Цикл ОТТО. АТКІНСОНА. МІЛЛЕРА. Що це, які є відмінності в роботі ДВЗ

1

Двигун внутрішнього згоряння дуже далекий від ідеалу, ККД бензинового варіанту в кращому разі сягає 20 – 25%, дизельного 40 – 50% (тобто інше паливо спалюється майже пустий). Щоб підвищити ефективність (відповідно збільшити коефіцієнт корисної дії) потрібно поліпшити конструкцію двигуна. Над цим б’ються багато інженери, і по сей день, але першими були всього кілька інженерів, таких як Ніколаус Август ОТТО, Джеймсом АТКІНСОНОМ 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 ДВЗ, ну і звичайно відео версія в кінці …


ЗМІСТ СТАТТІ

  • Цикл ОТТО
  • Цикл АТКІНСОНА
  • Цикл МІЛЛЕРА
  • Так в чому ж різниця?
  • ВІДЕО ВЕРСІЯ

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, ЭРИКСОННА і т. д. Якщо порахувати конструкції, то їх може набратися близько 15. І не всі двигуни внутрішнього згорання, а наприклад, у СТІРЛІНГА 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 запалюванням горючої суміші (через свічку) який застосовується зараз в 60 — 65% автомобілів. Так – ТАК, саме той, який у вас стоїть під капотом, працює за циклом ОТТО.

Проте якщо копнути в історію, першим принцип такого ДВС запропонував у 1862 році французький інженер Альфонс БО ДЕ РОШ. Але це був теоритический принцип роботи. ОТТО ж у 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 воздушнотопливной суміші. Відкривається впускний клапан.
  • Стиснення. Поршень йде вгору, стискаючи цю суміш. Обидва клапани закриті
  • Робочий хід. Свічка підпалює стислу суміш, що зажевріли гази штовхають поршень вниз
  • Відведення відпрацьованих газів. Поршень йде вгору, виштовхуючи згорілі гази. Відкривається випускний клапан

Хочеться відзначити, що впускні і випускні клапани, що працюють в суворій послідовності – ОДНАКОВО при високих чи при низьких обертах. Тобто зміни роботи при різних обертах не спостерігається.

У своєму двигуні ОТТО перший застосував стиснення робочої суміші, для підняття максимальної температури циклу. Яке здійснювалося за адиабате (простими словами без теплообміну з зовнішнім середовищем).

Після стиснення суміші, вона запалала від свічки, після цього починався процес відведення тепла, який протікав практично по изохоре (тобто при постійному об’ємі циліндра двигуна).

Цикл АТКІНСОНА

Так як ОТТО запатентував свою технологію, її промислове використання було не можливим. 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-шатунної конструкції. Треба зазначити, що тестовий екземпляр який він побудував, був одноциліндровий, і не набула великого поширення із-за складності 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 із «коленвалом».

У цій конструкції вийшло реалізувати певні співвідношення довжин важелів. Якщо сказати простими словами — хід поршня на такті впуску і випуску БІЛЬШЕ, ніж хід поршня також стиснення і робочого ходу.

Що це дає? ТА те, що можна «гратися» ступенем стиснення (змінюючи її), за рахунок співвідношення довжин важелів, а не за рахунок «дроселювання» впуску! З цього виводиться перевага циклу АКТИНСОНА, по насосних втрат

Такі мотори вийшли досить ефективними з високим ККД і маленькою витратою палива.

Однак негативних моментів також було багато:

  • Складність і громіздкість конструкції
  • Низький крутний момент на низьких обертах
  • Погано управляється дросельною заслінкою, будь то (карбюратор або інжектор)

Ходять наполегливі чутки, що принцип АТКІНСОНА використовувався на гібридних автомобілях, зокрема компанії TOYOTA. Однак це трохи не правда, там використовувався тільки його принцип, а от конструкція застосовувалася іншого інженера, а саме Міллера. У чистому вигляді мотори АТКІНСОНА 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 АТКІНСОНА, але не взяв 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, що вниз). Він придумав скоротити такт стиснення за рахунок такту впуску, зберігаючи рух поршнів вверх і вниз однаковим (класичний двигун ОТТО).

Можна було піти двома способами:

  • Закривати впускні клапана раніше закінчення такту впуску – такий принцип отримав назву «Укорочений впуск»
  • Або закривати впускні клапана пізніше такту впуску – цей варіант отримав назви «Укороченого стиснення»

Зрештою, обидва принципи дають одне і теж – зменшення ступеня стиснення робочої суміші щодо геометричної! 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 детонаційної властивостями палива (тобто бензин не можна стискати нескінченно, почнеться детонація)! Таким чином, коли паливо запалюється в ВМТ (верхній 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 спричиняє високу економію, еластичність і т. д.

Варто також враховувати, що на такті стиску зменшуються насосні втрати, тобто стискати паливо у МІЛЛЕРА легше, потрібно менше енергії.

Негативні сторони – це зменшення пікової вихідної потужності (особливо на високих оборотах) з-за найгіршого наповнення циліндрів. Щоб зняти таку ж потужність як у ОТТО (при високих обертах), 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 стиску за допомогою складної конструкції з важелів які приєднувалися до колінчастого валу.

ПЛЮСИ — економія палива, еластичніші мотор, менше шуму.

МІНУСИ – громіздка і складна конструкція, низький крутний момент на низьких обертах, погано управляється дросельною заслінкою

У чистому вигляді практично не застосовується.

МІЛЛЕР – запропонував використовувати знижену ступінь стиснення в циліндрі, за допомогою пізнього закриття впускного клапана. Різниця з АТКІНСОНОМ величезна, тому як він не використовував його конструкцію, а ОТТО, але не в чистому вигляді, а з доопрацьованою системою ГРМ.

Передбачається, що поршень (на такті стиску) йде з меншим опором (насосні втрати), і краще геометрично стискає повітряно-паливна суміш (виключаючи її детонацію), однак ступінь розширення (при займанні 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 (за найгіршого 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 обертах працює за принципом МІЛЛЕРА, а на високих за принципом ОТТО. У чистому вигляді МІЛЛЕР (однак чому то він називається АТКІНСОН) працює на гібридах ТОЙОТА.

Зараз дивимося відео версія

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.

Чи потрібно прогрівати двигун. Перед поїздкою? Розберемо зиму і…
Що таке двигун TSI?
Детонація двигуна. Що це таке, які основні причини її …