Përshkrimi i ciklit të Millerit të motorit me djegie të brendshme. Origjinale të mëdha

Atkinson, Miller, Otto dhe të tjerë në turneun tonë të vogël teknik.

Së pari, le të kuptojmë se çfarë është një cikël motori. Një motor me djegie të brendshme është një objekt që konverton presionin nga djegia e karburantit në energji mekanike, dhe meqenëse punon me nxehtësi, është një motor nxehtësie. Pra, një cikël për një motor nxehtësie është një proces rrethor në të cilin parametrat fillestarë dhe përfundimtarë përkojnë, të cilët përcaktojnë gjendjen e lëngut të punës (në rastin tonë, është një cilindër me një pistoni). Këta parametra janë presioni, vëllimi, temperatura dhe entropia.

Janë këta parametra dhe ndryshimi i tyre që përcaktojnë se si do të funksionojë motori, me fjalë të tjera, cili do të jetë cikli i tij. Prandaj, nëse keni dëshirë dhe njohuri në termodinamikë, mund të krijoni ciklin tuaj të funksionimit të një motori ngrohjeje. Gjëja kryesore atëherë është që ta bëni motorin tuaj të funksionojë në mënyrë që të provoni të drejtën për të ekzistuar.

Cikli Otto

Ne do të fillojmë me ciklin më të rëndësishëm të punës, i cili përdoret nga pothuajse të gjithë motorët me djegie të brendshme në kohën tonë. Ajo është emëruar pas Nikolaus August Otto, një shpikës gjerman. Fillimisht, Otto përdori punën e belgut Jean Lenoir. Një kuptim i vogël i modelit origjinal do t'i japë këtij modeli të motorit Lenoir.

Meqenëse Lenoir dhe Otto nuk ishin të njohur me inxhinierinë elektrike, ndezja në prototipet e tyre u krijua nga një flakë e hapur, e cila ndezi përzierjen brenda cilindrit përmes një tubi. Dallimi kryesor midis motorit Otto dhe motorit Lenoir ishte në vendosjen vertikale të cilindrit, gjë që e shtyu Otto të përdorë energjinë e gazrave të shkarkimit për të ngritur pistonin pas goditjes së punës. Goditja e punës poshtë e pistonit filloi nga presioni atmosferik. Dhe pasi presioni në cilindër arriti atmosferik, valvula e shkarkimit u hap dhe pistoni me masën e tij zhvendosi gazrat e shkarkimit. Ishte plotësia e përdorimit të energjisë që bëri të mundur ngritjen e efikasitetit në 15% tronditës në atë kohë, gjë që tejkaloi efikasitetin edhe të motorëve me avull. Për më tepër, ky dizajn bëri të mundur përdorimin e pesë herë më pak karburant, gjë që më pas çoi në dominimin total të një modeli të tillë në treg.

Por merita kryesore e Otto është shpikja e procesit me katër goditje të motorit me djegie të brendshme. Kjo shpikje është bërë në vitin 1877 dhe është patentuar në të njëjtën kohë. Por industrialistët francezë gërmuan në arkivat e tyre dhe zbuluan se ideja e një operacioni me katër goditje disa vjet para patentës së Otto ishte përshkruar nga francezi Beau de Roche. Kjo bëri të mundur uljen e pagesave të patentave dhe fillimin e zhvillimit të motorëve të tyre. Por falë përvojës, motorët e Otto ishin kokë e këmbë mbi konkurrencën. Dhe deri në 1897, 42 mijë prej tyre u bënë.

Por çfarë është saktësisht cikli Otto? Këto janë katër goditjet e ICE të njohura për ne nga shkolla - marrja, kompresimi, goditja në punë dhe shkarkimi. Të gjitha këto procese kërkojnë një sasi të barabartë kohe, dhe karakteristikat termike të motorit tregohen në grafikun e mëposhtëm:

Aty ku 1-2 është ngjeshje, 2-3 është një goditje pune, 3-4 është një dalje, 4-1 është një hyrje. Efikasiteti i një motori të tillë varet nga raporti i ngjeshjes dhe indeksi adiabatik:

, ku n është raporti i ngjeshjes, k është indeksi adiabatik, ose raporti i kapacitetit të nxehtësisë së gazit në presion konstant me kapacitetin e nxehtësisë së gazit në vëllim konstant.

Me fjalë të tjera, është sasia e energjisë që duhet shpenzuar për ta kthyer gazin brenda cilindrit në gjendjen e mëparshme.

Cikli Atkinson

Ajo u shpik në 1882 nga James Atkinson, një inxhinier britanik. Cikli Atkinson rrit efikasitetin e ciklit Otto, por zvogëlon prodhimin e energjisë. Dallimi kryesor është koha e ndryshme e ekzekutimit të goditjeve të ndryshme të motorit.

Dizajni i veçantë i levave të motorit Atkinson lejon të katër goditjet e pistonit në vetëm një kthesë të bosht me gunga. Gjithashtu, ky dizajn bën goditjet e pistonit me gjatësi të ndryshme: goditja e pistonit gjatë marrjes dhe shkarkimit është më e gjatë sesa gjatë ngjeshjes dhe zgjerimit.

