Atkinsonův cyklus: co to je a jak tyto motory fungují

James Atkinson v roce 1882 navrhl motor založený na benzínovém motoru nebo motoru s Ottovým cyklem. Původním cílem bylo umět vyrábět čtyřdobé benzínové motory bez nutnosti platit patent, protože byly založeny na tzv. Atkinsonův cyklus. Ačkoli to nemělo v automobilovém sektoru velký význam a zůstalo téměř historickou anekdotou...

S příchodem hybridních motorů a významem o účinnost motoru spalování, Atkinsonův cyklus se po mnoha letech v pozadí opět stal hlavním hrdinou. A je to tím, že tyto motory jsou účinnější než konvenční Ottoův cyklus, protože dosahují vyšších kompresních poměrů. Díky tomu je to lepší termodynamický výkon, ačkoli benzín je vysoce stlačený a vybuchne dříve (něco negativního).

Jak funguje motor s Atkinsonovým cyklem?

L Motory s Atkinsonovým cyklem Pracují se stejným palivem jako Ottoův cyklus, tedy běžné benzinové motory. Kromě toho jsou to také spalovací motory a mají několik zdvihů, jako ty normální, a dokonce i některé "exotičtější" jako pětidobý motor s Atkinsonovým cyklem. Ten je v podstatě 3-válcový motor, ve kterém 2 pracují 4 krát a třetí pracuje s výfukovými plyny.

Rozdíl v motorech s Atkinsonovým cyklem je v tom jsou efektivnější, protože lépe využívají palivo, což jim umožňuje nabízet lepší hodnoty spotřeby (za cenu nižšího výkonu ve srovnání s Otto). Pokud jde o samotný cyklus, rozdíl je ve fázi komprese, přibližně uprostřed.

V této fázi zůstávají sací ventily otevřené speciálním vačkovým hřídelem, který využívá ztrát způsobených kompresí směsi uvnitř válce motoru.

Tedy čtyři fáze 4taktní motor byly by stejné: sání, komprese, expanze a výfuk, ale při kompresi je uzavření sacího ventilu zpožděno. Výhodou je, že snižuje energii potřebnou ke stlačování směsi vzduchu a paliva uvnitř válce a mění kompresní poměr přibližně o 50 % ve srovnání s motorem s Ottovým cyklem.

Ve fázi komprese motoru s Atkinsonovým cyklem existují kompresní poměry přibližně 8:1. To je proto, že výpočty pro tento vztah bere se v úvahu od okamžiku uzavření sacího ventilu, přičemž poměr pro expanzi je 13:1. Tato asymetrie na jedné straně zvýhodňuje plnění válců a na druhé straně snižuje ztráty způsobené refluxy plynů.

Jak jsem již uvedl dříve, výkon motoru s Atkinsonovým cyklem je nižší než u konvenčního benzínového motoru. Jeho účinnost to však umožňuje v kombinaci s elektromotorem, jako v hybridní vozidlaAno, kompenzuje to mít motory s Atkinsonovým cyklem.

Značky, které použily Atkinsonův cyklus

Motory s Atkinsonovým cyklem jsou stále populárnější u značek, které do svých hybridních vozidel zahrnují benzínové motory kombinované s elektromotory. Nějaký značky které používají tento typ architektury:

Honda

Japonská společnost Honda, je jedním z velkých výrobců, kteří u některých svých hybridních modelů přijali motory s Atkinsonovým cyklem. Například jeden model, který jej v současné době používá, je Hond CR-V. Další modely na seznamu by byly hybridní Accord nebo Fit.

brod

Populární americký výrobce automobilů a ideologové řetězové práce také použili motory s Atkinsonovým cyklem pro hybridy, jako je tomu u Ford C-Max, Ford Escape, Fusion nebo Maverick.

mazda

Další japonská firma, která rovněž podnikla krok k implementaci hybridních motorů s částečně elektrickým a částečně benzinovým motorem v Atkinsonově cyklu, je mazda. Značka je již známá tím, že u svých motorů riskuje a u některých modelů přejímá například tak exotické konstrukce, jako je Wankelův motor. A také to udělal s těmito dalšími v některých verzích své Mazdy6.

