Цикл Аткинсона | это… Что такое Цикл Аткинсона?

Термодинамические циклы
Статья является частью серии «Термодинамика».
Цикл Аткинсона
Цикл Брайтона/Джоуля
Цикл Гирна
Цикл Дизеля
Цикл Калины
Цикл Карно
Цикл Ленуара
Цикл Миллера
Цикл Отто
Цикл Ренкина
Цикл Стирлинга
Цикл Тринклера
Цикл Хамфри
Цикл Эрикссона
Разделы термодинамики
Начала термодинамики
Уравнение состояния
Термодинамические величины
Термодинамические потенциалы
Термодинамические циклы
Фазовые переходы
править
См. также «Физический портал»

Toyota Prius Бензиновый двигатель работает по циклу Аткинсона со сжатием 13:1 на обычном супер-бензине (АИ-95). Время закрытия впускного клапана, обороты и нагрузку на двигатель контролирует бортовой компьютер.

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.

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 применен не двигатель Аткинсона, а его упрощенный аналог, построенный по принципу цикла Миллера. Приус разгоняется электро-мотором, который выдаёт полный момент в широком диапазоне оборотов.

Цикл Otto

• HYBRIDs.ru
• КРУГОВОРОТ ЭНЕРГИИ В ГИБРИДЕ
• Что такое двигатель Миллера
• Зачем менять фазы газораспределения

Цикл Аткинсона: что это такое и как работают эти моторы

Джеймс Аткинсон в 1882 году разработал двигатель на основе бензинового двигателя или двигателя с циклом Отто. Первоначальная цель состояла в том, чтобы иметь возможность производить четырехтактные бензиновые двигатели без необходимости платить за патент, поскольку они были основаны на том, что известно как Цикл Аткинсона. Хотя в автомобильном секторе это не имело большого значения и до сих пор оставалось почти историческим анекдотом…

С появлением гибридных двигателей и важностью КПД двигателя

сгорания, цикл Аткинсона снова стал главным героем после многих лет на заднем плане. И дело в том, что эти двигатели более эффективны, чем обычный цикл Отто, поскольку они достигают более высокой степени сжатия. Это делает его лучше термодинамические характеристики, хотя бензин сильно сжимается и детонирует раньше (что-то негативное).

Индекс

• 1 Как работает двигатель с циклом Аткинсона?
• 2 Бренды, которые использовали цикл Аткинсона
  • 2.1 Honda
  • 2.2 Ford
  • 2.3 Mazda
  • 2.4 Hyundai
  • 2.5 Lexus
  • 2.6 Toyota
  • 2.7 другие
• 3 Преимущества и недостатки цикла Аткинсона
• 4 Надежны ли двигатели Аткинсона?
• 5 Цикл Аткинсона против цикла Отто
• 6 Цикл Аткинсона против цикла Миллера
• 7 Формулы цикла Аткинсона

Как работает двигатель с циклом Аткинсона?

Двигатели по циклу Аткинсона Они работают на том же топливе, что и цикл Отто, то есть обычные бензиновые двигатели.

Кроме того, они также являются двигателями внутреннего сгорания и бывают многотактными, как обычные, и даже некоторые более «экзотические», такие как пятитактный двигатель с циклом Аткинсона. Последний в основном представляет собой 3-цилиндровый двигатель, в котором 2 работают в 4 раза, а третий работает с выхлопными газами.

Отличие двигателей по циклу Аткинсона в том, что они более эффективны, так как они лучше используют топливо, что позволяет им предлагать лучшие показатели потребления (за счет меньшей мощности по сравнению с Otto). Что касается самого цикла, то разница в фазе сжатия, где-то в середине.

Подпишитесь на наш Youtube-канал

В этой фазе впускные клапаны остаются открытыми благодаря специальному распределительному валу, который использует потери, вызванные сжатием

смеси в цилиндре двигателя.

То есть четыре этапа 4-тактный двигатель они были бы одинаковыми: впуск, сжатие, расширение и выпуск, но при сжатии закрытие впускного клапана задерживается. Преимущество заключается в том, что он снижает энергию, необходимую для сжатия воздушно-топливной смеси внутри цилиндра, и изменяет степень сжатия примерно на 50% по сравнению с двигателем с циклом Отто.

В фазе сжатия двигателя, работающего по циклу Аткинсона, степень сжатия приблизительно 8:1. Это потому что расчеты для этого отношения учитывается с момента закрытия впускного клапана, при этом коэффициент на расширение составляет 13:1. Эта асимметрия, с одной стороны, способствует наполнению цилиндров, а с другой стороны, уменьшает потери, вызванные обратным потоком газа.

