgjithësi, cikli Miller/Atkinson nuk është një cikël i pavarur, por një variacion i cikleve të njohura termodinamike të Otto dhe Diesel. Atkinson është autori i idesë abstrakte të një motori me madhësi fizike të ndryshme të goditjeve të ngjeshjes dhe zgjerimit. Organizimi real i proceseve të punës në motorë të vërtetë, e përdorur në praktikë edhe sot e kësaj dite, u propozua nga Ralph Miller.

Parimet

Kur motori funksionon në ciklin Miller me kompresim të reduktuar, valvula e marrjes mbyllet shumë më vonë se në ciklin Otto, për shkak të së cilës një pjesë e ngarkesës kthehet me forcë në portën e marrjes, dhe vetë procesi i kompresimit fillon në gjysmën e dytë të goditjen në tru. Si rezultat, raporti efektiv i ngjeshjes është më i ulët se ai gjeometrik (i cili, nga ana tjetër, është i barabartë me raportin e zgjerimit të gazrave gjatë goditjes). Duke reduktuar humbjet e pompimit dhe humbjet e kompresimit, sigurohet një rritje e efikasitetit termik të motorit brenda 5-7% dhe kursimet përkatëse të karburantit.

Ne mund të vërejmë edhe një herë pikat kryesore të ndryshimit midis cikleve. 1 dhe 1" - vëllimi i dhomës së djegies për një motor me cikël Miller është më i vogël, raporti gjeometrik i ngjeshjes dhe raporti i zgjerimit janë më të larta. 2 dhe 2" - gazrat i nënshtrohen punë e dobishme në një goditje më të gjatë pune, prandaj ka më pak humbje të mbetura në prizë. 3 dhe 3" - vakuumi i marrjes është më i vogël për shkak të më pak mbytjes dhe zhvendosjes së pasme të ngarkesës së mëparshme, prandaj humbjet e pompimit janë më të ulëta. 4 dhe 4" - mbyllja e valvulës së marrjes dhe fillimi i ngjeshjes fillon nga mesi i goditje, pas zhvendosjes së pasme të një pjese të ngarkesës.
Sigurisht, zhvendosja e kundërt e ngarkesës nënkupton një rënie të performancës së fuqisë së motorit dhe për motorët atmosferikë funksionimi në një cikël të tillë ka kuptim vetëm në një mënyrë relativisht të ngushtë të ngarkesës së pjesshme. Në rastin e kohës së vazhdueshme të valvulave, vetëm përdorimi i mbingarkimit mund ta kompensojë këtë në të gjithë diapazonin dinamik. Në modelet hibride, mungesa e tërheqjes në kushte të pafavorshme kompensohet nga tërheqja e motorit elektrik.

Zbatimi

Në motorët klasikë Toyota të viteve '90 me faza fikse që funksionojnë sipas ciklit Otto, valvula e marrjes mbyllet në 35-45 ° pas BDC (sipas këndit të boshtit të gungës), raporti i ngjeshjes është 9.5-10.0. Në më shumë motorët modernë me VVT, diapazoni i mundshëm i mbylljes së valvulës së marrjes u zgjerua në 5-70° pas BDC, raporti i kompresimit u rrit në 10.0-11.0.

Në motorët e modeleve hibride që funksionojnë vetëm në ciklin Miller, diapazoni i mbylljes së valvulës së marrjes është 80-120° ... 60-100° pas BDC. Raporti gjeometrik i ngjeshjes - 13,0-13,5.

Nga mesi i viteve 2010, u shfaqën motorë të rinj me një gamë të gjerë të kohës së ndryshueshme të valvulave (VVT-iW), të cilët mund të funksionojnë si në ciklin konvencional ashtu edhe në ciklin Miller. Për versionet atmosferike, diapazoni i mbylljes së valvulës së marrjes është 30-110° pas BDC me një raport gjeometrik kompresimi prej 12.5-12.7, për versionet turbo është përkatësisht 10-100° dhe 10.0.

