Рухавік. Адрозненні паміж цыкламі Ота і Аткінсана
З некаторых сітавін усё гушчару можна сустрэць тэрмін «рухавік, які працуе ў эканамічным цыкле Аткінсана». Што гэта за цыкл і чаму ён змяншае выдатак паліва?
Найболей распаўсюджаныя сёння чатырохтактныя бензінавыя рухавікі працуюць па так званым цыкле Ота, распрацаваным у канцы XNUMX стагоддзі нямецкім вынаходнікам Нікалаусам Ота, канструктарам аднаго з першых удалых поршневых рухавікоў унутранага згарання. Сутнасць гэтага цыклу складаецца з чатырох тактаў, выкананых за два абарачэння каленчатага вала: такту ўпуску, такту сціску, працоўнага такту і такту выпуску.
У пачатку такту ўпуску адкрываецца впускной клапан, праз які адбываецца ўсмоктванне паліўна-паветранай сумесі з впускнога калектара за кошт уцягвання поршня. Перад пачаткам такту сціску впускной клапан зачыняецца і які вяртаецца да галоўкі поршань сціскае сумесь. Калі поршань дасягае пікавага становішча, сумесь запальваецца пад дзеяннем электрычнай іскры. Якія ўтварыліся гарачыя выхлапныя газы пашыраюцца і штурхаюць поршань, перадаючы яму сваю энергію, а калі поршань аказваецца максімальна далёка ад галоўкі, выпускны клапан адчыняецца. Такт выпуску пачынаецца з зваротнага поршня, які выштурхвае выхлапныя газы з цыліндру ў выпускны калектар.
Нажаль, не ўся энергія выхлапных газаў выкарыстоўваецца падчас працоўнага такту для штурхання поршня (і, праз шатун, для кручэння каленчатага вала). Яны ўсё яшчэ знаходзяцца пад высокім ціскам, калі клапан выдыху адкрываецца ў пачатку такту выдыху. Мы можам даведацца пра гэта, калі чуем шум, які выдаецца аўтамабілем са зламаным глушыцелем ён выкліканы вынахадам энергіі ў паветра. Вось чаму ККД традыцыйных бензінавых рухавікоў складае ўсяго каля 35 працэнтаў. Калі б можна было павялічыць ход поршня ў працоўным ходзе і выкарыстоўваць гэтую энергію…
Гэтая ідэя прыйшла ў галаву ангельскаму вынаходніку Джэймсу Аткінсана. У 1882 годзе ён сканструяваў рухавік, у якім дзякуючы складанай сістэме штурхачоў, якія злучаюць поршні з каленчатым валам, працоўны такт быў даўжэй такту сціску. У выніку ў пачатку такту выпуску ціск выхлапных газаў практычна быў роўны атмасфернаму, а іх энергія выкарыстоўвалася цалкам.
Рэдакцыя рэкамендуе:
Талеркі. Кіроўцаў чакае рэвалюцыя?
Самаробныя спосабы зімовай язды
Надзейны малыш за невялікія грошы
Дык чаму ж ідэя Аткінсана не выкарыстоўвалася больш шырока і чаму ў рухавіках унутранага згарання ўжо больш за стагоддзе выкарыстоўваецца менш эфектыўны цыкл Ота? Ёсць дзве прычыны: адна - складанасць рухавіка Аткінсана, а іншая - і што больш важна - меншая магутнасць, якую ён атрымлівае ад водавымяшчальнай агрэгата.
Аднак па меры таго, як усё больш увагі надавалася выдатку паліва і ўплыву аўтамабілізацыі на навакольнае асяроддзе, успаміналі аб высокай эфектыўнасці рухавіка Аткінсана, асабліва на сярэдніх абаротах. Яго канцэпцыя аказалася выдатным рашэннем, асабліва ў гібрыдных аўтамабілях, у якіх недахоп магутнасці, асабліва неабходнай пры крананні і разгоне, кампенсуе электрарухавік.
Менавіта таму рухавік, які працуе па мадыфікаваным цыкле Аткінсана, выкарыстоўваўся ў першым серыйным аўтамабілі з гібрыдным прывадам - Toyota Prius, а затым і ва ўсіх астатніх гібрыдах Toyota і Lexus.
Што такое мадыфікаваны цыкл Аткінсана? Дзякуючы гэтаму разумнаму рашэнню атрымалася прымусіць рухавік Toyota захаваць класічную, простую канструкцыю звычайных чатырохтактны рухавікоў, а поршань праходзіць аднолькавую адлегласць пры кожным такце, эфектыўны працоўны ход даўжэй, чым такт сціску.
Насамрэч варта сказаць інакш: эфектыўны такт сціску карацей працоўнага такту. Гэта дасягаецца за рахунак затрымкі зачынення впускного клапана, які зачыняецца неўзабаве пасля пачатку такту сціску. Такім чынам, частка паветрана-паліўнай сумесі вяртаецца ва впускной калектар. Гэта мае два следства: колькасць выхлапных газаў, якія ўтвараюцца пры яго спальванні, менш і здольна цалкам пашырацца да пачатку такту выпуску, перадаючы ўсю энергію поршню, а на сціск меншай колькасці сумесі патрабуецца менш энергіі, што змяншае ўнутраныя страты рухавіка. Выкарыстоўваючы гэта і іншыя рашэнні, рухавік трансмісіі Toyota Prius чацвёртага пакалення змог дасягнуць цеплавога ККД на цэлых 41 працэнт, раней даступнага толькі для дызельных рухавікоў.
Краса рашэння яшчэ і ў тым, што затрымка зачынення впускных клапанаў не патрабуе сур'ёзных канструктыўных змен - досыць выкарыстоўваць электронна-кіраваны механізм змены фаз газаразмеркавання.
А калі можна так, то ці нельга і наадварот? Ну вядома; натуральна! Рухавікі з пераменным працоўным цыклам вырабляюцца ўжо некаторы час. Калі запатрабаванне ў магутнасці невялікая, напрыклад, пры руху па павольных дарогах, рухавік працуе па цыкле Аткінсана для нізкага выдатку паліва. А калі патрабуецца лепшая прадукцыйнасць - ад фар або абгону - перамыкаецца на цыкл Ота, выкарыстоўваючы ўсю даступную дынаміку. Гэты 1,2-літровы рухавік з турбанаддувам і непасрэдным упырскам паліва выкарыстоўваецца, напрыклад, у Toyota Auris і новым гарадскім пазадарожніку Toyota C-HR. Такі ж двухлітровы рухавік выкарыстоўваецца на Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t і RC 200t.