Hyundai

La Hyundai Motor Company je další z jihokorejských automobilek, která také používá motory v několika svých nejznámějších hybridních modelech, jako jsou Sonata, Elantra, Grandeur, Ioniq nebo Palisade.

Lexus

Toyota je jednou z japonských značek, která se od začátku nejvýrazněji zavázala k hybridům a motorům s Atkinsonovým cyklem, a to je také patrné na její špičkové značce: Lexus. Mezi modely, které jej využívají, patří řada CT 200h, ES 300h, GS 450h, RC F, GS F, HS 250h, IS 200t, NX, RX 450h nebo hybridní LC.

Toyota

Toyota používá je také ve svých vozidlech jako doplněk svých hybridních motorů. Některé příklady této japonské značky se nacházejí v hybridech Camry, Avalon, Highlander, Prius, Yaris, Auris, Tacoma, RAV4, Sienna, Venza a C-HR.

ostatní

También existuje jiných značek které v některých svých modelech používaly motory s Atkinsonovým cyklem, jako je případ KIA, Mercedes, Subaru, Renault, Nissan, Mitsubishi, Infinity, Chevrolet a Chrysler...

Výhody a nevýhody Atkinsonova cyklu

Motory s Atkinsonovým cyklem samozřejmě nejsou v žádném případě všelék, mají i své nevýhody. zde můžete vidět výhody a nevýhody z těchto motorů:

• Výhoda:
  • Vyžadují menší mechanické namáhání, což může snížit problémy se spolehlivostí a prodloužit životnost součástí.
  • Účinnost je vyšší. Podle Toyoty bylo dosaženo účinnosti mezi 12 a 14 % u motoru se stejnými charakteristikami běžícími na Ottově cyklu.
  • Sníží se spotřeba paliva.
  • Výrobní náklady jsou také nízké, podobné jako u konvenčního benzínového motoru, a levnější než výroba dieselového motoru.
  • Jelikož se stále jedná o benzínové motory, jsou tišší, lehčí a s nižšími emisemi než naftové.
• Nevýhody:
  • Mají menší výkon, protože méně stlačují směs vzduchu a paliva. To znamená, že přítlačná síla na hlavu pístu v okamžiku přeskočení jiskry je nižší než u běžných motorů.
  • Mají dolní limit maximálních otáček, označený na 5000 ot./min, vzhledem k jejich nastavení časování.
  • Potřebuje složitější technologii, pokud jde o jeho ventily a vačkový hřídel.
  • Měrný výkon, kterého se dosahuje z celkového zdvihového objemu motoru, je dosti nízký. Můžete najít motory o objemu 1.8 ccm v Atkinsonově cyklu s výkonem 98 CV nebo blízko 100 CV.

Nicméně ve vozidle s hybridní motor na těchto nevýhodách nezáleží, protože výkon pochází převážně z elektromotoru. A mimochodem, hybridy s těmito typy konfigurací obvykle používají bezestupňovou převodovku (CVT), která udržuje motor neustále v optimálním režimu otáček a spolupracuje s elektromotorem.

Jsou Atkinsonovy motory spolehlivé?

Když mluvíme o zjevně nové technologii, jako je motor Atkinsonova cyklu, navzdory skutečnosti, že byl vytvořen před staletími, mnoho nedůvěřovat spolehlivosti a životnosti, kterou tyto motory mohou mít. Výrobci však mohou dosáhnout velmi dobrých kvalit, protože mohou prakticky vycházet z konvenčních benzinových konstrukcí.