Një tipar tjetër i motorit është se kamerat e kohës së valvulave (hapja dhe mbyllja e valvulave) janë të vendosura drejtpërdrejt në boshtin e gungës. Kjo eliminon nevojën për një instalim të veçantë të boshtit të gumës. Përveç kësaj, nuk ka nevojë të instaloni një kuti ingranazhi, pasi boshti i gungës rrotullohet me gjysmën e shpejtësisë. Në shekullin XIX, motori nuk mori shpërndarje për shkak të mekanikës së tij komplekse, por në fund të shekullit të 20 -të ai u bë më i popullarizuar, pasi filloi të përdoret në hibride.

Pra, a ka njësi kaq të çuditshme në Lexus të shtrenjtë? Në asnjë mënyrë, askush nuk do të zbatonte ciklin Atkinson në formën e tij të pastër, por është mjaft e mundur të modifikosh motorët e zakonshëm për të. Prandaj, ne nuk do të ankohemi gjatë për Atkinson dhe do të kalojmë në ciklin që e solli atë në realitet.

Cikli i Millerit

Cikli Miller u propozua në 1947 nga inxhinieri amerikan Ralph Miller si një mënyrë për të kombinuar avantazhet e motorit Atkinson me motorin më të thjeshtë Otto. Në vend që ta bëjë mekanikisht goditjen e kompresimit më të shkurtër se goditja e fuqisë (si në motorin klasik Atkinson, ku pistoni lëviz më shpejt se poshtë), Miller doli me idenë e zvogëlimit të goditjes së ngjeshjes duke përdorur goditjen e marrjes, duke mbajtur lëvizja e pistonit lart e poshtë e njëjtë në shpejtësi (si në motorin klasik Otto).

Për ta bërë këtë, Miller propozoi dy qasje të ndryshme: ose mbyllni valvulën e marrjes shumë më herët se fundi i goditjes së marrjes, ose mbylleni atë shumë më vonë se fundi i kësaj goditjeje. Qasja e parë midis mendimtarëve quhet konvencionalisht "marrje e shkurtuar", dhe e dyta - "kompresim i shkurtuar". Në fund të fundit, të dyja këto qasje japin të njëjtën gjë: një rënie në raportin e ngjeshjes aktuale të përzierjes së punës në krahasim me atë gjeometrik duke ruajtur të njëjtin raport zgjerimi (domethënë goditja e goditjes së punës mbetet e njëjtë si në Otto motori, dhe goditja e ngjeshjes, si të thuash, zvogëlohet - si në Atkinson, vetëm zvogëlohet jo në kohë, por në shkallën e ngjeshjes së përzierjes).

Kështu, përzierja në një motor Miller ngjesh më pak sesa do të duhej të ngjeshej në një motor Otto të së njëjtës gjeometri mekanike. Kjo lejon që raporti gjeometrik i kompresimit (dhe, në përputhje me rrethanat, raporti i zgjerimit!) Të rritet mbi kufijtë e përcaktuar nga vetitë e goditjes së karburantit - duke sjellë ngjeshjen aktuale në vlerat e pranueshme për shkak të "shkurtimit të kompresimit" të përshkruar më sipër. cikël ". Me fjalë të tjera, në të njëjtin raport kompresimi aktual (karburant i kufizuar), motori Miller ka një raport zgjerimi dukshëm më të lartë se motori Otto. Kjo bën të mundur përdorimin më të plotë të energjisë së gazrave që zgjerohen në cilindër, gjë që, në fakt, rrit efikasitetin termik të motorit, siguron efikasitet të lartë të motorit, etj. Gjithashtu një nga avantazhet e ciklit Miller është mundësia e një ndryshimi më të gjerë në kohën e ndezjes pa rrezikun e shpërthimit, i cili ofron më shumë mundësi për inxhinierët.

Përfitimi i rritjes së efikasitetit termik të ciklit Miller në krahasim me ciklin Otto shoqërohet me një humbje të fuqisë maksimale të prodhimit për një madhësi (dhe peshë) të caktuar të motorit për shkak të mbushjes së degraduar të cilindrit. Meqenëse një motor më i madh Miller do të kërkohej për të marrë të njëjtën fuqi të prodhimit sesa një motor Otto, përfitimet nga përmirësimi i efikasitetit termik të ciklit do të shpenzohen pjesërisht në rritjen e humbjeve mekanike (fërkime, dridhje, etj.) Së bashku me madhësinë e motorit.

Cikli i naftës

Dhe së fundi, ia vlen të paktën të kujtojmë shkurtimisht ciklin Diesel. Rudolf Diesel fillimisht donte të krijonte një motor që do të ishte sa më afër ciklit Carnot, në të cilin efikasiteti përcaktohet vetëm nga ndryshimi i temperaturës së lëngut të punës. Por meqenëse nuk është mirë të ftohet motori në zero absolute, Diesel shkoi në anën tjetër. Ai rriti temperaturën maksimale, për të cilën filloi të ngjeshë karburantin në vlerat që ishin përtej kufirit në atë kohë. Motori i tij doli me një efikasitet vërtet të lartë, por fillimisht ai punoi në vajguri. Rudolph ndërtoi prototipet e parë në 1893, dhe vetëm në fillim të shekullit të njëzetë kaloi në lloje të tjera të karburantit, përfshirë naftën.

