В автомобільній будові легкових автомобілів уже понад сторіччя стандартно використовуються двигун внутрішнього згорання. Вони мають деякі мінуси, над якими роками б'ються вчені та конструктори. В результаті цих досліджень виходять досить цікаві та дивні «движки». Про один із них і йтиметься у цій статті.
Історія створення циклу Аткінсона
Історія створення двигуна з циклом Аткінсона корінням сягає в далеку історію. Почнемо з того що перший класичний чотиритактний двигунбув винайдений німцем Ніколаусом Отто в 1876 році. Цикл такого мотора досить простий: впуск, стиск, робочий хід, випуск.
Усього через 10 років після винаходу двигуна Отто, англієць Джеймс Аткінсон запропонував модифікувати німецький двигун. По суті двигун залишається чотиритактним. Але Аткінсон трохи змінив тривалість двох із них: перші 2 такти коротші, інші 2 довші. Сер Джеймс реалізував цю схему за допомогою зміни довжини ходів поршнів. Але в 1887 така модифікація двигуна Отто не знайшла застосування. Незважаючи на те, що продуктивність двигуна збільшилася на 10%, складність механізму не дозволяла масово застосовувати цикл Аткінсона для автомобілів.
Але інженери продовжували працювати над циклом сера Джеймса. Американець Ральф Міллер у 1947 трохи вдосконалив цикл Аткінсона, спростивши його. Це дозволило використовувати двигун в автомобілебудуванні. Здавалося б, правильніше називати цикл Аткінсона циклом Міллера. Але інженерне співтовариство залишило за Аткінсоном право називати мотор на його ім'я за принципом першовідкривача. До того ж, із застосуванням нових технологій стало можливим застосовувати складніший Аткінсонівський цикл, тому від циклу Міллера згодом відмовилися. Наприклад, у нових Toyota стоїть мотор Аткінсона, а не Міллера.
У наш час двигун, який працює за принципом циклу Аткінсона, ставлять на гібриди. Особливо досягли успіху в цьому японці, які завжди дбають про екологічність своїх авто. Гібридні Prius від Toyotaактивно заповнюють світовий ринок. 
Принцип роботи циклу Аткінсона
Як говорилося раніше, цикл Аткінсона повторює ті самі такти, що й цикл Отто. Але при використанні однакових принципів Аткінсон створив зовсім новий двигун.
Мотор сконструйований так, що поршень здійснює всі чотири такти за один поворот колінвалу. Крім того, такти мають різну довжину: ходи поршня під час стиснення та розширення коротші, ніж під час впуску та випуску. Тобто у циклі Отто впускний клапан закривається майже відразу. У циклі Аткінсона цей клапан закривається на половині шляху до верхньої мертвої точки. У звичайному ДВС у цей момент вже відбувається стиск.
Двигун модифікований спеціальним коленвалом, у якому зміщені точки кріплення. Завдяки цьому ступінь стиснення мотора зросла, а втрати на терті мінімізувалися.
На відміну від традиційних двигунів
Нагадаємо, що цикл Аткінсона є чотиритактним(Впуск, стиснення, розширення, викид). Звичайний чотиритактний двигун працює за циклом Отто. Коротко, нагадаємо його роботу. На початку робочого ходу в циліндрі поршень йде нагору, до верхньої робочої точки. Суміш із палива та повітря згоряє, газ розширюється, тиск на максимумі. Під впливом цього газу поршень їде донизу, приходить у нижню мертву точку. Робочий хід закінчено, відкривається випускний клапан, який виходить відпрацьований газ. Тут відбуваються втрати випуску, т.к. відпрацьований газ все ж таки має залишковий тиск, використовувати який неможливо.
Аткінсон зменшив втрату випуску. У двигуні об'єм камери згоряння менше при попередньому робочому об'ємі. Це означає що ступінь стиснення вище, а хід поршня більший. До того ж, тривалість такту стиску порівняно з робочим ходом зменшується, двигун працює за циклом зі збільшеним ступенем розширення (ступінь стиснення нижче ступеня розширення). Ці умови дозволили зменшити втрату випуску, використовуючи енергію відпрацьованих газів.
Повернемося до циклу Отто. При всмоктуванні робочої суміші дросельна заслінка закрита і створює опір на впуску. Відбувається це при неповному натисканні на педаль газу. Через закриту заслінку двигун витрачає енергію марно, створюючи насосні втрати.
