Atkinsonin sykli: mikä se on ja miten nämä moottorit toimivat

James Atkinson suunnitteli vuonna 1882 bensiini- tai Otto-syklimoottoriin perustuvan moottorin. Alkuperäisenä tavoitteena oli pystyä valmistamaan nelitahtisia bensiinimoottoreita ilman patenttia, koska ne perustuivat ns. Atkinsonin sykli. Vaikka sillä ei ollut juurikaan merkitystä autoteollisuudessa ja se pysyi lähes historiallisena anekdoottina tähän asti …

Hybridimoottoreiden tultua ja tärkeyteen moottorin tehokkuus palamisen jälkeen Atkinsonin sykli on jälleen ollut päähenkilö useiden vuosien taustalla. Ja nämä moottorit ovat tehokkaampia kuin perinteisen Otto-syklin moottorit, koska niillä saavutetaan korkeampi puristussuhde. Tämä parantaa termodynaamista suorituskykyä, vaikka bensiini on erittäin puristettua ja räjähtää aikaisemmin (jotain negatiivista).

Kuinka Atkinson Cycle -moottori toimii

The Atkinson-syklin moottorit Ne toimivat samalla polttoaineella kuin Otto-syklissä, eli tavanomaisilla bensiinimoottoreilla. Lisäksi ne ovat myös polttomoottoreita, ja niitä on eri iskuina, kuten normaaleina, ja jopa hieman «eksoottisempia», kuten viisitahti Atkinson-syklimoottori. Jälkimmäinen on pohjimmiltaan 3-sylinterinen moottori, jossa kaksi toimii 4-tahtisena ja kolmas pakokaasujen kanssa.

Ero Atkinson-syklin moottoreissa on se ne ovat tehokkaampia, koska ne käyttävät paremmin polttoainetta, mikä mahdollistaa parempien kulutuslukujen tarjoamisen (hintaan, että ne tarjoavat vähemmän tehoa Ottoon verrattuna). Mitä tulee itse sykliin, ero on puristusvaiheessa, noin puolessa siitä.

Tässä vaiheessa imuventtiilit pysyvät auki erityisellä nokka-akselilla, joka hyödyntää pakkaushäviöitä seoksesta moottorin sylinterin sisällä.

Eli neljä vaihetta 4-tahti moottori ne olisivat samat: imu, puristus, laajennus ja poisto, mutta puristuksessa imuventtiilin sulkeutuminen viivästyy. Etuna on, että se vähentää energiaa, joka tarvitaan ilma-polttoaineseoksen puristamiseen sylinterin sisällä, ja puristussuhde muuttuu noin 50 % verrattuna Otto-syklimoottoriin.

Atkinson-syklin moottorin puristusvaiheessa puristussuhde noin 8:1. Tämä johtuu siitä, että tämän suhteen laskelmissa otetaan huomioon imuventtiilin sulkemishetkestä lähtien, kun taas laajenemissuhde on 13:1. Tämä epäsymmetria suosii toisaalta sylinterien täyttöä ja toisaalta vähentää kaasun takaisinvirtauksen aiheuttamia häviöitä.

Kuten olen aiemmin maininnut, Atkinson-syklin moottorin teho on pienempi kuin perinteisen bensiinimoottorin. Sen tehokkuus mahdollistaa kuitenkin sen yhdistämisen sähkömoottoriin, kuten mallissa hybridiautotAtkinson-syklimoottorien käyttäminen kannattaa.

Tuotemerkit, jotka ovat käyttäneet Atkinson Cyclea

Atkinson-syklimoottorit ovat yhä suositumpia sellaisten merkkien keskuudessa, jotka sisältävät bensiinimoottoreita yhdistettynä sähkömoottoriin hybridiautoissaan. Jonkin verran tuotemerkit Tämän tyyppistä arkkitehtuuria käyttävät ovat:

Rintareppu

Japanilainen yritys Rintareppu, on yksi suurimmista valmistajista, joka on omaksunut Atkinson-syklimoottorit joihinkin hybridimalleihinsa. Esimerkiksi yksi malli, joka tällä hetkellä käyttää sitä, on Hond CR-V. Muut mallit luettelossa olisivat hybridi Accord tai Fit.

Ford

Suosittu amerikkalainen autonvalmistaja ja ketjutyöideologit ovat myös käyttäneet Atkinson-syklimoottoreita hybrideihin, kuten Ford C-Max, Ford Escape, Fusion tai Maverick.