• , 17 korrik 2015

Para se të flas për veçoritë e motorit "Mazda" "Miller" (cikli Miller), vërej se nuk është një pesë goditje, por katër goditje, si motori Otto. Motori Miller nuk është asgjë më shumë se një motor klasik i përmirësuar me djegie të brendshme. Strukturisht, këta motorë janë praktikisht të njëjtë. Dallimi qëndron në kohën e valvulave. Ajo që i dallon ata është se motori klasik funksionon sipas ciklit të inxhinierit gjerman Nikolos Otto, dhe motorit "Mazda" Miller - sipas ciklit të inxhinierit britanik James Atkinson, edhe pse për ndonjë arsye është emëruar pas inxhinierit amerikan Ralph Miller. Ky i fundit gjithashtu krijoi ciklin e vet të funksionimit të motorit me djegie të brendshme, por për sa i përket efikasitetit të tij është inferior ndaj ciklit Atkinson.

Atraktiviteti i "gjashtë" në formë V të instaluar në modelin Xedos 9 (Millenia ose Eunos 800) është se me një vëllim pune prej 2.3 litra, ai prodhon 213 kf. dhe një çift rrotullues prej 290 Nm, i cili është i barabartë me karakteristikat e një motori 3 litra. Në të njëjtën kohë, konsumi i karburantit i një motori kaq të fortë është shumë i ulët - në autostradë 6.3 (!) L / 100 km, në qytet - 11.8 l / 100 km, që korrespondon me performancën prej 1.8-2 -litra motorët. Jo keq.

Për të kuptuar se cili është sekreti i motorit Miller, duhet të kujtoni parimin e funksionimit të motorit të njohur Otto me katër goditje. Goditja e parë është goditja e marrjes. Fillon pas hapjes së valvulës së marrjes kur pistoni është pranë qendrës së sipërme të vdekur (TDC). Duke lëvizur poshtë, pistoni krijon një vakum në cilindër, i cili kontribuon në thithjen e ajrit dhe karburantit në to. Në të njëjtën kohë, me shpejtësi të ulët dhe të mesme të motorit, kur valvula e mbytjes është pjesërisht e hapur, shfaqen të ashtuquajturat humbje të pompimit. Thelbi i tyre është se për shkak të vakumit të lartë në kolektorin e marrjes, pistonët duhet të punojnë në modalitetin e pompës, e cila konsumon një pjesë të fuqisë së motorit. Për më tepër, mbushja e cilindrave me një ngarkesë të freskët përkeqësohet dhe, në përputhje me rrethanat, konsumi i karburantit dhe emetimet e substancave të dëmshme në atmosferë rriten. Kur pistoni arrin në qendrën e vdekur të poshtme (BDC), valvula e marrjes mbyllet. Pas kësaj, pistoni, duke lëvizur lart, ngjesh përzierjen e djegshme - ndodh një goditje ngjeshëse. Pranë TDC, përzierja ndizet, presioni në dhomën e djegies rritet, pistoni lëviz poshtë - një goditje pune. Valvula e daljes hapet në BDC. Kur pistoni lëviz lart - goditja e shkarkimit - gazrat e shkarkimit të mbetur në cilindra shtyhen në sistemin e shkarkimit.

Vlen të përmendet se kur valvula e shkarkimit është e hapur, gazrat në cilindra janë ende nën presion, kështu që lëshimi i kësaj energjie të papërdorur quhet humbje e shkarkimit. Në të njëjtën kohë, funksioni i zvogëlimit të zhurmës iu caktua mbytësit të sistemit të shkarkimit.

Për të zvogëluar fenomenet negative që lindin kur motori funksionon me një skemë klasike të kohës së valvulave, koha e valvulave në motorin "Mazda" Miller u ndryshua në përputhje me ciklin Atkinson. Valvula e marrjes nuk mbyllet pranë qendrës së vdekur të poshtme, por shumë më vonë - kur boshti i gungës kthehet 700 nga BDC (në motorin Ralph Miller, valvula mbyllet përkundrazi - shumë më herët se pistoni kalon BDC). Cikli Atkinson ofron një sërë përfitimesh. Së pari, humbjet e pompimit zvogëlohen, pasi një pjesë e përzierjes kur pistoni lëviz lart shtyhet në kolektorin e marrjes, duke zvogëluar vakumin në të.

Së dyti, raporti i ngjeshjes ndryshon. Teorikisht, mbetet e njëjtë, pasi goditja e pistonit dhe vëllimi i dhomës së djegies nuk ndryshojnë, por në fakt, për shkak të mbylljes së vonuar të valvulës së marrjes, ajo zvogëlohet nga 10 në 8. Dhe kjo tashmë është një rënie në mundësia e goditjes së djegies së karburantit, që do të thotë se nuk ka nevojë të rrisni shpejtësinë e motorit duke zbritur me rritjen e ngarkesës. Zvogëlon gjasat e djegies së shpërthimit dhe faktin që përzierja e djegshme shtyhet nga cilindrat kur pistoni lëviz lart derisa valvula të mbyllet, mbart me vete në pjesën e shumëfishtë të marrjes së nxehtësisë të marrë nga muret e dhomës së djegies.

Së treti, marrëdhënia midis raporteve të ngjeshjes dhe zgjerimit u shqetësua, pasi për shkak të mbylljes së mëvonshme të valvulës së marrjes, kohëzgjatja e goditjes së kompresimit në lidhje me kohëzgjatjen e goditjes së zgjerimit kur valvula e shkarkimit është e hapur u zvogëlua ndjeshëm. Motori funksionon sipas të ashtuquajturit cikël me një raport zgjerimi të shtuar, në të cilin energjia e gazrave të shkarkimit përdoret për një periudhë më të gjatë, d.m.th. me një rënie të humbjeve të prodhimit. Kjo bën të mundur përdorimin më të plotë të energjisë së gazrave të shkarkimit, i cili, në fakt, siguroi efikasitet të lartë të motorit.

