Atkinson, Miller, B-cycle process: มันหมายถึงอะไรจริงๆ

เทอร์โบชาร์จเจอร์ VTG ในเครื่องยนต์ VW เป็นหน่วยดีเซลที่ดัดแปลงจริง

วัฏจักรของแอตกินสันและมิลเลอร์มักเกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น แต่มักจะไม่มีความแตกต่างระหว่างพวกเขา บางทีอาจไม่สมเหตุสมผล เพราะการเปลี่ยนแปลงทั้งสองมาจากปรัชญาพื้นฐาน นั่นคือการสร้างอัตราส่วนกำลังอัดและการขยายตัวที่แตกต่างกันในเครื่องยนต์เบนซินสี่จังหวะ เนื่องจากพารามิเตอร์เหล่านี้มีความเหมือนกันทางเรขาคณิตในเครื่องยนต์ทั่วไป หน่วยน้ำมันเบนซินจึงได้รับอันตรายจากการน็อคของเชื้อเพลิง ทำให้ต้องลดอัตราส่วนกำลังอัดลง อย่างไรก็ตาม หากอัตราส่วนการขยายตัวสูงขึ้นสามารถทำได้ด้วยวิธีใดก็ตาม จะส่งผลให้ระดับพลังงานของก๊าซที่ขยายตัว "บีบออก" สูงขึ้น และจะเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าตามประวัติศาสตร์แล้ว ทั้ง James Atkinson และ Ralph Miller ไม่ได้สร้างแนวคิดของพวกเขาในการค้นหาประสิทธิภาพ ในปี พ.ศ. 1887 แอตกินสันยังได้พัฒนากลไกข้อเหวี่ยงที่ซับซ้อนที่ได้รับการจดสิทธิบัตรซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบหลายอย่าง (ความคล้ายคลึงกันสามารถพบได้ในเครื่องยนต์ Infiniti VC Turbo ในปัจจุบัน) ซึ่งมีจุดประสงค์เพื่อหลีกเลี่ยงสิทธิบัตรของ Otto ผลลัพธ์ของจลนศาสตร์ที่ซับซ้อนคือการใช้วัฏจักรสี่จังหวะระหว่างการหมุนรอบเครื่องยนต์หนึ่งครั้งและจังหวะลูกสูบอีกครั้งระหว่างการบีบอัดและการขยายตัว หลายทศวรรษต่อมา กระบวนการนี้จะดำเนินการโดยเปิดวาล์วไอดีไว้เป็นระยะเวลานานขึ้น และแทบไม่มีข้อยกเว้น ใช้ในเครื่องยนต์ที่ใช้ร่วมกับระบบส่งกำลังแบบไฮบริดทั่วไป (ไม่มีความเป็นไปได้ของการชาร์จไฟฟ้าจากภายนอก) เช่นของ Toyota และฮอนด้า. ที่ความเร็วปานกลางถึงสูงจะไม่เป็นปัญหาเนื่องจากการไหลเข้ามีความเฉื่อย และเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ไปข้างหลัง ลูกสูบจะชดเชยอากาศที่ไหลกลับ อย่างไรก็ตาม ที่ความเร็วต่ำ สิ่งนี้ทำให้การทำงานของเครื่องยนต์ไม่เสถียร ดังนั้นหน่วยดังกล่าวจึงถูกรวมเข้ากับระบบไฮบริดหรือไม่ใช้วงจร Atkinson ในโหมดเหล่านี้ ด้วยเหตุผลนี้ วาล์วดูดและวาล์วไอดีตามธรรมชาติจึงถือเป็นวัฏจักรแอตกินสันตามอัตภาพ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ถูกต้องทั้งหมด เนื่องจากแนวคิดในการทำให้ระดับการบีบอัดและการขยายตัวต่างๆ เป็นจริงโดยการควบคุมระยะการเปิดวาล์วเป็นของ Ralph Miller และได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 1956 อย่างไรก็ตาม แนวคิดของเขาไม่ได้มุ่งเป้าไปที่การบรรลุประสิทธิภาพที่สูงขึ้น และลดอัตราส่วนกำลังอัดและการใช้เชื้อเพลิงออกเทนต่ำในเครื่องยนต์ของเครื่องบิน มิลเลอร์ออกแบบระบบให้ปิดวาล์วไอดีเร็วขึ้น (Early Intake Valve Closure, EIVC) หรือใหม่กว่า (Late Intake Valve Closure, LIVC) รวมทั้งเพื่อชดเชยการขาดอากาศหรือเพื่อให้อากาศไหลกลับเข้าท่อร่วมไอดี, คอมเพรสเซอร์ ถูกนำมาใช้.

เป็นที่น่าสนใจที่จะสังเกตว่าเครื่องยนต์เฟสอสมมาตรตัวแรกที่ทำงานในภายหลังซึ่งกำหนดเป็น "กระบวนการรอบมิลเลอร์" ถูกสร้างขึ้นโดยวิศวกรของ Mercedes และถูกนำมาใช้ในเครื่องยนต์คอมเพรสเซอร์ 12 สูบของรถสปอร์ต W 163 ตั้งแต่ปี พ.ศ. 1939 ก่อนที่ราล์ฟ มิลเลอร์จะจดสิทธิบัตรการทดสอบของเขา

