Двигун внутрішнього згоряння дуже далекий від ідеалу, ККД бензинового варіанту в кращому випадку досягає 20 - 25%, дизельного 40 - 50% (тобто решту палива спалюється майже в порожню). Щоб підвищити ефективність (відповідно збільшити коефіцієнт корисної дії) потрібно поліпшити конструкцію двигуна. Над цим б'ються багато інженерів, і до цього дня, але першими були всього кілька інженерів, таких як Ніколаус Август ОТТО, Джеймсом Аткінсон і Ральфом Міллером. Кожен вносив певні зміни, і намагався зробити мотори більш економічними і продуктивними. Кожен пропонував певний цикл роботи, який міг кардинально відрізнятися від конструкції опонента. Сьогодні я постараюся простими словами, пояснити вам які основні відмінності є в роботі ДВС, ну і звичайно відео версія в кінці ...
Стаття буде написана для новачків, так що якщо ви досвідчений інженер, можете її не читати, написана для загального розуміння циклів роботи ДВС.
Також хочеться відзначити, що варіацій різних конструкцій дуже багато, найвідоміші які ми ще можемо знати, цикл ДИЗЕЛЯ, Стірлінга, Карно, Еріксон і т.д. Якщо порахувати конструкції, то їх може набратися близько 15. І не всі двигуни внутрішнього згоряння, а наприклад, у Стірлінг зовнішнього.
Але найвідоміші, які застосовуються і донині в автомобілях, це ОТТО, АТКІНСОН і МІЛЛЕР. Ось про них і будемо говорити.
цикл ОТТО
По суті це звичайний тепловий двигун внутрішнього згоряння з примусовим займанням горючої суміші (через свічку) який застосовується зараз в 60 - 65% автомобілів. ТАК - так, саме той, який у вас стоїть під капотом, працює по циклу ОТТО.
Однак якщо копнути в історію, першим принцип такого ДВС запропонував в 1862 році французький інженер Альфонс БО ДЕ РОШ. Але це був теоритический принцип роботи. ОТТО же в 1878 році (через 16 років) втілив цей двигун в металі (на практиці) і запатентував цю технологію
По суті це чотиритактний мотор, якому властиві:
- Впуск. Подача свіжої воздушнотоплівной суміші. Відкривається впускний клапан.
- Стиснення. Поршень йде вгору, стискаючи цю суміш. Обидва клапана закриті
- Робочий хід. Свічка підпалює стислу суміш, що зайнялися гази штовхають поршень вниз
- Відведення відпрацьованих газів. Поршень йде вгору, виштовхуючи згорілі гази. Відкривається випускний клапан
Хочеться відзначити, що впускні і випускні клапана, працюють в суворій послідовності - ОДНАКОВО при високих і при низьких оборотах. Тобто зміни роботи при різних оборотах не спостерігається.
У своєму двигуні ОТТО перший застосував стиснення робочої суміші, для підняття максимальної температури циклу. Яке здійснювалося за адіабаті (простими словами без теплообміну з зовнішнім середовищем).
Після стиснення суміші, вона запалала від свічки, після цього починався процес відведення тепла, який протікав практично по Ізохор (тобто при постійному обсязі циліндра двигуна).
цикл Аткінсона
Так як ОТТО запатентував свою технологію, її промислове використання було неможливим. Щоб обійти патенти Джеймс Аткінсон в 1886 році, вирішив модифікувати цикл ОТТО. І запропонував свій тип роботи двигуна внутрішнього згоряння.
Він запропонував змінити співвідношення часів тактів, завдяки чому робочий хід був збільшений за рахунок ускладнення кривошипно-шатунной конструкції. Потрібно відзначити що тестовий екземпляр який він побудував, був одноциліндровий, і не набув великого поширення через складність конструкції.
Якщо в двох словах описати принцип роботи цього ДВС, то виходить:
Всі 4 такту (впорскування, стиснення, робочий хід, випуск) - відбувалися за одне обертання колінчастого вала (у ОТТО обертань - два). Завдяки складній системі важелів, які кріпилися поруч з «коленвалом».
У цій конструкції вийшло реалізувати певні співвідношення довжин важелів. Якщо сказати простими словами - хід поршня на такті впуску та випуску БІЛЬШЕ, ніж хід поршня в також стиснення і робочого ходу.
Що це дає? ТАК то, що можна «гратися» ступенем стиснення (змінюючи її), за рахунок співвідношення довжин важелів, а не за рахунок «дросселирования» впуску! З цього виводиться перевага циклу АКТІНСОНА, по насосним втрат
Такі мотори вийшли досить ефективними з високим ККД і маленьким витратою палива.