Për të marrë fuqinë dhe çift rrotullues të lartë të kërkuar për modelin elitar Mazda, motori Miller përdor një kompresor mekanik Lisholm të instaluar në rënien e bllokut të cilindrave.

Përveç motorit 2.3 litra të Xedos 9, cikli Atkinson filloi të përdoret në motorin me ngarkesë të lehtë të instalimit hibrid të Toyota Prius. Ai ndryshon nga ai "Mazda" në atë që nuk ka një ventilator ajri, dhe raporti i ngjeshjes ka një vlerë të lartë - 13.5.

Motori me djegie të brendshme është shumë larg idealit, në rastin më të mirë arrin 20 - 25%, naftë 40 - 50% (domethënë, pjesa tjetër e karburantit digjet pothuajse bosh). Për të rritur efikasitetin (përkatësisht për të rritur efikasitetin), kërkohet të përmirësohet modeli i motorit. Shumë inxhinierë luftojnë deri më sot, por të parët ishin vetëm disa inxhinierë, të tillë si Nikolaus August OTTO, James ATKINSON dhe Ralph Miller. Secili bëri ndryshime të caktuara dhe u përpoq t'i bënte motorët më efikas dhe më efikas. Secila ofroi një cikël specifik të punës, i cili mund të ishte rrënjësisht i ndryshëm nga modeli i kundërshtarit. Sot do të përpiqem t'ju shpjegoj me fjalë të thjeshta se cilat janë ndryshimet kryesore në funksionimin e motorit me djegie të brendshme, dhe natyrisht versionin video në fund ...

Artikulli do të shkruhet për fillestarët, kështu që nëse jeni një inxhinier i sofistikuar, nuk keni nevojë ta lexoni, është shkruar për një kuptim të përgjithshëm të cikleve të funksionimit të ICE.

Dua gjithashtu të vërej se ka shumë variacione të modeleve të ndryshme, ato më të famshmet që ne ende mund të dimë janë cikli DIESEL, STIRLING, CARNO, ERIKSONN, etj. Nëse numëroni modelet, atëherë mund të ketë rreth 15. Dhe jo të gjithë motorët me djegie të brendshme, për shembull, kanë STIRLING të jashtëm.

Por më të famshmet, të cilat përdoren edhe sot në makina, janë OTTO, ATKINSON dhe MILLER. Këtu do të flasim për to.

Në fakt, ky është një motor konvencional i nxehtësisë me djegie të brendshme me ndezje të detyruar të një përzierje të djegshme (përmes një qiri), e cila tani përdoret në 60 - 65% të makinave. PO - po, është ai që keni nën kapuç që funksionon sipas ciklit OTTO.

Sidoqoftë, nëse gërmoni në histori, parimi i parë i një motori të tillë me djegie të brendshme u propozua në 1862 nga inxhinieri francez Alphonse BO DE ROCH. Por ky ishte një parim teorik i punës. OTTO në 1878 (16 vjet më vonë) mishëroi këtë motor në metal (në praktikë) dhe patentoi këtë teknologji

Në fakt, ky është një motor me katër goditje, i cili karakterizohet nga:

• Hyrje ... Furnizimi me përzierje të karburantit ajër të pastër. Valvula e hyrjes hapet.
• Kompresimi ... Pistoni shkon lart, duke e ngjeshur këtë përzierje. Të dy valvulat janë të mbyllura
• Goditje në punë ... Qiri ndez përzierjen e ngjeshur, gazrat e ndezur e shtyjnë pistonin poshtë
• Shkarkimi i gazrave të shkarkimit ... Pistoni lëviz lart, duke nxjerrë jashtë gazrat e djegur. Valvula e daljes hapet

Dua të vërej se valvulat e marrjes dhe shkarkimit funksionojnë në një sekuencë të rreptë - PARASHIKU me shpejtësi të lartë dhe të ulët. Kjo do të thotë, nuk ka ndryshim në punë me shpejtësi të ndryshme.

Në motorin e tij, OTTO ishte i pari që përdori ngjeshjen e përzierjes së punës për të rritur temperaturën maksimale të ciklit. E cila u krye sipas adiabat (me fjalë të thjeshta, pa shkëmbim të nxehtësisë me mjedisin e jashtëm).

Pasi përzierja u ngjesh, ajo u ndez nga një qiri, pas së cilës filloi procesi i heqjes së nxehtësisë, i cili vazhdoi pothuajse përgjatë izokorës (domethënë, me një vëllim konstant të cilindrit të motorit).

Meqenëse OTTO patentoi teknologjinë e tij, përdorimi i tij industrial nuk ishte i mundur. Për të anashkaluar patentat, James Atkinson në 1886 vendosi të modifikojë ciklin OTTO. Dhe ai ofroi llojin e tij të punës të motorit me djegie të brendshme.

Ai propozoi të ndryshonte raportin e kohës së ciklit, për shkak të të cilit goditja e punës u rrit për shkak të ndërlikimit të strukturës së shufrës lidhëse të fiksimit. Duhet të theksohet se mostra e provës që ai ndërtoi ishte një cilindër dhe nuk mori shumë shpërndarje për shkak të kompleksitetit të modelit.

Nëse përshkruajmë me pak fjalë parimin e funksionimit të këtij ICE, rezulton:

Të 4 goditjet (injeksion, ngjeshje, goditje në punë, shkarkim) - u zhvilluan në një rrotullim të boshtit të gungës (OTTO ka dy rrotullime). Falë një sistemi kompleks levash që ishin bashkangjitur pranë "bosht me gunga".