Motori me djegie të brendshme (ICE) konsiderohet si një nga komponentët më të rëndësishëm në një makinë, karakteristikat e tij, fuqia, reagimi i mbytjes dhe efikasiteti përcaktojnë se sa rehat do të ndihet shoferi pas timonit. Edhe pse makinat janë duke u përmirësuar vazhdimisht, "të rritura" sistemet e navigimit, vegla në modë, multimedia dhe kështu me radhë, motorët mbeten praktikisht të pandryshuar, të paktën parimi i funksionimit të tyre nuk ndryshon.

Cikli Otto Atkinson, i cili formoi bazën e motorit me djegie të brendshme të automobilave, u zhvillua në fund të shekullit të 19-të dhe që atëherë nuk ka pësuar pothuajse asnjë ndryshim global. Vetëm në vitin 1947 Ralph Miller arriti të përmirësojë zhvillimet e paraardhësve të tij, duke marrë më të mirën nga secili prej modeleve të ndërtimit të motorit. Por në mënyrë që të skicë e përgjithshme Për të kuptuar parimin e funksionimit të njësive moderne të energjisë, duhet të shikoni pak në histori.

Efikasiteti i motorëve Otto

Motori i parë për një makinë, i cili mund të funksiononte normalisht jo vetëm teorikisht, u zhvillua nga francezi E. Lenoir në vitin 1860 dhe ishte modeli i parë me mekanizëm maniak. Njësia punonte me gaz, përdorej në varka, faktori i efikasitetit (efikasiteti) i tij nuk kalonte 4.65%. Më pas, Lenoir u bashkua me Nikolaus Otto, në bashkëpunim me projektuesin gjerman në 1863, u krijua një motor me djegie të brendshme 2-stroke me një efikasitet prej 15%.

Parimi i një motori me katër goditje u propozua për herë të parë nga N. A. Otto në 1876, ishte ky projektues autodidakt që konsiderohet krijuesi i motorit të parë për një makinë. Motori kishte sistemi i gazit furnizimi me energji elektrike, shpikësi i motorit të parë me djegie të brendshme me karburator në botë që funksionon me benzinë ​​është projektuesi rus O. S. Kostovich.

Cikli Otto përdoret në shumë motorë modernë, ka gjithsej katër goditje:

• marrja (kur hapet valvula e marrjes, hapësira cilindrike mbushet me përzierjen e karburantit);
• ngjeshja (valvulat mbyllen (mbyllen), përzierja kompresohet dhe në fund të këtij procesi ka ndezje, e cila sigurohet nga kandela);
• goditje në tru (për shkak të temperaturat e larta dhe presioni i lartë pistoni nxiton poshtë, duke bërë që shufra lidhëse dhe boshti me gunga të lëvizin);
• shkarkimi (në fillim të kësaj goditjeje, valvula e shkarkimit hapet, duke hapur rrugën për gazrat e shkarkimit; boshti me gunga, si rezultat i shndërrimit të energjisë së nxehtësisë në energji mekanike, vazhdon të rrotullohet, duke ngritur shufrën lidhëse me pistonin lart).

Të gjitha goditjet janë të lidhura dhe shkojnë në një rreth, dhe volantja, e cila ruan energjinë, ndihmon në rrotullimin e boshtit me gunga.

Edhe pse krahasuar me versionin me dy goditje, qarku me katër goditje duket më i avancuar, efikasiteti motor benzine edhe në rastin më të mirë, nuk kalon 25%, dhe efikasiteti më i lartë është në motorët me naftë, këtu mund të rritet deri në 50%.

Cikli termodinamik Atkinson

James Atkinson, një inxhinier britanik që vendosi të modernizojë shpikjen e Otto-s, propozoi versionin e tij të përmirësimit të ciklit të tretë (goditja e energjisë) në 1882. Projektuesi vendosi një qëllim për të rritur efikasitetin e motorit dhe për të zvogëluar procesin e ngjeshjes, për ta bërë motorin me djegie të brendshme më ekonomik, më pak të zhurmshëm, dhe ndryshimi në skemën e tij të ndërtimit ishte të ndryshonte makinën e mekanizmit të fiksimit (maniak) dhe të përfundonte të gjitha goditjet në një rrotullim të boshtit me gunga.