Как я уже упоминал ранее, мощность двигателя, работающего по циклу Аткинсона, ниже, чем у обычного бензинового двигателя. Однако его эффективность позволяет в сочетании с электродвигателем, как в

гибридные автомобили, да, это компенсирует наличие двигателей по циклу Аткинсона.

Бренды, которые использовали цикл Аткинсона

Двигатели с циклом Аткинсона становятся все более популярными среди брендов, которые используют бензиновые двигатели в сочетании с электродвигателями в своих гибридных автомобилях. Немного признанные бренды которые используют этот тип архитектуры:

Honda

Японская компания Honda, является одним из крупных производителей, который использует двигатели с циклом Аткинсона для некоторых своих гибридных моделей. Например, одна модель, которая в настоящее время использует его, — это Honda CR-V. Другими моделями в списке будут гибридный Accord или Fit.

Ford

Популярный американский производитель автомобилей и идеологи цепной работы также использовали двигатели с циклом Аткинсона для гибридов, как и в случае с Ford C-Max, Ford Escape, Fusion или Maverick.

Mazda

Другая фирма в Японии, которая также предприняла шаги по внедрению гибридных двигателей с частично электрическим и частично бензиновым циклом Аткинсона, — это Mazda. Бренд уже известен тем, что рискует своими двигателями, принимая, например, такие экзотические конструкции, как двигатель Ванкеля, в некоторых моделях. И он также сделал это с этими другими в некоторых версиях своей Mazda6.

Hyundai

La Hyndai Motor Company — еще одна южнокорейская автомобильная компания, которая также использует двигатели в нескольких своих самых известных гибридных моделях, таких как Sonata, Elantra, Grandeur, Ioniq или Palisade.

Lexus

Toyota является одним из японских брендов, который с самого начала уделял самое пристальное внимание гибридам и двигателям, работающим по циклу Аткинсона. Lexus. Среди моделей, которые его используют, есть серия CT 200h, ES 300h, GS 450h, RC F, GS F, HS 250h, IS 200t, NX, RX 450h или гибридный LC.

Toyota

Toyota он также использует их в своих автомобилях в качестве дополнения к своим гибридным двигателям. Некоторые образцы этого японского бренда можно найти в гибридах Camry, Avalon, Highlander, Prius, Yaris, Auris, Tacoma, RAV4, Sienna, Venza и C-HR.

другие

также есть другие бренды которые использовали двигатели цикла Аткинсона в некоторых своих моделях, таких как KIA, Mercedes, Subaru, Renault, Nissan, Mitsubishi, Infinity, Chevrolet и Chrysler. ..

Преимущества и недостатки цикла Аткинсона

Конечно, двигатели по циклу Аткинсона отнюдь не панацея, у них есть и свои недостатки. здесь вы можете увидеть преимущества и недостатки из этих двигателей:

• преимущество:
  • Они требуют меньшего механического напряжения, что может уменьшить проблемы с надежностью и продлить срок службы компонентов.
  • Эффективность выше. По данным Toyota, эффективность двигателя с такими же характеристиками, работающего по циклу Отто, составляет от 12 до 14%.
  • Расход топлива снижен.
  • Затраты на производство также низкие, как у обычного бензинового двигателя, и дешевле, чем производство дизельного двигателя.
  • Поскольку они по-прежнему являются бензиновыми двигателями, они тише, легче и с меньшими выбросами, чем дизельные.
• недостатки:
  • У них меньше мощность, потому что они меньше сжимают топливовоздушную смесь. То есть сила тяги на головке поршня в момент проскакивания искры ниже, чем у обычных двигателей.
  • У них есть более низкий максимальный предел оборотов, отмеченный на уровне 5000 об / мин, учитывая их настройки времени.
  • Ему нужна более сложная технология с точки зрения клапанов и распределительного вала.
  • Удельная мощность, которая достигается за счет полного рабочего объема двигателя, достаточно мала. Вы можете найти 1.8-кубовые двигатели с циклом Аткинсона мощностью 98 л.с. или близкой к 100 л.с.

Однако в автомобиле с гибридный двигатель эти недостатки не имеют значения, поскольку мощность в основном исходит от электродвигателя. И, кстати, гибриды с такими конфигурациями обычно используют бесступенчатую трансмиссию (CVT), которая постоянно поддерживает оптимальный режим оборотов двигателя и взаимодействует с электродвигателем.

Надежны ли двигатели Аткинсона?