Аткінсон попрацював і з тактом впуску. Продовживши його, сер Джеймс досяг зменшення насосних втрат. Для цього поршень сягає нижньої мертвої точки, потім піднімається, залишаючи впускний клапан відкритим приблизно до половини поршневого ходу. Частина паливної суміші повертається у впускний колектор. У ньому підвищується тиск, що дає можливість відкрити дросельну заслінку на малих і середніх оборотах.
Але в серію аткінсонівський мотор не випускали через перебої в роботі. Справа в тому, що, на відміну від ДВС, двигун працює тільки на підвищених оборотах. На неодруженому ходу він може затихнути. Але ця проблема вирішилася у виробництві гібридів. На малих швидкостях такі машини їдуть на електоротягу, а на бензиновий двигун переходять тільки у разі розгону або при навантаженнях. Подібна модель як прибирає недоліки двигуна Аткінсона, так і підкреслює його переваги перед іншими ДВЗ.
Переваги та недоліки циклу Аткінсона
Двигун Аткінсона має декілька переваг, Що виділяють його перед рештою ДВС: 1. Зниження паливних втрат. Як говорилося раніше, завдяки зміні тривалості тактів стало можливим зберігати паливо, використовуючи відпрацьовані гази і знижуючи насосні втрати. 2. Невелика ймовірність детонаційного згоряння. Ступінь стиснення палива зменшується з 10 до 8. Це дозволяє не підвищувати обороти двигуна перемиканням на знижену передачу через збільшення навантаження. Також ймовірність детонаційного згоряння менше через виходу тепла з камери згоряння у впускний колектор. 3. Невелика витрата бензину. У нових гібридних моделях витрата бензину дорівнює 4 літри на 100 км. 4. Економічність, екологічність, високий ККД. 
Але у двигуна Аткінсона є одна істотна вада, яка не дозволяла застосовувати його в масовому виробництві машин. Через невисокі показники потужності, на маленьких оборотах двигун може затихнути.Тому двигун Аткінсона дуже добре прижився на гібридах.
Застосування циклу Аткінсона в автомобілебудуванні
До речі, про машини, на які ставлять аткінсонівські двигуни. У масовому випуску ця модифікація ДВС виникла нещодавно. Як було сказано раніше, першими користувачами циклу Аткінсона були японські фірми та Toyota. Одна з найвідоміших машин – MazdaXedos 9/Eunos800, яка випускалася у 1993-2002 роках.
Потім ДВС Аткінсона взяли на озброєння виробники гібридних моделей. Однією з найвідоміших компаній, що використовують цей мотор, є Toyota, що випускає Prius, Camry, Highlander Hybrid та Harrier Hybrid. Такі ж двигуни використовуються в Lexus RX400h, GS 450h та LS600h, а "Форд" та "Нісан" розробили Escape Hybridі Altima Hybrid.
Варто сказати, що у автомобілебудуванні спостерігається мода на екологію. Тому гібриди, що працюють на циклі Аткінсона, повністю задовольняють потреби клієнтів та екологічних норм. До того ж прогрес не стоїть на місці, нові модифікації аткінсонівського мотора покращують його плюси та знищують мінуси. Тому з упевненістю можна сказати, що двигун на основі циклу Аткінсона має продуктивне майбутнє та надію на довге існування.
Цикл Міллера - термодинамічний цикл, що використовується в чотиритактних двигунах внутрішнього згоряння. Цикл Міллера був запропонований у 1947 році американським інженером Ральфом Міллером як спосіб поєднання переваг двигуна Аткінсона з більш простим поршневим механізмом двигуна Отто. Замість того, щоб зробити такт стиснення механічно коротшим, ніж такт робочого ходу (як у класичному двигуні Аткінсона, де поршень рухається вгору швидше, ніж вниз), Міллер придумав скоротити такт стиснення за рахунок такту впуску, зберігаючи рух поршня вгору і вниз однаковим по швидкості (як у класичному двигуні Отто).