Megjithëse Atkinson arriti të rrisë efikasitetin e motorit të tij në lidhje me shpikjen tashmë të patentuar të Otto-s, skema nuk u zbatua në praktikë; Por Atkinson ishte projektuesi i parë që propozoi funksionimin e një motori me djegie të brendshme me një raport të reduktuar të kompresimit, dhe parimi i këtij cikli termodinamik u mor më vonë nga shpikësi Ralph Miller.

Ideja e zvogëlimit të procesit të ngjeshjes dhe një marrjeje më të ngopur nuk u harrua në të në vitin 1947, amerikani R. Miller. Por këtë herë inxhinieri propozoi zbatimin e skemës jo duke ndërlikuar boshtin me gunga, por duke ndryshuar kohën e valvulës. U konsideruan dy versione:

• goditje e energjisë me mbyllje të vonuar të valvulës së marrjes (LICV ose kompresim i shkurtër);
• goditje me mbyllje të hershme të valvulës (EICV ose marrje e shkurtër).

Mbyllja e vonshme e valvulës së marrjes rezulton në ulje të kompresimit në krahasim me motorin Otto, duke bërë që një pjesë e përzierjes së karburantit të rrjedhë përsëri në portën e marrjes. Kjo zgjidhje konstruktive jep:

• ngjeshje më e butë gjeometrike përzierje karburant-ajër;
• ekonomi shtesë e karburantit, veçanërisht në shpejtësi të ulëta;
• më pak shpërthim;
• niveli i ulët i zhurmës.

Disavantazhet e kësaj skeme përfshijnë një reduktim të fuqisë nga shpejtësi e lartë, meqenëse procesi i kompresimit është i shkurtuar. Por për shkak të mbushjes më të plotë të cilindrave, efikasiteti rritet me rrotullime të ulëta dhe raporti gjeometrik i ngjeshjes rritet (raporti aktual i ngjeshjes zvogëlohet). Një paraqitje grafike e këtyre proceseve mund të shihet në diagramet e mëposhtme.

Motorët që funksionojnë sipas skemës Miller janë inferiorë ndaj Otto me shpejtësi të lartë për sa i përket fuqisë, por në kushtet e funksionimit urban kjo nuk është aq e rëndësishme. Por motorë të tillë janë më ekonomikë, shpërthejnë më pak, funksionojnë më të butë dhe më të qetë.

Motori i ciklit Miller në një Mazda Xedos (2,3 L)

Një mekanizëm i veçantë i shpërndarjes së gazit me mbivendosje të valvulave siguron një rritje të raportit të kompresimit (CR), nëse në versionin standard, të themi, është 11, atëherë në një motor me kompresim të shkurtër kjo shifër, në të gjitha kushtet e tjera identike, rritet në 14 Në një motor me djegie të brendshme 2.3 L Mazda Xedos (familja Skyactiv) teorikisht duket kështu: valvula e marrjes (IV) hapet kur pistoni ndodhet në pikën e sipërme të vdekur (shkurtuar si TDC), nuk mbyllet në. pika më e ulët(BDC), dhe më vonë, mbetet e hapur 70º. Në këtë rast, një pjesë e përzierjes së karburantit-ajrit shtyhet përsëri në kolektorin e marrjes, kompresimi fillon pas mbylljes së VC. Kur pistoni kthehet në TDC:

• vëllimi në cilindër zvogëlohet;
• presioni rritet;
• ndezja nga kandela ndodh në një moment të caktuar, varet nga ngarkesa dhe numri i rrotullimeve (sistemi i kohës së ndezjes është duke punuar).

Pastaj pistoni zbret, ndodh zgjerimi dhe transferimi i nxehtësisë në muret e cilindrit nuk është aq i lartë sa në skemën Otto për shkak të ngjeshjes së shkurtër. Kur pistoni arrin BDC, gazrat lëshohen, pastaj të gjitha veprimet përsëriten përsëri.

Konfigurimi i veçantë i kolektorit të marrjes (më i gjerë dhe më i shkurtër se zakonisht) dhe këndi i hapjes së VK 70 gradë në SZ 14:1 bën të mundur vendosjen e kohës së ndezjes prej 8º në shpejtësia boshe pa ndonjë shpërthim të dukshëm. Gjithashtu, ky qark siguron një përqindje më të madhe të punës së dobishme mekanike, ose, me fjalë të tjera, ju lejon të rritni efikasitetin. Rezulton se puna e llogaritur me formulën A=P dV (P është presion, dV është ndryshim në vëllim) nuk ka për qëllim ngrohjen e mureve të cilindrit ose kokës së bllokut, por përdoret për të përfunduar goditjen e punës. Skematikisht, i gjithë procesi mund të shihet në figurë, ku fillimi i ciklit (BDC) tregohet me numrin 1, procesi i kompresimit - në pikën 2 (TDC), nga 2 në 3 - furnizimi i nxehtësisë me një pistoni i palëvizshëm. Kur pistoni lëviz nga pika 3 në 4, ndodh zgjerimi. Puna e përfunduar tregohet nga zona me hije At.

Gjithashtu, i gjithë diagrami mund të shihet në koordinatat T S, ku T do të thotë temperaturë, dhe S është entropi, e cila rritet me furnizimin e substancës me nxehtësi, dhe në analizën tonë kjo është një vlerë e kushtëzuar. Emërtimet Q p dhe Q 0 - sasia e nxehtësisë së furnizuar dhe hequr.

Disavantazhi i serisë Skyactiv është se në krahasim me Otto klasik, këta motorë kanë më pak fuqi specifike (aktuale) në një motor 2.3 L me gjashtë cilindra, është vetëm 211 Fuqia e kuajve, dhe më pas duke marrë parasysh turbocharging dhe 5300 rpm. Por motorët kanë gjithashtu avantazhe të prekshme:

• raport i lartë i kompresimit;
• mundësi për të instaluar ndezje e hershme pa shkaktuar shpërthim;
• sigurimi i përshpejtimit të shpejtë nga ndalesa;
• efikasitet të lartë.

Dhe një avantazh tjetër i rëndësishëm i motorit Miller Cycle nga prodhuesi Mazda - konsumi ekonomik karburant, veçanërisht në ngarkesa të ulëta dhe në boshe.

Motorët Atkinson në makinat Toyota

Edhe pse cikli Atkinson nuk e gjeti zbatimin e tij praktik në shekullin e 19-të, ideja e motorit të tij është zbatuar në njësitë e fuqisë së shekullit të 21-të. Motorë të tillë janë instaluar në disa modele të makinave hibride të pasagjerëve Toyota që funksionojnë si me benzinë ​​ashtu edhe me energji elektrike. Është e nevojshme të sqarohet se në formë e pastër Teoria e Atkinsonit nuk përdoret kurrë, përkundrazi, zhvillimet e reja të inxhinierëve të Toyota-s mund të quhen motorë me djegie të brendshme të projektuar sipas ciklit Atkinson/Miller, pasi ata përdorin një standard; mekanizëm fiksimi. Një reduktim në ciklin e kompresimit arrihet duke ndryshuar fazat e shpërndarjes së gazit, ndërsa cikli i goditjes së fuqisë zgjatet. Motorët që përdorin një skemë të ngjashme gjenden në makinat Toyota:

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

Gama e motorëve me dizajnin Atkinson/Miller po zgjerohet vazhdimisht, kështu që në fillim të 2017 shqetësim japonez filloi prodhimin e një motori 1.5 litërsh me djegie të brendshme me katër cilindra që punonte me benzinë ​​me oktan të lartë, duke siguruar 111 kuaj fuqi, me një raport ngjeshje cilindri prej 13.5:1. Motori është i pajisur me një ndërrues fazor VVT-IE, i aftë për të ndërruar modalitetet Otto/Atkinson në varësi të shpejtësisë dhe ngarkesës, me këtë njësi fuqie makina mund të përshpejtojë në 100 km/h në 11 sekonda. Motori është ekonomik, ka efikasitet të lartë (deri në 38.5%) dhe siguron përshpejtim të shkëlqyeshëm.

