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

Аткинсон или Миллер?

EN | RU | JP Eugenio,77 [email protected] © Toyota-Club.Net Jan 2016 Приоритеты Еще со времени появления первого Приуса создавалось впечатление, что Джеймс Аткинсон нравился тойотовцам куда больше, чем Ральф Миллер. И постепенно «цикл Аткинсона» из их пресс-релизов разошелся по всему журналистскому сообществу. — Toyota официально: «A heat cycle engine proposed by James Atkinson (U.K.) in which compression stroke and expansion stroke duration can be set independently. Subsequent improvement by R. H. Miller (U.S.A.) allowed adjustment of intake valve opening/closing timing to enable a practical system (Miller Cycle).» — Toyota неофициально и анти-научно: «Miller Cycle engine is an Atkinson Cycle engine with a supercharger». При этом даже в местной инженерной среде «цикл Миллера» существовал еще с незапамятных времен. Как будет правильнее? В 1882 году британский изобретатель Джеймс Аткинсон (James Atkinson) предложил идею повышения эффективности поршневого двигателя за счет сокращения хода сжатия и увеличения хода расширения рабочего тела. Практически реализовать это предполагалось сложными механизмами привода поршня (два поршня по схеме «боксер», поршень с кривошипно-кулисным механизмом). Построенные варианты двигателей показали рост механических потерь, переусложнение конструкции, и снижение мощности по сравнению с двигателями других конструкций, поэтому распространения не получили. Известные патенты Аткинсона относились именно к конструкциям, без рассмотрения теории термодинамических циклов. В 1947 году американский инженер Ральф Миллер (Ralph Miller) вернулся к идее идее сокращенного сжатия и продолженного расширения, предложив реализовать ее не за счет кинематики привода поршня, а подбором фаз газораспределения для двигателей с обычным кривошипно-шатунным механизмом. В патенте Миллер рассматривал два варианта организации рабочего процесса — с ранним (EICV) или поздним (LICV) закрытием впускного клапана. Собственно, оба варианта означают снижение фактической (эффективной) степени сжатия по отношению к геометрической. Понимая, что сокращение сжатия приведет к потере мощности двигателя, Миллер изначально ориентировался на наддувные двигатели, в которых потери наполнения будут компенсированы за счет компрессора. Теоретический цикл Миллера для двигателя с искровым зажиганием полностью соответствует теоретическому циклу двигателя Аткинсона. По большому счету, цикл Миллера/Аткинсона представляет собой не самостоятельный цикл, а разновидность известных термодинамических циклов Отто и Дизеля. Аткинсон является автором абстрактной идеи двигателя с физически разной величиной ходов сжатия и расширения. Реальную организацию рабочих процессов в реальных двигателях, используемую на практике по сей день, предложил именно Ральф Миллер. Принципы При работе двигателя по циклу Миллера с сокращенным сжатием, впускной клапан закрывается значительно позднее, чем в цикле Отто, из-за чего часть заряда вытесняется обратно во впускной канал, и собственно процесс сжатия начинается уже на второй половине такта. В результате эффективная степень сжатия оказывается ниже геометрической (которая, в свою очередь, равна степени расширения газов на рабочем ходу). За счет уменьшения насосных потерь и потерь на сжатие обеспечивается увеличение термического КПД двигателя в пределах 5-7% и соответствующая экономия топлива. Условные индикаторные диаграммы для циклов Миллера и Отто Можно еще раз отметить ключевые моменты отличия циклов. 1 и 1′ — объем камеры сгорания для двигателя с циклом Миллера меньше, геометрическая степень сжатия и степень расширения выше. 2 и 2′ — газы совершают полезную работу на более длинном рабочем ходу, поэтому меньше остаточные потери на выпуске. 3 и 3′ — разрежение на впуске меньше за счет меньшего дросселирования и обратного вытеснения предыдущего заряда, поэтому ниже насосные потери. 4 и 4′ — закрытие впускного клапана и начало сжатия начинается с середины такта, после обратного вытеснения части заряда. 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. 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. Большой обзор двигателей Toyota · AZ · MZ · NZ · ZZ · AR · GR · KR · NR · ZR · AD · GD · A25.M20 · G16 · M15 · V35 · Более 2000 руководств по ремонту и техническому обслуживанию автомобилей различных марок

Вот как двигатели с циклом Аткинсона экономят бензин

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

Автор статьи:

Джил Макинтош

Опубликовано 22 июня 2016 г.  •  Последнее обновление 22 июня 2016 г.  •  3 минуты чтения

Присоединяйтесь к обсуждению

Содержание статьи

циклический бензиновый двигатель вернулся благодаря своей экономичной работе. Он идеально подходит для гибридов, где электродвигатель автомобиля помогает преодолеть недостатки Аткинсона.

