Двигатель. Различия между циклами Отто и Аткинсона
Эксплуатация машин

Двигатель. Различия между циклами Отто и Аткинсона

Двигатель. Различия между циклами Отто и Аткинсона С некоторых пор все чаще можно встретить термин «двигатель, работающий в экономичном цикле Аткинсона». Что это за цикл и почему он снижает расход топлива?

Наиболее распространенные сегодня четырехтактные бензиновые двигатели работают по так называемому циклу Отто, разработанному в конце XNUMX века немецким изобретателем Николаусом Отто, конструктором одного из первых удачных поршневых двигателей внутреннего сгорания. Суть этого цикла состоит из четырех тактов, выполняемых за два оборота коленчатого вала: такта впуска, такта сжатия, рабочего такта и такта выпуска.

В начале такта впуска открывается впускной клапан, через который происходит всасывание топливно-воздушной смеси из впускного коллектора за счет втягивания поршня. Перед началом такта сжатия впускной клапан закрывается и возвращающийся к головке поршень сжимает смесь. Когда поршень достигает пикового положения, смесь воспламеняется под действием электрической искры. Образовавшиеся горячие выхлопные газы расширяются и толкают поршень, передавая ему свою энергию, а когда поршень оказывается максимально далеко от головки, выпускной клапан открывается. Такт выпуска начинается с возвратного поршня, выталкивающего выхлопные газы из цилиндра в выпускной коллектор.

К сожалению, не вся энергия выхлопных газов используется во время рабочего такта для толкания поршня (и, через шатун, для вращения коленчатого вала). Они все еще находятся под высоким давлением, когда клапан выдоха открывается в начале такта выдоха. Мы можем узнать об этом, когда слышим шум, издаваемый автомобилем со сломанным глушителем – он вызван выходом энергии в воздух. Вот почему КПД традиционных бензиновых двигателей составляет всего около 35 процентов. Если бы можно было увеличить ход поршня в рабочем ходе и использовать эту энергию…

Эта идея пришла в голову английскому изобретателю Джеймсу Аткинсону. В 1882 году он сконструировал двигатель, в котором благодаря сложной системе толкателей, соединяющих поршни с коленчатым валом, рабочий такт был длиннее такта сжатия. В результате в начале такта выпуска давление выхлопных газов практически равнялось атмосферному, а их энергия использовалась полностью.

Редакция рекомендует:

Тарелки. Водителей ждет революция?

Самодельные способы зимней езды

Надежный малыш за небольшие деньги

Так почему же идея Аткинсона не использовалась более широко и почему в двигателях внутреннего сгорания уже более века используется менее эффективный цикл Отто? Есть две причины: одна — сложность двигателя Аткинсона, а другая — и что более важно — меньшая мощность, которую он получает от водоизмещающего агрегата.

Однако по мере того, как все больше внимания уделялось расходу топлива и влиянию автомобилизации на окружающую среду, вспоминали о высокой эффективности двигателя Аткинсона, особенно на средних оборотах. Его концепция оказалась отличным решением, особенно в гибридных автомобилях, в которых нехватку мощности, особенно необходимой при трогании и разгоне, компенсирует электродвигатель.

Именно поэтому двигатель, работающий по модифицированному циклу Аткинсона, использовался в первом серийном автомобиле с гибридным приводом — Toyota Prius, а затем и во всех остальных гибридах Toyota и Lexus.

Что такое модифицированный цикл Аткинсона? Благодаря этому умному решению удалось заставить двигатель Toyota сохранить классическую, простую конструкцию обычных четырехтактных двигателей, а поршень проходит одинаковое расстояние при каждом такте, эффективный рабочий ход длиннее, чем такт сжатия.

На самом деле следует сказать иначе: эффективный такт сжатия короче рабочего такта. Это достигается за счет задержки закрытия впускного клапана, который закрывается вскоре после начала такта сжатия. Таким образом, часть воздушно-топливной смеси возвращается во впускной коллектор. Это имеет два следствия: количество выхлопных газов, образующихся при его сжигании, меньше и способно полностью расширяться до начала такта выпуска, передавая всю энергию поршню, а на сжатие меньшего количества смеси требуется меньше энергии, что снижает внутренние потери двигателя. Используя это и другие решения, двигатель трансмиссии Toyota Prius четвертого поколения смог достичь теплового КПД на целых 41 процент, ранее доступного только для дизельных двигателей.

Прелесть решения еще и в том, что задержка закрытия впускных клапанов не требует серьезных конструктивных изменений — достаточно использовать электронно-управляемый механизм изменения фаз газораспределения.

А если можно так, то нельзя ли и наоборот? Ну конечно; естественно! Двигатели с переменным рабочим циклом производятся уже некоторое время. Когда потребность в мощности невелика, например, при движении по неспешным дорогам, двигатель работает по циклу Аткинсона для низкого расхода топлива. А когда требуется лучшая производительность — от фар или обгона — переключается на цикл Отто, используя всю доступную динамику. Этот 1,2-литровый двигатель с турбонаддувом и непосредственным впрыском топлива используется, например, в Toyota Auris и новом городском внедорожнике Toyota C-HR. Такой же двухлитровый двигатель используется на Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t и RC 200t.

Добавить комментарий