Cikli i naftës

Së pari motor dizel u projektua dhe u ndërtua nga shpikësi dhe inxhinieri gjerman Rudolf Diesel në 1897, njësia e energjisë ishte me përmasa të mëdha, ishte edhe më e madhe motorët me avull ato vite. Ashtu si motori Otto, ai ishte me katër goditje, por dallohej nga efikasiteti i shkëlqyer, lehtësia e funksionimit dhe raporti i kompresimit të motorit me djegie të brendshme ishte dukshëm më i lartë se ai i njësisë së fuqisë së benzinës. Motorët e parë me naftë të fundit të shekullit të 19-të punonin me produkte të lehta të naftës dhe vajra vegjetale. Por eksperimenti dështoi pothuajse menjëherë:

• sigurimi i furnizimit me pluhur në cilindra ishte problematik;
• Qymyri, i cili ka veti gërryese, e konsumoi shpejt grupin cilindër-piston.

Është interesante se shpikësi anglez Herbert Aykroyd Stewart patentoi një motor të ngjashëm dy vjet më herët se Rudolf Diesel, por Diesel arriti të projektonte një model me presion të rritur të cilindrit. Modeli i Stewart-it në teori siguronte efikasitet termik 12%, ndërsa sipas skemës Diesel efikasiteti arrinte në 50%.

Në 1898, Gustav Trinkler projektoi një motor vaji shtypje e lartë, i pajisur me një dhomë paraprake, ky model i veçantë është një prototip i drejtpërdrejtë i motorëve modernë me djegie të brendshme me naftë.

Motorë modernë me naftë për makina

Ashtu si me një motor benzine sipas ciklit Otto, ashtu edhe me një motor dizel, diagrami i qarkut ndërtimi nuk ka ndryshuar, por është modern motori me djegie të brendshme me naftë"I tejkaluar" me përbërës shtesë: një turbocharger, sistemi elektronik kontrollet e furnizimit me karburant, intercooler, sensorë të ndryshëm etj. Kohët e fundit, njësitë e energjisë me injeksion të drejtpërdrejtë të karburantit "Common Rail" po zhvillohen dhe lëshohen gjithnjë e më shumë në seri, duke siguruar gazra të shkarkimit miqësor me mjedisin në përputhje me kërkesat moderne, presion i lartë i injektimit. Naftë me injeksion direkt kanë avantazhe mjaft të prekshme ndaj motorëve me një sistem karburanti konvencional:

• përdorni karburant në mënyrë ekonomike;
• kanë fuqi më të lartë me të njëjtin vëllim;
• punojnë me nivel i ulët zhurma;
• lejon që makina të përshpejtojë më shpejt.

Disavantazhet e motorëve Common Rail: kompleksitet mjaft i lartë, nevoja për të përdorur pajisje speciale për riparime dhe mirëmbajtje, cilësi e kërkuar e karburantit dizel, kosto relativisht e lartë. Ashtu si motorët me djegie të brendshme me benzinë, motorët me naftë po përmirësohen vazhdimisht, duke u bërë më të avancuar teknologjikisht dhe më kompleks.

Video: Cikli OTTO, Atkinson dhe Miller, cili është ndryshimi:

Cikli Miller u propozua në 1947 nga inxhinieri amerikan Ralph Miller si një mënyrë për të kombinuar avantazhet e motorit Atkinson me mekanizmin më të thjeshtë të pistonit të motorit Otto. Në vend që ta bëni goditjen e ngjeshjes mekanikisht më të shkurtër se goditja e fuqisë (si në motor klasik Atkinson, ku pistoni lëviz më shpejt se sa poshtë), Miller doli me idenë e shkurtimit të goditjes së ngjeshjes në kurriz të goditjes së marrjes, duke e mbajtur pistonin të lëvizë lart e poshtë me të njëjtën shpejtësi (si në Otto klasik motor).