Në këtë dizajn, doli të zbatonte raporte të caktuara të gjatësisë së levave. Me fjalë të thjeshta - goditja e pistonit në goditjen e marrjes dhe shkarkimit është më e madhe se goditja e pistonit në kompresimin dhe goditjen e punës.

Çfarë bën? PO, fakti që mund të "luani" me raportin e ngjeshjes (duke e ndryshuar atë), për shkak të raportit të gjatësisë së levave, dhe jo për shkak të "goditjes" së marrjes! Nga kjo, avantazhi i ciklit ACTINSON rrjedh, përsa i përket humbjeve të pompimit

Motorë të tillë doli të ishin mjaft efikas me efikasitet të lartë dhe konsum të ulët të karburantit.

Sidoqoftë, kishte edhe shumë pika negative:

• Kompleksiteti dhe dizajni i rëndë
• E ulët në rrotullime të ulëta
• Kontroll i dobët i mbytjes, qoftë ai ()

Ka zëra të vazhdueshëm se parimi ATKINSON është përdorur në automjetet hibride, në veçanti nga TOYOTA. Sidoqoftë, kjo nuk është pak e vërtetë, vetëm parimi i tij u përdor atje, por modeli u përdor nga një inxhinier tjetër, përkatësisht Miller. Në formën e tyre të pastër, motorët ATKINSON ishin më shumë një karakter të vetëm sesa një masë.

Ralph Miller gjithashtu vendosi të luajë me raportin e ngjeshjes në 1947. Kjo do të thotë, ai, si të thuash, do të vazhdonte punën e ATKINSON, por ai nuk mori motorin e tij kompleks (me leva), por një ICE konvencionale OTTO.

Çfarë sugjeroi ai ... Ai nuk e bëri goditjen e ngjeshjes mekanikisht më të shkurtër se goditja (siç sugjeroi Atkinson, pistoni i tij lëviz më shpejt lart se poshtë). Ai doli me idenë e zvogëlimit të goditjes së ngjeshjes duke përdorur goditjen e marrjes, duke e mbajtur lëvizjen e pistonit lart e poshtë të njëjtë (motori klasik OTTO).

Kishte dy mënyra për të shkuar:

• Mbyllja e valvulave të marrjes para përfundimit të goditjes së marrjes - ky parim quhet "Futje e shkurtuar"
• Ose mbyllni valvulat e marrjes më vonë se goditja e marrjes - ky opsion u quajt "Kompresim i shkurtër"

Në fund të fundit, të dy parimet japin të njëjtën gjë - një rënie në raportin e ngjeshjes së përzierjes së punës në krahasim me atë gjeometrik! Sidoqoftë, raporti i zgjerimit mbetet, domethënë, goditja e goditjes në punë ruhet (si në OTTO ICE), dhe goditja e kompresimit, siç ishte, zvogëlohet (si në ICE Atkinson).

Me fjalë të thjeshta - përzierja e karburantit ajër në MILLER është ngjeshur shumë më pak sesa duhet të ishte ngjeshur në të njëjtin motor në OTTO. Kjo bën të mundur rritjen e raportit gjeometrik të ngjeshjes dhe kështu raportin e zgjerimit fizik. Shumë më tepër sesa për shkak të vetive të shpërthimit të karburantit (domethënë benzina nuk mund të ngjeshet pafundësisht, shpërthimi do të fillojë)! Kështu, kur karburanti ndizet në TDC (ose më mirë në qendrën e vdekur), ai ka një raport zgjerimi shumë më të lartë se ai i modelit OTTO. Kjo përdor shumë më tepër energjinë e gazrave që zgjerohen në cilindër, gjë që rrit efikasitetin termik të strukturës, që kërkon kursime të larta, elasticitet, etj.

Gjithashtu duhet të kihet parasysh se humbjet e pompimit zvogëlohen në goditjen e kompresimit, domethënë është më e lehtë të ngjeshni karburantin nga MILLER, kërkohet më pak energji.

Anët negative - Kjo është një rënie në fuqinë maksimale të prodhimit (veçanërisht në rrotullimet e larta) për shkak të mbushjes më të keqe të cilindrave. Për të hequr të njëjtën fuqi si ajo e OTTO (në rpm të lartë), motori duhej të ndërtohej më i madh (cilindra më të mëdhenj) dhe më masiv.

Në motorët modernë

Pra, cili është ndryshimi?

Artikulli doli të ishte më i ndërlikuar nga sa prisja, por për ta përmbledhur. Pastaj rezulton:

OTTO - ky është parimi standard i një motori konvencional, të cilat tani gjenden në shumicën e makinave moderne

ATKINSON - ofroi një motor më efikas të djegies së brendshme, duke ndryshuar raportin e ngjeshjes duke përdorur një dizajn kompleks të levave që ishin të lidhura me boshtin e gungës.

PLUSET - ekonomia e karburantit, motori më elastik, më pak zhurmë.

KONS - Dizajn i rëndë dhe kompleks, çift rrotullues i ulët në rpm të ulët, kontroll i dobët i mbytjes

Në formën e tij të pastër, tani praktikisht nuk përdoret.

MILLER - sugjerohet përdorimi i një raporti të zvogëluar të ngjeshjes në cilindër, duke mbyllur vonë valvulën e marrjes. Dallimi me ATKINSON është i madh, sepse ai nuk përdori modelin e tij, por OTTO, por jo në formën e tij të pastër, por me një sistem të modifikuar të kohës.