Для цього Міллер запропонував два різні підходи: або закривати впускний клапан значно раніше закінчення такту впуску (або відкривати пізніше початку цього такту), або закривати його значно пізніше закінчення цього такту. Перший підхід у двигуністів має умовну назву «укороченого впуску», а другий - «укороченого стиснення». Зрештою обидва ці підходи дають одне й те саме: зниження фактичного ступеня стиснення робочої суміші щодо геометричної, при збереженні незмінного ступеня розширення (тобто такт робочого ходу залишається таким же, як у двигуні Отто, а такт стиснення як би скорочується - як у Аткінсона, тільки скорочується не за часом, а за ступенем стиснення суміші). Розглянемо докладніше другий підхід Міллера- оскільки він дещо вигідніший з погляду втрат на стиск, і тому саме він практично реалізований у серійних автомобільних моторах Mazda «Miller Cycle» (такий мотор V6 об'ємом 2.3 літра з механічним нагнітачом досить давно встановлюється на автомобіль Mazda Xedos-9, а нещодавно Новий «атмосферний» двигун I4 такого типу об'ємом 1.3 літра отримала модель Mazda-2).
У такому моторі впускний клапан не закривається із закінченням такту впуску, а залишається відкритим протягом першої частини такту стиснення. Хоча на такті впуску паливо-повітряної сумішшю був заповнений весь об'єм циліндра, частина суміші витісняється назад у впускний колектор через відкритий клапан впуску, коли поршень рухається вгору на такті стиснення. Стиснення суміші фактично починається пізніше, коли впускний клапан нарешті закривається, і суміш виявляється замкненою в циліндрі. Таким чином суміш у двигуні Міллера стискується менше, ніж мала б стискатися у двигуні Отто такої ж механічної геометрії. Це дозволяє збільшити геометричну ступінь стиснення (і, відповідно, ступінь розширення!) вище за межі, зумовлені детонаційними властивостями палива - привівши фактичне стиск до допустимих значень за рахунок вищеописаного «укорочення циклу стиснення». Іншими словами, за тієї ж фактичної міри стиснення (обмеженої паливом) мотор Міллера має значно більший ступінь розширення, ніж мотор Отто. Це дає можливість більш повно використовувати енергію газів, що розширюються в циліндрі, що, власне, і підвищує теплову ефективність мотора, забезпечує високу економічність двигуна і так далі.
Зрозуміло, зворотне витіснення заряду означає падіння потужних показників двигуна, й у атмосферних двигунів робота з такому циклу має сенс лише щодо вузькому режимі часткових навантажень. У разі постійних фаз газорозподілу компенсувати це у всьому динамічному діапазоні дозволяє лише застосування наддуву. На гібридних моделях недолік тяги у несприятливих режимах компенсується тягою електродвигуна.
Вигода від підвищення теплової ефективності циклу Міллера щодо циклу Отто супроводжується втратою пікової вихідної потужності для даного розміру (і маси) двигуна через погіршення наповнення циліндра. Так як для отримання такої ж вихідної потужності потрібен двигун Міллера більшого розміру, ніж двигун Отто, виграш від підвищення теплової ефективності циклу буде частково витрачений на механічні втрати, що збільшилися разом з розмірами двигуна (тертя, вібрації і т. д.). Саме тому інженери Mazda побудували свій перший серійний мотор із циклом Міллера не атмосферним. Коли вони приєднали до двигуна нагнітач типу Lysholm, їм вдалося відновити високу питому потужність майже не втрачаючи ефективності, що забезпечується циклом Міллера. Саме це рішення зумовило привабливість двигуна Mazda V6 "Miller Cycle", що встановлюється на Mazda Xedos-9 (Millenia або Eunos-800). Адже за робочого об'єму 2.3 л він видає потужність 213 л.