Për ta bërë këtë, Miller propozoi dy mënyra të ndryshme: ose mbyllni valvulën e marrjes dukshëm më herët se fundi i goditjes së marrjes (ose hapeni më vonë se fillimi i kësaj goditjeje), ose mbylleni atë dukshëm më vonë se fundi i kësaj goditjeje. Qasja e parë midis ekspertëve të motorit quhet në mënyrë konvencionale "marrje e shkurtuar", dhe e dyta - "ngjeshje e shkurtër". Në fund të fundit, të dyja këto qasje arrijnë të njëjtën gjë: reduktimin aktuale shkalla e ngjeshjes së përzierjes së punës në lidhje me atë gjeometrike, duke ruajtur një shkallë konstante zgjerimi (d.m.th., goditja e fuqisë mbetet e njëjtë si në motorin Otto, dhe goditja e kompresimit duket se është shkurtuar - si Atkinson, vetëm nuk shkurtohet në kohë, por në shkallën e ngjeshjes së përzierjes).

Kështu, përzierja në motorin Miller është më pak e ngjeshur sesa do të kompresohej në një motor Otto me të njëjtën gjeometri mekanike. Kjo ju lejon të rriteni shkallë gjeometrike ngjeshja (dhe, në përputhje me rrethanat, shkalla e zgjerimit!) mbi kufijtë e përcaktuar nga vetitë e shpërthimit të karburantit - duke e çuar ngjeshjen aktuale në vlera të pranueshme për shkak të "shkurtimit të ciklit të kompresimit" të përshkruar më sipër. Me fjalë të tjera, për të njëjtën gjë aktuale raporti i kompresimit (i kufizuar nga karburanti), motori Miller ka një raport zgjerimi dukshëm më të lartë se motori Otto. Kjo bën të mundur shfrytëzimin më të plotë të energjisë së gazrave që zgjerohen në cilindër, gjë që, në fakt, rrit efikasitetin termik të motorit, siguron efikasitet të lartë të motorit, etj.

Përfitimi i rritjes së efikasitetit termik të ciklit Miller në raport me ciklin Otto shoqërohet me një humbje të fuqisë së prodhimit maksimal për madhësia e dhënë(dhe masa) e motorit për shkak të përkeqësimit të mbushjes së cilindrit. Meqenëse marrja e së njëjtës fuqi dalëse do të kërkonte një motor Miller më të madh se një motor Otto, përfitimet nga rritja e efikasitetit termik të ciklit do të shpenzohen pjesërisht në humbjet mekanike (fërkime, dridhje, etj.) që rriten me madhësinë e motorit.

Kontrolli kompjuterik i valvulave ju lejon të ndryshoni shkallën e mbushjes së cilindrit gjatë funksionimit. Kjo bën të mundur që të shtrydhni fuqinë maksimale nga motori kur treguesit ekonomikë përkeqësohen, ose të arrini efikasitet më të mirë kur zvogëloni fuqinë.

Një problem i ngjashëm zgjidhet nga një motor me pesë goditje, në të cilin zgjerimi shtesë kryhet në një cilindër të veçantë.

Cikli Miller ( Cikli i Millerit) u propozua në 1947 nga inxhinieri amerikan Ralph Miller si një mënyrë për të kombinuar avantazhet e një motori Atkinson me mekanizmin më të thjeshtë të pistonit të një motori Diesel ose Otto.

Cikli është krijuar për të reduktuar ( reduktuar) temperatura dhe presioni i ngarkesës së ajrit të pastër ( temperatura e ajrit të ngarkimit) para kompresimit ( ngjeshja) në një cilindër. Si rezultat, temperatura e djegies në cilindër zvogëlohet për shkak të zgjerimit adiabatik ( zgjerim adiabatik) ngarkimi i ajrit të pastër me hyrjen në cilindër.

Koncepti i ciklit Miller përfshin dy opsione ( dy variante):

a) zgjedhja e një kohe mbylljeje të parakohshme ( koha e avancuar e mbylljes) valvula e marrjes ( valvula e marrjes) ose avansimi i mbylljes - para fundit qendra e vdekur (qendra e vdekur e poshtme);

b) zgjedhja e kohës së vonuar të mbylljes së valvulës së marrjes - pas qendrës së vdekur të poshtme (BDC).

