Moottori. Erot Otto- ja Atkinson-syklien välillä
Jo jonkin aikaa termistä "Atkinsonin taloudellinen syklimoottori" on tullut yhä yleisempi. Mikä tämä sykli on ja miksi se vähentää polttoaineen kulutusta?
Nykyään yleisimmät nelitahtiset bensiinimoottorit toimivat niin sanotulla Otto-syklillä, jonka saksalainen keksijä Nikolaus Otto, yhden ensimmäisistä menestyneistä mäntäpolttomoottoreista, on kehittänyt XNUMX-luvun lopulla. Tämän syklin olemus koostuu neljästä iskusta, jotka suoritetaan kahdella kampiakselin kierroksella: imutahti, puristustahti, työtahti ja pakotahti.
Imuiskun alussa avautuu imuventtiili, jonka kautta ilma-polttoaineseos imetään sisään imusarjasta mäntää vetäen sisään. Ennen puristustahdin alkua imuventtiili sulkeutuu ja päähän palaava mäntä puristaa seosta. Kun mäntä saavuttaa huippuasennon, seos syttyy sähkökipinällä. Syntyvät kuumat pakokaasut laajenevat ja työntävät mäntää siirtäen sen energiaa siihen, ja kun mäntä on mahdollisimman kaukana päästä, poistoventtiili avautuu. Pakoisku alkaa, kun paluumäntä työntää pakokaasut ulos sylinteristä pakosarjaan.
Valitettavasti kaikkea pakokaasujen energiaa ei käytetä voimatahdin aikana männän työntämiseen (ja kiertokangen kautta kampiakselin pyörittämiseen). Ne ovat edelleen korkeassa paineessa, kun uloshengitysventtiili avautuu uloshengitysiskun alussa. Voimme oppia tästä, kun kuulemme rikkinäisen äänenvaimentimen auton aiheuttaman äänen - se johtuu energian vapautumisesta ilmaan. Tästä syystä perinteiset bensiinimoottorit ovat vain noin 35 prosenttia tehokkaita. Jos olisi mahdollista lisätä männän iskua työiskussa ja käyttää tätä energiaa ...
Tämä idea tuli englantilaiselle keksijälle James Atkinsonille. Vuonna 1882 hän suunnitteli moottorin, jossa männät kampiakseliin yhdistävän monimutkaisen työntöjärjestelmän ansiosta tehotahti oli pidempi kuin puristustahti. Tämän seurauksena pakokaasujen paine oli pakokaasun iskun alussa käytännössä sama kuin ilmakehän paine ja niiden energia käytettiin täysimääräisesti.
Toimittajat suosittelevat:
Levyt. Kuljettajat odottavat vallankumousta?
Kotitekoisia tapoja ajaa talvella
Luotettava vauva pienellä rahalla
Joten miksi Atkinsonin ideaa ei ole käytetty laajemmin, ja miksi polttomoottorit ovat käyttäneet vähemmän tehokasta Otto-sykliä yli vuosisadan? Syitä on kaksi: yksi on Atkinson-moottorin monimutkaisuus, ja toinen - ja mikä vielä tärkeämpää - se, että se saa vähemmän tehoa iskutilavuusyksiköstä.
Kuitenkin, kun yhä enemmän huomiota kiinnitettiin polttoaineen kulutukseen ja moottoroinnin ympäristövaikutuksiin, Atkinson-moottorin korkea hyötysuhde jäi mieleen erityisesti keskinopeuksilla. Hänen konseptinsa osoittautui erinomaiseksi ratkaisuksi erityisesti hybridiautoissa, joissa sähkömoottori kompensoi tehonpuutetta, jota tarvitaan erityisesti liikkeelle lähdettäessä ja kiihdytettäessä.
Tästä syystä modifioitua Atkinson-syklimoottoria käytettiin ensimmäisessä massatuotetussa hybridiautossa, Toyota Priuksessa, ja sitten kaikissa muissa Toyota- ja Lexus-hybrideissä.
Mikä on modifioitu Atkinsonin sykli? Tämä älykäs ratkaisu sai Toyotan moottoriin säilyttämään perinteisten nelitahtimoottoreiden klassisen, yksinkertaisen rakenteen, ja mäntä kulkee joka iskun kerralla saman matkan, tehokkaan iskun ollessa pidempi kuin puristustahti.
Itse asiassa se pitäisi sanoa toisin: tehokas puristusjakso on lyhyempi kuin työjakso. Tämä saavutetaan viivyttämällä imuventtiilin sulkeutumista, joka sulkeutuu pian puristustahdin alkamisen jälkeen. Näin ollen osa ilma-polttoaineseoksesta palautetaan imusarjaan. Tällä on kaksi seurausta: sitä poltettaessa syntyvien pakokaasujen määrä on pienempi ja pystyy laajenemaan täysin ennen pakotahdin alkua siirtäen kaiken energian mäntään, ja vähemmän energiaa tarvitaan puristamaan vähemmän seosta, mikä vähentää moottorin sisäisiä häviöitä. Tätä ja muita ratkaisuja käyttämällä neljännen sukupolven Toyota Prius -voimansiirtomoottori pystyi saavuttamaan jopa 41 prosentin lämpöhyötysuhteen, joka oli aiemmin saatavilla vain dieselmoottoreista.
Ratkaisun kauneus on, että imuventtiilien sulkeutumisen viive ei vaadi suuria rakenteellisia muutoksia - riittää, kun käytetään elektronisesti ohjattua mekanismia venttiilien ajoituksen muuttamiseen.
Ja jos on, onko se mahdollista ja päinvastoin? No tottakai; luonnollisesti! Muuttuvan hyötysuhteen moottoreita on valmistettu jo jonkin aikaa. Kun tehontarve on alhainen, kuten ajettaessa rauhallisilla teillä, moottori käy Atkinson-syklillä alhaisen polttoaineenkulutuksen vuoksi. Ja kun parempaa suorituskykyä vaaditaan - ajovaloista tai ohituksista - se vaihtaa Otto-sykliin käyttämällä kaikkea saatavilla olevaa dynamiikkaa. Tätä 1,2-litraista turboahdettua suoraruiskutusmoottoria käytetään esimerkiksi Toyota Auriksessa ja uudessa Toyota C-HR -kaupunkimaastoautossa. Samaa kaksilitraista moottoria käytetään malleissa Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t ja RC 200t.