Объявление 2

История продолжается ниже

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 это звучит, у четырехцилиндрового двигателя их четыре, а у V6 или V8 шесть или восемь цилиндров, расположенных парами, каждый из которых образует букву «V», и каждый содержит поршень. Эти поршни двигаются вверх и вниз, вращая центральный коленчатый вал, подобно тому, как ваши ноги крутят педали при езде на велосипеде. Вращательное движение коленчатого вала, в конечном счете, вращает колеса.

Приносим свои извинения, но это видео не удалось загрузить.

Попробуйте обновить браузер или
нажмите здесь, чтобы посмотреть другие видео от нашей команды.

Вот как двигатели с циклом Аткинсона экономят бензин Назад к видео

Поршни приводятся в действие бензином, который впрыскивается в двигатель и детонирует от свечи зажигания. В каждом цикле поршень перемещается четыре раза: вниз для всасывания паров бензина, вверх для их сжатия, вниз, когда пары воспламеняются и взрываются, а затем вверх для выталкивания выхлопных газов. Пока все это происходит, клапаны открываются и закрываются точно в нужное время, чтобы впустить бензин и выпустить выхлопные газы.

Содержание статьи

Реклама 3

История продолжается ниже

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

Содержание статьи

Двигатель с циклом Аткинсона работает так же, но с изюминкой. В обычном двигателе впускной клапан остается закрытым, когда поршень движется вверх в 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 работать так сильно, чтобы преодолеть трение, что, в свою очередь, повышает эффективность использования топлива. Часть паров бензина уходит обратно во впускной коллектор через этот открытый клапан, но они втягиваются обратно при следующем открытии клапана, так что ничего не пропадает.

Главный инженер Toyota Prius Кодзи Тойошима стоит рядом с гибридным автомобилем Toyota, новым Prius, во время пресс-брифинга компании по новым технологиям в Токио, 13 октября 2015 года. Prius четвертого поколения появится на мировом рынке в декабре этого года.

Когда Джеймс Аткинсон разработал свой оригинальный двигатель еще в 1882 году, в нем использовалась сложная механическая система, которая фактически изменяла расстояние, проходимое поршнем во время цикла. Современные двигатели используют электронику и программное обеспечение для достижения волшебства. Если держать клапан открытым дольше, рабочий объем цилиндра существенно увеличивается, что аналогично механическому творению Аткинсона, но расстояние, на которое перемещается поршень, не меняется.

Объявление 4

История продолжается ниже

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

Содержание статьи

Итак, в чем недостаток всего этого? Хотя цикл Аткинсона улучшает экономию топлива, он менее мощный, чем обычный двигатель. Этого достаточно для стабильного движения на крейсерской скорости или вождения на низкой скорости, но он не даст вам того рывка скорости, которого вы ожидаете, когда нажимаете на педаль газа для ускорения.

Рекомендовано из редакции

1. Зеркало заднего вида: долгая скандальная история дизельного двигателя

2. Вот что автопроизводители подразумевают под «облегчением»

Хотя это не позволяет использовать его в большинстве обычных автомобилей, оно идеально подходит для гибридной системы. Он использует электродвигатель наряду с бензиновым двигателем и переключается между бензином, электричеством или их комбинацией, в зависимости от условий. Газовый двигатель, работающий по циклу Аткинсона, при необходимости может справиться с умеренной ездой, но когда требуется дополнительная мощность, включается электродвигатель, чтобы дополнить его мощность. Гибриды, использующие бесступенчатую трансмиссию (CVT), которая содержит шкивы и ремень вместо шестерен, также поддерживают двигатель на оптимальном уровне оборотов для обеспечения мощности и эффективности.

Объявление 5

История продолжается ниже

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

Содержание статьи

Идея «мощности только тогда, когда это необходимо» также лежит в основе малолитражных силовых установок с турбонаддувом, таких как двигатели Ford EcoBoost. Эти меньшие двигатели потребляют меньше топлива, чем более крупные, при умеренном дросселе, но когда вам нужно больше мощности, включается турбонаддув. Тем не менее, они могут испытывать жажду, когда работает турбо, в то время как электродвигатель гибрида не использует топливо, когда увеличивает мощность.

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

Но не все хотят гибрид, и Toyota представила новый двигатель в своем пикапе Tacoma 2016 года, который представляет собой еще один вариант. Двигатель работает в обычном режиме, когда требуется мощность, например, при ускорении. Но при постоянной скорости, когда полная мощность не требуется, фазы газораспределения изменяются на цикл Аткинсона для экономии топлива; переключение плавное и незаметно для водителя. Двигатель также включает два метода подачи топлива в двигатель, непосредственный впрыск и впрыск через порт, и использует один или оба 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 деактивация цилиндров, многоскоростная трансмиссия, облегченная конструкция и улучшенная аэродинамика. Пока расход топлива остается проблемой, инженеры будут заняты.

