در صنعت خودروسازی بیش از یک قرن است که از خودروهای سواری به طور استاندارد استفاده می شود. موتورهای احتراق داخلی. آنها دارای معایبی هستند که دانشمندان و طراحان سال ها با آن دست و پنجه نرم می کردند. در نتیجه این مطالعات، "موتورهای" بسیار جالب و عجیبی به دست می آید. یکی از آنها در این مقاله مورد بحث قرار خواهد گرفت.
تاریخچه چرخه اتکینسون
تاریخچه ایجاد یک موتور با چرخه اتکینسون ریشه در تاریخ دور دارد. بیایید شروع کنیم اولین موتور کلاسیک چهار زمانهدر سال 1876 توسط نیکولاس اتو آلمانی اختراع شد. چرخه چنین موتوری بسیار ساده است: ورودی، تراکم، ضربه قدرت، اگزوز.
تنها 10 سال پس از اختراع موتور، اتو، یک انگلیسی جیمز اتکینسون پیشنهاد اصلاح موتور آلمانی را داد. در اصل، موتور چهار زمانه باقی می ماند. اما اتکینسون مدت دو مورد از آنها را کمی تغییر داد: 2 اندازه اول کوتاه تر هستند، 2 اندازه باقی مانده طولانی تر هستند. سر جیمز این طرح را با تغییر طول ضربات پیستون اجرا کرد. اما در سال 1887، چنین تغییری در موتور اتو مورد استفاده قرار نگرفت. علیرغم این واقعیت که عملکرد موتور 10٪ افزایش یافته است، پیچیدگی مکانیسم اجازه نمی دهد تا چرخه اتکینسون به طور گسترده برای اتومبیل ها استفاده شود.
اما مهندسان به کار بر روی چرخه سر جیمز ادامه دادند. رالف میلر آمریکایی در سال 1947 چرخه اتکینسون را کمی بهبود بخشید و آن را ساده کرد. این امکان استفاده از موتور را در صنعت خودروسازی فراهم کرد. درست تر به نظر می رسد که چرخه اتکینسون را چرخه میلر بنامیم. اما جامعه مهندسی این حق را برای اتکینسون محفوظ می‌دارد که بر اساس اصل کاشف، موتور را به نام خود نامگذاری کند. علاوه بر این، با استفاده از فناوری های جدید، امکان استفاده از چرخه پیچیده تری اتکینسون فراهم شد، بنابراین چرخه میلر در نهایت کنار گذاشته شد. مثلا تویوتاهای جدید موتور اتکینسون دارند نه میلر.
امروزه موتوری که بر اساس اصل چرخه اتکینسون کار می کند در هیبریدی ها استفاده می شود. ژاپنی ها به ویژه در این زمینه موفق بوده اند، زیرا آنها همیشه به دوستی محیط زیست خودروهای خود اهمیت می دهند. پریوس هیبریدی از تویوتابه طور فعال بازار جهانی را پر می کنند. 
چرخه اتکینسون چگونه کار می کند
همانطور که قبلا گفته شد، چرخه اتکینسون از همان ضربان چرخه اتو پیروی می کند. اما با استفاده از همان اصول، اتکینسون یک موتور کاملاً جدید ساخت.
موتور به گونه ای طراحی شده است که پیستون هر چهار حرکت را در یک چرخش میل لنگ کامل می کند. علاوه بر این، ضربات دارای طول‌های متفاوتی هستند: ضربات پیستون در هنگام فشرده‌سازی و انبساط کوتاه‌تر از زمان ورودی و خروجی است. یعنی در چرخه اتو شیر ورودی تقریباً بلافاصله بسته می شود. در چرخه اتکینسون این دریچه در نیمه راه به نقطه مرگ بالا بسته می شود. در یک موتور احتراق داخلی معمولی، فشرده سازی در حال حاضر در این لحظه اتفاق می افتد.
