цикл Аткинсона

редактировать

Двигатель цикла Аткинсона - это тип внутреннего двигатель внутреннего сгорания изобретен Джеймсом Аткинсоном в 1882 году. Цикл Аткинсона разработан для обеспечения эффективности за счет удельной мощности.

. Современный вариант этого подхода. используется в некоторых современных автомобильных двигателях. Первоначально использовавшиеся исключительно в гибридных электрических приложениях, таких как Toyota Prius предыдущего поколения, более поздние гибриды и некоторые негибридные автомобили теперь оснащены двигателями с изменяемой фазой газораспределения, который может работать по циклу Аткинсона в режиме неполного рабочего дня, обеспечивая хорошую экономию при работе по циклу Аткинсона и обычную удельную мощность при работе в качестве обычного двигателя цикла Отто.

Содержание

  • 1 Дизайн
  • 2 Дифференциальный двигатель Аткинсона
  • 3 Цикл Аткинсона
  • 4 Утилитовый двигатель Аткинсона
  • 5 Идеальный термодинамический цикл
  • 6 Современный Аткинсон- тактные двигатели
  • 7 Роторный двигатель с циклом Аткинсона
  • 8 Транспортные средства с двигателями по циклу Аткинсона
  • 9 Патенты
  • 10 См. также
  • 11 Ссылки
  • 12 Внешние ссылки

Дизайн

Аткинсон произвел три различных конструкции, которые имели короткий ход сжатия и более длинный ход расширения. Первый двигатель с циклом Аткинсона, дифференциальный двигатель, использовал оппозитные поршни. Второй и наиболее известной конструкцией был циклический двигатель, в котором использовался центральный рычаг для создания четырех тактов поршня за один оборот коленчатого вала. поршневой двигатель имел такты впуска, сжатия, мощности и выпуска четырехтактного цикла за один оборот коленчатого вала <153.>, и было разработано, чтобы избежать нарушения некоторых патентов, касающихся двигателей цикла Отто. Третий и последний двигатель Аткинсона, утилитарный двигатель, работал так же, как любой двухтактный двигатель.

Общей чертой всех конструкций Аткинсона является то, что двигатели имеют ход расширения, который длиннее хода сжатия, и с помощью этого метода двигатель достигает большей тепловой эффективности, чем традиционный поршневой двигатель. Двигатели Аткинсона были произведены British Gas Engine Company, а также лицензированы для других зарубежных производителей.

Многие современные двигатели теперь используют нетрадиционные фазы газораспределения для создания эффекта более короткого хода сжатия / более длительного рабочего хода. Миллер применил эту технику к четырехтактному двигателю, поэтому его иногда называют циклом Аткинсона / Миллера, патент США 2817322 от 24 декабря 1957 года. В 1888 году Харон подал французский патент и представил двигатель на Парижской выставке 1889 года. Газовый двигатель Charon (четырехтактный) использовал цикл, аналогичный Миллеру, но без нагнетателя. Это называется «циклом Харона».

Современные конструкторы двигателей осознают потенциальные улучшения топливной эффективности, которые может обеспечить цикл типа Аткинсона.

«Дифференциальный двигатель» Аткинсона

Первая реализация цикла Аткинсона была в 1882 году; В отличие от более поздних версий, он был устроен как оппозитный поршневой двигатель, дифференциальный двигатель Аткинсона. В этом случае один коленчатый вал был соединен с двумя противоположными поршнями через шарнирно-рычажный механизм, который имел нелинейность; в течение половины оборота один поршень оставался почти неподвижным, в то время как другой приближался к нему и возвращался, а затем в течение следующего полуоборота упомянутый второй поршень был почти неподвижен, в то время как первый приближался и возвращался.

Таким образом, в каждом обороте один поршень обеспечивает такт сжатия и рабочий ход, а затем другой поршень обеспечивает такт выпуска и ход нагнетания. Поскольку силовой поршень оставался втянутым во время выпуска и зарядки, было практично обеспечить выпуск и зарядку с помощью клапанов за отверстием, которое было закрыто во время такта сжатия и рабочего хода, и поэтому клапаны не должны были сопротивляться высокому давлению и могли быть более простого типа, используемого во многих паровых двигателях, или даже язычковых клапанах.

"Цикл. двигатель" Аткинсона

Следующий двигатель, разработанный Аткинсоном в 1887 году, был назван «Циклический двигатель». В этом двигателе использовались тарельчатые клапаны, кулачок и центральный рычаг, чтобы производить четыре хода поршня на каждый оборот коленчатого вала. Такты впуска и сжатия были значительно короче тактов расширения и выпуска.

Двигатели "Цикл" производились и продавались в течение нескольких лет британской моторной компанией. Аткинсон также передал лицензию на производство другим производителям. Размеры варьировались от единиц до 100 лошадиных сил.

"Утилита-двигатель Аткинсона"

Утилита-двигатель Аткинсона Двигатель Аткинсона Utilite 1892

Третий проект Аткинсона получил название «Утилитовый двигатель». Двигатель «Цикла» Аткинсона был эффективным; однако его связь было трудно сбалансировать для работы на высокой скорости. Аткинсон понял, что необходимы улучшения, чтобы сделать его цикл более применимым в качестве высокоскоростного двигателя.