Supozohet se pistoni (në goditjen e ngjeshjes) funksionon me më pak rezistencë (humbjet e pompimit) dhe ngjesh gjeometrikisht përzierjen e karburantit ajër (duke përjashtuar shpërthimin e tij), megjithatë, raporti i zgjerimit (kur ndizet nga një kandele) mbetet pothuajse njësoj si në ciklin OTTO ...

PLUSET - ekonomia e karburantit (veçanërisht në rrotullimet e ulëta), elasticiteti i punës, zhurma e ulët.

CONS - një rënie e fuqisë në rpm të lartë (për shkak të mbushjes më të keqe të cilindrave).

Duhet të theksohet se tani parimi MILLER përdoret në disa makina me rrotullime të ulëta. Ju lejon të rregulloni fazat e marrjes dhe shkarkimit (duke i zgjeruar ose ngushtuar ato duke përdorur

Në strukturën automobilistike të makinave të pasagjerëve, për më shumë se një shekull, ato janë përdorur në mënyrë standarde motorët me djegie të brendshme... Ata kanë disa disavantazhe me të cilat shkencëtarët dhe stilistët janë përballur me vite. Si rezultat i këtyre studimeve, merren "motorë" mjaft interesantë dhe të çuditshëm. Njëra prej tyre do të diskutohet në këtë artikull.

Historia e krijimit të ciklit Atkinson

Historia e krijimit të një motori me ciklin Atkinson është rrënjosur në një histori të largët. Le të fillojmë me atë motori i parë klasik me katër goditje u shpik nga gjermani Nikolaus Otto në 1876. Cikli i një motori të tillë është mjaft i thjeshtë: marrja, ngjeshja, goditja në punë, shkarkimi.

Vetëm 10 vjet pas shpikjes së motorit Otto, një anglez James Atkinson propozoi të modifikojë motorin gjerman... Në thelb, motori mbetet një katër goditje. Por Atkinson ndryshoi pak kohëzgjatjen e dy prej tyre: 2 shiritat e parë janë më të shkurtër, 2 të tjerët janë më të gjatë. Sir James e zbatoi këtë skemë duke ndryshuar gjatësinë e goditjeve të pistonit. Por në 1887, një modifikim i tillë i motorit Otto nuk gjeti zbatim. Përkundër faktit se performanca e motorit u rrit me 10%, kompleksiteti i mekanizmit nuk lejoi përdorimin masiv të ciklit Atkinson për makina.

Por inxhinierët vazhduan të punojnë në ciklin e Sir James. Amerikani Ralph Miller në 1947 përmirësoi pak ciklin Atkinson, duke e thjeshtuar atë. Kjo bëri të mundur përdorimin e motorit në industrinë e automobilave. Do të dukej më e saktë ta quajmë ciklin Atkinson ciklin Miller. Por komuniteti inxhinierik ia la Atkinson -it që ta quante motorin sipas emrit të tij, sipas parimit të zbuluesit. Për më tepër, me përdorimin e teknologjive të reja, u bë e mundur të përdoret një cikël më kompleks Atkinson, kështu që cikli i Miller përfundimisht u braktis. Për shembull, Toyota e re ka një motor Atkinson, jo një motor Miller.

Në ditët e sotme, motori i ciklit Atkinson përdoret në hibride. Japonezët kanë arritur veçanërisht në këtë, të cilët gjithmonë kujdesen për mirëdashjen mjedisore të makinave të tyre. Prius hibrid nga Toyota mbush në mënyrë aktive tregun botëror.

Si funksionon cikli Atkinson

Siç u tha më herët, cikli Atkinson përsërit të njëjtat rriqra si cikli Otto. Por duke përdorur të njëjtat parime, Atkinson krijoi një motor krejtësisht të ri.

Motori është projektuar në mënyrë që pistoni bën të katër goditjet në një kthesë të boshtit të gungës... Për më tepër, goditjet janë me gjatësi të ndryshme: goditjet e pistonit gjatë ngjeshjes dhe zgjerimit janë më të shkurtra sesa gjatë marrjes dhe shkarkimit. Kjo do të thotë, në ciklin Otto, valvula e marrjes mbyllet pothuajse menjëherë. Në ciklin Atkinson, kjo valvula mbyllet përgjysmë në qendrën e sipërme të vdekur... Në një motor konvencional me djegie të brendshme, kompresimi tashmë po ndodh në këtë moment.

Motori është modifikuar me një bosht me gunga të veçantë në të cilën pikat e bashkëngjitjes janë zhvendosur. Falë kësaj, raporti i ngjeshjes së motorit rritet, dhe humbjet e fërkimit minimizohen.

Dallimi nga motorët tradicionalë

Kujtojmë që cikli Atkinson është me katër goditje(marrja, ngjeshja, zgjerimi, shkarkimi). Një motor tipik me katër goditje përdor ciklin Otto. Me pak fjalë, le të kujtojmë punën e tij. Në fillim të goditjes së punës në cilindër, pistoni shkon deri në pikën e sipërme të funksionimit. Përzierja e karburantit dhe ajrit digjet, gazi zgjerohet, presioni është maksimal. Nën ndikimin e këtij gazi, pistoni zbret, vjen në qendrën e vdekur të poshtme. Goditja e punës ka mbaruar, valvula e shkarkimit hapet, përmes së cilës del gazi i shkarkimit. Në këtë pikë, humbjet e prodhimit ndodhin, pasi gazi i shkarkuar ka ende një presion të mbetur që nuk mund të përdoret.