Говоря о такой, казалось бы, новой технологии, как двигатель с циклом Аткинсона, несмотря на то, что он был создан столетия назад, многие не доверять надежности и срока полезного использования, который могут иметь эти двигатели. Тем не менее, производители могут добиться очень хороших качеств, так как они практически могут основываться на обычных бензиновых конструкциях.

Кроме того, для большего спокойствия людей, которые собираются приобретать гибрид с бензиновым двигателем по циклу Аткисона, скажем, что Как правило, это очень надежные двигатели., так как более низкая механическая нагрузка означает, что компоненты двигателя подвергаются меньшей нагрузке и служат дольше. Так что да, они надежны.

Цикл Аткинсона против цикла Отто

О сравнение Между двигателями цикла Отто и двигателями цикла Аткинсона, правда, уже достаточно сказано, поскольку предыдущие описания были сделаны на основе различий с двигателем Отто. Таким образом, если сравнить обе парадигмы:

Некоторые современные двигатели известны как «полу-Аткинсона», поскольку они работают по циклу Отто, но с возможностью изменения открытия клапанов по мере необходимости в некоторых случаях.

• Преимущества двигателя с циклом Аткинсона:
  • Они требуют меньшего механического воздействия, что увеличивает долговечность.
  • Эффективность выше.
  • Расход топлива ниже.
• Преимущества двигателя цикла Отто:
  • У них больше мощность при том же рабочем объеме.
  • Пределы оборотов не так уж ограничены. .
  • Клапаны и кулачковая система проще.
  • Им не нужен электродвигатель в качестве дополнения, их можно реализовать самостоятельно.

Цикл Аткинсона против цикла Миллера

С другой стороны, есть цикл Миллера, еще один вариант цикла Отто, такой как Аткинсон. Но в этом случае используется цилиндр большего размера, чем обычно, а степень сжатия улучшается за счет использования механического компрессора и изменения времени открытия и закрытия выпускных клапанов. Имея компрессор, он также использует интеркулер на впуске для охлаждения воздуха и предотвращения его расширения и уменьшения работы компрессора. Преимущества этих двигателей также привели к их использованию на некоторых силовых установках, лодках и даже автомобилях, таких как Subaru B5-TPH или Mazda KJ-ZEM V6.

La comparativa в этом случае с циклом Аткинсона он оставляет следующие данные:

• Преимущества двигателя с циклом Аткинсона:
  • КПД и меньший расход, так как в Миллере при сжатии всасываемого воздуха места для топлива больше и оно сгорает больше при том же рабочем объеме.
  • Меньшее усилие на сжатие.
• Преимущества двигателя с циклом Миллера:
  • Более высокая мощность за счет наддува / турбонаддува по сравнению с безнаддувным двигателем типа Аткинсона.
  • Хороший КПД за счет снижения сжатия и приемлемого расхода, тем более по сравнению с Отто.
  • Его также можно использовать в сочетании с электродвигателями для гибридных автомобилей, чтобы компенсировать более низкий крутящий момент.

Формулы цикла Аткинсона

Наконец, что касается формулы для цикла Аткинсона, у вас есть термический КПД, также определяется как отношение работы (Вт) к подводимой теплоте (QH):

На картинке показано, как рассчитать тепловой КПД с символом η. Y представляет собой количество подведенного тепла, которое в конечном итоге преобразуется в работу в соответствии с Первым законом термодинамики.

И как он остаточное тепло (Qc) в окружающей среде и сумма работы (Вт) должно быть равно поступающему теплу, формулу можно резюмировать, как показано на изображении выше.

Кроме того, поскольку теплота, поглощаемая при сгорании топливно-воздушной смеси свечой зажигания, производится в почти постоянном объеме, то двигатель в это время не совершает никакой работы, которая я закон термодинамики изречения  ∆U = ∆Q. Следовательно, входное и выходное тепло двигателя можно рассчитать с помощью:

Q _{вступление} = мс _v (T ₃ — Т ₂ )

Q _{выходной} = мс _p (T ₄ — Т ₁ )

Кроме того, по соотношению:

• Сжатие –> V ₁ / В ₂
• Расширение –> V ₄ / В ₃

Отсюда следует, что константа k равна:

κ = с _p / против _v

Что такое цикл Аткинсона и как он работает? — Auto Expert Джона Кадогана

Звучит технически, но знать об этом трюке с топливной экономичностью в современном двигателе очень важно. Ваш следующий автомобиль вполне может использовать его, но подходит ли он вам? Вот как это работает на самом деле

Загрузите PODCAST для этого отчета

Я помогу вам сэкономить ТЫСЯЧИ на ЛЮБОМ НОВОМ ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ. Нажмите ЗДЕСЬ

Цикл Аткинсона является частью философии сжигания топлива, которая все чаще используется в экологически чистых автомобилях.

Цикл Аткинсона становится характерной чертой двигателей внутреннего сгорания по мере того, как мы приближаемся к экологически чувствительным временам в автомобильной промышленности.

Toyota использует его в своих гибридах, то есть Lexus в любой из этих 400-часовых моделей, затем Hyundai использует его в большом многоточечном переднеприводном внедорожнике Palisade 3,8 V6, а Kia использует его в двухлитровом вариаторе Seltos в качестве хорошо — и есть много других.

О, и любой, кто думает, что аккумуляторные электромобили просто уничтожат внутреннее сгорание за одну ночь, это хорошая гипотеза, но я не вижу, чтобы это происходило; Внутреннее сгорание будет существовать в ближайшие десятилетия, и цикл Аткинсона будет все более и более его частью.

Когда (или если) вы читаете в обзоре какого-нибудь автожурналиста, порочащего цикл Аткинсона, вы можете точно знать, о чем идет речь, чтобы вынести оценочное суждение о том, подходит ли вам такое транспортное средство или нет .

Mazda MX-5 с бензиновым двигателем SkyActiv-G использует цикл Аткинсона.

Я помогу вам сэкономить ТЫСЯЧИ на ЛЮБОМ НОВОМ ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ. Нажмите ЗДЕСЬ

Что происходит с циклом Аткинсона, так это то, что мы жертвуем плотностью мощности при пиковой выработке мощности, и мы жертвуем ею, чтобы добиться большей эффективности использования топлива в обычном диапазоне движения двигателя.

Это делается с помощью своего рода уловки фаз газораспределения / термодинамики.

Давайте кратко подытожим стандартный двигатель внутреннего сгорания с циклом Отто. Он имеет четыре такта: «сосать», «сжимать», «хлопать» и «дуть».

Мы сосредоточимся на «сжатии» (также известном как сжатие) и «взрыве» (также известном как расширение). Вы сжимаете рабочую жидкость в двигателе (мы говорим «жидкость», потому что воздух — это жидкость), а в случае двигателя с многоточечным впрыском в жидкости также будут распыленные углеводороды, которые быстро испаряются, потому что там жарко. .

Расширение не похоже на наполнение воздухом с помощью велосипедного насоса; это также вызвано энергетическим расширением газовой смеси, потому что она горит, поэтому там много энергии.

Итак, на практике с двигателем вы сжимаете жидкость настолько сильно, насколько это возможно, чтобы, когда она сгорает, она продавливала поршень как можно дальше и сильнее в отверстии (внутри цилиндра), насколько это возможно. Это делается для того, чтобы извлечь как можно больше механической работы для вращения коленчатого вала. Чем сильнее вы сжимаете воздушно-топливную смесь, тем лучше, но есть предел, потому что вы не хотите, чтобы топливо сгорало неконтролируемым образом или преждевременно (иначе это может разрушить двигатель), а это то, что касается октанового числа. Это устойчивость к преждевременному неконтролируемому возгоранию.

Топливо с более высоким октановым числом допускает более высокое давление внутри цилиндра перед неконтролируемым или слишком ранним сгоранием. Более высокое октановое число при использовании в двигателе, предназначенном для него, позволяет двигателю извлекать больше механической работы из каждого цикла сгорания: всасывание, сжатие, удар и выдувание. Следовательно, автомобили с высокими эксплуатационными характеристиками обычно требуют топлива с октановым числом 98.

Цикл Аткинсона в основном является модификацией «цикла Отто», но был изобретен примерно в 1880-х годах.

Аткинсона в основном представляет собой сокращение такта сжатия за счет того, что впускной клапан остается открытым на микросекунду дольше, чем обычно. Это означает, что вместо того, чтобы впускной клапан закрывался с поршнем прямо в нижней части отверстия, они изменяют фазы газораспределения, чтобы оставить впускной клапан открытым, так что, когда поршень движется вверх, он фактически прокачивает часть впускного клапана. смесь из впускного клапана во впускной коллектор.

Это кажется нелогичным, но влияет на тепловой КПД двигателя.

ДУМАЕТЕ О ПОКУПКЕ ГИБРИДА?

