Atkinson, Miller, processo del ciclo B: cosa significa veramente

I turbocompressori VTG nei motori VW sono in realtà motori diesel modificati.

I cicli Atkinson e Miller sono sempre associati a una maggiore efficienza, ma spesso non c'è differenza tra loro. Forse non ha senso, perché entrambe le modifiche si riducono a una filosofia fondamentale: creare diversi rapporti di compressione ed espansione in un motore a benzina a quattro tempi. Poiché questi parametri sono geometricamente identici in un motore convenzionale, l'unità a benzina soffre del pericolo di detonazione del carburante, che richiede una riduzione del rapporto di compressione. Tuttavia, se un rapporto di espansione più elevato potesse essere ottenuto con qualsiasi mezzo, ciò risulterebbe in un livello più elevato di "spremitura" dell'energia dei gas in espansione e aumenterebbe l'efficienza del motore. È interessante notare che, puramente storicamente, né James Atkinson né Ralph Miller hanno creato i loro concetti in cerca di efficienza. Nel 1887, Atkinson sviluppò anche un complesso meccanismo a manovella brevettato composto da diversi elementi (le somiglianze si possono trovare oggi nel motore Infiniti VC Turbo), che aveva lo scopo di evitare i brevetti di Otto. Il risultato di una cinematica complessa è l'implementazione di un ciclo a quattro tempi durante un giro del motore e un'altra corsa del pistone durante la compressione e l'espansione. Molti decenni dopo, questo processo verrà effettuato mantenendo la valvola di aspirazione aperta per un periodo di tempo più lungo e quasi senza eccezioni utilizzato nei motori in combinazione con i propulsori ibridi convenzionali (senza possibilità di ricarica elettrica esterna), come quelli di Toyota e Honda. A velocità medio-alte questo non è un problema perché il flusso di intrusione ha inerzia e mentre il pistone si muove all'indietro compensa l'aria di ritorno. Tuttavia, a basse velocità, ciò porta a un funzionamento instabile del motore e pertanto tali unità sono combinate con sistemi ibridi o non utilizzano il ciclo Atkinson in queste modalità. Per questo motivo le valvole di aspirazione e di aspirazione sono convenzionalmente considerate ciclo Atkinson. Questo però non è del tutto corretto, perché l'idea di realizzare vari gradi di compressione ed espansione controllando le fasi di apertura della valvola è di Ralph Miller ed è stata brevettata nel 1956. Tuttavia, la sua idea non mira a ottenere una maggiore efficienza, e l'abbassamento del rapporto di compressione e il corrispondente utilizzo di carburanti a basso numero di ottano nei motori degli aerei. Miller progetta sistemi per chiudere la valvola di aspirazione prima (Early Intake Valve Closure, EIVC) o dopo (Late Intake Valve Closure, LIVC), nonché per compensare la mancanza di aria o per mantenere l'aria che ritorna al collettore di aspirazione, compressore si usa.

È interessante notare che il primo motore di questo tipo a fase asimmetrica funzionante su uno successivo, definito "processo a ciclo Miller", è stato creato dagli ingegneri Mercedes ed è stato utilizzato nel motore compressore a 12 cilindri della vettura sportiva W 163 dal 1939. prima che Ralph Miller brevettasse il suo test.

Il primo modello di produzione a utilizzare il ciclo Miller fu la Mazda Millenia KJ-ZEM V6 del 1994. La valvola di ingresso si chiude in seguito, restituendo parte dell'aria ai collettori di aspirazione con un grado di compressione praticamente ridotta, e un compressore meccanico Lysholm viene utilizzato per trattenere l'aria. Pertanto, il rapporto di espansione è del 15 percento maggiore del rapporto di compressione. Le perdite causate dalla compressione dell'aria dal pistone al compressore sono compensate dal miglioramento dell'efficienza finale del motore.

Le strategie con chiusure molto tardive e molto precoci presentano diversi vantaggi in diverse modalità. A bassi carichi, una chiusura successiva ha il vantaggio di fornire una farfalla aperta più ampia e mantenere una migliore turbolenza. All'aumentare del carico, il vantaggio si sposta verso una chiusura precedente. Tuttavia, quest'ultimo diventa meno efficace alle alte velocità a causa di un tempo di riempimento insufficiente e una forte caduta di pressione prima e dopo la valvola.

Audi e Volkswagen, Mazda e Toyota

Attualmente, processi simili sono utilizzati da Audi e Volkswagen nei loro dispositivi 2.0 TFSI (EA 888 Gen 3b) e 1.5 TSI (EA 211 Evo), a cui si è recentemente aggiunto il nuovo 1.0 TSI. Tuttavia, utilizzano una tecnologia con valvola di ingresso a pre-chiusura in cui l'aria in espansione viene raffreddata dopo che la valvola si è chiusa prima. Audi e VW chiamano il processo il ciclo B dopo l'ingegnere dell'azienda Ralph Budak, che ha affinato le idee di Ralph Miller e le ha applicate ai motori turbo. Con un rapporto di compressione di 13: 1, il rapporto effettivo è di circa 11,7: 1, che di per sé è estremamente elevato per un motore ad accensione comandata. Il ruolo principale in tutto questo è giocato dal complesso meccanismo di apertura della valvola con fasi e corsa variabili, che favorisce il vortice e si regola a seconda delle condizioni. Nei motori a ciclo B, la pressione di iniezione viene aumentata a 250 bar. I microcontrollori controllano un processo regolare di cambiamento di fase e transizione dal processo B al normale ciclo Otto sotto carico elevato. Inoltre, i motori da 1,5 e 1 litro utilizzano turbocompressori a geometria variabile a risposta rapida. L'aria precompressa raffreddata fornisce condizioni di temperatura migliori rispetto a una forte compressione diretta in un cilindro. A differenza dei turbocompressori ad alta tecnologia BorgWarner VTG di Porsche utilizzati per i modelli più potenti, le unità a geometria variabile di VW create dalla stessa azienda sono praticamente turbine leggermente modificate per motori diesel. Ciò è possibile grazie al fatto che, per tutto quanto descritto finora, la temperatura massima del gas non supera gli 880 gradi, cioè leggermente superiore a quella di un motore diesel, che è un indicatore di alta efficienza.

Le aziende giapponesi confondono ancora di più la standardizzazione terminologica. A differenza di altri motori a benzina Mazda Skyactiv, lo Skyactiv G 2.5 T è turbocompresso e opera su un'ampia gamma di carichi e giri al minuto nel ciclo Miller, ma Mazda induce anche un ciclo in cui operano le unità Skyactiv G aspirate naturalmente. Toyota utilizza un 1.2 D4 -T (8NR-FTS) e 2.0 D4-T (8AR-FTS) nei loro motori turbo, ma Mazda, invece, li definisce uguali per tutti i suoi motori aspirati per modelli ibridi e Dynamic Force di nuova generazione . con riempimento atmosferico come "lavoro sul ciclo di Atkinson". In tutti i casi, la filosofia tecnica è la stessa.