Atkinson reduktoi humbjen e lirimit. Në motorin e tij, vëllimi i dhomës së djegies është më pak me të njëjtin vëllim pune. Do të thotë se raporti i ngjeshjes është më i lartë dhe goditja e pistonit është më e gjatë... Për më tepër, kohëzgjatja e goditjes së ngjeshjes zvogëlohet në krahasim me goditjen e punës, motori funksionon në një cikël me një raport zgjerimi të rritur (raporti i ngjeshjes është më i ulët se raporti i zgjerimit). Këto kushte bënë të mundur zvogëlimin e humbjes së lirimit duke përdorur energjinë e gazrave të shkarkimit.

Le të kthehemi në ciklin Otto. Kur thithet përzierja e punës, valvula e mbytjes mbyllet dhe krijon rezistencë në hyrje. Kjo ndodh kur pedali i gazit nuk shtypet plotësisht. Me një amortizues të mbyllur, motori humbet energji, duke krijuar humbje pompimi.

Atkinson gjithashtu punoi me goditjen e marrjes. Duke e zgjatur atë, Sir James arriti një reduktim të humbjeve të pompimit. Për ta bërë këtë, pistoni arrin qendrën e tij të poshtme të vdekur, pastaj ngrihet, duke lënë valvulën e marrjes të hapur për rreth gjysmën e goditjes së pistonit. Një pjesë e përzierjes së karburantit kthehet në kolektorin e marrjes. Ndërton presion që bën të mundur hapjen e valvulës së mbytjes me shpejtësi të ulët dhe të mesme.

Por motori Atkinson nuk u lëshua në seri për shkak të ndërprerjeve në punë. Fakti është se, ndryshe nga një motor me djegie të brendshme, motori punon vetëm me shpejtësi të rritura. Në gjendje boshe, mund të ngecë. Por ky problem u zgjidh në prodhimin e hibrideve. Me shpejtësi të ulët, makina të tilla funksionojnë në një tërheqje elektrike, dhe ata kalojnë në një motor benzinë ​​vetëm në rast të përshpejtimit ose nën ngarkesë. Një model i tillë heq edhe disavantazhet e motorit Atkinson dhe thekson përparësitë e tij ndaj ICE -ve të tjera.

Avantazhet dhe disavantazhet e ciklit Atkinson

Motori Atkinson ka disa Përparësitë, duke e ndarë atë para pjesës tjetër të motorit me djegie të brendshme: 1. Reduktimi i humbjeve të karburantit. Siç u përmend më herët, duke ndryshuar kohën e ciklit, u bë e mundur të ruhet karburanti duke përdorur gazra të shkarkimit dhe duke zvogëluar humbjet e pompimit. 2. Probabilitet i ulët i djegies së shpërthimit. Raporti i ngjeshjes së karburantit zvogëlohet nga 10 në 8. Kjo bën të mundur që të mos rritet shpejtësia e motorit duke u zhvendosur në një ingranazh më të ulët për shkak të një rritje të ngarkesës. Gjithashtu, mundësia e djegies së shpërthimit është më pak për shkak të lëshimit të nxehtësisë nga dhoma e djegies në kolektorin e marrjes. 3. Konsum i ulët i benzinës. Në modelet e reja hibride, kilometrazhi i gazit është 4 litra për 100 km. 4. Fitueshmëria, mirëdashësi mjedisore, efikasitet i lartë.

Por motori Atkinson ka një pengesë të rëndësishme që nuk e lejoi atë të përdoret në prodhimin masiv të makinave. Për shkak të treguesve të fuqisë së ulët, motori mund të ngecë në rrotullime të ulëta. Prandaj, motori Atkinson u rrënjos shumë mirë në hibridet.

Zbatimi i ciklit Atkinson në industrinë e automobilave

Nga rruga, në lidhje me makinat në të cilat janë instaluar motorët e Atkinson. Në prodhimin masiv, ky modifikim i motorit me djegie të brendshme u shfaq jo shumë kohë më parë. Siç u përmend më herët, përdoruesit e parë të ciklit Atkinson ishin firmat japoneze dhe Toyota. Një nga makinat më të famshme - MazdaXedos 9 / Eunos800, e cila u prodhua në 1993-2002.

Pastaj, motori i djegies së brendshme të Atkinson u miratua nga prodhuesit e modeleve hibride. Një nga kompanitë më të famshme që përdor këtë motor është Toyota duke lëshuar Prius, Camry, Highlander Hybrid dhe Harrier Hybrid... Të njëjtët motorë përdoren në Lexus RX400h, GS 450h dhe LS600h, dhe Ford dhe Nissan u zhvilluan Arratisja Hibride dhe Hibrid Altima.

Duhet thënë se ekziston një modë për ekologjinë në industrinë e automobilave. Prandaj, hibridet që veprojnë në ciklin Atkinson plotësojnë plotësisht nevojat e klientëve dhe rregulloret mjedisore. Për më tepër, përparimi nuk qëndron ende, modifikimet e reja të motorit Atkinson përmirësojnë avantazhet e tij dhe shkatërrojnë minuset. Prandaj, mund të themi me besim se motori i ciklit Atkinson ka një të ardhme produktive dhe shpresë për një jetë të gjatë.