Однак негативних моментів також було багато:
Ходять уперті чутки, що принцип Аткінсон використовувався на гібридних автомобілях, зокрема компанії TOYOTA. Однак це трохи не так, там використовувався тільки його принцип, а ось конструкція застосовувалася іншого інженера, а саме Міллера. У чистому вигляді мотори Аткінсон швидше мали поодинокий характер, ніж масовий.
цикл МІЛЛЕРА
Ральф Міллер також вирішив погратися зі ступенем стиснення, в 1947 році. Тобто він як би продовжить роботу Аткінсон, але взяв не його складний двигун (з важелями), а звичайний ДВС ОТТО.
Що він запропонував. Він не став робити такт стиснення механічно більш коротким, ніж такт робочого ходу (як пропонував Аткінсон, у нього поршень рухається швидше вгору, ніж вниз). Він придумав скоротити такт стиснення за рахунок такту впуску, зберігаючи рух поршнів вгору і вниз однаковим (класичний мотор ОТТО).
Можна було піти двома способами:
- Закривати впускні клапана раніше закінчення такту впуску - такий принцип отримав назву «Скорочений впуск»
- Або закривати впускні клапана пізніше такту впуску - цей варіант отримав назви «укороченого стиснення»
В кінцевому підсумку, обидва принципу дають одне і теж - зменшення ступеня стиснення, робочої суміші щодо геометричній! Однак зберігається ступінь розширення, тобто такт робочого ходу зберігається (як в ДВС ОТТО), а такт стиснення як би скорочується (як в ДВС Аткінсона).
Простими словами - повітряно-паливна суміш у МІЛЛЕРА стискається набагато менше, ніж повинна була стискатися в такому ж моторі у ОТТО. Це дозволяє збільшити геометричну ступінь стиснення, і відповідно фізичну ступінь розширення. Набагато більшу, ніж обумовлено детонаційними властивостями палива (тобто бензин не можна стискати нескінченно, почнеться детонація)! Таким чином, коли паливо запалюється в ВМТ (вірніше мертвій точці), воно має набагато більшу ступінь розширення ніж у конструкції ОТТО. Це дає набагато більше використовувати енергію розширюються в циліндрі газів, що і підвищує теплову ефективність конструкції, що тягне високу економію, еластичність і т.д.
Варто також враховувати, що на такті стиснення зменшуються насосні втрати, тобто стискати паливо у МІЛЛЕРА легше, потрібно менше енергії.
Негативні сторони - це зменшення пікової вихідної потужності (особливо на високих оборотах) через гіршого наповнення циліндрів. Щоб зняти таку ж потужність як у ОТТО (при високих оборотах), мотор потрібно було будувати більше (об'ємніше циліндри) і масивніше.
На сучасних моторах
Так в чому ж різниця?
Стаття вийшла складніше, ніж я припускав, але якщо підвести підсумок. ТО виходить:
ОТТО - це стандартний принцип звичайного мотора, які зараз стоять на більшості сучасних автомобілів
АТКІНСОН - пропонував більш ефективний ДВС, за рахунок зміни ступеня стиснення за допомогою складної конструкції з важелів які приєднувалися до колінчастого валу.
ПЛЮСИ - економія палива, еластичнішою мотор, менше шуму.
МІНУСИ - громіздка і складна конструкція, низький крутний момент на низьких оборотах, погано управляється дросельною заслінкою
У чистому вигляді зараз практично не застосовується.
МІЛЛЕР - запропонував використовувати знижену ступінь стиснення в циліндрі, за допомогою пізнього закриття впускного клапана. Різниця з Аткінсон величезна, тому як він використав не його конструкцію, а ОТТО, але не в чистому вигляді, а з доопрацьованій системою ГРМ.
Передбачається що поршень (на такті стиснення) йде з меншим опором (насосні втрати), і краще геометрично стискає повітряно-паливну суміш (виключаючи її детонацію), однак ступінь розширення (при запаленні від свічки) залишається майже така ж, як і в циклі ОТТО .
ПЛЮСИ - економія палива (особливо на низьких оборотах), еластичність роботи, низький шум.
МІНУСИ - зменшення потужності при високих оборотах (через гіршого наповнення циліндрів).
Варто відзначити, що зараз принцип МІЛЛЕРА використовується на деяких автомобілях при невисоких оборотах. Дозволяє регулювати фази впуску і випуску (розширюючи або звужуючи їх за допомогою фазовращателей ). так двигун SKYACTIV , На низьких оборотах працює за принципом МІЛЛЕРА, а на високих за принципом ОТТО. У чистому вигляді МІЛЛЕР (проте, чомусь він називається АТКІНСОН) працює на гібридах ТОЙОТА.
Зараз відео версія дивимося
НА цьому я закінчую, думаю було корисно і цікаво. Розповідайте своїм друзям (кидайте їм посилання на статтю або відео), буде ще багато цікавих матеріалів. ЩИРО ВАШ, АВТОБЛОГГЕР.
(6
голосів, середній: 4,50 з 5)