Navíc pro větší klid pro lidi, kteří se chystají pořídit hybrid s benzinovým motorem v Atkisonově cyklu, řekněte, že Jsou to většinou velmi spolehlivé motory., protože nižší mechanické namáhání znamená, že součásti motoru jsou méně namáhány a vydrží déle. Takže ano, jsou spolehlivé.

Atkinsonův cyklus versus Ottoův cyklus

Týkající se srovnání Pravdou je, že mezi motory s Ottovým cyklem a motory s Atkinsonovým cyklem již bylo řečeno dost, protože předchozí popisy byly provedeny na základě rozdílů s Ottovým motorem. Pokud tedy porovnáme obě paradigmata:

• Výhody motoru s Atkinsonovým cyklem:
  • Vyžadují menší mechanické namáhání, což zvyšuje životnost.
  • Účinnost je vyšší.
  • Spotřeba paliva je nižší.
• Výhody motoru s Ottovým cyklem:
  • Mají větší výkon při stejném výtlaku.
  • Limity otáček nejsou tak omezené. .
  • Systém ventilů a vaček je jednodušší.
  • Jako doplněk nepotřebují elektromotor, lze je realizovat samostatně.

Atkinsonův cyklus vs. Millerův cyklus

Na druhé straně je mlynářský cyklus, další varianta Ottova cyklu jako Atkinson. Ale v tomto případě je použit větší než normální válec a kompresní poměr se zlepší použitím mechanického kompresoru a změnou doby otevírání a zavírání výfukových ventilů. Vzhledem k tomu, že má kompresor, používá také mezichladič v sání k ochlazení vzduchu a zabránění jeho rozpínání a snížení práce kompresoru. Výhody těchto motorů vedly také k jejich použití v některých elektrárnách, lodích a dokonce i v autech jako Subaru B5-TPH, nebo Mazda KJ-ZEM V6.

La srovnávací v tomto případě s Atkinsonovým cyklem zanechává následující data:

• Výhody motoru s Atkinsonovým cyklem:
  • Účinnost a nižší spotřeba, jelikož v Milleru je při stlačování nasávaného vzduchu více místa pro palivo a při stejném zdvihovém objemu se více spálí.
  • Menší úsilí o kompresi.
• Výhody motoru s Millerovým cyklem:
  • Vyšší výkon díky přeplňování/turbu ve srovnání s atmosféricky plněným motorem Atkinsonova typu.
  • Dobrá účinnost díky snížení komprese a přijatelná spotřeba, o to víc ve srovnání s Otto.
  • Může být také použit ve spojení s elektromotory pro hybridní automobily, aby se kompenzoval nižší točivý moment.

Vzorce Atkinsonova cyklu

A konečně, pokud jde o vzorce pro Atkinsonův cyklus, pokud nějaký máte tepelná účinnost, je také definován jako poměr práce (W) k tepelnému příkonu (QH):

Obrázek ukazuje, jak vypočítat tepelná účinnost se symbolem η. Y představuje množství vstupního tepla, které se nakonec přemění na práci v souladu s prvním zákonem termodynamiky.

A jak on zbytkové teplo (Qc) v prostředí a součet práce (W) by se měl rovnat příchozímu teplu, vzorec lze shrnout tak, jak je znázorněno na obrázku výše.

Také vzhledem k tomu, že teplo absorbované při spalování směsi paliva se vzduchem se zapalovací svíčkou je produkováno v téměř konstantním objemu, není v tomto okamžiku vykonávána žádná práce na motoru ani na motoru, což I zákon termodynamiky diktuje  ∆U = ∆Q. Proto lze vstupní a výstupní teplo motoru vypočítat pomocí:

Q _vstup =mc _v (T ₃ - T ₂ )

Q _výkon =mc _p (T ₄ - T ₁ )

Navíc podle vztahu:

• Komprese –> V ₁ /PROTI ₂
• Rozšíření –> V ₄ /PROTI ₃

Z toho vyplývá, že konstanta k je:

κ = c _p / vs _v