Стоит ли покупать гибридный автомобиль или внедорожник в 2022 году и далее? >>

Должен ли я купить большой гибридный внедорожник или обычный бензиновый/дизельный? >>

Является ли Toyota RAV4 Hybrid хорошим внедорожником для дальних поездок? >>

Я помогу вам сэкономить ТЫСЯЧИ на ЛЮБОМ НОВОМ АВТОМОБИЛЕ. Нажмите ЗДЕСЬ

Мой АвтоЭксперт

ДОСТУПНЫЙ ПАКЕТ ПОМОЩИ НА ДОРОГЕ

Если вам надоело платить бешеные деньги за помощь на дороге, я объединился с круглосуточной семь дней в неделю, чтобы предложить читателям AutoExpert помощь на дороге по всей стране всего от 69 долларов США

5 в год, плюс есть БЕЗ ВСТУПИТЕЛЬНОГО ВЗНОСА
Полная информация здесь >>

AutoExpert

СКИДКА OLIGHT 90 05 TORCHES

Эти потрясающие фонарики. Я ношу с собой Olight Warrior Mini 2 каждый день — он крошечный, прочный и очень полезный в полевых условиях или в мастерской. Olight — потрясающий сторонник AutoExpert.

Используйте код AEJC, чтобы получить 12% скидка >>

Как работает цикл Аткинсона в реальной жизни или 80 процентов от того, что это обычный цикл Отто. Теперь крошечная часть топливно-воздушной смеси выходит обратно из впускного коллектора, но она изменяет степень сжатия относительно степени расширения.

В цикле Отто «степень сжатия» совпадает с «степенью расширения». В двигателе с циклом Аткинсона степень сжатия представляет собой более короткий ход поршня, а степень расширения — более длинный ход (вниз) поршня. Это позволяет извлекать больше работы из каждого события сгорания — больше вниз (работы), меньше вверх.

Это означает, что вы можете использовать меньше топлива для выполнения той же работы за рулем.

Цель состоит в том, чтобы получить идеальное сжатие путем изменения формы камеры сгорания, чтобы вы по-прежнему получали такое же давление в верхней части движения поршня в отверстии.

На самом деле вы выделяете больше времени и пространства для события расширения, что позволяет увеличить нагрузку на коленчатый вал. Это довольно умно, если подумать.

Единственным недостатком является то, что, поскольку вы нагнетаете больше воздуха обратно во впускной коллектор, он не участвует в сгорании и, по сути, мощность и двигатели ограничены потоком воздуха. Если вы можете нагнетать в двигатель больше воздуха, вы можете производить больше энергии, потому что вы можете сжигать больше топлива при каждом сгорании.

То, что вы делаете с Аткинсоном, — это обмен этим преимуществом; вы не можете сжечь столько топлива, потому что вы откачиваете около 20 процентов этого воздуха обратно.

Вы будете страдать от пиковой мощности, что означает обгон на шоссе, установление времени круга на трассе, отдачу на любимой дороге — это не будет так хорошо с точки зрения производительности вождения.

Но он будет намного лучше просто в крейсерском режиме и с большей топливной экономичностью.

КАКОЙ ГИБРИД ВЫ ДОЛЖНЫ КУПИТЬ?

2021 BMW 330e plug-in hybrid: the definitive review and buyer’s guide >>

2022 Mitsubishi Eclipse Cross PHEV full review & eco assessment >>

Which Hyundai Ioniq should вы покупаете: электромобиль, подключаемый модуль или гибрид? >>

Я помогу вам сэкономить ТЫСЯЧИ на ЛЮБОМ НОВОМ АВТОМОБИЛЕ. Нажмите ЗДЕСЬ

Просто чтобы дать вам информацию о гибридах: 

Что касается электрической части гибрида, то они осуществляют умное управление энергией, где вместо преобразования кинетической энергии (скорости) путем отвода тепла через тормоза (очень расточительно), вместо этого эта кинетическая энергия используется для вращения двигателя в качестве генератора. генерировать электричество и поместить его в аккумулятор и снова использовать его для ускорения. А ускорение с места — самая энергозатратная часть обычного вождения.

Вот почему гибриды действительно хороши в пробках с частыми остановками. Но недостатком здесь является то, что часто при движении по шоссе на вашем гибриде не используется управление электроэнергией, потому что в крейсерском режиме по шоссе вы не замедляетесь настолько, чтобы передать эту избыточную кинетическую энергию в аккумулятор, чтобы затем использовать, когда загорится зеленый свет. .