Mazda

Toinen japanilainen yritys, joka on myös ottanut askeleen ottaakseen käyttöön hybridimoottoreita, joissa on sähköinen osa ja Atkinson-syklin bensiiniosa, on Mazda. Brändi tunnetaan jo ennestään riskinottamisesta moottoreissaan omaksuen joissain malleissa esimerkiksi sellaisia ​​eksoottisia malleja kuin Wankel-moottori. Ja hän on tehnyt sen myös näiden muiden kanssa joissain Mazda6-versioissaan.

Hyundai

The Hyndai Motor Company on toinen Etelä-Korean autoyhtiöistä, joka käyttää moottoreita myös useissa tunnetuimmissa hybridimalleissaan, kuten Sonata, Elantra, Grandeur, Ioniq tai Palisade.

Lexus

Toyota on yksi japanilaisista merkeistä, joka valitsi alusta alkaen vahvasti hybridit ja Atkinson-moottorit, ja tämä näkyy myös sen huippubrändissä: Lexus. Sitä käyttävien mallien joukossa ovat CT 200h, ES 300h, GS 450h, RC F, GS F, HS 250h, IS 200t, NX, RX 450h tai hybridi LC-sarja.

Toyota

Toyota Se käyttää niitä myös ajoneuvoissaan täydentämään hybridimoottoreita. Joitakin esimerkkejä tästä japanilaisesta tuotemerkistä ovat Camry, Avalon, Highlander, Prius, Yaris, Auris, Tacoma, RAV4, Sienna, Venza ja C-HR hybridit.

muut

Myös olemassa muita merkkejä jotka ovat käyttäneet Atkinson-pyörän moottoreita joissakin malleissaan, kuten KIA, Mercedes, Subaru, Renault, Nissan, Mitsubishi, Infinity, Chevrolet ja Chrysler …

Atkinson-syklin edut ja haitat

Tietenkään Atkinson-syklimoottorit eivät ole mikään ihmelääke, niillä on myös huonot puolensa. Täällä voit nähdä edut ja haitat näistä moottoreista:

• Edut:
  • Ne vaativat vähemmän mekaanista työtä, mikä voi vähentää luotettavuusongelmia ja pidentää komponenttien käyttöikää.
  • Tehokkuus on korkeampi. Toyotan mukaan 12-14 % hyötysuhde on saavutettu moottorilla, jolla on samat ominaisuudet, kun se käy Otto-syklissä.
  • Polttoaineen kulutus on alhainen.
  • Tuotantokustannukset ovat myös alhaiset, kuten perinteisessä bensiinimoottorissa, ja halvempia kuin dieselmoottorin valmistaminen.
  • Koska ne ovat edelleen bensiinimoottoreita, ne ovat hiljaisempia, kevyempiä ja vähäpäästöisempiä kuin diesel.
• Haitat:
  • Niissä on vähemmän tehoa, koska ne puristavat ilma-polttoaineseosta vähemmän. Toisin sanoen männän päähän kohdistuva työntövoima kipinähetkellä on pienempi kuin perinteisillä moottoreilla.
  • Niissä on alempi maksimikierrosraja, joka on merkitty 5000 rpm:ään, ottaen huomioon niiden ajoitusasetukset.
  • Tarvitset monimutkaisempaa tekniikkaa venttiileidesi ja nokka-akseliesi suhteen.
  • Ominaisteho, joka saavutetaan moottorin kokonaistilavuudesta, on melko pieni. Löydät 1,8 cc:n Atkinson-syklimoottorit, joiden teho on 98 CV tai lähes 100 CV.

Kuitenkin ajoneuvossa, jossa hybridi moottori Näillä haitoilla ei ole väliä, sillä teho tulee ensisijaisesti sähkömoottorista. Ja muuten, tämän tyyppisillä kokoonpanoilla varustetut hybridit käyttävät usein jatkuvasti muuttuvaa vaihteistoa (CVT), joka pitää moottorin optimaalisella kierrosluvulla koko ajan ja toimii yhteistyössä sähkömoottorin kanssa.

Ovatko Atkinsonin moottorit luotettavia?

Kun kyse on näennäisesti uudesta tekniikasta, kuten Atkinson Cycle -moottorista, vaikka se luotiin vuosisatoja sitten, monet epäluottamusta ja näiden moottoreiden käyttöikä. Valmistajat voivat kuitenkin saavuttaa erittäin hyviä arvosanoja, koska ne voivat käytännössä perustua tavanomaisiin bensiinimalleihin.