موتور با یک میل لنگ مخصوص اصلاح شده است که در آن نقاط نصب جابجا می شوند. به لطف این، نسبت تراکم موتور افزایش یافته و تلفات اصطکاک به حداقل رسیده است.
تفاوت با موتورهای سنتی
به یاد بیاورید که چرخه اتکینسون است چهار زمانه(مصرف، فشرده سازی، انبساط، خروج). یک موتور چهار زمانه معمولی در چرخه اتو کار می کند. اجازه دهید به اختصار کارهای او را یادآوری کنیم. در ابتدای حرکت در سیلندر، پیستون تا نقطه عملیاتی بالایی بالا می رود. مخلوط سوخت و هوا می سوزد، گاز منبسط می شود و فشار به حداکثر می رسد. تحت تأثیر این گاز، پیستون به سمت پایین حرکت می کند و به نقطه مرگ پایین می رسد. سکته کار کامل می شود، دریچه اگزوز باز می شود که از طریق آن گاز خروجی خارج می شود. این جایی است که تلفات خروجی رخ می دهد، زیرا گاز خروجی هنوز فشار باقیمانده ای دارد که نمی توان از آن استفاده کرد.
اتکینسون از دست دادن خروجی را کاهش داد. در موتور آن، حجم محفظه احتراق با همان حجم کاری کوچکتر است. این به آن معنا است نسبت تراکم بالاتر است و حرکت پیستون طولانی تر است. علاوه بر این، مدت زمان تراکم در مقایسه با کورس قدرت 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 از خروجی کاهش یابد.
بیایید به چرخه اتو برگردیم. هنگامی که مخلوط کار به داخل مکیده می شود، دریچه گاز بسته می شود و در ورودی مقاومت ایجاد می کند. این زمانی اتفاق می افتد که پدال گاز به طور کامل فشرده نشده باشد. به دلیل بسته بودن دمپر، موتور انرژی را هدر می دهد و باعث تلفات پمپاژ می شود.
اتکینسون همچنین روی سکته مغزی مصرفی کار کرد. با گسترش آن، سر جیمز به کاهش تلفات پمپاژ دست یافت. برای انجام این کار، پیستون به نقطه مرگ پایین می‌رسد، سپس بالا می‌آید و دریچه ورودی را تا نیمی از حرکت پیستون باز می‌گذارد. بخشی از مخلوط سوخت به منیفولد ورودی باز می گردد. فشار در آن افزایش می یابد که باز کردن دریچه گاز در سرعت های پایین و متوسط را امکان پذیر می کند.
اما موتور اتکینسون به دلیل وقفه در کار به صورت سری تولید نشد. واقعیت این است که بر خلاف موتور احتراق داخلی، موتور فقط در سرعت های بالا کار می کند. ممکن است در حالت بیکار متوقف شود. اما این مشکل در تولید هیبرید حل شد. در سرعت های پایین، چنین خودروهایی با نیروی الکتریکی کار می کنند و تنها در هنگام شتاب گیری یا زیر بار به موتور بنزینی تغییر می کنند. چنین مدلی هم معایب موتور اتکینسون را برطرف می کند و هم بر مزایای آن نسبت به سایر موتورهای احتراق داخلی تاکید می کند.
مزایا و معایب چرخه اتکینسون
موتور اتکینسون چندین دارد فواید، متمایز آن از سایر موتورهای احتراق داخلی: 1. کاهش تلفات سوخت. همانطور که قبلا ذکر شد، با تغییر مدت زمان ضربات، صرفه جویی در 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 باعث می شود که به دلیل افزایش بار، سرعت موتور با تعویض دنده کمتر افزایش نیابد. همچنین احتمال احتراق انفجاری به دلیل انتشار گرما از محفظه احتراق به منیفولد ورودی کمتر است. 3. مصرف کم بنزین. در مدل های هیبریدی جدید مصرف بنزین 4 لیتر در 100 کیلومتر است. 4. مقرون به صرفه، سازگار با محیط زیست، بازده بالا. 