Prioritetet

Që nga shfaqja e Priusit të parë, dukej se James Atkinson e pëlqente Toyota shumë më tepër sesa Ralph Miller. Dhe gradualisht "cikli Atkinson" i njoftimeve të tyre për shtyp u përhap në të gjithë komunitetin gazetaresk.

Toyota zyrtarisht: "Një motor i ciklit të nxehtësisë i propozuar nga James Atkinson (MB) në të cilin goditja e kompresimit dhe kohëzgjatja e goditjes së zgjerimit mund të vendosen në mënyrë të pavarur. Përmirësimi i mëvonshëm nga RH Miller (SHBA) lejoi rregullimin e kohës së hapjes / mbylljes së valvulës së marrjes për të mundësuar një sistem praktik (Cikli i Millerit). "
- Toyota jozyrtarisht dhe anti-shkencore: "Motori i Ciklit Miller është një motor Cikli Atkinson me një mbingarkues".

Në të njëjtën kohë, edhe në mjedisin inxhinierik lokal, cikli Miller ka ekzistuar që nga kohra të lashta. Si do të ishte më e saktë?

Në 1882, shpikësi britanik James Atkinson propozoi idenë e rritjes së efikasitetit të një motori reciprok duke zvogëluar goditjen e ngjeshjes dhe rritjen e goditjes së zgjerimit të lëngut të punës. Në praktikë, kjo supozohej të realizohej me mekanizma komplekse të drejtimit të pistonit (dy pistona sipas skemës "boksier", një pistoni me një mekanizëm fiksues). Versionet e ndërtuara të motorëve treguan një rritje të humbjeve mekanike, një dizajn të ndërlikuar dhe një rënie të fuqisë në krahasim me motorët e modeleve të tjera, prandaj, ato nuk u përhapën. Patentat e famshme Atkinson lidheshin veçanërisht me strukturat, pa marrë parasysh teorinë e cikleve termodinamike.

Në 1947, inxhinieri amerikan Ralph Miller iu kthye idesë së kompresimit të zvogëluar dhe zgjerimit të vazhdueshëm, duke propozuar ta zbatonte atë jo përmes kinematikës së drejtimit të pistonit, por me zgjedhjen e kohës së valvulave për motorët me një mekanizëm konvencional të fiksimit. Në patentë, Miller shqyrtoi dy mundësi për organizimin e rrjedhës së punës - me mbylljen e hershme (EICV) ose të vonë (LICV) të valvulës së marrjes. Në fakt, të dy opsionet nënkuptojnë një rënie të raportit aktual (efektiv) të kompresimit në lidhje me atë gjeometrik. Duke kuptuar se një zvogëlim i kompresimit do të çonte në një humbje të fuqisë së motorit, Miller fillimisht u përqëndrua në motorët e mbingarkuar, në të cilët humbja e mbushjes do të kompensohej nga kompresori. Cikli teorik i Miller për një motor ndezës me shkëndijë është plotësisht në përputhje me ciklin teorik të motorit Atkinson.

Në përgjithësi, cikli Miller / Atkinson nuk është një cikël i pavarur, por një larmi e cikleve termodinamikë të mirënjohur të Otto dhe Diesel. Atkinson është autori i idesë abstrakte të një motori me madhësi fizike të ndryshme të goditjeve të ngjeshjes dhe zgjerimit. Ishte Ralph Miller ai që propozoi organizimin e vërtetë të proceseve të punës në motorë të vërtetë, të përdorur në praktikë deri më sot.

Parimet

Kur motori funksionon në ciklin Miller me kompresim të zvogëluar, valvula e marrjes mbyllet shumë më vonë se në ciklin Otto, për shkak të së cilës një pjesë e ngarkesës zhvendoset përsëri në kanalin e marrjes, dhe procesi aktual i ngjeshjes fillon tashmë në gjysmën e dytë të goditjes. Si rezultat, raporti efektiv i kompresimit rezulton të jetë më i ulët se ai gjeometrik (i cili, nga ana tjetër, është i barabartë me raportin e zgjerimit të gazit në goditjen e punës). Duke zvogëluar humbjet e pompimit dhe humbjet e kompresimit, sigurohet një rritje e efikasitetit termik të motorit brenda 5-7% dhe një ekonomi përkatëse e karburantit.

Zbatimi

Në motorët klasikë Toyota të viteve '90 me faza fikse, që veprojnë në ciklin Otto, valvula e marrjes mbyllet 35-45 ° pas BDC (për sa i përket këndit të boshtit të gungës), raporti i ngjeshjes është 9.5-10.0. Në motorët më modernë me VVT, diapazoni i mundshëm i mbylljes së valvulës së marrjes është zgjeruar në 5-70 ° pas BDC, raporti i ngjeshjes është rritur në 10.0-11.0.

Në motorët e modeleve hibride që funksionojnë vetëm sipas ciklit Miller, diapazoni i mbylljes së valvulës së marrjes është 80-120 ° ... 60-100 ° pas BDC. Raporti gjeometrik i ngjeshjes është 13.0-13.5.

Nga mesi i viteve 2010, u shfaqën motorë të rinj me një kohë të gjerë të ndryshueshme të valvulave (VVT-iW), të cilët mund të funksionojnë si në ciklin normal ashtu edhe në ciklin Miller. Në versionet atmosferike, diapazoni i mbylljes së valvulës së marrjes është 30-110 ° pas BDC me një raport gjeometrik kompresimi prej 12.5-12.7, në versionet turbo-10-100 ° dhe 10.0, respektivisht.