Бензиновые двигатели тратят огромное количество топливной энергии. Их выхлопные газы даже после выхода из цилиндров остаются горячими и имеют высокое давление. Энергия, содержащаяся в них, рассеивается непродуктивно.
Традиционный цикл Аткинсона
Что делать, чтобы лучше использовать энергию выхлопных газов? Их следует декомпрессировать «подольше», т.е. степень декомпрессии увеличится. В двигателях, работающих по циклам Отто и Дизеля, степень расширения равна степени сжатия.
Точнее, это отношение объема камеры сгорания, когда поршень находится в нижней мертвой точке, к соответствующему объему, когда поршень находится в нижней мертвой точке.
Чтобы увеличить расширение выхлопных газов, мы должны также увеличить степень сжатия. Проблема в том, что в двигателях с искровым зажиганием она не может превышать 10-12. Использование более высоких значений приводит к превышению уровня безопасного давления в цилиндре и детонационному сгоранию.
Ещë в 1887 году Джеймс Аткинсон предложил механизм решения этой проблемы. Из-за специфической системы кривошипно-поршневой, видимой выше, ход поршня в рабочем выпускном тактах был больше, чем во впускном такте. В результате степень расширения была выше степени сжатия. Интересным фактом является то, что все четыре хода проходят за один оборот коленчатого вала.
Аткинсон с типичной кривошипно-поршневой системой
Конечно, сложный механизм, предложенный Аткинсоном, не прижился. Искали более простое решение. Оказалось, что подобных эффектов можно добиться, изменяя фазы фаз газораспределения.
Вам нужно только отсрочить закрытие впускного клапана, чтобы оно произошло уже на такте сжатия. Пока клапан не закрыт, смесь не сжимается, поскольку она течет обратно во впускной коллектор.
Таким образом, например, фактическая степень сжатия (измеренная от закрытия впускного клапана), равная 10, может быть достигнута с геометрической степенью сжатия (измеренной от нижней мертвой точки поршня), равной 13. Эти степени могут быть отрегулированы с помощью механизма изменения фаз газораспределения.
Двигатели, использующие этот метод, приобрели популярность, в частности, в гибридных конструкциях как на Toyota Prius.
Обратной стороной двигателей, работающих по циклу Аткинсона, является меньшая мощность на литр рабочего объема. Это связано с тем, что сжимается меньше смеси - более короткий ход сжатия. Чтобы исправить это, двигатель предлагалось оборудовать нагнетателем. Такие конструкции чаще всего описываются как работающие в цикле Миллера.
До сих пор ведутся споры о том, какие двигатели следует называть циклом Миллера, а какие - с циклом Аткинсона. Некоторые относятся к первому для всех двигателей с укороченным ходом сжатия из-за последующего закрытия впускного клапана, другие - для ограничения термина «цикл Миллера» только двигателями с наддувом.
На фото, вначале статьи, показан двигатель Mazda, работающий по циклу Миллера. Он оборудован механическим компрессором Lysholm. Идея кажется странной, поскольку она переносит часть работы сжатия, потерянную из-за более короткого хода, на внешний компрессор. Возможная экономия достигается за счёт более высокого КПД внешнего компрессора и снижения механических потерь двигателя, который имеет меньший объем цилиндров в результате наддува.
Концепция недавно вернулась с новым двигателем Nissan 1.2 HR12DDR мощностью 98 л.с. для Micra. Он также работает по циклу Миллера и имеет внешний компрессор. Геометрическая степень сжатия достигает 13. Компрессор можно отключать, что снижает потери при малых нагрузках. Nissan говорит о выбросах CO2 в 95 г / км, что эквивалентно 4 литрам бензина на 100 км. Это может быть революция.
Понравилась статья? Ставьте лайк и подписывайтесь на канал!
Жду вашего мнения в комментариях.