Motor. Diferențele dintre ciclurile Otto și Atkinson
De ceva timp, termenul „motor ciclului economic Atkinson” a devenit din ce în ce mai comun. Ce este acest ciclu și de ce reduce consumul de combustibil?
Cele mai comune motoare pe benzină în patru timpi funcționează astăzi pe așa-numitul ciclu Otto, dezvoltat la sfârșitul secolului al XNUMX-lea de inventatorul german Nikolaus Otto, proiectantul unuia dintre primele motoare cu combustie internă cu piston de succes. Esența acestui ciclu este formată din patru timpi efectuate în două rotații ale arborelui cotit: cursa de admisie, cursa de compresie, cursa de lucru și cursa de evacuare.
La începutul cursei de admisie se deschide supapa de admisie, prin care amestecul aer-combustibil este aspirat din galeria de admisie prin retragerea pistonului. Înainte de începerea cursei de compresie, supapa de admisie se închide și pistonul care revine la cap comprimă amestecul. Când pistonul atinge poziția de vârf, amestecul este aprins de o scânteie electrică. Gazele fierbinți de evacuare rezultate se extind și împing pistonul, transferându-i energia acestuia, iar când pistonul este cât mai departe posibil de cap, supapa de evacuare se deschide. Cursa de evacuare începe cu pistonul de retur împingând gazele de eșapament în afara cilindrului și în galeria de evacuare.
Din păcate, nu toată energia din gazele de eșapament este folosită în timpul cursei de putere pentru a împinge pistonul (și, prin biela, pentru a roti arborele cotit). Ele sunt încă sub presiune ridicată atunci când supapa de expirare se deschide la începutul cursei de expirare. Putem afla despre acest lucru atunci când auzim zgomotul făcut de o mașină cu toba de eșapament spartă - este cauzat de eliberarea de energie în aer. Acesta este motivul pentru care motoarele tradiționale pe benzină sunt doar aproximativ 35 la sută eficiente. Dacă ar fi posibil să creșteți cursa pistonului în cursa de lucru și să folosiți această energie ...
Această idee i-a venit inventatorului englez James Atkinson. În 1882, a proiectat un motor în care, datorită unui sistem complex de împingătoare care leagă pistoanele de arborele cotit, cursa de putere era mai lungă decât cursa de compresie. Drept urmare, la începutul cursei de evacuare, presiunea gazelor de eșapament era aproape egală cu presiunea atmosferică, iar energia lor a fost utilizată pe deplin.
Editorii recomandă:
Farfurii. Șoferii care așteaptă o revoluție?
Moduri de casă de a conduce iarna
Bebeluș de încredere pentru bani puțini
Deci, de ce ideea lui Atkinson nu a fost folosită mai pe scară largă și de ce motoarele cu ardere internă folosesc ciclul Otto mai puțin eficient de mai bine de un secol? Există două motive: unul este complexitatea motorului Atkinson, iar celălalt - și mai important - cu cât primește mai puțină putere de la o unitate de cilindree.
Cu toate acestea, pe măsură ce s-a acordat din ce în ce mai multă atenție consumului de combustibil și impactului motorizării asupra mediului, eficiența ridicată a motorului Atkinson a fost reținută, mai ales la turații medii. Conceptul său s-a dovedit a fi o soluție excelentă, mai ales la vehiculele hibride, în care motorul electric compensează lipsa de putere, necesară mai ales la pornire și accelerare.
De aceea, motorul cu ciclu Atkinson modificat a fost folosit în prima mașină hibridă produsă în serie, Toyota Prius, și apoi în toate celelalte hibrizi Toyota și Lexus.
Ce este un ciclu Atkinson modificat? Această soluție inteligentă a făcut ca motorul Toyota să păstreze designul clasic, simplu al motoarelor convenționale în patru timpi, iar pistonul parcurge aceeași distanță pe fiecare cursă, cursa efectivă fiind mai mare decât cursa de compresie.
De fapt, ar trebui spus altfel: ciclul efectiv de compresie este mai scurt decât ciclul de lucru. Acest lucru se realizează prin întârzierea închiderii supapei de admisie, care se închide la scurt timp după începerea cursei de compresie. Astfel, o parte din amestecul aer-combustibil este returnată în galeria de admisie. Acest lucru are două consecințe: cantitatea de gaze de eșapament produsă atunci când este ars este mai mică și este capabilă să se extindă complet înainte de începerea cursei de evacuare, transferând toată energia către piston și este necesară mai puțină energie pentru a comprima mai puțin amestec, ceea ce reduce pierderile interne ale motorului. Folosind aceasta și alte soluții, a patra generație a motorului Toyota Prius a reușit să atingă o eficiență termică de până la 41 la sută, disponibilă anterior doar pentru motoarele diesel.
Frumusețea soluției este că întârzierea închiderii supapelor de admisie nu necesită modificări structurale majore - este suficient să folosiți un mecanism controlat electronic pentru modificarea temporizării supapelor.
Și dacă da, este posibil și invers? Ei bine, desigur; natural! Motoarele cu ciclu de lucru variabil sunt produse de ceva timp. Când cererea de putere este scăzută, cum ar fi atunci când conduceți pe drumuri relaxate, motorul funcționează pe ciclul Atkinson pentru un consum redus de combustibil. Iar atunci când se cere cea mai bună performanță - de la faruri sau depășiri - se trece la ciclul Otto, folosind toată dinamica disponibilă. Acest motor turbo de 1,2 litri cu injecție directă este utilizat la Toyota Auris și noul SUV de oraș Toyota C-HR, de exemplu. Același motor de doi litri este utilizat pe Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t și RC 200t.