Sano myös Atkison-bensiinimoottorilla varustetun hybridin ostavien ihmisten mielenrauhan vuoksi ne ovat yleensä erittäin luotettavia moottoreitaKoska pienempi mekaaninen rasitus vähentää moottorin osien rasitusta ja kestää pidempään. Joten kyllä, ne ovat luotettavia.

Atkinson Cycle vs. Otto Cycle

Mitä tulee vertaileva Otto- ja Atkinson-jaksomoottoreiden välillä on tosiasia, että jo tarpeeksi on sanottu, koska edelliset kuvaukset on tehty Otto-moottorin erojen perusteella. Siksi, jos molempia paradigmoja verrataan:

Jotkut nykyiset moottorit tunnetaan nimellä «semi-Atkinson», koska ne ovat Otto-syklisiä, mutta joissakin tapauksissa on mahdollisuus muuttaa venttiilien avautumista tarpeen mukaan.

• Atkinson Cycle -moottorin edut:
  • Ne vaativat vähemmän mekaanista rasitusta, mikä lisää kestävyyttä.
  • Tehokkuus on korkeampi.
  • Polttoaineen kulutus on pienempi.
• Otto-syklimoottorin edut:
  • Heillä on enemmän tehoa yhtä suurella siirtymällä.
  • Kierrosrajat eivät ole niin rajoitettuja. .
  • Venttiilit ja nokkajärjestelmä on yksinkertaisempi.
  • Ne eivät tarvitse sähkömoottoria täydentämään, ne voidaan toteuttaa yksinään.

Atkinsonin sykli vs. Millerin sykli

Toisaalta on myllärin sykli, toinen Otto-syklin variantti, kuten Atkinson. Mutta tässä tapauksessa käytetään normaalia suurempaa sylinteriä ja puristussuhdetta parannetaan käyttämällä mekaanista kompressoria ja muuttamalla pakoventtiilien avautumis- ja sulkeutumisaikoja. Kompressorin ansiosta se käyttää myös välijäähdytintä imuaukossa jäähdyttämään ilmaa, jotta se ei laajene ja vähennä kompressorin työtä. Näiden moottoreiden edut ovat myös johtaneet siihen, että niitä on käytetty joissakin voimalaitoksissa, veneissä ja jopa autoissa, kuten Subaru B5-TPH tai Mazda KJ-ZEM V6.

The vertaileva tässä tapauksessa Atkinsonin syklillä se jättää seuraavat tiedot:

• Atkinson Cycle -moottorin edut:
  • Tehokkuus ja pienempi kulutus, koska Millerissä imuilman puristuessa polttoaineelle jää enemmän tilaa ja se palaa enemmän samalla iskutilavuudella.
  • Vähemmän vaivaa puristamiseen.
• Miller Cycle -moottorin edut:
  • Lisääntynyt teho ahtimen / turbon ansiosta verrattuna Atkinsonin vapaasti hengittävään moottoriin.
  • Hyvä hyötysuhde pienentyneen puristuksen ja hyväksyttävän kulutuksen ansiosta, vielä enemmän Ottoon verrattuna.
  • Sitä voidaan käyttää myös sähkömoottoreiden kanssa hybridiautoissa kompensoimaan alhaisempaa vääntömomenttia.

Atkinsonin syklikaavat

Lopuksi koskien kaavat Atkinsonin syklille, jos sinulla on lämpöhyötysuhde, se määritellään myös työn (W) suhteeksi syöttölämpöön (QH):

Kuvasta näet kuinka laskea lämpötehokkuus symbolilla η. Y edustaa syöttölämmön määrää, joka lopulta muuttuu työksi termodynamiikan I lain mukaan.

Ja kuten jäännöslämpö (Qc) ympäristössä ja työn summa (W) niiden tulisi olla yhtä suuria kuin tuleva lämpö, ​​kaava voidaan tiivistää yllä olevan kuvan mukaisesti.

Lisäksi koska polttoaine-ilmaseoksen palamisen aikana sytytystulpan kipinän kanssa absorboitunut lämpö muodostuu lähes vakiotilavuudessa, silloin moottorilla tai sen päällä ei tehdä mitään työtä, mikä johtaa Termodynamiikan I laki sanelee ∆U = ∆Q. Siksi moottorin tulo- ja lähtölämmöt voidaan laskea seuraavasti:

K _sisääntulo = mc _v (T ₃ – T _kaksi )

K _poistu = mc _p (T ₄ – T _yksi )

Lisäksi suhteiden mukaan:

• Puristus -> V _yksi / V _kaksi
• Laajennus -> V ₄ / V ₃

Tästä seuraa, että vakio k on:

κ = c _p /c _v