Fillimisht u përdor cikli Miller ( përdorur fillimisht) për të rritur densitetin e fuqisë së disa motorëve me naftë ( disa motorë). Ulja e temperaturës së ngarkesës së ajrit të pastër ( Ulja e temperaturës së ngarkesës) në cilindrin e motorit çoi në një rritje të fuqisë pa ndonjë ndryshim të rëndësishëm ( ndryshime të mëdha) bllok cilindri ( njësia e cilindrit). Kjo shpjegohej me faktin se ulja e temperaturës në fillim të ciklit teorik ( në fillim të ciklit) rrit densitetin e ngarkesës së ajrit ( dendësia e ajrit) pa ndryshuar presionin ( ndryshimi i presionit) në një cilindër. Ndërsa kufiri i forcës mekanike të motorit ( kufiri mekanik i motorit) kalon në më shumë fuqi të lartë (fuqi më të lartë), kufiri i ngarkesës termike ( kufiri i ngarkesës termike) zhvendoset në temperatura mesatare më të ulëta ( temperatura mesatare më të ulëta) ciklit.

Më pas, cikli i Millerit zgjoi interes nga pikëpamja e reduktimit të emetimeve të NOx. Lëshimi intensiv i emetimeve të dëmshme të NOx fillon kur temperatura në cilindrin e motorit kalon 1500 °C - në këtë gjendje, atomet e azotit bëhen kimikisht aktivë si rezultat i humbjes së një ose më shumë atomeve. Dhe kur përdorni ciklin Miller, kur temperatura e ciklit ulet ( zvogëloni temperaturat e ciklit) pa ndryshuar fuqinë ( fuqi konstante) u arrit një reduktim 10% në emetimet e NOx me ngarkesë të plotë dhe 1% ( për qind) reduktimin e konsumit të karburantit. Kryesisht ( kryesisht) kjo shpjegohet me një ulje të humbjeve të nxehtësisë ( humbjet e nxehtësisë) në të njëjtën presion në cilindër ( niveli i presionit të cilindrit).

Megjithatë, presioni rritës dukshëm më i lartë ( presion rritës dukshëm më i lartë) në të njëjtën fuqi dhe raport ajër ndaj karburantit ( raporti ajër/karburant) e bëri të vështirë përhapjen e ciklit Miller. Nëse presioni maksimal i arritshëm i turbongarkuesit të gazit ( presioni maksimal i arritshëm i rritjes) do të jetë shumë i ulët në krahasim me vlerën e dëshiruar të presionit mesatar efektiv ( presioni mesatar efektiv i dëshiruar), kjo do të çojë në një kufizim të konsiderueshëm në performancë ( degradim domethënës). Edhe nëse presioni i rritjes është mjaftueshëm i lartë, mundësia e uljes së konsumit të karburantit do të neutralizohet pjesërisht ( pjesërisht e neutralizuar) për shkak të shpejtësisë së tepërt ( shumë shpejt) reduktimi i efikasitetit të kompresorit dhe turbinës ( kompresor dhe turbinë) turbongarkuesi me gaz me raporte të larta kompresimi ( raporte të larta kompresimi). Kështu, përdorimi praktik i ciklit Miller kërkonte përdorimin e një turbongarkuesi me gaz me një raport kompresimi me presion shumë të lartë ( raporte shumë të larta të presionit të kompresorit) dhe efikasitet të lartë në raporte të larta kompresimi ( efikasitet i shkëlqyer në raportet e presionit të lartë).

Oriz. 6. Sistemi i turbocharging me dy faza

Pra, në motorët me shpejtësi të lartë 32FX të kompanisë " Inxhinieri Niigata» presion maksimal djegia P max dhe temperatura në dhomën e djegies ( Dhoma e djegies) mbahen në një nivel normal të reduktuar ( nivel normal). Por në të njëjtën kohë, presioni mesatar efektiv rritet ( frena do të thotë presion efektiv) dhe uli nivelin e emetimeve të dëmshme të NOx ( zvogëlojnë emetimet e NOx).

