เครื่องยนต์. ความแตกต่างระหว่างวงจร Otto และ Atkinson

ในปัจจุบันนี้ คำว่า "เครื่องยนต์วงจรเศรษฐกิจของแอตกินสัน" กลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นเรื่อยๆ รอบนี้คืออะไรและเหตุใดจึงลดการใช้เชื้อเพลิงลง

เครื่องยนต์เบนซินสี่จังหวะที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบันทำงานบนวงจรที่เรียกว่า Otto ซึ่งพัฒนาขึ้นเมื่อปลายศตวรรษที่ XNUMX โดยนักประดิษฐ์ชาวเยอรมัน Nikolaus Otto ผู้ออกแบบเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบคู่ที่ประสบความสำเร็จเครื่องแรกๆ ที่ประสบความสำเร็จ สาระสำคัญของวงจรนี้ประกอบด้วยสี่จังหวะที่ทำในสองรอบการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง: จังหวะไอดี จังหวะอัด จังหวะการทำงาน และจังหวะไอเสีย

ในช่วงเริ่มต้นของจังหวะการดูด วาล์วไอดีจะเปิดขึ้น โดยจะดึงส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงจากท่อร่วมไอดีโดยการดึงลูกสูบกลับ ก่อนเริ่มจังหวะการอัด วาล์วไอดีจะปิดและลูกสูบจะกลับไปที่ส่วนหัวจะบีบอัดส่วนผสม เมื่อลูกสูบถึงตำแหน่งสูงสุด ส่วนผสมจะจุดประกายด้วยไฟฟ้า ก๊าซไอเสียร้อนที่เป็นผลจะขยายตัวและดันลูกสูบ ถ่ายเทพลังงานไปยังลูกสูบ และเมื่อลูกสูบอยู่ห่างจากส่วนหัวมากที่สุด วาล์วไอเสียจะเปิดขึ้น จังหวะไอเสียเริ่มต้นด้วยลูกสูบส่งคืนดันก๊าซไอเสียออกจากกระบอกสูบและเข้าไปในท่อร่วมไอเสีย

น่าเสียดายที่พลังงานทั้งหมดในไอเสียไม่ได้ถูกใช้ในช่วงจังหวะกำลังเพื่อดันลูกสูบ (และผ่านก้านสูบเพื่อหมุนเพลาข้อเหวี่ยง) พวกเขายังคงอยู่ภายใต้ความกดดันสูงเมื่อวาล์วหายใจออกเปิดเมื่อเริ่มจังหวะการหายใจออก เราสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับสิ่งนี้ได้เมื่อเราได้ยินเสียงดังจากรถยนต์ที่ท่อไอเสียหัก ซึ่งเกิดจากการปล่อยพลังงานไปในอากาศ นี่คือสาเหตุที่เครื่องยนต์เบนซินแบบดั้งเดิมมีประสิทธิภาพเพียง 35 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น หากสามารถเพิ่มจังหวะของลูกสูบในจังหวะการทำงานและใช้พลังงานนี้ ...

ความคิดนี้มาถึงนักประดิษฐ์ชาวอังกฤษ James Atkinson ในปีพ.ศ. 1882 เขาได้ออกแบบเครื่องยนต์ซึ่งต้องขอบคุณระบบที่ซับซ้อนของตัวผลักที่เชื่อมต่อลูกสูบกับเพลาข้อเหวี่ยง จังหวะกำลังจึงยาวกว่าจังหวะการอัด เป็นผลให้ในช่วงเริ่มต้นของจังหวะไอเสีย ความดันของก๊าซไอเสียเกือบเท่ากับความดันบรรยากาศและใช้พลังงานอย่างเต็มที่

บรรณาธิการแนะนำ:

จาน. ไดรเวอร์รอการปฏิวัติ?