С помощью этой новой конструкции Аткинсон смог устранить связи и создать более традиционный, хорошо сбалансированный двигатель, способный работать со скоростью до 600 об / мин и выдавать мощность на каждом обороте, но при этом он сохранил все эффективность его «Циклического двигателя», имеющего пропорционально короткий ход сжатия и более длинный ход расширения. Utilite работает во многом как стандартный двухтактный двигатель, за исключением того, что выхлопное отверстие расположено примерно в середине хода.

Во время такта расширения / рабочего хода кулачковый клапан (который остается закрытым до тех пор, пока поршень не приблизится к концу хода) предотвращает сброс давления, когда поршень движется мимо выпускного отверстия. Выпускной клапан открывается в нижней части хода; он остается открытым, пока поршень движется обратно в сторону сжатия, позволяя свежему воздуху заряжать цилиндр и выходить из выхлопных газов, пока порт не будет закрыт поршнем.

После того, как выхлопное отверстие закрыто, поршень начинает сжимать оставшийся воздух в цилиндре. Маленький поршневой топливный насос впрыскивает жидкость во время сжатия. Источником воспламенения, вероятно, была горячая труба, как и в других двигателях Аткинсона. Эта конструкция привела к созданию двухтактного двигателя с коротким ходом сжатия и более длинным ходом расширения.

Двигатель Utilite оказался даже более эффективным, чем предыдущие «дифференциальные» и «цикловые» конструкции Аткинсона. Было произведено очень мало, и никто не выжил. Британский патент № 2492 от 1892 г. Патент США на двигатель Utilite не известен.

Идеальный термодинамический цикл

Рисунок 1: Газовый цикл Аткинсона

Идеальный цикл Аткинсона состоит из:

Современные двигатели с циклом Аткинсона

Небольшой двигатель с рычагами типа Аткинсона между поршнем и маховиком. Современные двигатели с циклом Аткинсона избавляются от этого сложного энергетического пути.

В конце 20 века термин «цикл Аткинсона» начал использоваться для описания модифицированного двигателя с циклом Отто, в котором впускной клапан остается открытым дольше, чем обычно, обеспечивая обратный поток всасываемого воздуха во впускной коллектор. Этот «смоделированный» цикл Аткинсона наиболее заметно используется в двигателе Toyota 1NZ-FXE из раннего Prius.

. Эффективная степень сжатия снижается - на время, когда воздух свободно выходит из цилиндра. вместо сжатия - но степень расширения не изменяется (т. е. степень сжатия меньше степени расширения). Цель современного цикла Аткинсона - сделать давление в камере сгорания в конце рабочего такта равным атмосферному давлению. Когда это происходит, вся доступная энергия получается в процессе сгорания. Для любой данной части воздуха большая степень расширения преобразует больше энергии из тепла в полезную механическую энергию, что означает, что двигатель более эффективен.

Недостатком четырехтактного двигателя с циклом Аткинсона по сравнению с более распространенным двигателем с циклом Отто является пониженная удельная мощность. Из-за того, что меньшая часть хода сжатия посвящена сжатию всасываемого воздуха, двигатель с циклом Аткинсона не потребляет столько воздуха, как двигатель с циклом Отто аналогичной конструкции и размера. Четырехтактные двигатели этого типа, использующие тот же тип движения впускного клапана, но использующие принудительную индукцию для компенсации потери удельной мощности, известны как двигатели цикла Миллера.

Роторный двигатель с циклом Аткинсона

Роторный двигатель с циклом Аткинсона

Цикл Аткинсона может использоваться в роторном двигателе. В этой конфигурации можно достичь увеличения мощности и эффективности по сравнению с циклом Отто. Этот тип двигателя сохраняет одну фазу мощности на оборот вместе с различными объемами сжатия и расширения исходного цикла Аткинсона.

Выхлопные газы удаляются из двигателя за счет продувки сжатым воздухом. Эта модификация цикла Аткинсона позволяет использовать альтернативные виды топлива, такие как дизельное топливо и водород.

К недостаткам этой конструкции относятся требование, чтобы концы ротора очень плотно прилегали к внешней стенке корпуса, а также механические потери, возникающие из-за трения между быстро колеблющимися частями неправильной формы. См. внешние ссылки ниже для получения дополнительной информации.

Транспортные средства с двигателями с циклом Аткинсона

Hyundai Ioniq гибрид 2010 Ford Fusion Hybrid (Северная Америка)

В то время как модифицированный поршневой двигатель с циклом Отто с использованием цикла Аткинсона обеспечивает хорошую топливную экономичность за счет меньшей мощности на рабочий объем по сравнению с традиционным четырехтактным двигателем. Если потребность в дополнительной мощности является прерывистой, мощность двигателя может быть дополнена электродвигателем в периоды, когда требуется больше мощности. Это составляет основу гибридной электрической трансмиссии на основе цикла Аткинсона. Эти электродвигатели могут использоваться независимо от двигателя с циклом Аткинсона или в сочетании с ним, чтобы обеспечить наиболее эффективные средства производства желаемой мощности. Эта трансмиссия впервые была запущена в производство в конце 1997 года в Toyota Prius первого поколения.

. По состоянию на июль 2018 года многие серийные гибридные трансмиссии автомобилей используют концепции цикла Аткинсона - например, в:

Патенты

Патент 1887 г. (US 367496) описывает механические соединения, необходимые для получения всех четырех тактов четырехтактного цикла для газовый двигатель в пределах одного оборота коленчатого вала. Также имеется ссылка на патент Аткинсона 1886 года (US 336505), в котором описан газовый двигатель с оппозитными поршнями. Британский патент на «Утилите» датируется 1892 годом (№ 2492).

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-12 16:03:56
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте