Motor. Forskelle mellem Otto og Atkinson cyklusser

I nogen tid nu er udtrykket "Atkinson økonomicyklusmotor" blevet mere og mere almindeligt. Hvad er denne cyklus, og hvorfor reducerer den brændstofforbruget?

De mest almindelige fire-takts benzinmotorer i dag opererer på den såkaldte Otto-cyklus, udviklet i slutningen af ​​det XNUMX. århundrede af den tyske opfinder Nikolaus Otto, designeren af ​​en af ​​de første succesrige frem- og tilbagegående forbrændingsmotorer. Essensen af ​​denne cyklus består af fire slag udført i to omdrejninger af krumtapakslen: indsugningsslaget, kompressionsslaget, arbejdsslaget og udstødningsslaget.

Ved begyndelsen af ​​indsugningsslaget åbner indsugningsventilen, hvorigennem luft-brændstofblandingen suges ind fra indsugningsmanifolden ved at trække stemplet tilbage. Før start af kompressionsslaget, lukker indsugningsventilen, og stemplet, der vender tilbage til hovedet, komprimerer blandingen. Når stemplet når sin topposition, antændes blandingen af ​​en elektrisk gnist. De resulterende varme udstødningsgasser udvider sig og skubber stemplet og overfører dets energi til det, og når stemplet er så langt fra hovedet som muligt, åbner udstødningsventilen. Udstødningsslaget begynder med, at returstemplet skubber udstødningsgasserne ud af cylinderen og ind i udstødningsmanifolden.

Desværre bruges ikke al energien i udstødningsgasserne under kraftslaget til at skubbe stemplet (og gennem plejlstangen til at rotere krumtapakslen). De er stadig under højt tryk, når udåndingsventilen åbner ved starten af ​​udåndingsslaget. Det kan vi lære om, når vi hører støjen fra en bil med en knækket lydpotte – det er forårsaget af frigivelse af energi til luften. Det er derfor, traditionelle benzinmotorer kun er omkring 35 procent effektive. Hvis det var muligt at øge stemplets slaglængde i arbejdsslaget og bruge denne energi ...

Denne idé kom til den engelske opfinder James Atkinson. I 1882 designede han en motor, hvor kraftslaget, takket være et komplekst system af pushere, der forbinder stemplerne med krumtapakslen, var længere end kompressionsslaget. Som et resultat, i begyndelsen af ​​udstødningsslaget, var trykket af udstødningsgasserne praktisk talt lig med atmosfærisk tryk, og deres energi blev fuldt ud brugt.

Redaktionen anbefaler:

Plader. Bilister venter på en revolution?

Hjemmelavede måder at køre vinter på

Pålidelig baby til få penge

Så hvorfor er Atkinsons idé ikke blevet brugt mere udbredt, og hvorfor har forbrændingsmotorer brugt den mindre effektive Otto-cyklus i mere end et århundrede? Der er to grunde: Den ene er kompleksiteten af ​​Atkinson-motoren, og den anden - og endnu vigtigere - jo mindre kraft den modtager fra en slagvolumenhed.

Men da mere og mere opmærksomhed blev rettet mod brændstofforbrug og motoriseringens indvirkning på miljøet, blev Atkinson-motorens høje effektivitet husket, især ved mellemhastigheder. Hans koncept viste sig at være en fremragende løsning, især i hybridbiler, hvor elmotoren kompenserer for manglen på kraft, især nødvendig ved start og acceleration.

Derfor blev den modificerede Atkinson-cyklusmotor brugt i den første masseproducerede hybridbil, Toyota Prius, og derefter i alle andre Toyota- og Lexus-hybrider.

Hvad er en modificeret Atkinson-cyklus? Denne smarte løsning fik Toyota-motoren til at bevare det klassiske, enkle design fra konventionelle firetaktsmotorer, og stemplet kører den samme afstand ved hvert slag, hvor det effektive slag er længere end kompressionsslaget.

Faktisk skal det siges anderledes: den effektive kompressionscyklus er kortere end arbejdscyklussen. Dette opnås ved at forsinke lukningen af ​​indsugningsventilen, som lukker kort efter starten af ​​kompressionsslaget. En del af luft-brændstofblandingen føres således tilbage til indsugningsmanifolden. Dette har to konsekvenser: Mængden af ​​udstødningsgasser, der produceres, når den brændes, er mindre og er i stand til at udvide sig fuldt ud før starten af ​​udstødningsslaget, og overfører al energien til stemplet, og der kræves mindre energi for at komprimere mindre blanding, hvilket reducerer interne motortab. Ved at bruge denne og andre løsninger var fjerde generation af Toyota Prius drivlinjemotor i stand til at opnå en termisk effektivitet på hele 41 procent, som tidligere kun var tilgængelig i dieselmotorer.

Det smukke ved løsningen er, at forsinkelsen i at lukke indsugningsventilerne ikke kræver store designændringer - det er nok at bruge en elektronisk styret mekanisme til at ændre ventiltimingen.

Og hvis ja, er det muligt og omvendt? Jamen selvfølgelig; naturligt! Motorer med variabel driftscyklus er blevet produceret i nogen tid. Når effektbehovet er lavt, såsom ved kørsel på rolige veje, kører motoren på Atkinson-cyklussen for lavt brændstofforbrug. Og når der kræves bedre ydeevne - fra forlygter eller overhaling - skifter den til Otto-cyklussen ved at bruge al den tilgængelige dynamik. Denne 1,2-liters turboladede motor med direkte indsprøjtning bruges i for eksempel Toyota Auris og den nye Toyota C-HR city-SUV. Den samme to-liters motor bruges på Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t og RC 200t.