Motor. Skillnader mellan Otto- och Atkinson-cykler
Sedan en tid tillbaka har termen "Atkinson ekonomicykelmotor" blivit allt vanligare. Vad är denna cykel och varför minskar den bränsleförbrukningen?
De vanligaste fyrtakts bensinmotorerna idag arbetar på den så kallade Otto-cykeln, utvecklad i slutet av XNUMX-talet av den tyske uppfinnaren Nikolaus Otto, konstruktören av en av de första framgångsrika fram- och återgående förbränningsmotorerna. Kärnan i denna cykel består av fyra slag utförda i två varv av vevaxeln: insugningsslaget, kompressionsslaget, arbetsslaget och avgasslaget.
I början av insugningsslaget öppnas insugningsventilen, genom vilken luft-bränsleblandningen sugs in från insugningsröret genom att kolven dras in. Innan kompressionstakten börjar stänger insugningsventilen och kolven som återgår till huvudet komprimerar blandningen. När kolven når sitt toppläge antänds blandningen av en elektrisk gnista. De resulterande heta avgaserna expanderar och trycker på kolven och överför dess energi till den, och när kolven är så långt från huvudet som möjligt öppnas avgasventilen. Avgasslaget börjar med att returkolven trycker ut avgaser ur cylindern och in i avgasgrenröret.
Tyvärr används inte all energi i avgaserna under kraftslaget för att trycka kolven (och, genom vevstaken, för att rotera vevaxeln). De är fortfarande under högt tryck när utandningsventilen öppnas i början av utandningsslaget. Vi kan lära oss om detta när vi hör ljudet från en bil med trasig ljuddämpare - det orsakas av att energi släpps ut i luften. Det är därför traditionella bensinmotorer bara är cirka 35 procent effektiva. Om det var möjligt att öka kolvens slag i arbetsslaget och använda denna energi ...
Denna idé kom till den engelske uppfinnaren James Atkinson. 1882 designade han en motor där kraftslaget var längre än kompressionsslaget, tack vare ett komplext system av påskjutare som förbinder kolvarna till vevaxeln. Som ett resultat, i början av avgasslaget, var trycket på avgaserna nästan lika med atmosfärstrycket, och deras energi användes fullt ut.
Redaktionen rekommenderar:
Tallrikar. Förare som väntar på en revolution?
Hemgjorda sätt att köra vintern
Pålitlig baby för lite pengar
Så varför har Atkinsons idé inte använts mer allmänt, och varför har förbränningsmotorer använt den mindre effektiva Otto-cykeln i mer än ett sekel? Det finns två skäl: den ena är Atkinson-motorns komplexitet, och den andra - och ännu viktigare - ju mindre kraft den får från en deplacementenhet.
Men eftersom mer och mer uppmärksamhet ägnades åt bränsleförbrukning och motoriseringens inverkan på miljön, kom man ihåg Atkinsonmotorns höga effektivitet, särskilt vid medelhastigheter. Hans koncept visade sig vara en utmärkt lösning, särskilt i hybridfordon, där elmotorn kompenserar för bristen på kraft, särskilt som behövs vid start och acceleration.
Det är därför den modifierade Atkinson-cykelmotorn användes i den första masstillverkade hybridbilen, Toyota Prius, och sedan i alla andra Toyota- och Lexus-hybrider.
Vad är en modifierad Atkinson-cykel? Denna smarta lösning fick Toyota-motorn att behålla den klassiska, enkla designen hos konventionella fyrtaktsmotorer, och kolven färdas samma sträcka vid varje slag, det effektiva slaget är längre än kompressionsslaget.
I själva verket bör det sägas annorlunda: den effektiva kompressionscykeln är kortare än arbetscykeln. Detta uppnås genom att fördröja stängningen av insugningsventilen, som stänger kort efter starten av kompressionsslaget. Således återförs en del av luft-bränsleblandningen till insugningsröret. Detta har två konsekvenser: mängden avgaser som produceras när den förbränns är mindre och kan expandera helt innan avgasslaget börjar, vilket överför all energi till kolven, och mindre energi krävs för att komprimera mindre blandning, vilket minskar interna motorförluster. Med hjälp av denna och andra lösningar kunde fjärde generationens Toyota Prius drivlinamotor uppnå en termisk verkningsgrad på så mycket som 41 procent, tidigare endast tillgänglig från dieselmotorer.
Det fina med lösningen är att fördröjningen av att stänga insugningsventilerna inte kräver större strukturella förändringar - det räcker med att använda en elektroniskt styrd mekanism för att ändra ventilens timing.
Och i så fall, varför inte vice versa? Jo, naturligtvis; naturligtvis! Motorer med variabel driftcykel har tillverkats under en tid. När effektbehovet är lågt, som vid körning på lugna vägar, går motorn på Atkinson-cykeln för låg bränsleförbrukning. Och när bästa prestanda krävs - från strålkastare eller omkörningar - växlar den till Otto-cykeln med all tillgänglig dynamik. Denna 1,2-liters turboladdade direktinsprutade motor används till exempel i Toyota Auris och den nya Toyota C-HR stads-SUV. Samma tvålitersmotor används på Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t och RC 200t.