اما موتور اتکینسون یک ایراد قابل توجه دارد که مانع استفاده از آن در تولید انبوه خودروها شد. به دلیل سطوح پایین قدرت، موتور ممکن است در سرعت های پایین متوقف شود.بنابراین موتور اتکینسون در هیبریدی ها خیلی خوب ریشه دوانده است.
کاربرد چرخه اتکینسون در صنعت خودرو
به هر حال، در مورد اتومبیل هایی که موتورهای اتکینسون روی آنها نصب شده است. این اصلاح موتور احتراق داخلی نه چندان دور در تولید انبوه ظاهر شد. همانطور که قبلا ذکر شد، اولین کاربران چرخه اتکینسون شرکت های ژاپنی و تویوتا بودند. یکی از معروف ترین ماشین ها - MazdaXedos 9/Eunos800، که در سال 1993-2002 تولید شد.
سپس موتور احتراق داخلی اتکینسون توسط سازندگان مدل های هیبریدی مورد استفاده قرار گرفت. یکی از معروف ترین شرکت های استفاده کننده از این موتور می باشد تویوتا، تولید پریوس، کمری، هایلندر هیبرید و هریر هیبرید. موتورهای مشابه در لکسوس RX400h، GS 450h و LS600hو فورد و نیسان توسعه دادند فرار هیبریدیو آلتیما هیبرید.
شایان ذکر است که یک مد برای محیط زیست در صنعت خودرو وجود دارد. بنابراین، هیبریدهای چرخه اتکینسون به طور کامل نیازهای مشتری و استانداردهای محیطی را برآورده می کنند. علاوه بر این، پیشرفت متوقف نمی شود؛ اصلاحات جدید موتور اتکینسون مزایای آن را بهبود می بخشد و معایب آن را از بین می برد. بنابراین، می توان با اطمینان گفت که موتور چرخه اتکینسون آینده سازنده ای دارد و به عمر طولانی امیدوار است.
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 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 یک موتور 2.3 لیتری V6 با سوپرشارژر مکانیکی روی مزدا Xedos نصب شده است. -9 خودرو برای مدت زمان طولانی 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. 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. 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 تنفس طبیعی، کار در چنین چرخه ای تنها در حالت بار پاره 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 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. به همین دلیل مهندسان مزدا اولین موتور تولیدی خود را با چرخه میلر غیر تنفسی ساختند. 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 موتور مزدا V6 "Miller Cycle" نصب شده بر روی مزدا Xedos-9 (Millenia یا Eunos-800) را تعیین کرد. 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 موتور قدرتمندی در خودروهای بزرگ بسیار کم است - 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 یک موتور چرخه میلر با ویژگی های توان ویژه قابل قبول بدون استفاده از سوپرشارژر بسازند - سیستم جدید زمان بندی سوپاپ های متوالی که به صورت دینامیکی فازهای ورودی و خروجی را کنترل می کند، اجازه می دهد تا حدی افت حداکثر توان ذاتی را جبران کند. در چرخه میلر موتور جدید 4 سیلندر خطی 1.3 لیتری در دو نسخه 74 اسب بخار (118 نیوتن متر گشتاور) و 83 اسب بخار (121 نیوتن متر) تولید خواهد شد. 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 موتورهای کلاسیک تویوتا دهه 90 با فازهای ثابت که طبق چرخه اتو کار می کنند، دریچه ورودی پس از BDC در 35-45 درجه بسته می شود (با توجه به زاویه میل لنگ)، نسبت تراکم 9.5-10.0 است. در موتورهای مدرن تر با VVT، محدوده احتمالی بسته شدن سوپاپ ورودی به 5-70 درجه بعد از BDC افزایش یافته است و نسبت تراکم به 10.0-11.0 افزایش یافته است. 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 جدیدی با طیف گسترده ای از زمان بندی متغیر سوپاپ (VVT-iW) ظاهر شدند که می توانند هم در چرخه معمولی و هم در چرخه میلر کار کنند. 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.
همچنین در سایت بخوانیدهوندا NR500 8 سوپاپ در هر سیلندر با دو شاتون در هر سیلندر، موتورسیکلت بسیار کمیاب، بسیار جالب و کاملاً گران قیمت در جهان، مردم هوندا برای مسابقه باهوش و باهوش بودند))) حدود 300 عدد تولید شد و الان قیمت ها هستند. .. در سال 1989، تویوتا خانواده جدیدی از موتورها را به بازار معرفی کرد، سری UZ. سه موتور در خط ظاهر شد که در جابجایی سیلندر متفاوت بودند، 1UZ-FE، 2UZ-FE و 3UZ-FE. از نظر ساختاری، آنها یک هشت V شکل با یک ... |
یک موتور احتراق داخلی بسیار دور از ایده آل است، در بهترین حالت به 20 - 25٪ می رسد، یک موتور دیزلی 40 - 50٪ (یعنی بقیه سوخت تقریباً خالی می سوزد). برای افزایش راندمان (به ترتیب افزایش راندمان)، لازم است طراحی موتور بهبود یابد. بسیاری از مهندسان تا به امروز روی این کار کار می کنند، اما اولین آنها تنها چند مهندس بودند، مانند نیکولاس آگوست اوتو، جیمز آتکینسون و رالف میلر. همه تغییرات خاصی ایجاد کردند و سعی کردند موتورها را اقتصادی تر و کارآمدتر کنند. هر کدام یک چرخه کاری خاص را پیشنهاد کردند که می‌توانست به شدت با طراحی حریف متفاوت باشد. امروز سعی می کنم به زبان ساده برای شما توضیح دهم که تفاوت های اصلی در عملکرد موتورهای احتراق داخلی چیست و البته در انتها نسخه ویدیویی نیز وجود دارد...
این مقاله برای مبتدیان نوشته شده است، بنابراین اگر یک مهندس با تجربه هستید، لازم نیست آن را بخوانید؛ این مقاله برای درک کلی چرخه های عملکرد موتور احتراق داخلی نوشته شده است.
همچنین می‌خواهم توجه داشته باشم که تنوع زیادی در طرح‌های مختلف وجود دارد، معروف‌ترین آن‌هایی که هنوز می‌توانیم بدانیم چرخه دیزل، استیرلینگ، کارنو، اریکسون و غیره است. اگر طرح ها را بشمارید، می توانید حدود 15 مورد از آنها وجود داشته باشد و نه همه موتورهای احتراق داخلی، بلکه مثلاً STIRLING خارجی.
اما معروف ترین آنها که امروزه نیز در خودروها استفاده می شود، OTTO، ATKINSON و MILLER هستند. این چیزی است که ما در مورد آن صحبت خواهیم کرد.
در واقع، این یک موتور حرارتی احتراق داخلی معمولی با احتراق اجباری مخلوط قابل احتراق (از طریق شمع) است که در حال حاضر در 60 - 65٪ از اتومبیل ها استفاده می شود. بله - بله، آنی که زیر کاپوت دارید طبق چرخه OTTO کار می کند.
با این حال، اگر به تاریخ بپردازید، اولین اصل چنین موتور احتراق داخلی در سال 1862 توسط مهندس فرانسوی Alphonse BEAU DE ROCHE پیشنهاد شد. اما این یک اصل نظری عمل بود. OTTO در سال 1878 (16 سال بعد) این موتور را در فلز (در عمل) مجسم کرد و این فناوری را به ثبت رساند.
اساساً این یک موتور چهار زمانه است که ویژگی های زیر دارد:
- ورودی . تامین مخلوط هوای تازه و سوخت. دریچه ورودی باز می شود.
- فشرده سازی . پیستون بالا می رود و این مخلوط را فشرده می کند. هر دو دریچه بسته هستند
- سکته مغزی کار . شمع مخلوط فشرده شده را مشتعل می کند، گازهای مشتعل شده پیستون را به سمت پایین فشار می دهند.