Многие люди говорят, что их гибрид Prius или RAV4 и т. д. обеспечивает большую экономию на шоссе, но причина, по которой это хорошо, не в аккумуляторе и системе рекуперации энергии, а в том, что двигатель внутреннего сгорания использует цикл Аткинсона.

Цикл Аткинсона означает, что вы не сможете добиться максимальной производительности от вашего двигателя внутреннего сгорания, но для плавного вождения с постоянной скоростью он идеален. Когда вы едете, вам не нужно много энергии, чтобы разогнаться до 100 км/ч.

Еще одним преимуществом является то, что ваш двигатель не подвергается такой нагрузке, как мощные двигатели при максимальной мощности, и именно тогда Аткинсон действительно крут; когда вы просто путешествуете вместе.

Но когда вы пытаетесь обогнать грузовик на подъеме, буксируете или едете по дороге с детьми и всеми их тяжелыми вещами на борту, вам потребуется больше времени, чтобы разогнаться, чем если бы у вас был двигатель с циклом Отто.

Вы еще много раз услышите цикл Аткинсона; если вы заботитесь об экономичности, это хорошо, но если вы заботитесь о производительности, не очень.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ОТЧЕТЫ ДЛЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Деактивация цилиндров: как это работает и стоит ли покупать эту технологию? >>

Технология двигателя Mazda SkyActiv-X M поступила в продажу >>

Я помогу вам сэкономить тысячи на ЛЮБОМ НОВОМ АВТОМОБИЛЕ. Нажмите ЗДЕСЬ

автомобильный советДжон Кадоган 8 декабря 2021 toyota rav4, toyota, eco car, tech, engine tech, топливо1 Комментарий

0 лайков

Что такое цикл Аткинсона — двигатель Аткинсона

03.06.2019 22.05.2019 Ник Коннор

Цикл Аткинсона — двигатель Аткинсона. Цикл Аткинсона — это термодинамический цикл, предназначенный для обеспечения более высокой эффективности за счет удельной мощности. Теплотехника

Цикл Аткинсона – Двигатель Аткинсона

В 1882 году английский инженер, 9 лет.0004 Джеймс Аткинсон продвинулся в изучении тепловых двигателей, изобретя несколько тепловых двигателей , которые имеют повышенный КПД по сравнению с циклом Отто . Это было достигнуто за счет использования переменного хода двигателя от сложного коленчатого вала. Цикл Аткинсона предназначен для обеспечения более высокой эффективности за счет удельной мощности. Для двух двигателей с одинаковым объемом рабочего объема один с циклом Отто будет производить большую чистую работу и, если двигатели работают с одинаковой скоростью, большую мощность. С другой стороны, цикл Аткинсона будет иметь больший тепловой КПД, а значит, меньший расход топлива.

Впервые цикл Аткинсона был реализован в 1882 году. Этот двигатель известен как « Дифференциал 1882 ». Он был устроен как оппозитный поршневой двигатель, дифференциальный двигатель Аткинсона. Следующий двигатель, разработанный Аткинсоном в 1887 году, был назван « Cycle Engine » (см. рисунок)

В последнее время это один из термодинамических циклов , который можно найти в автомобильных двигателях и который описывает работу поршня искрового зажигания. двигатель. Срок Цикл Аткинсона использовался для описания модифицированного двигателя , работающего по циклу Отто, в котором впускной клапан удерживается открытым дольше, чем обычно, чтобы обеспечить обратный поток всасываемого воздуха во впускной коллектор. Этот уменьшает степень сжатия , но степень расширения остается прежней. С механической точки зрения двигатель Аткинсона похож на двигатель Отто. Основное отличие заключается в распределительном валу или распределительных валах. Газовый двигатель Аткинсона

, как показано в патенте США 36749.6 Цикл Аткинсона – pV-диаграмма

Цикл Аткинсона – Процессы

В цикле Аткинсона (модифицированный цикл Отто) система, выполняющая цикл, претерпевает серию из четырех процессов: два изоэнтропных (обратимых адиабатических) процесса, чередующихся с одним изохорным процессом и одним изобарический процесс:

• Изэнтропическое сжатие (такт сжатия) – Газ (топливно-воздушная смесь) адиабатически сжимается из состояния 1 в состояние 2 по мере движения поршня от точки закрытия впускного клапана (1) до верхней мертвой точки. Окружающая среда совершает работу над газом, увеличивая его внутреннюю энергию (температуру) и сжимая его. С другой стороны, энтропия остается неизменной. Изменения объемов и их соотношения ( V ₁ / V ₂ ) известна как степень сжатия. Степень сжатия меньше степени расширения.
• Изохорное сжатие (фаза воспламенения) – В этой фазе (между состояниями 2 и 3) происходит постоянный по объему (поршень покоится) теплоперенос к воздуху от внешнего источника, пока поршень покоится в верхней мертвой точке. Этот процесс подобен изохорическому процессу в цикле Отто. Он предназначен для представления воспламенения топливно-воздушной смеси, впрыскиваемой в камеру, и последующего быстрого горения. Давление повышается и отношение ( P ₃ / P ₂ ) известен как «коэффициент взрыва».
• Изэнтропическое расширение (рабочий ход) – Газ адиабатически расширяется из состояния 3 в состояние 4, когда поршень движется от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Газ совершает работу над окружающей средой (поршнем) и теряет количество внутренней энергии, равное работе, которую он покидает систему. Энтропия снова остается неизменной. Отношение объемов ( V ₄ / V ₃ ) известен как коэффициент изоэнтропического расширения.
• Изобарический выхлоп (такт выпуска) – Основная цель современного цикла Аткинсона – сделать давление в камере сгорания в конце рабочего такта равным атмосферному давлению. Так как в камере может быть атмосферное давление, то декомпрессии как в цикле Отто нет. Поршень движется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ), и цикл проходит точки 4 → 1 → 0. В этом такте выпускной клапан открыт, а поршень вытягивает выхлопные газы из камеры.

Во время цикла Аткинсона поршень совершает работу над газом между состояниями 1 и 2 ( изоэнтропическое сжатие ). Работа совершается газом над поршнем между 3 и 4 ступенями (изоэнтропическое расширение ). Разница между работой, совершаемой газом, и работой, совершаемой газом, представляет собой чистую работу, производимую циклом, и соответствует площади, ограниченной кривой цикла. Работа, производимая циклом, умноженная на скорость цикла (количество циклов в секунду), равна мощности, производимой двигателем Аткинсона.

Изэнтропический процесс

Изэнтропический процесс — это термодинамический процесс , в котором энтропия жидкости или газа остается постоянной. Это означает, что изоэнтропический процесс является частным случаем адиабатического процесса , в котором нет переноса тепла или вещества. Это обратимый адиабатический процесс . Предположение об отсутствии теплопередачи очень важно, так как мы можем использовать адиабатическое приближение только в очень быстрые процессы .

Isentropic Process и первый закон

для закрытой системы мы можем написать Первый закон термодинамики с точки зрения энтальпии :

DH = DQ + VDP

или

DH. = TDS + VDP

Иентропический процесс (DQ = 0):

DH = VDP → W = H ₂ — H ₁ — H ₁

005

    →     H ₂ – H ₁ = C _p (T ₂ – T (для идеального газа)

Изэнтропический процесс идеального газа 9007

40005 (Особый случай адиабатического процесса) может быть выражен с помощью

Leal Gas Law AS:

PV ^κ = постоянная

или

P ₁ V

4 10002 P ₁ V 4 1000199579957777757957795779579579579579577957957957957 P ₁ V

4 10002 . = P ₂ V ₂ ^κ

, в котором κ = C _P /C _V — это Ratio HEATS

(или ) (или Heats _V ). газ. Один на постоянное давление (c _p ) и один для постоянного объема (c _v ) . Отметим, что это отношение κ = c _p /c _v является фактором, определяющим скорость звука в газе и другие адиабатические процессы.

Изохорный процесс

Изохорный процесс представляет собой термодинамический процесс, в котором объем замкнутой системы остается постоянным (V = const). Он описывает поведение газа внутри контейнера, который не может быть деформирован. Поскольку объем остается постоянным, передача тепла в систему или из системы не приводит к работе p∆V, а только изменяет внутреннюю энергию (температуру) системы.

Изохорический процесс и первый закон

Классической формой первого закона термодинамики является следующее уравнение:

dU = dQ – dW

В этом уравнении dW равно dW = pdV и называется граничной работой. Тогда:

dU = dQ  – pdV

В изохорном процессе и идеальном газе все тепло, добавленное в систему, будет использовано для увеличения внутренней энергии.

Изохорический процесс (PDV = 0):

DU = DQ (для идеального газа)

DU = 0 = Q — W → W = Q (для идеального газа)

Изохорический процесс Ideal Gas

Изохорический процесс может быть выражен с Lead Gas Law As

или

на P-V-V. на диаграмме процесс происходит вдоль горизонтальной линии, имеющей уравнение V = константа.

