Аткинсон, Миллер, процесс B-цикла: что это на самом деле означает
Содержание
Турбокомпрессоры VTG в двигателях VW фактически являются модифицированными дизельными агрегатами.
Циклы Аткинсона и Миллера всегда вызывают ассоциацию для увеличения эффективности, но между ними часто нет никакой разницы. Возможно, это не имеет смысла, потому что оба изменения сводятся к фундаментальной философии — созданию различных степеней сжатия и расширения в четырехтактном бензиновом двигателе. Поскольку эти параметры геометрически идентичны в обычном двигателе, бензиновый агрегат страдает от опасности детонации топлива, требующей снижения степени сжатия. Однако, если более высокая степень расширения может быть достигнута каким-либо образом, это привело бы к более высокому уровню «выдавливания» энергии расширяющихся газов и увеличило бы эффективность двигателя. Интересно отметить, что чисто исторически ни Джеймс Аткинсон, ни Ральф Миллер не создавали свои концепции в поисках эффективности. В 1887 году Аткинсон также разработал запатентованный комплексный кривошипно-шатунный механизм, состоящий из нескольких элементов (сходство можно найти сегодня в двигателе Infiniti VC Turbo), задачей которого было избежать патентов Отто. Результатом сложной кинематики является реализация четырехтактного цикла в течение одного оборота двигателя и другого хода поршня в процессе сжатия и расширения. Спустя много десятилетий этот процесс будет осуществляться путем сохранения впускного клапана открытым в течение более длительного периода времени и почти без исключения используемого в двигателях в сочетании с обычными гибридными силовыми установками (без возможности внешней электрической зарядки), такие как у тойоты и хонды. На средних и высоких скоростях это не проблема, потому что поток вторжения имеет инерцию, и когда поршень движется назад, он компенсирует возвратный воздух. Однако на низких скоростях это приводит к нестабильной работе двигателя, и поэтому такие агрегаты объединяются с гибридными системами или не используют цикл Аткинсона в этих режимах. По этой причине безнаддувные и впускные клапаны условно считаются циклом Аткинсона. Однако это не совсем правильно, потому что идея реализации различных степеней сжатия и расширения путем управления фазами открытия клапанов принадлежит Ральфу Миллеру и была запатентована в 1956 году. Однако его идея не направлена на достижение большей эффективности, и снижение степени сжатия и соответствующего использования низкооктановых топлив в авиационных двигателях. Миллер разрабатывает системы как с более ранним закрытием впускного клапана (Раннее закрытие впускного клапана, EIVC), так и с более поздним закрытием его (Позднее закрытие впускного клапана, LIVC), а также для компенсации недостатка воздуха или сохранения воздух, возвращающийся во впускной коллектор, используется компрессор.
Интересно отметить, что первый такой двигатель с асимметричными фазами, работающий на более позднем, определенном как «процесс цикла Миллера», был создан инженерами Mercedes и использовался в 12-цилиндровом компрессорном двигателе спортивного автомобиля W 163 с 1939 года. до того, как Ральф Миллер запатентовал свое испытание.
Первой серийной моделью, в которой использовался цикл Миллера, была Mazda Millenia KJ-ZEM V6 1994 года. Впускной клапан закрывается позже, возвращая часть воздуха во впускные коллекторы со степенью сжатие практически снижается, и для удержания воздуха используется механический компрессор Lysholm. Таким образом, степень расширения на 15 процентов больше, чем степень сжатия. Потери, вызванные сжатием воздуха от поршня к компрессору, компенсируются улучшенной конечной эффективностью двигателя.
Стратегии с очень поздним и очень ранним закрытием имеют разные преимущества в разных режимах. При низких нагрузках более позднее закрытие имеет то преимущество, что оно обеспечивает более широкую открытую дроссельную заслонку и поддерживает лучшую турбулентность. По мере увеличения нагрузки преимущество смещается в сторону более раннего закрытия. Однако последнее становится менее эффективным на высоких скоростях из-за недостаточного времени наполнения и большого перепада давления до и после клапана.
Ауди и Фольксваген, Мазда и Тойота
В настоящее время аналогичные процессы используются Audi и Volkswagen в их устройствах 2.0 TFSI (EA 888 Gen 3b) и 1.5 TSI (EA 211 Evo), к которым недавно присоединился новый 1.0 TSI. Однако они используют технологию предварительного закрытия впускного клапана, при которой расширяющийся воздух охлаждается после того, как клапан закрывается раньше. Audi и VW называют этот процесс B-циклом в честь инженера компании Ральфа Будака, который усовершенствовал идеи Ральфа Миллера и применил их к двигателям с турбонаддувом. При степени сжатия 13: 1 фактическая степень составляет около 11,7: 1, что само по себе чрезвычайно высоко для двигателя с принудительным зажиганием. Основную роль во всем этом играет сложный механизм открытия клапанов с переменными фазами и ходом, который способствует завихрению и регулируется в зависимости от условий. В двигателях B-цикла давление впрыска увеличивается до 250 бар. Микроконтроллеры управляют плавным процессом изменения фазы и перехода от B-процесса к обычному циклу Отто при высокой нагрузке. Кроме того, в 1,5- и 1-литровых двигателях используются турбонагнетатели с изменяемой геометрией быстрого реагирования. Охлажденный предварительно сжатый воздух обеспечивает лучшие температурные условия по сравнению с прямым сильным сжатием в цилиндре. В отличие от высокотехнологичных турбокомпрессоров BorgWarner VTG компании Porsche, используемых для более мощных моделей, агрегаты VW с изменяемой геометрией, созданные той же компанией, представляют собой практически слегка модифицированные турбины для дизельных двигателей. Это возможно благодаря тому, что из-за всего описанного до сих пор максимальная температура газа не превышает 880 градусов, то есть немного выше, чем у дизельного двигателя, что является показателем высокой эффективности.
Японские компании еще больше путают стандартизацию терминологии. В отличие от других бензиновых двигателей Mazda Skyactiv, Skyactiv G 2.5 T работает с турбонаддувом и работает в широком диапазоне нагрузок и оборотов в цикле Миллера, но Mazda также вызывает цикл, в котором работают их атмосферные агрегаты Skyactiv G. Toyota использует 1.2 D4-T (8NR-FTS) и 2.0 D4-T (8AR-FTS) в своих турбодвигателях, но Mazda, с другой стороны, определяет их как одинаковые для всех своих безнаддувных двигателей для гибридных моделей и машин нового поколения Dynamic Force. с атмосферным заполнением как «работа по циклу Аткинсона». Во всех случаях техническая философия одинакова.