- حذف گاز اگزوز . پیستون بالا می رود و گازهای سوخته را خارج می کند. دریچه اگزوز باز می شود
من می خواهم توجه داشته باشم که دریچه های ورودی و خروجی به ترتیب دقیق عمل می کنند - همین طور در سرعت های بالا و پایین. یعنی در سرعت های مختلف تغییری در عملکرد ایجاد نمی شود.
در موتور خود، OTTO اولین کسی بود که از فشرده سازی مخلوط کاری برای افزایش حداکثر دمای چرخه استفاده کرد. که به صورت آدیاباتیک (به عبارت ساده، بدون تبادل حرارت با محیط خارجی) انجام شد.
پس از فشرده شدن مخلوط، توسط یک شمع مشتعل شد، پس از آن فرآیند حذف حرارت آغاز شد، که تقریباً در امتداد یک ایزوکور (یعنی در حجم ثابت سیلندر موتور) پیش رفت.
از آنجایی که OTTO فناوری خود را به ثبت رساند، استفاده صنعتی از آن ممکن نبود. برای دور زدن اختراعات، جیمز اتکینسون تصمیم گرفت در سال 1886 چرخه OTTO را اصلاح کند. و او نوع عملکرد موتور احتراق داخلی خود را پیشنهاد کرد.
او تغییر نسبت زمان‌های ضربه را پیشنهاد کرد که به همین دلیل با پیچیده‌تر کردن ساختار میل لنگ، ضربان قدرت افزایش یافت. لازم به ذکر است که نسخه آزمایشی او تک سیلندر بود و به دلیل پیچیدگی طراحی زیاد مورد استفاده قرار نگرفت.
اگر به طور خلاصه اصل عملکرد این موتور احتراق داخلی را شرح دهیم، معلوم می شود:
هر 4 ضربه (تزریق، فشرده سازی، ضربه قدرت، اگزوز) در یک چرخش میل لنگ رخ داده است (OTTO دارای دو چرخش است). به لطف یک سیستم پیچیده از اهرم ها که در کنار "میل لنگ" وصل شده اند.
در این طرح، امکان اجرای نسبت های مشخصی از طول اهرم وجود داشت. به عبارت ساده تر، ضربان پیستون در کورس های ورودی و اگزوز طولانی تر از حرکت پیستون در ضربات تراکم و قدرت است.
این چه می دهد؟ بله، این واقعیت که شما می توانید با نسبت تراکم (تغییر آن) به دلیل نسبت طول اهرم ها "بازی" کنید و نه به دلیل "دریچه گاز" ورودی! از اینجا ما مزیت چرخه ACTISON را از نظر تلفات پمپاژ استنباط می کنیم
چنین موتورهایی با راندمان بالا و مصرف سوخت کم بسیار کارآمد بودند.
با این حال، بسیاری از جنبه های منفی نیز وجود داشت:
- پیچیدگی و طراحی دست و پا گیر
- در دور پایین کم است
- کنترل ضعیف دریچه گاز، چه ()
شایعات دائمی مبنی بر استفاده از اصل ATKINSON در خودروهای هیبریدی، به ویژه توسط تویوتا وجود دارد. با این حال، این کمی نادرست است، فقط از اصل او در آنجا استفاده شده است، اما این طرح توسط مهندس دیگری به نام میلر استفاده شده است. موتورهای ATKINSON در شکل خالص خود به جای اینکه گسترده باشند، به احتمال زیاد ایزوله می شوند.
رالف میلر همچنین تصمیم گرفت در سال 1947 با نسبت تراکم بازی کند. یعنی او همانطور که بود کار ATKINSON را ادامه می داد ، اما نه موتور پیچیده خود (با اهرم) بلکه موتور معمولی احتراق داخلی OTTO را گرفت.