วิธีทำเองในฤดูหนาว

ทารกที่เชื่อถือได้สำหรับเงินเพียงเล็กน้อย

เหตุใดแนวคิดของ Atkinson จึงไม่ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย และเหตุใดเครื่องยนต์สันดาปภายในจึงใช้วงจร Otto ที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่ามานานกว่าศตวรรษ มีเหตุผลสองประการ: หนึ่งคือความซับซ้อนของเครื่องยนต์ Atkinson และอีกเหตุผลหนึ่ง - และที่สำคัญกว่านั้น - ยิ่งได้รับกำลังน้อยลงจากยูนิตการกระจัด

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีการให้ความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ เกี่ยวกับการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงและผลกระทบของการใช้เครื่องยนต์ที่มีต่อสิ่งแวดล้อม จึงทำให้เครื่องยนต์ Atkinson มีประสิทธิภาพสูงขึ้นโดยเฉพาะที่ความเร็วปานกลาง แนวคิดของเขาได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นทางออกที่ยอดเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรถยนต์ไฮบริด ซึ่งมอเตอร์ไฟฟ้าจะชดเชยการขาดกำลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเมื่อออกตัวและเร่งความเร็ว

นั่นคือเหตุผลที่เครื่องยนต์จักรยานยนต์ Atkinson ที่ได้รับการดัดแปลงถูกนำมาใช้ในรถยนต์ไฮบริดรุ่นแรกที่มีการผลิตจำนวนมาก นั่นคือ Toyota Prius และจากนั้นใน Toyota และ Lexus Hybrid อื่นๆ ทั้งหมด

วัฏจักร Atkinson ที่ดัดแปลงคืออะไร? วิธีแก้ปัญหาอันชาญฉลาดนี้ทำให้เครื่องยนต์ Toyota ยังคงรักษาการออกแบบที่เรียบง่ายและคลาสสิกของเครื่องยนต์สี่จังหวะทั่วไป และลูกสูบเคลื่อนที่ในระยะทางเท่ากันในแต่ละจังหวะ ระยะชักที่ได้ผลจะยาวกว่าจังหวะการอัด

อันที่จริง ควรจะพูดให้แตกต่างออกไป: รอบการบีบอัดที่มีประสิทธิภาพนั้นสั้นกว่ารอบการทำงาน ซึ่งทำได้โดยการชะลอการปิดวาล์วไอดี ซึ่งปิดไปไม่นานหลังจากเริ่มจังหวะการอัด ดังนั้นส่วนหนึ่งของส่วนผสมอากาศและเชื้อเพลิงจะถูกส่งกลับไปยังท่อร่วมไอดี สิ่งนี้มีผลกระทบสองประการ: ปริมาณก๊าซไอเสียที่ผลิตขึ้นเมื่อถูกเผาจะมีขนาดเล็กลงและสามารถขยายตัวได้เต็มที่ก่อนจังหวะไอเสียจะเริ่มต้น การถ่ายเทพลังงานทั้งหมดไปยังลูกสูบ และต้องใช้พลังงานน้อยลงในการอัดส่วนผสมให้น้อยลง ซึ่ง ลดการสูญเสียเครื่องยนต์ภายใน การใช้วิธีนี้และการแก้ปัญหาอื่นๆ เครื่องยนต์ระบบส่งกำลัง Toyota Prius รุ่นที่สี่สามารถบรรลุประสิทธิภาพเชิงความร้อนได้มากถึง 41 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งก่อนหน้านี้มีเฉพาะในเครื่องยนต์ดีเซลเท่านั้น

ความสวยงามของการแก้ปัญหาคือความล่าช้าในการปิดวาล์วไอดีไม่ต้องการการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างครั้งใหญ่ แค่ใช้กลไกควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์เพื่อเปลี่ยนจังหวะเวลาของวาล์ว

และถ้าเป็นเช่นนั้นทำไมไม่ในทางกลับกัน? แน่นอน; โดยธรรมชาติ! มีการผลิตเครื่องยนต์วัฏจักรหน้าที่แบบแปรผันมาระยะหนึ่งแล้ว เมื่อความต้องการพลังงานต่ำ เช่น เมื่อขับบนถนนที่สบายๆ เครื่องยนต์จะทำงานในวงจร Atkinson เพื่อให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อยลง และเมื่อต้องการประสิทธิภาพที่ดีที่สุด - จากไฟหน้าหรือทางแซง - มันจะสลับไปที่วงจร Otto โดยใช้ไดนามิกทั้งหมดที่มี เครื่องยนต์ไดเร็กต์อินเจคชัน 1,2 ลิตรเทอร์โบชาร์จนี้ใช้ใน Toyota Auris และ Toyota C-HR city SUV ใหม่ เป็นต้น เครื่องยนต์สองลิตรแบบเดียวกันนี้ใช้กับ Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t และ RC 200t