Циклом аткинсона: Инженеры Тойоты приблизили КПД бензиновых моторов к дизелям — ДРАЙВ — Официальная продажа грузовиков MAN и Mercedes, а также полуприцепов Wielton и Shmitz по России

Содержание

Инженеры Тойоты приблизили КПД бензиновых моторов к дизелям — ДРАЙВ

Японцы обещают поставить новые двигатели на целый ряд легковушек, которые подошли к смене поколений либо плановому обновлению. Со временем это семейство моторов охватит 30% моделей концерна. В частности, они будут использоваться на автомобилях, основанных на архитектуре TNGA.

Компания Toyota планирует до конца 2015 года вывести в свет четырнадцать двигателей из новой серии. Пока она представила пару новинок: агрегаты 1.3 (на фото под заголовком) и 1.0. В них нашли применение несколько разработок, позволивших поднять расчётный термический КПД до 38 и 37% соответственно.

Причём первое число инженеры считают практически рекордным для массовых бензиновых двигателей. Оно сопоставимо с тепловой эффективностью легковых дизелей, которые показывают более 40%. Новые ДВС используют цикл Аткинсона (точнее Миллера, это его разновидность). Обычно его применяют в гибридах, но эти моторы рассчитаны на самостоятельную работу.

В цикле Аткинсона впускные клапаны закрываются позже обычного. Так фактическая степень сжатия смеси оказывается ниже, чем геометрическая. А вот расширение происходит полное. В результате удаётся лучше использовать энергию горячих газов и выбрасывать меньше полезного тепла в выхлопную трубу. Правда, для корректной работы такого цикла на разных нагрузках и оборотах не обойтись без фазовращателей.

Степень сжатия у нового мотора с объёмом 1,3 литра весьма высока — 13,5:1. Почти столько же в маздовских агрегатах Skyactiv-G (14:1). Чтобы побороть детонацию, конструкторы пошли на несколько ухищрений. Например, рубашка охлаждения модифицирована таким образом, чтобы существенно снизить температуру стенок цилиндра в самом проблемном месте — вблизи выпускных клапанов.

Выпускной коллектор построен по схеме 4-2-1, что улучшило очистку цилиндров от отработанных газов. А на такте впуска в цилиндре формируется вертикальный вихрь, который влияет на распределение смеси и полноту её сгорания.

На рисунке показаны выпускной коллектор новой «четвёрки» и вихрь на впуске, который генерируется специально подобранной формой впускных каналов.

Помимо этого, сразу несколько мер были приняты для снижения тепловых и механических потерь. Это изменяемые фазы на впуске с электрическим фазовращателем VVT-iE, рециркуляция отработанных газов с охлаждением, полимерное покрытие подшипников, специальная обработка поверхности юбки поршня, цепной привод системы газораспределения с низким трением, ремень для привода навесного оборудования с низкими внутренними потерями при изгибе.

Интересно, что мотор 1.8 2ZR-FXE на нынешнем Приусе показывает тепловой КПД 38,5% при степени сжатия 13:1. Но то агрегат, специально созданный под гибридную систему, которая может уравновесить недостатки цикла Аткинсона (скажем, неустойчивость работы на малых оборотах).

Практически все эти приёмы использованы и на литровом агрегате, который Toyota спроектировала в кооперации с Daihatsu. Степень сжатия тут пониже (11,5:1), но у его предшественника (1KR-FE) было 10,5. Японцы утверждают, что одна только замена прежних моторов на новые принесёт экономию топлива в 10%. А в сочетании с несколькими другими мерами (вроде системы start/stop) — до 15% (с двигателем 1.3) и до 30% (с 1.0).

Мы полагаем, что улучшенный литровый агрегат после запуска на поток достанется новому малышу Aygo, а заодно и его собратьям Peugeot 108 и Citroen C1. Наверняка его подарят и обновлённому Ярису.

Toyota показала новый мотор 1.5, работающий по циклам Отто и Аткинсона — Авторевю

На польском заводе Toyota Motor Industries Poland в Ельч-Лясковице начали производство нового бензинового двигателя объемом 1,5 литра. Уже известно, что им будет оснащаться обновленный хэтчбек Toyota Yaris, который покажут в марте на Женевском автосалоне, хотя впоследствии он появится и на других моделях.

Агрегат придет на смену мотору 1NR-FE объемом 1,33 литра, который в России известен по базовым версиям седана Toyota Corolla.

Toyota Vitz для японского рынка после рестайлинга. Так же будет выглядеть обновленный Yaris

Двигатель входит в новое семейство ESTEC (Economy with Superior Thermal Efficiency) с повышенной термической эффективностью, хотя заявленный КПД 38,5% все-таки ниже, чем у мотора 1.8, которым оснащается нынешний Prius (40%). Двигатель проектировали в расчете на новые нормы Евро-6C и сертификацию по требованиям RDE с ездовым циклом испытаний, приближенных к реальной эксплуатации. Новый мотор развивает максимальную мощность 110 л.с., пиковый крутящий момент — 136 Нм при 4400 об/мин (против 99 л.с. и 125 Нм ранее). Это даст прибавку в динамике при заметно улучшенной экономичности: в ныне используемом цикле NEDC выигрыш достигает 12%.

Все это заслуга нового рабочего процесса. Изменена форма камеры сгорания (другими сделаны поршни), степень сжатия доведена до 13,5:1 (почти как у моторов Mazda Skyactiv), а в разных режимах двигатель переключается между циклами Отто и Аткинсона. Под нагрузкой он работает как Отто-мотор, а в переходных режимах — по циклу Аткинсона с поздним закрытием впускных клапанов. Ради этого тойотовцы внедрили новый вариант системы изменения фаз газораспределения VVTi-E с расширенным диапазоном работы. Также введена система рециркуляции отработавших газов, причем впервые на Тойоте использован выпускной коллектор с жидкостным охлаждением. Это позволяет снизить температуру в камере сгорания, увеличить степень сжатия без возникновения детонации и уменьшить выбросы окислов азота NO

Любопытно, что в Японии с 2014 года выпускают похожий двигатель, работающий по циклу Аткинсона: речь о версии мотора объемом 1,33 литра с индексом 1NR-FKE, которым оснащаются хэтчбеки Vitz. Он также имеет степень сжатия 13,5:1, оснащен системами изменения фаз газораспределения VVTi-E и рециркуляции отработавших газов, но выпускной коллектор у него обычный, без охлаждения.

Цикл Аткинсона на практике. Двигатель по циклу Аткинсона

ДВС применяются на автомобилях уже целое столетие. В целом принцип работы их не претерпел серьезных изменений с начала выпуска. Но так как этот двигатель имеет большое количество недостатков, инженеры не перестают изобретать нововведения, чтобы усовершенствовать мотор. Обратимся к тому из них, которое называется цикл Аткинсона. Сегодня можно услышать, что в некоторых машинах он применяется. Но что он собой представляет и как двигатель становится с ним лучше?

Цикл Аткинсона

Николаус Отто, инженер из Германии, предложил в 1876 году цикл, состоящий из:

впуска;
сжатия;
рабочего хода;
выпуска.

А десятилетие спустя английский изобретатель Джеймс Аткинсон развил его. Однако, разобравшись в деталях, можно назвать совершенно оригинальным видом цикл Аткинсона.

Двигатели внутреннего сгорания качественно отличаются. Ведь коленчатый вал имеет смещенные точки крепления, благодаря чему потеря энергии при трении сокращена, а степень сжатия увеличена.

Также на нем присутствуют иные газораспределительные фазы. На обычном двигателе поршень закрывается сразу же после прохождения мертвой точки. Иную схему имеет цикл Аткинсона. Здесь такт существенно длиннее, так как клапан закрывается только на половине пути поршня к верхней мертвой точке (где по Отто уже происходит сжатие).