چه پیشنهادی داد . او ضربان تراکم را از نظر مکانیکی کوتاه‌تر از ضربه قدرت نکرد (همانطور که اتکینسون پیشنهاد کرد، پیستون او سریع‌تر به سمت بالا حرکت می‌کند تا پایین). او ایده کوتاه کردن سکته تراکم را به قیمت ضربه ورودی، حفظ حرکت بالا و پایین پیستون ها یکسان (موتور کلاسیک OTTO) مطرح کرد.
دو راه وجود داشت:
- دریچه های ورودی را قبل از پایان سکته ورودی ببندید - این اصل "مصرف کوتاه" نامیده می شود.
- یا دیرتر از زمان ورودی شیرهای ورودی را ببندید - این گزینه "فشرده سازی کوتاه" نامیده می شود.
در نهایت، هر دو اصل یک چیز را ارائه می دهند - کاهش نسبت فشرده سازی مخلوط کار نسبت به هندسی! با این حال، درجه انبساط حفظ می شود، یعنی ضربان قدرت حفظ می شود (مانند موتور احتراق داخلی OTTO)، و به نظر می رسد سکته فشرده سازی کوتاه شده است (مانند موتور احتراق داخلی اتکینسون).
به زبان ساده - مخلوط هوا و سوخت در MILLER بسیار کمتر از آن چیزی است که باید در همان موتور در OTTO فشرده می شد. این به شما امکان می دهد درجه هندسی فشرده سازی و بر این اساس درجه فیزیکی انبساط را افزایش دهید. بسیار بیشتر از آن چیزی است که به دلیل خواص انفجاری سوخت است (یعنی بنزین را نمی توان به طور نامحدود فشرده کرد، انفجار شروع می شود)! بنابراین، هنگامی که سوخت در TDC (یا بهتر بگوییم نقطه مرده) مشتعل می شود، نسبت به طراحی OTTO درجه انبساط بسیار بیشتری دارد. این امکان استفاده از انرژی گازهای در حال انبساط در سیلندر را بسیار بیشتر می کند که باعث افزایش راندمان حرارتی سازه می شود که منجر به صرفه جویی بالا، کشش و غیره می شود.
همچنین شایان ذکر است که تلفات پمپاژ در طول ضربه فشرده سازی کاهش می یابد، یعنی فشرده سازی سوخت با MILLER آسان تر است و انرژی کمتری نیاز دارد.
جنبه های منفی - این کاهش در اوج توان خروجی (به ویژه در سرعت های بالا) به دلیل پر شدن ضعیف سیلندر است. برای تولید همان قدرت OTTO (در سرعت های بالا)، موتور باید بزرگتر (سیلندرهای بزرگتر) و حجیم تر ساخته می شد.
روی موتورهای مدرن
پس چه فرقی دارد؟
مقاله پیچیده تر از آن چیزی بود که من انتظار داشتم، اما به طور خلاصه. سپس معلوم می شود:
اتو - این اصل استاندارد یک موتور معمولی است که اکنون روی اکثر خودروهای مدرن نصب شده است
اتکینسون - با تغییر نسبت تراکم با استفاده از ساختار پیچیده ای از اهرم هایی که به میل لنگ متصل شده بودند، موتور احتراق داخلی کارآمدتری را ارائه می دهد.
مزایا - مصرف سوخت، موتور انعطاف پذیرتر، سر و صدای کمتر.
معایب - طراحی حجیم و پیچیده، گشتاور کم در سرعت های پایین، کنترل ضعیف دریچه گاز
در شکل خالص آن در حال حاضر عملا استفاده نمی شود.
میلر - پیشنهاد استفاده از نسبت تراکم کمتر در سیلندر، با استفاده از بسته شدن دیرهنگام دریچه ورودی. تفاوت با ATKINSON بسیار زیاد است، زیرا او از طراحی خود استفاده نکرد، بلکه از OTTO استفاده کرد، اما نه به شکل خالص آن، بلکه با یک سیستم زمان بندی اصلاح شده.
فرض بر این است که پیستون (در سکته تراکم) با مقاومت کمتری (تلفات پمپاژ) حرکت می کند، و از نظر هندسی بهتر مخلوط هوا و سوخت را فشرده می کند (به استثنای انفجار آن)، با این حال، درجه انبساط (هنگامی که توسط شمع مشتعل می شود) تقریباً مانند چرخه OTTO باقی می ماند.
مزایا - مصرف سوخت (مخصوصاً در سرعت های کم)، کشش عملکرد، سر و صدای کم.
معایب - کاهش قدرت در سرعت های بالا (به دلیل پر شدن بدتر سیلندر).
شایان ذکر است که در حال حاضر از اصل MILLER در برخی خودروها در سرعت های پایین استفاده می شود. به شما امکان می‌دهد فازهای ورودی و خروجی را تنظیم کنید (با استفاده از آنها را گسترش یا باریک کنید
اسلاید 2
موتور احتراق داخلی کلاسیک
موتور کلاسیک چهار زمانه در سال 1876 توسط یک مهندس آلمانی به نام نیکولاوس اتو اختراع شد؛ چرخه عملکرد چنین موتور احتراق داخلی (ICE) ساده است: ورودی، فشرده سازی، کورس قدرت، اگزوز.
اسلاید 3
نمودار نشانگر چرخه اتو و اتکینسون.
اسلاید 4
چرخه اتکینسون
مهندس بریتانیایی جیمز اتکینسون با چرخه خود قبل از جنگ آمد که کمی با چرخه اتو متفاوت است - نمودار نشانگر آن با رنگ سبز مشخص شده است. 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
حال، اگر همه چیز مطابق با چرخه اتو اتفاق می افتاد و دریچه ورودی در BDC بسته می شد، منحنی تراکم در بالا قرار می گرفت و فشار در انتهای ضربه بیش از حد خواهد بود - از این گذشته، نسبت تراکم در اینجا 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 تا حدود نیمی از حرکت کامل پیستون باز می ماند. بخشی از مخلوط قابل احتراق تازه به منیفولد ورودی بازگردانده می شود که فشار را در آنجا افزایش می دهد - یا بهتر است بگوییم خلاء را کاهش می دهد. این اجازه می دهد تا دریچه گاز در بارهای کم و متوسط بیشتر باز شود. به همین دلیل است که خط ورودی در نمودار چرخه اتکینسون بالاتر و تلفات پمپاژ موتور نسبت به چرخه اتو کمتر 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 دور موتور، لازم است خروج مخلوط قابل احتراق در طول چرخه مکش طولانی با استفاده از سوپرشارژ، در این مورد یک سوپرشارژر مکانیکی، جبران شود. و درایو آن سهم شیر از انرژی موتور را که از تلفات پمپاژ و اگزوز بازیابی می شود، می گیرد. 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
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).
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
روش اول برای موتورها معمولاً "مصرف کوتاه" نامیده می شود و روش دوم "تراکم کوتاه" است. هر دوی این رویکردها یک چیز را نشان می دهند: کاهش نسبت تراکم واقعی مخلوط کار نسبت به هندسی، در حالی که نسبت انبساط ثابت را حفظ می کند (یعنی ضربان قدرت مانند موتور اتو باقی می ماند، 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.
اسلاید 11
رویکرد دوم میلر
این رویکرد از نظر تلفات تراکمی تا حدودی سودمندتر است و بنابراین این رویکرد است که عملاً در موتورهای خودروهای سری مزدا "MillerCycle" اجرا می شود. 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 به شما امکان می دهد تا نسبت تراکم هندسی (و بر این اساس، نسبت انبساط!) را بالاتر از حد تعیین شده توسط خواص انفجار سوخت افزایش دهید - به دلیل "کوتاه شدن" که در بالا توضیح داده شده است، فشرده سازی واقعی را به مقادیر قابل قبول برساند. چرخه فشرده سازی.» 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. این ویژگی های خاص خود را دارد و در واقع نه یک ضربه ورودی و نه یک ضربه فشرده سازی است، 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
