www.raaar.ru

Применение цикла Аткинсона в новых моторах Toyota.

Toyota положила цикл Аткинсона в основу бензиновых двигателей

Новые бензиновые двигатели объемами 1,0 и 1,3
                    литра

Изображение: официальный сайт Toyota

Японская компания Toyota представила два новых бензиновых двигателя объемами 1,0 и 1,3 литра, работающих по циклу Аткинсона, сообщает Automotive News Europe. Работа по циклу Аткинсона позволяет сократить расход топлива и увеличить экологические показатели. Однако недостатком таких силовых установок является плохая работа на низких оборотах, при которых они могут заглохнуть. Новый трехцилиндровый двигатель объемом 1,0 литра имеет степень сжатия 11,5:1, мощность 68 лошадиных сил и крутящий момент 95 ньютон-метров. Расход топлива ─ 3,9 литра на каждые сто километров пробега. Термические коэффициенты полезного действия двигателей ─ 37 и 38 процентов соответственно. В цикле Аткинсона, как и в стандартном цикле Отто, присутствуют изохорные (при постоянном объеме) нагрев и охлаждение рабочего тела, но модифицированы нечетные циклы ─ адиабатные (без обмена теплотой) сжатие и расширение. В результате этого два адиабатных цикла заменяются на два изобарных (при постоянном давлении) нагревания и охлаждения и два изоэнтропийных (цикл, протекающий при постоянной энтропии). До конца 2015 года Тойота планирует выпустить еще 12 аналогичных двигателей, которые компания установит на трети своих современных автомобилей.

Цикл Аткинсона — модифицированный цикл Отто 4-тактного двигателя внутреннего сгорания.

Предложен английским инженером Джеймсом Аткинсоном.

В 1886 году Аткинсон предложил изменить соотношение времён тактов цикла Николауса Отто. В двигателе Аткинсона рабочий ход (3-й такт цикла Отто) был увеличен за счёт усложнения кривошипно-шатунного механизма. В XIX веке двигатель распространения не получил из-за сложной механики. В XXI веке двигатель Аткинсона с компьютерным регулированием времён тактов применяется, например, в автомобилях «Toyota Prius», «Lexus GS 450h», «Lexus CT 200h» и «Ford Fusion (Северная Америка)», хотя примененный там принцип больше напоминает цикл Миллера.

Toyota Prius
Toyota Prius
Схема двигателя аткинсона
Схематическое изображение двигателя Аткинсона


Применение цикла Аткинсона в новых моторах Toyota.

продолжение

Цикл Аткинсона позволяет получить лучшие экологические показатели и экономичность, но требует высоких оборотов. На малых оборотах выдаёт сравнительно малый момент и может заглохнуть. 

На Toyota Prius особенно выгодно применение двигателя Аткинсона, так как на малых оборотах он не нагружается.

 Фактически на данном автомобиле применён не двигатель Аткинсона, а его упрощенный аналог, построенный по принципу цикла Миллера. Следует заметить, что номинальная степень сжатия 13:1 данных двигателей не соответствует фактической, т.к. сжатие начинается не сразу в начале хода поршня вверх, а с запозданием, воздушно-топливная смесь некоторое время выталкивается обратно. Поэтому, реальная степень сжатия аналогична классическим ДВС цикла Отто. При этом, рабочий ход движения поршня вниз становится длиннее обычного, тем самым используя энергию расширяющихся газов с большей эффективностью, что увеличивает КПД и снижает расход топлива. Приус разгоняется электромотором, который выдаёт полный момент в широком диапазоне оборотов.

Цикл Аткинсона в Действии

Цикл Миллера — термодинамический цикл используемый в четырёхтактных двигателях внутреннего сгорания.

Цикл Миллера был предложен в 1947 году американским инженером Ральфом Миллером как способ совмещения достоинств двигателя Аткинсона с более простым поршневым механизмом двигателя Отто. Вместо того, чтобы сделать такт сжатия механически более коротким, чем такт рабочего хода (как в классическом двигателе Аткинсона, где поршень движется вверх быстрее, чем вниз), Миллер придумал сократить такт сжатия за счет такта впуска, сохраняя движение поршня вверх и вниз одинаковым по скорости (как в классическом двигателе Отто).

Для этого Миллер предложил два разных подхода: либо закрывать впускной клапан существенно раньше окончания такта впуска (или открывать позже начала этого такта), либо закрывать его существенно позже окончания этого такта. Первый подход у двигателистов носит условное название «укороченного впуска», а второй — «укороченного сжатия». В конечном счете оба этих подхода дают одно и то же: снижение фактической степени сжатия рабочей смеси относительно геометрической, при сохранении неизменной степени расширения (то есть такт рабочего хода остается таким же, как в двигателе Отто, а такт сжатия как бы сокращается — как у Аткинсона, только сокращается не по времени, а по степени сжатия смеси).

Таким образом смесь в двигателе Миллера сжимается меньше, чем должна была бы сжиматься в двигателе Отто такой же механической геометрии. Это позволяет увеличить геометрическую степень сжатия (и, соответственно, степень расширения!) выше пределов, обуславливаемых детонационными свойствами топлива — приведя фактическое сжатие к допустимым значениям за счет вышеописанного «укорочения цикла сжатия». Другими словами, при той же фактической степени сжатия (ограниченной топливом) мотор Миллера имеет значительно большую степень расширения, чем мотор Отто. Это дает возможность более полно использовать энергию расширяющихся в цилиндре газов, что, собственно, и повышает тепловую эффективность мотора, обеспечивает высокую экономичность двигателя и так далее.

Выгода от повышения тепловой эффективности цикла Миллера относительно цикла Отто сопровождается потерей пиковой выходной мощности для данного размера (и массы) двигателя из-за ухудшения наполнения цилиндра. Так как для получения такой же выходной мощности потребовался бы двигатель Миллера большего размера, чем двигатель Отто, выигрыш от повышения тепловой эффективности цикла будет частично потрачен на увеличившиеся вместе с размерами двигателя механические потери (трение, вибрации и т. д.).

Были использованы материалы:
www.Wikipedia.org
www.Lenta.ru
http://www.ingenerov.net