Теоретически цикл Аткинсона эффективнее Отто приблизительно на десять процентов. Однако долго его не применяли на практике из-за того, что он способен функционировать в рабочем режиме лишь при больших оборотах. Дополнительно необходим механический нагнетатель, с которым иногда называют все это «цикл Аткинсона-Миллера». Однако оказывалось, что с ним преимущества рассматриваемой разработки терялись.

Поэтому в легковых автомобилях такой цикл Аткинсона на практике почти не применялся. Но вот в гибридных моделях, наподобие Toyota Prius, производители стали использовать его даже серийно. Это стало возможным благодаря специфической работе этих видов движков: на небольшой скорости автомобиль передвигается за счет электрической тяги и лишь при разгоне переходит на бензиновый агрегат.

Газораспределение

Первый двигатель по циклу Аткинсона имел громоздкий газораспределительный механизм, издающий большой шум. Но когда благодаря открытию американца Чарльза Найта вместо привычных клапанов с приводом стали использовать специальные золотники в форме пары гильз, которые устроили между цилиндром и поршнем, мотор почти перестал шуметь. Однако сложность используемой конструкции обходилась совсем недешево, но в престижных марках машин автовладельцы были готовы платить за такое удобство.

Тем не менее уже в тридцатых годах от такого усовершенствования отказались, потому что двигатели были недолговечными, а расход бензина и масла являлся слишком большим.

Разработки двигателей в этом направлении известны и сегодня — может быть, инженерам удастся избавиться от недостатков модели Чарльза Найта и воспользоваться преимуществами.

Универсальная модель будущего

В настоящее время многими производителями ведутся разработки универсальных двигателей, где будут совмещены и мощность бензиновых агрегатов, и отличная тяга и экономичность дизелей.

В этом отношении уже то, что бензиновые агрегаты, имеющие непосредственный впрыск топлива, достигли высокого показателя сжатия порядка тринадцати-четырнадцати единиц (у дизельных моторов этот уровень является немногим больше семнадцати-девятнадцати), доказывает успешные шаги в этом направлении. Они даже работают так же, как и агрегаты с воспламенением от сжатия. Только рабочая смесь должна искусственно поджигаться свечой.

В экспериментальных моделях сжатие доходит еще выше — до пятнадцати-шестнадцати единиц. Но до самовоспламенения пока уровень не дотягивается. Зато свеча отключается при равномерном движении, благодаря чему двигатель переходит на режим, подобный дизелю, и потребляет мало топлива.

Сгорание регулируется электроникой, вносящей коррективы в зависимости от внешних обстоятельств.

Разработчики уверяют, что такой двигатель является очень экономичным. Однако для серийного производства исследований проводилось недостаточно.

Переменная степень сжатия

Показатель является очень важным. Ведь мощность, коэффициент полезного действия и экономичность напрямую зависят от высокой степени сжатия. Естественно, повышать бесконечно ее нельзя. Поэтому с некоторых пор развитие остановилось. В противном случае появлялся риск детонации, которая могла привести к порче двигателя.

Особенно сильно этот показатель отражается на моторах с наддувом. Ведь нагреваются они сильнее, а поэтому и процент вероятности срабатывания детонации здесь существенно выше. Поэтому степень сжатия иногда приходится снижать, из-за чего, естественно, и падает эффективность мотора.

В идеале степень сжатия должна меняться плавно в зависимости от рабочего режима и нагрузки. Разработок было очень много, но все они слишком сложные и дорогостоящие.

Легендарный Saab

Лучших результатов удалось достигнуть компании Saab, когда она в 2000 году выпустила пятицилиндровый мотор, который при 1,6 литрах объема выдавал порядка двухсот двадцати пяти лошадей. Это достижение и сегодня кажется невероятным.

Двигатель разделен надвое, где части соединены друг с другом шарнирным способом. Снизу расположен коленчатый вал, шатуны и поршни, а наверху — цилиндры с головками. Гидропривод способен наклонять моноблок с цилиндрами и головками, изменяя степень сжатия при включении приводного компрессора. Несмотря на всю эффективность, разработки также пришлось отложить из-за дороговизны конструкции.

Проще и доступнее

Таким образом, можно заключить, что двигатель, работающий по циклу Аткинсона, сыграл значительную роль на пути усовершенствования механизма мотора в будущем. Представляется, что совершенствования, основываясь одно на другом, приведут ДВС, наконец, к оптимальному режиму работы.

Цикл Аткинсона. Двигатели внутреннего сгорания

как это работает. Цикл отто

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). Рассмотрим более подробно второй подход Миллера — поскольку он несколько более выгоден с точки зрения потерь на сжатие, и поэтому именно он практически реализован в серийных автомобильных моторах Mazda «Miller Cycle» (такой мотор V6 объемом 2.3 литра с механическим нагнетателем довольно давно устанавливается на автомобиль Mazda Xedos-9, а недавно новейший «атмосферный» мотор I4 такого типа объемом 1.3 литра получила модель Mazda-2).

В таком моторе впускной клапан не закрывается с окончанием такта впуска, а остается открытым в течение первой части такта сжатия. Хотя на такте впуска топливо-воздушной смесью был заполнен весь объем цилиндра, часть смеси вытесняется обратно во впускной коллектор через открытый впускной клапан, когда поршень двигается вверх на такте сжатия. Сжатие смеси фактически начинается позже, когда впускной клапан наконец закрывается, и смесь оказывается запертой в цилиндре. 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, обусловленных 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.

Разумеется, обратное вытеснение заряда означает падение мощностных показателей двигателя, и для атмосферных двигателей работа по такому циклу имеет смысл только в относительно узком режиме частичных нагрузок. В случае постоянных фаз газораспределения компенсировать это во всем динамическом диапазоне позволяет только применение наддува. На гибридных моделях недостаток тяги в неблагоприятных режимах компенсируется тягой электродвигателя.

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.). Именно поэтому инженеры Mazda построили свой первый серийный мотор с циклом Миллера не атмосферным. Когда они присоединили к двигателю нагнетатель типа Lysholm, им удалось восстановить высокую удельную мощность, почти не теряя эффективности, обеспечиваемой циклом Миллера. Именно это решение обусловило привлекательность мотора Mazda V6 «Miller Cycle», устанавливаемого на Mazda Xedos-9 (Millenia или Eunos-800). Ведь при рабочем объеме 2.3 л он выдает мощность 213 л.с. и крутящий момент 290 Нм, что равноценно характеристикам обычных 3-литровых атмосферных моторов, и в то же время расход топлива для такого мощного мотора на большой машине очень низкий — на трассе 6. 3 л/100 км, в городе — 11.8 л/100 км, что соответствует показателям гораздо менее мощных 1.8-литровых двигателей. Дальнейшее развитие технологий позволило инженерам Mazda построить двигатель Miller Cycle с приемлемыми характеристиками удельной мощности уже без использования нагнетателей — новая система последовательного изменения времени открытия клапанов Sequential Valve Timing System, динамически управляя фазами впуска и выпуска, позволяет частично компенсировать свойственное циклу Миллера падение максимальной мощности. Новый мотор будет выпускаться рядным 4-цилиндровым, объемом 1.3 литра, в двух вариантах: мощностью 74 лошадиные силы (118 Нм крутящего момента) и 83 лошадиные силы (121 Нм). При этом расход топлива у этих двигателей снизился по сравнению с обычным мотором такой же мощности на 20 процентов — до четырех с небольшим литров на сто километров пробега. Кроме того, токсичность мотора с «циклом Миллера» на 75 процентов ниже современных экологических требований. Реализация В классических двигателях Toyota 90-х годов с фиксированными фазами, работающих по циклу Отто, впускной клапан закрывается в 35-45° после НМТ (по углу поворота коленчатого вала), степень сжатия составляет 9. 5-10.0. В более современных двигателях с VVT возможный диапазон закрытия впускного клапана расширился до 5-70° после НМТ, степень сжатия выросла до 10.0-11.0. В двигателях гибридных моделей, работающих только по циклу Миллера, диапазон закрытия впускного клапана приходится на 80-120° … 60-100° после НМТ. Геометрическая степень сжатия — 13.0-13.5. К середине 2010-х появились новые двигатели с широким диапазоном изменения фаз газораспределения (VVT-iW), которые могут работать как в обычном цикле, так и по циклу Миллера. У атмосферных версий диапазон закрытия впускного клапана составляет 30-110° после НМТ при геометрической степени сжатия 12.5-12.7, у турбоверсий — соответственно, 10-100° и 10.0.

Цикл Аткинсона. Двигатели, работающие по Аткинсону экономичнее и мощнее традиционных.

До сих пор двигатели, работающие по циклу Аткинсона, применялись только в сочетании с электромоторами. Но времена меняются.

Клапан открыт дольше

Цикл Аткинсона отличается меньшими потерями на пульсации: пока поршень идет вверх, впускной клапан остается открытым несколько дольше. Часть воздуха выталкивается обратно в коллектор, что позволяет избавиться от разрежения, мешающего впуску воздуха в другие цилиндры. Кроме того, газы расширяются в течение более долгого времени, фактическая степень сжатия уменьшается, а геометрическая увеличивается.

Почему до сих пор Toyota, Lexus, Hyundai и Kia использовали двигатели, работающие по циклу Аткинсона, только в составе гибридной силовой установки? Ответ прост: такие моторы обладают более высоким КПД, чем работающие по циклу Отто, но крутящий момент у них ниже, особенно на низких и средних оборотах. Что и подтверждают приведенные графики.

В гибридном приводе этот недостаток с лихвой компенсируется работой электромотора, который, как известно, обеспечивает максимальный крутящий момент уже при запуске. Кроме того, увеличивают рабочий объем: на маленьком Yaris стоит двигатель объемом 1,5 л, на Auris, Prius и СТ — и вовсе 1,8 л. И вот инженеры Toyota решили поменять подход.

И три цилиндра тоже

В следующем году японцы представят первые двигатели нового семейства, работающие по циклу Аткинсона: трехцилиндровый объемом один литр и 1,3-литровый четырехцилиндровый. Новые моторы, обладая все тем же высоким КПД, способны развивать значительно больший крутящий момент. Устанавливать их будут не только на гибридные модели, ибо главная идея состоит в том, чтобы значительно сократить расход в сравнении с классическими агрегатами, работающими по циклу Отто.

Шуи Адачи, стоящий во главе проекта, пообещал, что КПД 1,3-литрового мотора составит 38%. Геометрическая степень сжатия нового двигателя равна 13,5:1, однако реальный показатель ниже, поскольку во время движения поршня к верхней мертвой точке клапана в течение некоторого времени остаются открытыми. Коэффициент полезного действия литрового трехцилиндрового мотора составит 37%, его геометрическая степень сжатия — 11,5:1.

Чтобы добиться таких результатов, инженеры Toyota заложили в конструкцию ряд оригинальных решений. Это, во-первых, вариаторы фаз газораспределения нового поколения (VVT-iE, где Е означает «электрический»), которые управляют открыванием и закрыванием впускных клапанов. Кроме того, на выходе из впускных коллекторов обеспечивается высокая турбулентность потока воздуха (ось воронки перпендикулярна оси цилиндра). А турбулентность ускоряет сгорание бензина.

В системе рециркуляции отработавших газов EGR предусмотрен газожидкостный теплообменник: возвращаемые в цилиндры отработавшие газы охлаждаются, за счет чего снижается риск детонации и ограничивается выброс N0 . Особое внимание было уделено удалению остаточных отработавших газов из камеры сгорания по завершении рабочего цикла: цилиндр энергично продувается чистым воздухом, причем делается это без применения компрессора — такая же продувка реализована в турбированном двигателе Alfa Romeo 1750 TBi.

Все эти новинки сочетаются с традиционными особенностями японских двигателей, работающих по циклу Аткинсона: коленчатый вал смещен относительно центральной оси цилиндров, за счет чего снижаются напряжения, возникающие в шатуне под воздействием поршня, а поверхности цилиндров, подшипников и цепи привода газораспределительного механизма подвергнуты специальной обработке, снижающей трение.

Бензин сгорает быстрее

На схеме работающего по циклу Аткинсона мотора объемом 1,8 л мы проиллюстрировали технические решения, нашедшие воплощение в конструкции нового семейства двигателей Toyota, дебют которого намечен на 2015 год. Перед инженерами стоял целый ряд задач: увеличить скорость сгорания топлива, обеспечить управление потоками отработавших газов и поступающего в цилиндры воздуха, еще больше сократить потери на трение.

Ну и напоследок простая видео-иллюстрация по принципу работы двигателя Аткинсона:

Аткинсон, Миллер, процесс B-цикла: что это на самом деле означает

Турбокомпрессоры VTG в двигателях VW фактически являются модифицированными дизельными агрегатами.

Циклы Аткинсона и Миллера всегда вызывают ассоциацию для увеличения эффективности, но между ними часто нет никакой разницы. Возможно, это не имеет смысла, потому что оба изменения сводятся к фундаментальной философии — созданию различных степеней сжатия и расширения в четырехтактном бензиновом двигателе. Поскольку эти параметры геометрически идентичны в обычном двигателе, бензиновый агрегат страдает от опасности детонации топлива, требующей снижения степени сжатия. Однако, если более высокая степень расширения может быть достигнута каким-либо образом, это привело бы к более высокому уровню «выдавливания» энергии расширяющихся газов и увеличило бы эффективность двигателя. Интересно отметить, что чисто исторически ни Джеймс Аткинсон, ни Ральф Миллер не создавали свои концепции в поисках эффективности. В 1887 году Аткинсон также разработал запатентованный комплексный кривошипно-шатунный механизм, состоящий из нескольких элементов (сходство можно найти сегодня в двигателе Infiniti VC Turbo), задачей которого было избежать патентов Отто. Результатом сложной кинематики является реализация четырехтактного цикла в течение одного оборота двигателя и другого хода поршня в процессе сжатия и расширения. Спустя много десятилетий этот процесс будет осуществляться путем сохранения впускного клапана открытым в течение более длительного периода времени и почти без исключения используемого в двигателях в сочетании с обычными гибридными силовыми установками (без возможности внешней электрической зарядки), такие как у тойоты и хонды. На средних и высоких скоростях это не проблема, потому что поток вторжения имеет инерцию, и когда поршень движется назад, он компенсирует возвратный воздух. Однако на низких скоростях это приводит к нестабильной работе двигателя, и поэтому такие агрегаты объединяются с гибридными системами или не используют цикл Аткинсона в этих режимах. По этой причине безнаддувные и впускные клапаны условно считаются циклом Аткинсона. Однако это не совсем правильно, потому что идея реализации различных степеней сжатия и расширения путем управления фазами открытия клапанов принадлежит Ральфу Миллеру и была запатентована в 1956 году. Однако его идея не направлена на достижение большей эффективности, и снижение степени сжатия и соответствующего использования низкооктановых топлив в авиационных двигателях. Миллер разрабатывает системы как с более ранним закрытием впускного клапана (Раннее закрытие впускного клапана, EIVC), так и с более поздним закрытием его (Позднее закрытие впускного клапана, LIVC), а также для компенсации недостатка воздуха или сохранения воздух, возвращающийся во впускной коллектор, используется компрессор.

Интересно отметить, что первый такой двигатель с асимметричными фазами, работающий на более позднем, определенном как «процесс цикла Миллера», был создан инженерами Mercedes и использовался в 12-цилиндровом компрессорном двигателе спортивного автомобиля W 163 с 1939 года. до того, как Ральф Миллер запатентовал свое испытание.

Первой серийной моделью, в которой использовался цикл Миллера, была Mazda Millenia KJ-ZEM V6 1994 года. Впускной клапан закрывается позже, возвращая часть воздуха во впускные коллекторы со степенью сжатие практически снижается, и для удержания воздуха используется механический компрессор Lysholm. Таким образом, степень расширения на 15 процентов больше, чем степень сжатия. Потери, вызванные сжатием воздуха от поршня к компрессору, компенсируются улучшенной конечной эффективностью двигателя.

Стратегии с очень поздним и очень ранним закрытием имеют разные преимущества в разных режимах. При низких нагрузках более позднее закрытие имеет то преимущество, что оно обеспечивает более широкую открытую дроссельную заслонку и поддерживает лучшую турбулентность. По мере увеличения нагрузки преимущество смещается в сторону более раннего закрытия. Однако последнее становится менее эффективным на высоких скоростях из-за недостаточного времени наполнения и большого перепада давления до и после клапана.

Ауди и Фольксваген, Мазда и Тойота

В настоящее время аналогичные процессы используются Audi и Volkswagen в их устройствах 2.0 TFSI (EA 888 Gen 3b) и 1.5 TSI (EA 211 Evo), к которым недавно присоединился новый 1.0 TSI. Однако они используют технологию предварительного закрытия впускного клапана, при которой расширяющийся воздух охлаждается после того, как клапан закрывается раньше. Audi и VW называют этот процесс B-циклом в честь инженера компании Ральфа Будака, который усовершенствовал идеи Ральфа Миллера и применил их к двигателям с турбонаддувом. При степени сжатия 13: 1 фактическая степень составляет около 11,7: 1, что само по себе чрезвычайно высоко для двигателя с принудительным зажиганием. Основную роль во всем этом играет сложный механизм открытия клапанов с переменными фазами и ходом, который способствует завихрению и регулируется в зависимости от условий. В двигателях B-цикла давление впрыска увеличивается до 250 бар. Микроконтроллеры управляют плавным процессом изменения фазы и перехода от B-процесса к обычному циклу Отто при высокой нагрузке. Кроме того, в 1,5- и 1-литровых двигателях используются турбонагнетатели с изменяемой геометрией быстрого реагирования. Охлажденный предварительно сжатый воздух обеспечивает лучшие температурные условия по сравнению с прямым сильным сжатием в цилиндре. В отличие от высокотехнологичных турбокомпрессоров BorgWarner VTG компании Porsche, используемых для более мощных моделей, агрегаты VW с изменяемой геометрией, созданные той же компанией, представляют собой практически слегка модифицированные турбины для дизельных двигателей. Это возможно благодаря тому, что из-за всего описанного до сих пор максимальная температура газа не превышает 880 градусов, то есть немного выше, чем у дизельного двигателя, что является показателем высокой эффективности.

Японские компании еще больше путают стандартизацию терминологии. В отличие от других бензиновых двигателей Mazda Skyactiv, Skyactiv G 2.5 T работает с турбонаддувом и работает в широком диапазоне нагрузок и оборотов в цикле Миллера, но Mazda также вызывает цикл, в котором работают их атмосферные агрегаты Skyactiv G. Toyota использует 1.2 D4-T (8NR-FTS) и 2.0 D4-T (8AR-FTS) в своих турбодвигателях, но Mazda, с другой стороны, определяет их как одинаковые для всех своих безнаддувных двигателей для гибридных моделей и машин нового поколения Dynamic Force. с атмосферным заполнением как «работа по циклу Аткинсона». Во всех случаях техническая философия одинакова.

4.6 / 5 ( 88 голосов )

Что такое цикл горения Аткинсона и каковы его преимущества?

Подобно бесчисленному множеству других изобретателей, предпринимателей и мастеров 19-го века, британский инженер Джеймс Аткинсон искал способы улучшить четырехтактный двигатель внутреннего сгорания Отто, впервые выпущенный в 1876 году. Двигатель, который он запатентовал в 1882 году, имел переменную длину хода, обеспечиваемую многорычажной системой. шатун между поршнем и маховиком. Хотя двигатели Аткинсона не увенчались успехом, его термодинамический цикл все еще широко используется, в основном в газо-электрических гибридах.Ключевым преимуществом является более высокий КПД по сравнению с двигателем Отто, хотя и с некоторой потерей мощности на низких оборотах. Цикл Аткинсона идеален для гибридов, потому что их электродвигатели компенсируют потерю мощности на низких оборотах.

Цикл Аткинсона задерживает закрытие впускного клапана до тех пор, пока поршень не завершит от 20 до 30 процентов своего движения вверх на такте сжатия. В результате часть свежего заряда возвращается во впускной коллектор поднимающимся поршнем, поэтому цилиндр никогда не заполняется полностью (отсюда и снижение мощности на низких оборотах).Выплата составляет после зажигания, когда поршень начинает опускаться на такте расширения (также называемом силовым). В соответствии с оригинальным мышлением Аткинсона, укороченный ход впуска в сочетании с полным ходом расширения выжимает больше работы из каждого приращения топлива.

В большинстве двигателей степень сжатия устанавливается настолько высокой, насколько двигатель может выдержать детонацию в погоне за мощностью и эффективностью.Степени сжатия и расширения в двигателе Отто такие же. Аткинсон выигрывает по эффективности, потому что его степень расширения значительно больше, чем степень сжатия.

Американский инженер Ральф Миллер поддержал еще один полезный патент в 1957 году. Его цикл был предназначен для использования с двух- и четырехтактными двигателями, работающими на бензине, дизельном или газообразном топливе, таком как пропан. Добавленный ингредиент представляет собой нагнетатель, который обеспечивает всасываемый заряд с промежуточным охлаждением и давлением, чтобы компенсировать потерю мощности на низкой скорости при подходе Аткинсона.Миллер также призвал к созданию «клапана контроля сжатия», чтобы время от времени стравливать избыточное давление из камеры сгорания. Mazda Millenia, продаваемая здесь с 1994 года, была самым известным серийным автомобилем, в котором использовался цикл Миллера.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Вот как двигатели с циклом Аткинсона работают, чтобы сэкономить газ

Breadcrumb Trail Links

Новости

Цикл Аткинсона вернулся благодаря гибридам.Но как именно это работает?

Автор статьи:

Джил МакИнтош

Содержание статьи

Бензиновый двигатель с циклом Аткинсона, хотя и является очень старой технологией, вернулся благодаря своей экономии топлива. Он идеально подходит для гибридов, где электродвигатель автомобиля помогает преодолеть недостатки Аткинсона.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Чтобы понять Аткинсона, вы должны знать, как работает двигатель.В двигателе просверлены цилиндры — как бы это ни звучало, у четырехцилиндрового двигателя их четыре, в то время как у V6 или V8 шесть или восемь цилиндров, расположенных попарно, каждый из которых образует V-образную форму, и каждый содержит поршень. Эти поршни перемещаются вверх и вниз, чтобы поворачивать центральный коленчатый вал, подобно тому, как ваши ноги крутят педали при езде на велосипеде. Коленчатый вал в конечном итоге вращает колеса.

Поршни приводятся в действие бензином, который впрыскивается в двигатель и взрывается свечой зажигания.Поршень перемещается четыре раза в каждом цикле: вниз, чтобы втягивать пары бензина, вверх, чтобы сжимать их, вниз, когда пар воспламеняется и взрывается, и затем вверх, чтобы вытолкнуть выхлоп. В то время как все это происходит, клапаны открываются и закрываются точно в нужный момент, чтобы впустить бензин и выйти из системы выхлопа.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Двигатель с циклом Аткинсона работает точно так же, но с одной особенностью.В обычном двигателе впускной клапан остается закрытым, когда поршень движется вверх на такте сжатия, создавая давление в цилиндре. В двигателе с циклом Аткинсона клапан остается открытым немного дольше. Поскольку теперь в цилиндре меньше давления, поршню не нужно прилагать столько усилий, чтобы преодолеть трение, что, в свою очередь, улучшает топливную экономичность. Часть паров бензина выходит обратно во впускной коллектор через этот открытый клапан, но при следующем открытии клапана они отводятся обратно, так что ничего не теряется.

Главный инженер Toyota Prius Кодзи Тойосима стоит рядом с гибридным автомобилем Toyota, новым Prius, во время пресс-конференции компании по новым технологиям в Токио 13 октября 2015 года. Prius четвертого поколения выйдет на мировой рынок с декабря этого года.

Когда Джеймс Аткинсон разработал свой оригинальный двигатель еще в 1882 году, в нем использовалась сложная механическая система, которая фактически изменяла расстояние, которое поршень проходил во время цикла. Сегодняшние двигатели используют электронику и программное обеспечение для достижения волшебства.Более длительное удержание клапана в открытом состоянии существенно увеличивает рабочий объем цилиндра, аналогично механическому созданию Аткинсона, но расстояние, на которое перемещается поршень, не меняется.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Так в чем же обратная сторона всего этого? Хотя цикл Аткинсона улучшает экономию топлива, он менее мощный, чем обычный двигатель. Этого достаточно для устойчивого крейсерского движения или движения на низкой скорости, но он не даст вам того резкого скачка скорости, которого вы ожидаете, когда вы нажимаете на дроссель для ускорения.

Зеркало заднего вида: долгая история Diesel со скандалом
Вот что автопроизводители подразумевают под «облегчением»

Хотя это не позволило использовать его в большинстве обычных автомобилей, оно идеально подходит для гибридной системы. Он использует электродвигатель рядом с бензиновым двигателем и переключается между бензином, электричеством или их комбинацией, в зависимости от условий. Газовый двигатель с циклом Аткинсона может управлять умеренным движением, когда это необходимо, но когда требуется дополнительная мощность, включается электродвигатель, чтобы увеличить его мощность.Гибриды, в которых используется бесступенчатая трансмиссия (CVT), которая содержит шкивы и ремень вместо шестерен, также поддерживают оптимальный уровень оборотов двигателя для обеспечения мощности и эффективности.

Объявление

Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.

Содержание статьи

Точка «мощность только тогда, когда она необходима» — это также идея малолитражных силовых установок с турбонаддувом, таких как двигатели Ford EcoBoost. Эти меньшие двигатели потребляют меньше топлива, чем большие при умеренном дросселировании, но когда вам нужно больше мощности, турбо срабатывает, чтобы обеспечить ее.Тем не менее, они могут испытывать жажду, когда работает турбонагнетатель, в то время как электродвигатель гибрида не расходует топлива, когда он добавляет мощность.

2,0-литровый 16-клапанный четырехцилиндровый двигатель DOHC i-VTEC по циклу Аткинсона с электродвигателем и литий-ионным аккумулятором развивает мощность 196 л.с. и 226 фунт-футов. крутящего момента

Но не всем нужен гибрид, и Toyota представила новый двигатель в своем пикапе Tacoma 2016 года, который представляет собой еще один вариант. Двигатель работает нормально, когда требуется мощность, например, при ускорении.Но при постоянной скорости, когда полная мощность не требуется, фазы газораспределения переключаются на цикл Аткинсона для экономии топлива; переключатель работает плавно и не может быть обнаружен водителем. Двигатель также включает в себя два метода подачи топлива в двигатель, прямой впрыск и впрыск в порт, и использует один или оба метода по мере необходимости для каждого уровня требуемой мощности, от холодного запуска до буксировки, наряду с максимальной эффективностью в каждом из них.

Это одна из многих стратегий экономии топлива, которые используют автопроизводители, наряду с такими вещами, как отключение цилиндров, многоскоростная трансмиссия, облегченная конструкция и улучшенная аэродинамика.Пока расход топлива остается проблемой, инженеры будут заняты.

Поделитесь этой статьей в своей социальной сети

Подпишитесь на рассылку Driving.ca Blind-Spot Monitor по средам и субботам

Нажимая на кнопку подписки, вы даете согласие на получение вышеуказанного информационного бюллетеня от Postmedia Network Inc. откажитесь от подписки в любое время, нажав на ссылку отказа от подписки внизу наших писем. Postmedia Network Inc. | 365 Bloor Street East, Торонто, Онтарио, M4W 3L4 | 416-383-2300

Спасибо за регистрацию!

Приветственное письмо уже готово.Если вы его не видите, проверьте папку нежелательной почты.

Следующий выпуск «Монитора слепых зон» Driving.ca скоро будет в вашем почтовом ящике.

Postmedia стремится поддерживать живой, но гражданский форум для обсуждения и поощрять всех читателей делиться своим мнением о наших статьях. На модерацию комментариев может потребоваться до часа, прежде чем они появятся на сайте. Мы просим вас, чтобы ваши комментарии были актуальными и уважительными.Мы включили уведомления по электронной почте — теперь вы получите электронное письмо, если получите ответ на свой комментарий, есть обновление в цепочке комментариев, на которую вы подписаны, или если пользователь, на которого вы подписаны, комментарии. Посетите наши Принципы сообщества для получения дополнительной информации и подробностей о том, как изменить настройки электронной почты.

Как работает двигатель с циклом Аткинсона?

В большинстве двигателей с искровым зажиганием с момента зарождения автомобилестроения использовался четырехтактный термодинамический цикл, разработанный в конце 19 века немецким инженером Николаусом Отто.Но в последние годы выросла популярность модифицированная версия этого цикла «Отто».

Широко известный как цикл «Аткинсона», он использовался во всех автомобилях с технологией Lexus Hybrid Drive , а теперь был принят в некоторых из последних высокопроизводительных моделей производителя, таких как Lexus RC F .

Почему это так и в чем разница между этими двумя циклами?

Цикл Отто

Четырехтактные двигатели имеют четыре отдельные фазы в рамках традиционного цикла Отто, которые производятся двумя оборотами коленчатого вала и точной синхронизацией клапана и зажигания.Как видно из приведенной ниже анимации, это следующие фазы: 1) впуск, 2) сжатие, 3) сгорание и 4) выпуск. Каждый соответствует полному ходу поршня внутри цилиндра.

Цикл начинается с хода поршня вниз, который втягивает смесь воздуха и испарившегося топлива через впускной канал в камеру сгорания. Ход поршня возврата вверх сжимает эту смесь примерно до одной десятой ее объема, после чего она воспламеняется свечой зажигания.Этот взрыв заставляет поршень опускаться вниз, создавая тягу двигателя. При последнем обратном ходе цикла отработанные газы удаляются через выхлопное отверстие, так что процесс может начаться снова.

Но хотя этот относительно простой цикл обеспечивает удовлетворительную выходную мощность, это не самый экономичный способ выработки энергии четырехтактным поршневым двигателем. Эта награда достается двигателям, работающим по циклу Аткинсона.

Цикл Аткинсона

Цикл Аткинсона, запатентованный в 1882 году британским инженером Джеймсом Аткинсоном, значительно повысил топливную экономичность четырехтактного двигателя с искровым зажиганием за счет одной особенно гениальной модификации.

Четыре основных фазы цикла Отто остались, но Аткинсон ввел новую временную последовательность для задержки закрытия впускного клапана во время такта сжатия. Удержание впускного клапана открытым немного дольше эффективно уменьшало рабочий объем двигателя во время впускного цикла, но сохранял полный коэффициент расширения при сгорании или рабочем такте.

Проще говоря, цикл Аткинсона был разработан, чтобы минимизировать использование топлива во время такта впуска, но при этом использовать ту часть цикла, которая генерирует мощность.

Как работает современный двигатель с циклом Аткинсона

В двигателе первоначальной разработки Джеймса Аткинсона использовались сложные механические связи для создания различных соотношений хода поршня при одном и том же обороте коленчатого вала. Несмотря на то, что эта конструкция была эффективной и невероятно умной, она не была рентабельной для массового производства. Более того, преимущества в топливной экономичности могут быть достигнуты только за счет некоторой мощности — в результате уменьшенного рабочего объема двигателя во время такта впуска. Из-за этих проблем гениальный цикл Аткинсона был по большей части забыт на протяжении большей части столетия.

Перенесемся в середину 1990-х, и у инженеров Toyota был момент, когда они поняли, что теперь они могут создать самую важную функцию экономии топлива двигателя с циклом Аткинсона — отложенное закрытие впускного клапана во время такта сжатия. — немеханическими средствами. Это стало возможным благодаря новой технологии изменения фаз газораспределения, в которой для управления положением распредвала и изменения фаз впускных клапанов использовалась гидравлика.

Между тем появившаяся технология гибридных приводов оказалась идеальным средством решения характерной для Аткинсона нехватки мощности.Электродвигатели с батарейным питанием использовались для помощи бензиновому двигателю, когда это было необходимо, но также обеспечивали независимый источник мотивации. В конце концов, самый эффективный способ экономии топлива — это вообще не запускать двигатель!

Мощность и эффективность

Первым серийным автомобилем с имитацией клапана типа Аткинсона и гибридной трансмиссией была Toyota Prius 1997 года, в то время как Lexus впервые применил эту технологию в RX 400h 2005 года. Было так, что каждая последующая модель с технологией Toyota Hybrid Synergy Drive или Lexus Hybrid Drive использовала один и тот же цикл и архитектуру экономии топлива.

Дальнейшее развитие этой технологии последовательности клапанов происходит в новом высокопроизводительном, но совместимом с выбросами Lexus RC F . В двигателе V8 мощностью 471 л.с. в этом купе (см. Выше) используется новый электрический двигатель VVT-iE с регулируемыми фазами газораспределения для незаметного переключения между циклами сгорания — более экономичный цикл Аткинсона во время круиза и традиционный цикл Отто для обеспечения захватывающей мощности.

Кто бы мог подумать, что технология двигателей, которой более 130 лет, может позволить современному водителю Lexus съесть свой пирог и съесть его?

Car Throttle объясняет в своем собственном стиле, как работают циклы Отто и Аткинсона в своем обзоре RC F.Посмотрите ниже.

Что такое двигатель цикла Аткинсона? Autoweek объясняет

Все больше и больше производителей используют двигатели, которые используют преимущества так называемого цикла Аткинсона для сгорания двигателей, особенно с гибридами. Прекрасным примером является Toyota Prius Prime, новинка 2017 года. Но что такое цикл Аткинсона и что он означает, если вы покупаете автомобиль с двигателем с циклом Аткинсона? Проще говоря, это регулировка фаз газораспределения по стандартному циклу Отто, который используется во всех современных бензиновых двигателях, чтобы сделать двигатель немного более эффективным.

Цикл Отто состоит из четырех тактов (отсюда и термин «четырехтактный двигатель»):

Такт впуска , когда поршень движется вниз из верхней мертвой точки с открытыми впускными клапанами и закрытыми выпускными клапанами, впуская воздух и подливаем немного топлива.
Ход сжатия — все клапаны закрыты, и смесь топлива и воздуха сжимается, когда поршень возвращается в верхнюю мертвую точку. Вот где степень сжатия, скажем, 10: 1.
Рабочий ход — все клапаны остались закрытыми, поршень находится в верхней мертвой точке, и свеча зажигания воспламеняет эту горячую сжатую топливно-воздушную смесь, заставляя поршень опускаться обратно.
Наконец, такт выпуска , который открывает выпускные клапаны, когда поршень снова возвращается в верхнюю мертвую точку и выталкивает сгоревшие углеводороды.

Цикл Аткинсона изменяет этот процесс, оставляя впускные клапаны открытыми в первые моменты такта сжатия, когда поршень движется к верхней мертвой точке, что эффективно снижает степень сжатия, скажем, с 10: 1 до примерно 8: 1 или около того.Эта регулировка снижает усилие на поршень во время рабочего хода.

В цикле Отто часть силы во время рабочего хода идет на толкание поршня вниз, но создается большее усилие, чем необходимо. Эта дополнительная сила, по сути, является потраченной впустую энергии, регулировка цикла Аткинсона уменьшает эту потерянную энергию и тем самым делает двигатель более эффективным.

У этого метода есть явный недостаток: меньшая мощность. Двигатель с циклом Аткинсона вырабатывает меньшую мощность, чем аналогичный блок с циклом Отто, поэтому конструкция более популярна среди гибридных моделей, которые стремятся к экономии топлива по сравнению с ускорением и имеют электродвигатели, которые могут компенсировать разницу.

Дополнительное объяснение цикла Аткинсона можно найти в этом видео на сайте Engineering Explained.

Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Цикл Аткинсона — обзор

Влияние клапанного механизма на чрезмерное расширение

Одним из методов повышения теплового КПД двигателей внутреннего сгорания является концепция большего цикла расширения или чрезмерного расширения. Об этом упоминалось в [3]. [167] и реализован в двигателе мотоцикла [168] как так называемый двигатель цикла Аткинсона. Этот метод оценивает улучшение теплового КПД и снижение удельной мощности в зависимости от отношения степени расширения к степени сжатия [14].

Оригинальный цикл Аткинсона был реализован в двигателях внутреннего сгорания, увеличивая ход расширения и поддерживая постоянным ход сжатия с помощью различных и сложных механических решений [169].

В системе VVA можно реализовать новую версию цикла Аткинсона, сохраняя постоянную степень расширения и регулируя эффективную степень сжатия путем опережения или замедления IVC [170]. В двигателях SI переход от стандартного цикла Отто к циклу Аткинсона с опережением или замедлением IVC подразумевает уменьшение массы топливно-воздушной смеси внутри цилиндра, и это снижает удельную мощность двигателя.В двигателях CI цикл Аткинсона только уменьшает массу воздуха внутри цилиндра, но количество впрыскиваемого топлива можно поддерживать постоянным.

Три версии цикла Аткинсона были оценены путем постепенного продвижения IVC к такту сжатия (EIVC), а также регулировки открытия впускного клапана и максимального подъема [108]. Результаты подтвердили сокращение выбросов NO _x от 17,5% в режиме холостого хода до 12,9% при полной нагрузке. Это было связано с более низкой эффективной степенью сжатия и массой воздуха, захваченной в цилиндре.Это снижает температуру, давление и плотность в конце такта сжатия, что приводит к более низким температурам пламени и выбросам NO _x. Полученные высокие выбросы CO указывают на ухудшение процесса горения.

Использование усовершенствованной IVC было выгодно для выбросов NO _x и расхода топлива при полной нагрузке [171]. В свою очередь, выбросы дыма увеличились, но всегда были относительно низкими. Также сообщалось, что при работе цикла Миллера с частичной нагрузкой наблюдались проблемы из-за неоптимизированной (слишком ранней) IVC.

Были получены сопоставимые результаты для шестицилиндрового двигателя HD CI, работающего с EIVC и двухступенчатой системой наддува [172]. Потребление топлива сократилось на 2%, тогда как выбросы NO _x снизились на 10%.

В исх. [170] сообщалось, что продвижение IVC является подходящей стратегией для воспроизведения новой концепции цикла Аткинсона в двигателях CI. Цикл Аткинсона снижает эффективную степень сжатия и массу на входе, давление газа в цилиндрах, температуру и плотность.Цикл Аткинсона увеличивает время задержки самовоспламенения, способствуя сгоранию с высоким содержанием предварительного смешения с более низкими температурами пламени. Он также уменьшает INO _x, но увеличивает выбросы Isoot и ICO из-за контролируемого смешением ухудшения диффузионного горения. Опережающая IVC, генерируемая циклом Аткинсона, немного снижает КПД двигателя из-за уменьшения эффективной степени сжатия и смещения процесса сгорания в сторону такта расширения. Использование системы рециркуляции ОГ позволяет лучше снизить концентрацию кислорода на входе.Цикл Аткинсона позволяет контролировать выбросы NO _x, но гораздо лучшие результаты с точки зрения сажи, CO и расхода топлива могут быть достигнуты путем увеличения давления на входе до восстановления исходного соотношения воздух: топливо.

Toyota разработала сверхэкономичные малолитражные двигатели с циклом Аткинсона [173]. Эти двигатели имеют впускной канал измененной формы, предназначенный для создания сильного качающегося потока внутри цилиндра, и охлаждаемую систему рециркуляции выхлопных газов, интеллектуальную электрическую технологию регулирования фаз газораспределения Toyota (VVT-iE), предназначенную для выполнения функции остановки на холостом ходу.

В справочнике [174] обсуждается двигатель V6 объемом 3,5 л с циклом Аткинсона и VVT-iW (регулируемая фаза газораспределения с интеллектуальным расширенным впуском), оснащенный технологией Toyota D-4S, обеспечивающей как прямой, так и портовый впрыск топлива.

Одним из способов использования эффекта большего расширения является раннее или позднее закрытие впускного клапана. 10% -ное преимущество BSFC может быть достигнуто в газовом двигателе SI с когенерационным наддувом как за счет раннего закрытия поворотного клапана, так и за счет позднего закрытия исходного впускного клапана [175].Коммерческий гибридный автомобиль, в котором использовался бензиновый двигатель без наддува, достиг приблизительно 12% улучшения теплового КПД при степени расширения 14,7, где применялись позднее закрытие и ожидаемая степень сжатия 9 [176].

В некоторых исследованиях изучался эффект большего расширения в двигателе SI с измененной синхронизацией впуска и фиксированным фазированием кулачка [177, 178] [177] [178]. Согласно исх. [177], EIVC может обеспечить повышение теплового КПД на 7% при степени расширения более 16, когда сравнение проводилось при постоянном среднем эффективном давлении тормоза (b _MEP).Существенное начало сжатия соответствует моменту закрытия впускного клапана, определяемому как точка подъема на 1 мм. Согласно исх. [178], применение LIVC улучшает тепловой КПД, хотя сопровождается уменьшением b _MEP.

Управление количеством заряда с помощью переменной синхронизации IVC может улучшить механический КПД многоцилиндровых двигателей за счет снижения насосных потерь [179].

В двигателе Mazda V6 с циклом Миллера впускные клапаны закрываются при 47 градусах после НМТ (т. Е. В самом нижнем положении поршня во время цикла) [180].Следовательно, в течение первых 20% хода сжатия впускные клапаны остаются открытыми, и, таким образом, воздух выходит без сжатия. Настоящее сжатие активируется в течение оставшихся 80% хода. Следовательно, реальная полезная мощность двигателя составляет всего 80% от объема камеры сгорания. Степень сжатия уменьшена с 10: 1 до чуть менее 8: 1 [181].

В исх. [180] сообщалось, что двигатель цикла Миллера требует использования нагнетателя. Конечным результатом более короткого хода сжатия цикла Миллера является повышенная степень расширения двигателя.

Турбонаддув высокого давления включает реализацию двухступенчатой системы турбонаддува вместе с экстремальным циклом Миллера (EIVC) и может снизить NO _x до 40%. Если требуется лишь незначительное снижение NO _x, еще одним преимуществом двухступенчатой системы турбонаддува вместе с экстремальным циклом Миллера является экономия топлива на 4,8% во всем рабочем диапазоне двигателя за счет повышения эффективности системы турбонаддува. и улучшенная эффективность цикла, как показано в Refs.[182–185] [182] [183] [184] [185].

Анимированные двигатели — Аткинсон

Двигатель Аткинсона

Двигатель Аткинсона по сути является четырехтактным двигателем Отто. с различными способами соединения поршня с коленчатый вал.

Продуманное расположение рычагов позволяет двигателю Аткинсона поршень через все четыре хода всего за один оборот основного коленчатый вал, и допускает разную длину хода.

Конструкция исключает необходимость в отдельном кулачковом валу.Прием (если б / у), выпускной кулачок и кулачки зажигания расположены на главном коленчатом валу. На моей иллюстрации показан только выпускной кулачок.

Отклонение от правильного цикла Аткинсона

С тех пор, как эта страница была впервые опубликована, я многое узнал о Двигатель Аткинсона. Посетители этого сайта изначально подсказали мне, что побудило меня прочитать еще немного.

Этот рисунок точно соответствует размерам двигателя модели , описан в превосходной книге: Создание цикла Аткинсона Двигатель .В этой конструкции впуск и выпуск удары кажутся длиннее, чем удары сжатия и мощности. Его не ясно, было ли это намеренно; Подозреваю, что модель конструктора больше интересовала связь, чем тепловой цикл.

В цикле Аткинсона и мощность и выхлоп ходы длиннее, чем такты впуска и сжатия. ⁸ Начав с небольшого начального заряда и позволив ему расшириться до больший объем, чем он занимал изначально, большая степень топлива эффективность реализована.

Аткинсон разработал более одного двигателя, чтобы извлечь выгоду из этого важного имущество. Я надеюсь, что когда-нибудь у всех будет получше анимация.

Для получения дополнительной информации об Аткинсоне и всех двигателях внутреннего сгорания я настоятельно рекомендую рекомендую Lyle Cummins Internal Fire .

Toyota Prius

Количество посетителей пришло на эту страницу, прочитав где-то что популярный гибридный автомобиль Toyota , Prius , использует цикл Аткинсона двигатель.Я не знаю, откуда взялось это утверждение, но я сомневаюсь, что В двигателе Prius используется рычажный механизм, показанный выше.

Можно создать такой же эффект, как у Аткинсона. цикл путем изменения фаз газораспределения на обычном Otto four тактный двигатель. Я действительно должен проиллюстрировать это, но пока я надеюсь, что следующего объяснения будет достаточно:

Кулачок используется как на впускных, так и на выпускных клапанах (в отличие от моих четырех штриховой рисунок). Кулачок впускного клапана предназначен для удержания впускной клапан открыт на больше , чем на один ход:

Такт впуска начинается как обычно, первоначально цилиндр топливно-воздушной смеси.
Когда поршень начинает движение вверх, впускной клапан остается открытым . Поршень перекачивает часть свежей топливной смеси. обратно во впускной канал. Чистый эффект точно такой же, как если такт впуска был укорочен.
Впускной клапан закрывается после того, как поршень немного сдвинулся. заданная часть этого хода. Сжатие не фактически начать до этого момента, эффективно сокращая такт сжатия, чтобы соответствовать укороченному такту впуска.
Такты мощности и выхлопа остаются такими же, как у четырехтактного, используя почти всю длину хода поршня.