с. і момент, що крутить 290 Нм, що рівноцінно характеристикам звичайних 3-літрових атмосферних моторів, і в той же час витрата палива для такого потужного мотора на великій машині дуже низька - на трасі 6.3 л/100 км, в місті - 11.8 л/100 км, що відповідає показникам набагато менш потужних 1.8-літрових двигунів. Подальший розвиток технологій дозволив інженерам Mazda побудувати двигун Miller Cycle з прийнятними характеристиками питомої потужності вже без використання нагнітачів - нова система послідовної зміни часу відкриття клапанів Sequential Valve Timing System, динамічно керуючи фазами впуску та випуску, дозволяє частково компенсувати властиве циклу Міллера падіння максимальної потужності. Новий мотор буде випускатися рядним 4-циліндровим, об'ємом 1.3 літра, у двох варіантах: потужністю 74 кінські сили (118 Нм крутного моменту) і 83 кінські сили (121 Нм). При цьому витрата палива у цих двигунів знизилася порівняно зі звичайним мотором такої ж потужності на 20 відсотків - до чотирьох з невеликим літрів на сто кілометрів пробігу. Крім того, токсичність мотора з «циклом Міллера» на 75 відсотків нижча за сучасні екологічні вимоги. РеалізаціяУ класичних двигунах Toyota 90-х років з фіксованими фазами, що працюють за циклом Отто, впускний клапан закривається в 35-45 ° після НМТ (по куту повороту колінчастого валу), ступінь стиснення становить 9.5-10.0. У сучасних двигунах з VVT можливий діапазон закриття впускного клапана розширився до 5-70° після НМТ, ступінь стиснення зросла до 10.0-11.0. У двигунах гібридних моделей, що працюють тільки за циклом Міллера, діапазон закриття впускного клапана припадає на 80-120 ° ... 60-100 ° після НМТ. Геометричний ступінь стиснення – 13.0-13.5. До середини 2010-х з'явилися нові двигуни з широким діапазоном зміни фаз газорозподілу (VVT-iW), які можуть працювати як у звичайному циклі, так і циклу Міллера. У атмосферних версій діапазон закриття впускного клапана становить 30-110° після НМТ при геометричному ступені стиснення 12.5-12.7, турбоверсій - відповідно, 10-100° і 10.0.
ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ НА САЙТІHonda NR500 8 клапанів на циліндр з двома шатунами на циліндр, дуже рідкісний, дуже цікавий і досить дорогий мотоцикл у світі, хондівці для гонок мудрували і намудрили))) Було випущено близько 300 штук і зараз... У 1989-му році Toyota представила на ринок нове сімейство двигунів, серію UZ. У лінійки з'явилося відразу три двигуни, що відрізняються робочим об'ємом циліндрів, 1UZ-FE, 2UZ-FE та 3UZ-FE. Конструктивно вони являють собою V-подібну вісімку з відокремленим... |
Двигун внутрішнього згоряння дуже далекий від ідеалу, у кращому разі досягає 20 – 25%, дизельного 40 – 50% (тобто решта палива спалюється майже порожня). Щоб підвищити ефективність (відповідно збільшити коефіцієнт корисної дії) потрібно покращити конструкцію двигуна. Над цим б'ються багато інженерів, і до цього дня, але першими були лише кілька інженерів, таких як Ніколаус Август ОТТО, Джеймсом Аткінсоном і Ральфом Міллером. Кожен вносив певні зміни, і намагався зробити мотори економічнішими та продуктивнішими. Кожен пропонував певний цикл роботи, який міг кардинально відрізнятись від конструкції опонента. Сьогодні я постараюся простими словами, пояснити вам які основні відмінності є в роботі ДВС, і відео версія в кінці …
Стаття буде написана для новачків, тому якщо ви досвідчений інженер, можете її не читати, написана для загального розуміння циклів роботи ДВС.
Також хочеться відзначити, що варіацій різних конструкцій дуже багато, найвідоміші, які ми ще можемо знати, цикл ДИЗЕЛЯ, СТИРЛІНГУ, КАРНО, ЕРІКСОННА і т.д. Якщо порахувати конструкції, їх може набратися близько 15. І не всі двигуни внутрішнього згоряння, а наприклад, у СТИРЛІНГА зовнішнього.
Але найвідоміші, які застосовуються і до цього дня в автомобілях, це ОТТО, Аткінсон і Міллер. Ось про них і говоритимемо.
По суті це звичайний тепловий двигун внутрішнього згоряння з примусовим займанням горючої суміші (через свічку), який застосовується зараз у 60-65% автомобілів. ТАК – так, саме той, що у вас стоїть під капотом, працює за циклом ОТТО.
Однак якщо копнути в історію, першим принцип такого ДВС запропонував у 1862 році французький інженер Альфонс БО ДЕ РОШ. Але це був теоритичний принцип роботи. ОТТО ж у 1878 році (через 16 років) втілив цей двигун у металі (на практиці) та запатентував цю технологію
По суті, це чотиритактний мотор, якому властиві:
- Впуск . Подача свіжої повітряної суміші. Відкривається впускний клапан.