См. также: Закон Ги-Люссака

Изобарический процесс

Изобарический процесс представляет собой термодинамический процесс, в котором давление системы остается постоянным (p = const). Передача тепла в систему или из системы работает, но также изменяет внутреннюю энергию системы.

Поскольку происходят изменения внутренней энергии (dU) и изменения объема системы (∆V), инженеры часто используют энтальпию системы, которая определяется как:

H = U + pV

Изобарический процесс и первый закон

Классической формой первого закона термодинамики является следующее уравнение:

dU = dQ – dW

В этом уравнении dW равно dW = pdV и называется граничной работой. В изобарическом процессе и идеальном газе часть тепла, добавленного в систему, будет использовано для выполнения работы , а часть добавленного тепла увеличит внутреннюю энергию (повысит температуру). Поэтому удобно вместо внутренней энергии использовать энтальпию .

Изобарический процесс (Vdp = 0):

DH = DQ → Q = H ₂ — H ₁

При постоянной энтропии , т.е. сделано системой или системой.

Изобарический процесс идеального газа

Изобарический процесс можно выразить с помощью закона идеального газа как:

или

На p-V диаграмме процесс происходит вдоль горизонтальной линии (называемой изобарой), которая имеет уравнение p = константа.

См. Также: Закон Чарльза

Исцентропный процесс — Основные характеристики, азохорические процессы — Основные характеристики Изобарические процессы — Основные характеристики

Термическая эффективность для цикла Аткинсона

В целом 5, η 577777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777 любой тепловой машины определяется как отношение работы, которую она совершает, W , к подводимой теплоте при высокой температуре, Q _H .

термическая эффективность , η _TH , представляет фракцию HEAT , Q _H , Q 9 _{. Поскольку энергия сохраняется в соответствии с первым законом термодинамики и энергия не может быть полностью преобразована в работу, подводимая теплота Q H , должно равняться выполненной работе, Вт, плюс теплота, которая должна быть рассеяна в виде отработанного тепла Q C в окружающую среду. Поэтому мы можем переписать формулу для теплового КПД в виде:}

Поглощение тепла происходит при сгорании топливно-воздушной смеси, когда возникает искра, примерно при постоянном объеме. Поскольку во время изохорного процесса система не совершает никакой работы, первый закон термодинамики диктует ∆U = ∆Q.

Следовательно, тепло добавлено и отклоняется, приведены по следующим образом:

Q _{Добавить} = MC _V (T ₃ — T ₂ )

Q _OUT = MC ₎

Q _. – T ₁ )

Подставив эти выражения для подводимого и отводимого тепла в выражение для теплового КПД, получаем:

0275 /V ₂ , известное как степень сжатия – CR

отношение V ₄ /V ₃ , известное как степень расширения – ER.

κ = c _p /c _v

The expression for thermal efficiency using these characteristics is:

 

Efficiency of Engines in Transportation

• In the середина двадцатого века, типичный паровоз имел тепловой КПД около 6% . Это означает, что на каждые 100 МДж сожженного угля производилось 6 МДж механической энергии.
• Типичный бензиновый автомобильный двигатель работает с тепловым КПД примерно от 25% до 30% . Около 70-75% отбрасывается в виде сбросного тепла, не превращаясь в полезную работу, т. е. работу, переданную колесам.
• Типовой дизельный автомобильный двигатель работает примерно при от 30% до 35% . В общем, двигатели, использующие дизельный цикл, обычно более эффективны.
• В 2014 году были введены новые правила для автомобилей Формулы-1 . Эти правила автоспорта подтолкнули команды к разработке высокоэффективных силовых агрегатов. По данным Mercedes, их силовой агрегат теперь достигает более чем на 45% и близкого к 50% термического КПД, т.е. 45 – 50% потенциальной энергии в топливе доставляется на колеса.
• Дизельный двигатель имеет самый высокий тепловой КПД среди всех существующих двигателей внутреннего сгорания. Тихоходные дизельные двигатели (используемые на судах) могут иметь тепловой КПД, превышающий 50% . Самый большой дизельный двигатель в мире достигает 51,7%.

 

Ссылки:

Ядерная и реакторная физика:

1. Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
3. В. М. Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
4. Гласстоун, Сезонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
5. WSC. Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
6. Кеннет С. Крейн. Введение в ядерную физику, 3-е издание, Wiley, 1987, ISBN: 978-0471805533
7. Г. Р. Кипин. Физика ядерной кинетики. Паб Эддисон-Уэсли. Ко; 1-е издание, 1965
8. Роберт Рид Берн, Введение в эксплуатацию ядерных реакторов, 1988.