Возможно, именно так работает двигатель Prius , но я так не иметь авторитетной ссылки. На сайте Toyota говорится, что Prius использует VVT-i или Variable Valve Timing с Разведка ⁹. Эта технология, вероятно, связанные с.

Буду признателен за хорошую, авторитетную, ссылку на эту тема.Вы можете направить меня к нему?

Удивительный новый двигатель Аткинсона с циклом Аткинсона от Тойоты развивает мощность 78 миль на галлон

Toyota объявила о разработке двух сверхэкономичных бензиновых двигателей малого рабочего объема: трехцилиндрового 1,0-литрового и четырехцилиндрового 1,3-литрового, которые будут иметь представленный по всему диапазону со следующего года в 14 различных вариациях. Меньший двигатель будет выдавать 78 миль на галлон (США) в Toyota Aygo, что на 30 процентов больше.

Особенно впечатляет топливная экономичность литрового двигателя.Двигатель, который он заменит, выигрывал в категории «Литровый двигатель» конкурса International Engine of the Year Awards четыре года подряд с 2007 по 2010 год.

Всего месяц назад на Женевском автосалоне в качестве силовой установки для нового Aygo была объявлена обновленная версия отмеченного наградами трехцилиндрового 1,0-литрового двигателя.

Новый Aygo, только что анонсированный Toyota, обеспечивает 60 миль на галлон (США) — когда новый двигатель с циклом Аткинсона, он достигает 78 миль на галлон (США)

В модернизированном двигателе были внесены многочисленные изменения, например, более высокий 11.Степень сжатия 5: 1, улучшенная конструкция камеры сгорания, снижение потерь на трение и снижение веса за счет головки блока цилиндров со встроенным выпускным коллектором.

Со всеми этими изменениями экономия топлива агрегата была снижена до 3,9 л / 100 км (60 миль на галлон США), в то же время увеличилась мощность (68 л.с. — 51 кВт при 6000 об / мин) и увеличился крутящий момент (95 Нм при 4300 об / мин).

Теперь новый улучшенный агрегат будет снова заменен двигателем Atkinson Cycle с той же трехцилиндровой 1,0-литровой компоновкой, который был разработан совместно с Daihatsu.

Хотя Toyota ранее использовала двигатели с циклом Аткинсона в своих гибридах, это первый раз, когда конструкция Аткинсона будет использоваться как автономная единица, а двигатели с циклом Аткинсона не известны своим низким и средним крутящим моментом. но Toyota утверждает, что решила эту проблему с помощью ряда нововведений.

Схема, показывающая измененную форму впускного канала, предназначенного для создания сильного качающегося потока топливовоздушной смеси в камере сгорания

Эти нововведения включают в себя впускной канал измененной формы, предназначенный для создания сильного качающегося потока (при котором топливно-воздушная смесь течет в вертикальном вихре) внутри цилиндра, а также охлаждаемую систему рециркуляции выхлопных газов (EGR), интеллектуальную электрическую систему регулирования фаз газораспределения Toyota ( VVT-iE), функция остановки на холостом ходу, высокая степень сжатия и различные безымянные технологии снижения расхода топлива.

Конечным результатом является максимальный тепловой КПД 37 процентов и повышение топливной эффективности «примерно на 30 процентов по сравнению с существующими автомобилями» — это разница между 60 и 78 миль на галлон (США), и это поразительное улучшение.

Японский производитель планирует представить к 2015 году 14 вариантов 1,0-литрового трехцилиндрового двигателя (на фото) и своего старшего брата с 1,3-литровым четырехцилиндровым двигателем.

Владельцы Toyota Aygo ценят автомобиль за его характеристики на бензонасосе, а не на Гран-при на светофоре, а Aygo в основном покупают для использования на тесных, загруженных городских дорогах.Привлекательность Aygo и других компактных автомобилей Toyota, которые будут использовать это устройство, будет значительно увеличена.

Японский производитель планирует представить к 2015 году 14 вариантов 1,0-литрового трехцилиндрового двигателя и своего старшего брата с 1,3-литровым четырехцилиндровым двигателем.

Японский производитель планирует представить к 2015 году 14 вариантов 1,0-литрового трехцилиндрового двигателя и его 1,3-литрового четырехцилиндрового старшего брата (на фото).

Циклом аткинсона: Инженеры Тойоты приблизили КПД бензиновых моторов к дизелям — ДРАЙВ

Инженеры Тойоты приблизили КПД бензиновых моторов к дизелям — ДРАЙВ

Toyota показала новый мотор 1.5, работающий по циклам Отто и Аткинсона — Авторевю

Цикл Аткинсона на практике. Двигатель по циклу Аткинсона

Цикл Аткинсона

Газораспределение

Универсальная модель будущего

Переменная степень сжатия

Легендарный Saab

Проще и доступнее

Цикл Аткинсона. Двигатели внутреннего сгорания

Похожие главы из других работ:

4.1 Цикл работы козлового крана КК- 32

4.2 Цикл работы электропогрузчика ЭП- 5002

4. Робочий цикл екскаватора

1.3.8 Параметры, характеризующие рабочий цикл

3.4 Цикл регулирования

1.3 Количество ТО и ремонтов за цикл и год

2.1.4 Средневзвешенный пробег автомобиля за цикл

2.3.1 Кількість впливів за цикл

3.4 Цикл регулирования

5. Идеальный цикл ДВС

1. Жизненный цикл морской техники

4.2 Эксплуатационно-ремонтный цикл судна

2.1.6 Расчет количества ТО на 1 автомобиль за цикл

2.1.6 Расчет количества ТО на 1 автомобиль за цикл

2.4 Определение количества ТО и ремонтов за цикл

как это работает. Цикл отто

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ НА САЙТЕ

Цикл Аткинсона. Двигатели, работающие по Аткинсону экономичнее и мощнее традиционных.

Аткинсон, Миллер, процесс B-цикла: что это на самом деле означает

Турбокомпрессоры VTG в двигателях VW фактически являются модифицированными дизельными агрегатами.

Ауди и Фольксваген, Мазда и Тойота

Что такое цикл горения Аткинсона и каковы его преимущества?

Вот как двигатели с циклом Аткинсона работают, чтобы сэкономить газ

Breadcrumb Trail Links

Содержание статьи

Объявление

Содержание статьи

Объявление

Содержание статьи

Объявление

Содержание статьи

Зеркало заднего вида: долгая история Diesel со скандалом

Вот что автопроизводители подразумевают под «облегчением»

Объявление

Содержание статьи

Поделитесь этой статьей в своей социальной сети

Спасибо за регистрацию!

Комментарии

Как работает двигатель с циклом Аткинсона?

Цикл Отто

Цикл Аткинсона

Как работает современный двигатель с циклом Аткинсона

Мощность и эффективность

Что такое двигатель цикла Аткинсона? Autoweek объясняет

Цикл Аткинсона — обзор

Влияние клапанного механизма на чрезмерное расширение

Анимированные двигатели — Аткинсон

Двигатель Аткинсона

Отклонение от правильного цикла Аткинсона

Удивительный новый двигатель Аткинсона с циклом Аткинсона от Тойоты развивает мощность 78 миль на галлон

Добавить комментарий Отменить ответ