- Стиснення . Поршень йде нагору, стискаючи цю суміш. Обидва клапани закриті
- Робочий хід . Свічка підпалює стислу суміш, гази, що загорілися, штовхають поршень вниз
- Відведення відпрацьованих газів . Поршень йде вгору, виштовхуючи згорілі гази. Відкривається випускний клапан
Хочеться відзначити, що впускні та випускні клапани, працюють у суворій послідовності – ОДНАКОВО при високих і при низьких оборотах. Тобто, зміни роботи при різних оборотах не спостерігається.
У своєму двигуні ОТТО перший застосував стиск робочої суміші для підвищення максимальної температури циклу. Яке здійснювалося за адіабатом (простими словами без теплообміну із зовнішнім середовищем).
Після стиснення суміші, вона спалахувала від свічки, після цього починався процес відведення тепла, який протікав практично по ізохоре (тобто при постійному обсязі циліндра двигуна).
Оскільки ОТТО запатентував свою технологію, її промислове використання було неможливо. Щоб обійти патенти Джеймс Аткінсон у 1886 році, вирішив модифікувати цикл ОТТО. І запропонував свій тип роботи двигуна внутрішнього згоряння.
Він запропонував змінити час тактів, завдяки чому робочий хід був збільшений за рахунок ускладнення кривошипно-шатунної конструкції. Потрібно відзначити, що тестовий екземпляр який він побудував, був одноциліндровий, і не отримав великого поширення через складність конструкції.
Якщо двома словами описати принцип роботи цього ДВС, то виходить:
Усі 4 такти (уприскування, стиснення, робочий хід, випуск) – відбувалися за одне обертання колінчастого валу (у ОТТО обертань — два). Завдяки складній системі важелів, які кріпилися поряд із «колінвалом».
У цій конструкції вдалося реалізувати певні співвідношення довжин важелів. Якщо сказати простими словами - хід поршня на такті впуску і випуску БІЛЬШЕ, ніж хід поршня в стиснення і робочого ходу.
Що дає? ТАК те, що можна «грати» ступенем стиснення (змінюючи її), за рахунок співвідношення довжин важелів, а не за рахунок «дроселювання» впуску! З цього виводиться перевага циклу АКТИНСОНУ, за насосними втратами
Такі мотори вийшли досить ефективними з високим ККД та невеликою витратою палива.
Проте негативних моментів також було багато.
- Складність та громіздкість конструкції
- Низький на низьких обертах
- Погано керується дросельною заслінкою, чи то ()
Ходять чутки, що принцип АТКІНСОНА використовувався на гібридних автомобілях, зокрема компанії TOYOTA. Однак це трохи не правда, там використовувався лише його принцип, а ось конструкція застосовувалася іншого інженера, а саме Міллера. У чистому вигляді мотори Аткінсона швидше мали одиничний характер, ніж масовий.
Ральф Міллер також вирішив погратися зі ступенем стиснення у 1947 році. Тобто він ніби продовжить роботу АТКІНСОНА, але взяв не його складний двигун (з важелями), а звичайний ДВЗ ОТТО.
Що він запропонував . Він не став робити такт стиснення механічно коротшим, ніж такт робочого ходу (як пропонував Аткінсон, у нього поршень рухається швидше вгору, ніж вниз). Він придумав скоротити такт стиснення за рахунок такту впуску, зберігаючи рух поршнів вгору та вниз однаковим (класичний мотор ОТТО).
Можна було піти двома способами:
- Закривати впускні клапани раніше закінчення такту впуску – такий принцип отримав назву «Укорочений впуск»
- Або закривати впускні клапани після такту впуску – цей варіант отримав назви «Укороченого стиснення»
Зрештою, обидва принципи дають те саме – зменшення ступеня стиснення, робочої суміші щодо геометричної! Однак зберігається ступінь розширення, тобто такт робочого ходу зберігається (як у ДВС ОТТО), а такт стиснення як би скорочується (як у ДВС Аткінсона).
Простими словами - Повітряно-паливна суміш у МІЛЛЕРА стискається набагато менше, ніж повинна була стискатися в такому ж моторі у ОТТО. Це дозволяє збільшити геометричний ступінь стиснення, і відповідно фізичний ступінь розширення. Набагато більшу, ніж обумовлено детонаційними властивостями палива (тобто бензин не можна стискати нескінченно, почнеться детонація)! Таким чином, коли паливо займається ВМТ (вірніше мертвої точці), воно має набагато більший ступінь розширення ніж у конструкції ОТТО. Це дає набагато більше використовувати енергію газів, що розширюються в циліндрі, що і підвищує теплову ефективність конструкції, що тягне за собою високу економію, еластичність і т.д.
Варто також враховувати, що на такті стиснення зменшуються насосні втрати, тобто стискати паливо у МІЛЛЕРА легше, потрібно менше енергії.
Негативні сторони – це зменшення пікової вихідної потужності (особливо на високих оборотах) через найгірше наповнення циліндрів. Щоб зняти таку ж потужність як у ОТТО (при високих оборотах), двигун потрібно було будувати більше (об'ємніше циліндри) і масивніше.
На сучасних двигунах
То в чому ж різниця?
Стаття вийшла складніше, ніж я припускав, але якщо підбити підсумок. ТО виходить:
ОТТО – це стандартний принцип звичайного мотора, який зараз стоять на більшості сучасних автомобілів
Аткінсон - Пропонував більш ефективний ДВС, за рахунок зміни ступеня стиснення за допомогою складної конструкції з важелів які приєднувалися до колінчастого валу.
ПЛЮСИ - економія палива, еластичніший мотор, менше шуму.
МІНУСИ – громіздка та складна конструкція, низький крутний момент на низьких обертах, погано керується дросельною заслінкою
У чистому вигляді зараз практично не застосовується.
МІЛЕР – запропонував використовувати знижений ступінь стиснення в циліндрі за допомогою пізнього закриття впускного клапана. Різниця з Аткінсона величезна, тому що він використовував не його конструкцію, а ОТТО, але не в чистому вигляді, а з доопрацьованою системою ГРМ.
Передбачається, що поршень (на такті стиснення) йде з меншим опором (насосні втрати), і краще геометрично стискає повітряно-паливну суміш (виключаючи її детонацію), проте ступінь розширення (при запаленні від свічки) залишається майже такий самий, як і в циклі ОТТО .
ПЛЮСИ - економія палива (особливо на низьких оборотах), еластичність роботи, низький шум.
МІНУСИ – зменшення потужності при високих оборотах (через найгірше наповнення циліндрів).
Варто зазначити, що зараз принцип МІЛЛЕРА використовується на деяких автомобілях при невисоких обертах. Дозволяє регулювати фази впуску та випуску (розширюючи або звужуючи їх за допомогою
Слайд 2
Класичний ДВС
Класичний чотиритактний мотор був винайдений у далекому 1876 одному німецьким інженером на ім'я Ніколаус Отто, цикл роботи такого двигуна внутрішнього згоряння (ДВС) простий: впуск, стиск, робочий хід, випуск.
Слайд 3
Індикаторна діаграма циклу Отто та Аткінсона.
Слайд 4
Цикл Аткінсона
Британський інженер Джеймс Аткінсон ще до війни вигадав свій цикл, який трохи відрізняється від циклу Отто – його індикаторна діаграма відзначена зеленим кольором. У чому відмінність? По-перше, об'єм камери згоряння такого мотора (при тому ж робочому об'ємі) менший, і відповідно, вищий ступінь стиснення. Тому верхня точка на індикаторній діаграмі розташовується лівіше, в області меншого надпоршневого об'єму. І ступінь розширення (те ж саме, що й ступінь стиснення, тільки навпаки) теж більший - а значить, ми ефективніше, на більшому ході поршня використовуємо енергію газів, що відпрацювали, і маємо менші втрати випуску (це відображено меншою сходинкою праворуч). Далі все те саме - йдуть такти випуску та впуску.
Слайд 5
Тепер, якби все відбувалося відповідно до циклу Отто і впускний клапан закрився б у НМТ, то крива стиснення пройшла б угорі, і тиск в кінці такту виявився б надмірним - адже ступінь стиснення тут більший! Після іскри був би не спалах суміші, а детонаційний вибух - і двигун, не пропрацювавши і години, спочив би вибух. Але не таким був британський інженер Джеймс Аткінсон! Він вирішив продовжити фазу впуску - поршень доходить до НМТ і йде вгору, а впускний клапан тим часом залишається відкритим приблизно до половини повного ходу поршня. Частина свіжої горючої суміші при цьому виштовхується назад у впускний колектор, що підвищує тиск - вірніше, зменшує розрідження. Це дозволяє на малих та середніх навантаженнях більше відкривати дросельну заслінку. Ось чому лінія впуску на діаграмі циклу Аткінсона проходить вище, і насосні втрати двигуна виявляються нижчими, ніж у циклі Отто.
