Motor. Otto ve Atkinson döngüleri arasındaki farklar
Bir süredir, "Atkinson ekonomik çevrim motoru" terimi giderek daha yaygın hale geldi. Bu çevrim nedir ve neden yakıt tüketimini azaltır?
Bugün en yaygın dört zamanlı benzinli motorlar, ilk başarılı pistonlu içten yanmalı motorlardan birinin tasarımcısı olan Alman mucit Nikolaus Otto tarafından XNUMX. yüzyılın sonunda geliştirilen Otto döngüsünde çalışıyor. Bu çevrimin özü, krank milinin iki devrinde gerçekleştirilen dört stroktan oluşur: emme stroku, sıkıştırma stroku, çalışma stroku ve egzoz stroku.
Emme strokunun başlangıcında, hava-yakıt karışımının pistonu geri çekerek emme manifoldundan içeri çekildiği emme valfi açılır. Sıkıştırma strokunun başlamasından önce emme valfi kapanır ve kafaya dönen piston karışımı sıkıştırır. Piston tepe konumuna ulaştığında, karışım bir elektrik kıvılcımı ile ateşlenir. Ortaya çıkan sıcak egzoz gazları genişler ve pistonu iterek enerjisini ona aktarır ve piston kafadan mümkün olduğunca uzaklaştığında egzoz valfi açılır. Egzoz stroku, geri dönüş pistonunun egzoz gazlarını silindirden egzoz manifolduna itmesiyle başlar.
Ne yazık ki, egzoz gazlarındaki enerjinin tamamı pistonu itmek (ve biyel kolu aracılığıyla krank milini döndürmek) için güç darbesi sırasında kullanılmaz. Ekshalasyon strokunun başlangıcında ekshalasyon valfi açıldığında, bunlar hala yüksek basınç altındadır. Bunu, susturucusu kırılmış bir arabanın çıkardığı sesi duyduğumuzda öğrenebiliriz - bu, havaya enerjinin salınmasından kaynaklanır. Geleneksel benzinli motorların yalnızca yaklaşık yüzde 35 verimli olmasının nedeni budur. Çalışma strokunda pistonun strokunu artırmak ve bu enerjiyi kullanmak mümkün olsaydı...
Bu fikir İngiliz mucit James Atkinson'a geldi. 1882'de, pistonları krank miline bağlayan karmaşık bir itici sistemi sayesinde güç strokunun sıkıştırma strokundan daha uzun olduğu bir motor tasarladı. Sonuç olarak, egzoz strokunun başlangıcında, egzoz gazlarının basıncı neredeyse atmosfer basıncına eşitti ve enerjileri tamamen kullanıldı.
Editörler şunları tavsiye ediyor:
Tabaklar. Bir devrim bekleyen sürücüler mi?
Kış sürüşünün ev yapımı yolları
Az para için güvenilir bebek
Öyleyse neden Atkinson'ın fikri daha yaygın olarak kullanılmadı ve içten yanmalı motorlar neden bir yüzyıldan fazla bir süredir daha az verimli Otto çevrimini kullanıyor? Bunun iki nedeni var: biri Atkinson motorunun karmaşıklığı ve diğeri - ve daha da önemlisi - bir deplasman ünitesinden aldığı güç.
Ancak, yakıt tüketimine ve motorizasyonun çevre üzerindeki etkisine giderek daha fazla dikkat edildiğinden, özellikle orta hızlarda Atkinson motorunun yüksek verimliliği hatırlandı. Konsepti, özellikle kalkış ve hızlanma sırasında ihtiyaç duyulan elektrik motorunun güç eksikliğini telafi ettiği hibrit araçlarda mükemmel bir çözüm olduğunu kanıtladı.
Bu nedenle, modifiye edilmiş Atkinson çevrimli motor, ilk seri üretilen hibrit otomobil olan Toyota Prius'ta ve ardından diğer tüm Toyota ve Lexus hibritlerinde kullanıldı.
Değiştirilmiş bir Atkinson döngüsü nedir? Bu akıllı çözüm, Toyota motorunun geleneksel dört zamanlı motorların klasik, basit tasarımını korumasını sağladı ve piston her strokta aynı mesafeyi hareket ettirdi, etkin strok sıkıştırma strokundan daha uzundu.
Aslında farklı söylenmelidir: Etkili sıkıştırma döngüsü, çalışma döngüsünden daha kısadır. Bu, sıkıştırma strokunun başlamasından kısa bir süre sonra kapanan giriş valfinin kapanmasını geciktirerek elde edilir. Böylece hava-yakıt karışımının bir kısmı emme manifolduna geri gönderilir. Bunun iki sonucu vardır: yandığında üretilen egzoz gazlarının miktarı daha küçüktür ve egzoz strokunun başlamasından önce tamamen genişleyebilir, tüm enerjiyi pistona aktarabilir ve daha az karışımı sıkıştırmak için daha az enerji gerekir, bu da daha az enerji gerektirir. dahili motor kayıplarını azaltır. Bu ve diğer çözümleri kullanarak, dördüncü nesil Toyota Prius aktarma organı motoru, daha önce yalnızca dizel motorlarda bulunan yüzde 41'e varan bir termal verimlilik elde etmeyi başardı.
Çözümün güzelliği, giriş valflerinin kapanmasındaki gecikmenin büyük yapısal değişiklikler gerektirmemesidir - valf zamanlamasını değiştirmek için elektronik olarak kontrol edilen bir mekanizma kullanmak yeterlidir.
Ve eğer öyleyse, mümkün mü ve tam tersi mi? Tabii ki; doğal olarak! Değişken görev çevrimli motorlar bir süredir üretilmektedir. Yavaş yollarda sürüş gibi güç talebi düşük olduğunda, motor düşük yakıt tüketimi için Atkinson çevriminde çalışır. Ve en iyi performans gerektiğinde - farlardan veya sollamadan - mevcut tüm dinamikleri kullanarak Otto döngüsüne geçer. Bu 1,2 litrelik turboşarjlı direkt enjeksiyonlu motor, örneğin Toyota Auris'te ve yeni Toyota C-HR şehir SUV'sinde kullanılıyor. Aynı iki litrelik motor Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t ve RC 200t'de kullanılıyor.