Поделитесь этой статьей в своей социальной сети

Trending

1. Hyundai Canada признает себя виновной по 6 уголовным обвинениям, связанным с отзывом автомобилей

2. Аукцион первого Chevy Corvette E-Ray собрал более миллиона долларов на благотворительность

3. Насколько плохим был 2022 год для автомобильного рынка Канады? | Driving By Numbers

4. Сравнение внедорожников: Honda CR-V 2023 года и Toyota RAV4

5. 11 лучших новых автомобилей 2023 года Auto Shanghai

   533 2 ПОПУЛЯРНЫЕ СРАВНЕНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

   Driving.

   ca’s Blind-Spot Monitor

   Подпишитесь на получение информационного бюллетеня Driving.ca’s Blind-Spot Monitor по средам и субботам

   Адрес электронной почты

   Нажав кнопку подписки, вы соглашаетесь получать указанный выше информационный бюллетень от Postmedia Network. Inc. Вы можете отказаться от подписки в любое время, нажав на ссылку отказа от подписки в нижней части наших электронных писем или любого информационного бюллетеня. Постмедиа Сеть Inc. | 365 Bloor Street East, Торонто, Онтарио, M4W 3L4 | 416-383-2300

   Цикл Аткинсона-Миллера | MVWautotechniek.nl

   Темы:

   • Цикл Аткинсона-Миллера
   • Происхождение цикла Аткинсона-Миллера

   Баллоны с высокой степенью сжатия9 много силы. Однако при малой нагрузке двигателя (частичной нагрузке) двигатель неэффективен: даже при малой нагрузке над поршнем создается высокое давление, что приводит к неэффективности и, следовательно, в данном случае нежелательно.

   Для получения высокой эффективности при частичной нагрузке с более высокой степенью сжатия некоторые производители применяют принцип Аткинсона-Миллера. Обозначения Аткинсон и Миллер иногда путают и неуместны. В следующей главе объясняются различия и сходства этих изобретений.

   В соответствии с принципом Аткинсона-Миллера при частичной нагрузке впускной клапан остается открытым дольше во время такта сжатия (примерно на 20–30 градусов коленчатого вала): всасываемый воздух частично возвращается во впускной коллектор. Количество воздуха над поршнем после закрытия впускного клапана намного меньше, чем в двигателях, где впускной клапан закрывается уже в конце такта впуска. При меньшем объеме воздуха над поршнем требуется меньше воздуха для сжатия (меньше противодействующая сила во время такта сжатия). Количество впрыскиваемого топлива теперь также меньше: меньше воздуха означает меньше топлива.

   Последствием более позднего закрытия впускного клапана является более низкая степень наполнения. Это происходит за счет мощности двигателя, но улучшает общее сгорание. Цикл Аткинсона-Миллера идеально подходит для гибридных автомобилей, поскольку двигатель внутреннего сгорания больше не является единственным источником энергии, а поддерживается электродвигателем или служит только для зарядки аккумуляторной батареи (последовательный гибрид). Кроме того, изменение фаз газораспределения в рабочих условиях, отличных от частичной нагрузки, может ускорить синхронизацию впускного клапана.

   Такт сжатия нормальный (слева) и Аткинсона (справа)

   Ряд производителей применяют принцип Аткинсона-Миллера к двигателям внутреннего сгорания своих гибридных автомобилей. В основном это корейские и японские производители: Hyundai, Honda и Kia.

   На рисунках ниже показаны индикаторная диаграмма и диаграмма PV обычного бензинового двигателя в дополнение к диаграмме двигателя, работающего по принципу Аткинсона. Поскольку в соответствии с принципом Аткинсона сжатие воздуха начинается позже в такте сжатия, это видно на этих диаграммах. Уменьшение потерь на сжатие увеличивает тепловой КПД.

   Индикаторная диаграмма Аткинсона (слева) и обычный бензиновый двигатель (справа) Диаграмма PV Аткинсона и Оттомотора

   Происхождение цикла Аткинсона-Миллера:
   В предыдущем разделе мы обсуждали применение цикла Аткинсона-Миллера. В литературе часто объединяют названия методик Аткинсона и Миллера, когда они были двумя отдельными изобретениями с одной и той же целью. История принципов Аткинсона и Миллера описана ниже.

   Аткинсон : Джеймс Аткинсон (Великобритания, 1882 г.) работал над своим изобретением, в котором он мог повысить эффективность поршневого двигателя за счет увеличения рабочего хода. С помощью сложной системы со штоками и коромыслами ход поршня рабочего хода мог быть выше, чем ход такта впуска.

   Анимация показывает четыре такта в известном четырехтактном процессе:

   • такт всасывания (всасывание, ansaugen)
   • такт сжатия (сжатие, сжатие)
   • рабочий ход (расширение, рабочий)
   • рабочий ход (выхлоп, ausstossen)

   В то время двигатель Аткинсона не получил дальнейшего развития, потому что в то время эта конструкция была слишком сложной и потери мощности были слишком большими.