รุ่นการผลิตแรกที่ใช้วงจรมิลเลอร์คือ Mazda Millenia KJ-ZEM V6 ปี 1994 วาล์วไอดีจะปิดในภายหลังโดยส่งอากาศบางส่วนกลับไปยังท่อร่วมไอดีด้วยอัตราส่วนการอัดที่ลดลงจริงและคอมเพรสเซอร์เชิงกลของ Lysholm จะถูกใช้เพื่อกักอากาศ ดังนั้นอัตราส่วนการขยายตัวจึงใหญ่กว่าอัตราส่วนการบีบอัด 15 เปอร์เซ็นต์ การสูญเสียที่เกิดจากการบีบอัดอากาศจากลูกสูบไปยังคอมเพรสเซอร์จะถูกชดเชยด้วยประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายที่ดีขึ้นของเครื่องยนต์

กลยุทธ์การปิดช้าและเร็วมากมีข้อดีที่แตกต่างกันในโหมดต่างๆ เมื่อโหลดน้อยการปิดในภายหลังมีข้อดีคือทำให้วาล์วปีกผีเสื้อเปิดกว้างขึ้นและรักษาความปั่นป่วนได้ดีกว่า เมื่อโหลดเพิ่มขึ้นความได้เปรียบจะเปลี่ยนไปสู่การปิดก่อนหน้านี้ อย่างไรก็ตามหลังจะมีประสิทธิภาพน้อยลงที่ความเร็วสูงเนื่องจากเวลาในการเติมไม่เพียงพอและแรงดันตกสูงก่อนและหลังวาล์ว

Audi และ Volkswagen, Mazda และ Toyota

ปัจจุบัน Audi และ Volkswagen ใช้กระบวนการที่คล้ายกันในอุปกรณ์ 2.0 TFSI (EA 888 Gen 3b) และ 1.5 TSI (EA 211 Evo) ซึ่งเพิ่งเข้าร่วมโดย 1.0 TSI ใหม่ อย่างไรก็ตาม พวกเขาใช้เทคโนโลยีวาล์วทางเข้าก่อนปิด ซึ่งอากาศที่ขยายตัวจะเย็นลงหลังจากที่วาล์วปิดเร็วขึ้น Audi และ VW เรียกกระบวนการนี้ว่า B-cycle หลังจากวิศวกรของบริษัท Ralph Budak ผู้กลั่นกรองแนวคิดของ Ralph Miller และนำไปใช้กับเครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จ ด้วยอัตราส่วนกำลังอัด 13: 1 อัตราส่วนที่แท้จริงจะอยู่ที่ประมาณ 11,7: 1 ซึ่งในตัวมันเองนั้นสูงมากสำหรับเครื่องยนต์จุดระเบิดที่เป็นบวก บทบาทหลักในทั้งหมดนี้เล่นโดยกลไกการเปิดวาล์วที่ซับซ้อนซึ่งมีเฟสและจังหวะที่เปลี่ยนแปลงได้ ซึ่งส่งเสริมการหมุนวนและปรับตามเงื่อนไข ในเครื่องยนต์ B-cycle แรงดันหัวฉีดจะเพิ่มขึ้นเป็น 250 บาร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์ควบคุมกระบวนการที่ราบรื่นของการเปลี่ยนเฟสและการเปลี่ยนจากกระบวนการ B เป็นวงจร Otto ปกติภายใต้โหลดสูง นอกจากนี้ เครื่องยนต์ขนาด 1,5 และ 1 ลิตรยังใช้เทอร์โบชาร์จเจอร์รูปทรงเรขาคณิตแบบแปรผันที่ตอบสนองอย่างรวดเร็ว อากาศอัดล่วงหน้าที่ระบายความร้อนด้วยอากาศจะให้สภาวะอุณหภูมิที่ดีกว่าการอัดแบบแรงโดยตรงในกระบอกสูบ ไม่เหมือนกับเทอร์โบชาร์จเจอร์ BorgWarner VTG สุดไฮเทคของปอร์เช่ที่ใช้สำหรับรุ่นที่ทรงพลังกว่า หน่วยเรขาคณิตแปรผันของ VW ที่สร้างขึ้นโดยบริษัทเดียวกันนั้นเป็นกังหันที่ได้รับการดัดแปลงเล็กน้อยสำหรับเครื่องยนต์ดีเซล สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากทุกสิ่งที่อธิบายไว้จนถึงขณะนี้อุณหภูมิก๊าซสูงสุดไม่เกิน 880 องศาซึ่งสูงกว่าเครื่องยนต์ดีเซลเล็กน้อยซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพสูง

บริษัทญี่ปุ่นสับสนเรื่องมาตรฐานคำศัพท์มากยิ่งขึ้น ไม่เหมือนกับเครื่องยนต์เบนซิน Mazda Skyactiv อื่นๆ Skyactiv G 2.5 T เป็นแบบเทอร์โบชาร์จและทำงานในช่วงกว้างของโหลดและรอบต่อนาทีในวงจร Miller แต่ Mazda ยังก่อให้เกิดวงจรที่หน่วย Skyactiv G ที่ดูดเข้าไปโดยธรรมชาติทำงานด้วย Toyota ใช้ 1.2 D4 -T ( 8NR-FTS) และ 2.0 D4-T (8AR-FTS) ในเครื่องยนต์เทอร์โบของพวกเขา แต่ในทางกลับกัน Mazda ได้กำหนดให้เหมือนกันสำหรับเครื่องยนต์ดูดอากาศตามธรรมชาติสำหรับรุ่นไฮบริดและ Dynamic Force รุ่นใหม่ รถยนต์. ด้วยการเติมบรรยากาศเป็น "งานในวัฏจักรแอตกินสัน" ปรัชญาทางเทคนิคเหมือนกันในทุกกรณี