Слайд 6
Цикл «Аткінсона»
Так що такт стиснення, коли закривається впускний клапан, починається при меншому надпоршневому об'ємі, що ілюструє зелена лінія стиснення, що починається з половини нижньої горизонтальної лінії впуску. Здавалося б, чого простіше: зробити вище ступінь стиснення, зміни профіль впускних кулачків, і справа в капелюсі - двигун з циклом Аткінсона готовий! Але річ у тому, що для досягнення хороших динамічних показників у всьому робочому діапазоні оборотів двигуна треба компенсувати виштовхування горючої суміші під час продовженого впускного циклу, застосовуючи наддув, в даному випадку – механічний нагнітач. А його привід відбирає у двигуна левову частку тієї енергії, що вдається відіграти на насосних та випускних втратах. Застосування циклу Аткінсона на безнаддувному двигуні гібрида ToyotaPrius стало можливим завдяки тому, що він працює у полегшеному режимі.
Слайд 7
Цикл «Міллера»
Цикл Міллера - термодинамічний цикл, що використовується в чотиритактних ДВС. Цикл Міллера був запропонований в 1947 році американським інженером Ральфом Міллером як спосіб поєднання переваг двигуна Анткінсона з більш простим поршневим механізмом двигуна Отто.
Слайд 8
Замість того, щоб зробити такт стиснення механічно коротшим, ніж такт робочого ходу (як у класичному двигуні Аткінсона, де поршень рухається вгору швидше, ніж вниз), Міллер придумав скоротити такт стиснення за рахунок такту впуску, зберігаючи рух поршня вгору і вниз однаковим по швидкості (як у класичному двигуні Отто).
Слайд 9
Для цього Міллер запропонував два різні підходи: закривати впускний клапан значно раніше закінчення такту впуску (або відкривати пізніше початку цього такту), закривати його значно пізніше закінчення цього такту.
Слайд 10
Перший підхід у двигунів носить умовну назву "укороченого впуску", а другий - "укороченого стиснення". Обидва ці підходи дають одне й те саме: зниження фактичного ступеня стиснення робочої суміші щодо геометричної, при збереженні незмінного ступеня розширення (тобто такт робочого ходу залишається таким же, як у двигуні Отто, а такт стиснення як би скорочується - як у Аткінсона, тільки скорочується не за часом, а за ступенем стиснення суміші)
Слайд 11
Другий підхід «Міллера»
Такий підхід дещо вигідніший з погляду втрат на стиск, і тому саме він практично реалізований у серійних автомобільних моторах Mazda «MillerCycle». У такому моторі впускний клапан не закривається із закінченням такту впуску, а залишається відкритим протягом першої частини такту стиснення. Хоча на такті впуску паливно-повітряною сумішшю був заповнений весь об'єм циліндра, частина суміші витісняється назад у впускний колектор через відкритий клапан впуску, коли поршень рухається вгору на такті стиснення.
Слайд 12
Стиснення суміші фактично починається пізніше, коли впускний клапан нарешті закривається, і суміш виявляється замкненою в циліндрі. Таким чином суміш у двигуні Міллера стискується менше, ніж мала б стискатися у двигуні Отто такої ж механічної геометрії. Це дозволяє збільшити геометричний ступінь стиснення (і, відповідно, ступінь розширення!) вище за межі, що обумовлюються детонаційними властивостями палива - привівши фактичний стиск до допустимих значень за рахунок вищеописаного «укорочення циклу стиснення». Слайд 15
Висновок
Якщо уважно придивитися до циклу - як Аткінсона, так і Міллера, можна помітити, що в обох є додатковий п'ятий такт. Він має власні характеристики і не є, по суті, ні тактом впуску, ні тактом стиснення, а проміжним самостійним тактом між ними. Тому двигуни, що працюють за принципом Аткінсона чи Міллера, називають п'ятитактними.
Переглянути всі слайди