NË motor dizel 6L32FX i Niigata zgjodhi opsionin e parë të ciklit Miller: koha e mbylljes së parakohshme të valvulës së marrjes 10 gradë përpara BDC (BDC), në vend të 35 gradë pas BDC ( pas BDC) si motori 6L32CX. Meqenëse koha e mbushjes zvogëlohet, në presionin normal të rritjes ( presion normal i rritjes) një vëllim më i vogël i ngarkesës së ajrit të freskët hyn në cilindër ( vëllimi i ajrit është zvogëluar). Prandaj, procesi i djegies së karburantit në cilindër përkeqësohet dhe, si rezultat, fuqia e daljes zvogëlohet dhe temperatura e gazrave të shkarkimit rritet ( temperatura e shkarkimit rritet).

Për të marrë të njëjtën fuqi dalëse të specifikuar ( prodhimi i synuar) është e nevojshme të rritet vëllimi i ajrit me një kohë të reduktuar të hyrjes së tij në cilindër. Për ta bërë këtë, rrisni presionin e rritjes ( rrisin rrit presionin).

Në të njëjtën kohë, një sistem turbokarikimi me gaz me një fazë ( turbocharging me një fazë) nuk mund të sigurojë presion më të lartë nxitës ( presion më i lartë nxitës).

Prandaj, u zhvillua një sistem me dy faza ( sistemi me dy faza) turbombushja me gaz, në të cilën turbombushësit me presion të ulët dhe të lartë ( turbochargers presion të ulët dhe presion të lartë) janë rregulluar në mënyrë sekuenciale ( të lidhura në seri) në sekuencë. Pas çdo turbongarkuesi, instalohen dy ftohës me ajër ( ftohës të ajrit ndërhyrës).

Futja e ciklit Miller së bashku me një sistem turbongarkues me gaz me dy faza bëri të mundur rritjen e faktorit të fuqisë në 38.2 (presioni mesatar efektiv - 3.09 MPa, shpejtësia mesatare e pistonit - 12.4 m/s) me ngarkesë 110% ( ngarkesa maksimale e pretenduar). Ky është rezultati më i mirë i arritur për motorët me diametër pistoni 32 cm.

Përveç kësaj, paralelisht, u arrit një reduktim 20% në emetimet e NOx ( Niveli i emetimit të NOx) deri në 5.8 g/kWh me kërkesat e IMO-së që janë 11.2 g/kWh. Konsumi i karburantit ( Konsumi i karburantit) u rrit pak kur punonte me ngarkesa të ulëta ( ngarkesa të ulëta) punë. Megjithatë, me mesatare dhe ngarkesa të larta (ngarkesa më të larta) konsumi i karburantit u ul me 75%.

Kështu, efikasiteti i motorit Atkinson rritet për shkak të zvogëlimit mekanik të kohës (pistoni lëviz më shpejt se poshtë) të goditjes së kompresimit në krahasim me goditjen e fuqisë (goditja e zgjerimit). Në ciklin Miller goditje e kompresimit në lidhje me goditjen e punës reduktohet ose rritet nga procesi i marrjes . Në të njëjtën kohë, shpejtësia e pistonit që lëviz lart e poshtë mbahet e njëjtë (si në motorin klasik Otto-Diesel).

Me të njëjtin presion të rritjes, ngarkimi i cilindrit me ajër të pastër zvogëlohet për shkak të një rënie në kohë ( reduktohet me kohë të përshtatshme) hapja e valvulës së marrjes ( valvula e hyrjes). Prandaj, një ngarkesë e freskët e ajrit ( ngarkuar ajrin) në turbongarkues është i ngjeshur ( të ngjeshur) në një presion nxitës më të lartë se sa kërkohet për ciklin e motorit ( cikli i motorit). Kështu, duke rritur presionin e rritjes me një kohë të reduktuar të hapjes së valvulës së marrjes, e njëjta pjesë e ajrit të pastër hyn në cilindër. Në këtë rast, një ngarkesë ajri i freskët, duke kaluar nëpër një zonë relativisht të ngushtë të rrjedhës së hyrjes, zgjerohet (efekti i mbytjes) në cilindra ( cilindrat) dhe ftohet në përputhje me rrethanat ( ftohje pasuese).