що це, які є відмінності в роботі ДВС. Цикл Отто. Аткінсона. Міллера. що це, які є відмінності в роботі ДВС Двигун Міллера принцип роботи

Перш ніж розповісти про особливості «маздовского» двигуна «Міллера» (Miller cycle) зауважу, що він не пятітактний, а чотиритактний, як і мотор Отто. Мотор «Міллера» - це не що інше як вдосконалений класичний двигун внутрішнього згоряння. Конструктивно ці мотори практично однакові. Різниця полягає в фазах газорозподілу. Відрізняє їх те, що класичний мотор працює по циклу німецького інженера Николоса Отто, а «маздівський» двигун «Міллера» - по циклу британського інженера Джеймса Аткінсона, хоча названий чомусь на честь американського інженера Ральфа Міллера. Останній теж створив свій цикл роботи ДВС, проте за своєю ефективністю він поступається циклу Аткінсона.

Привабливість V-подібної "шістки", яка встановлюється на модель Xedos 9 (Millenia або Eunos 800), в тому, що при робочому обсязі 2,3 л вона видає потужність 213 к.с. і крутний момент 290 Нм, що рівноцінно характеристикам 3-літрових моторів. У той же час витрата палива у такого сильного мотора дуже низький - на трасі 6,3 (!) Л / 100 км, в місті - 11,8 л / 100 км, що відповідає показникам 1,8-2-літрових двигунів. Не погано.

Щоб розібратися, в чому секрет мотора «Міллера», слід згадати принцип роботи всім знайомого чотиритактного мотора Отто. Перший такт - такт впуску. Починається він після відкриття впускного клапана при знаходженні поршня поблизу верхньої мертвої точки (ВМТ). Рухаючись вниз, поршень створює в циліндрі розрідження, яке сприяє всмоктуванню в них повітря і палива. При цьому в режимах малих і середніх оборотів двигуна, коли дросельна заслінка відкрита частково, з'являються так звані насосні втрати. Їх суть - через велику розрідження у впускному колекторі поршням доводиться працювати в режимі насоса, на що витрачається частина потужності двигуна. Крім того, при цьому погіршується наповнення циліндрів свіжим зарядом і відповідно підвищується витрата палива і викиди шкідливих речовин в атмосферу. Коли поршень досягає нижньої мертвої точки (НМТ), впускний клапан закривається. Після цього поршень, рухаючись вгору, стискає горючу суміш - протікає такт стиснення. Поблизу ВМТ суміш запалюють, тиск в камері згоряння підвищується, поршень рухається вниз - робочий хід. У НМТ відкривається випускний клапан. При русі поршня вгору - такт випуску - залишилися в циліндрах відпрацьовані гази виштовхуються в систему випуску.

Варто відзначити, що в момент відкриття випускного клапана гази в циліндрах ще знаходяться під тиском, тому звільнення цієї невикористаної енергії називають втратами випуску. Функцію зниження шумності при цьому поклали на глушник вихлопної системи.

Щоб зменшити негативні явища, що виникають при роботі двигуна з класичною схемою фаз газорозподілу, в «маздовского» моторі «Міллера» фази газорозподілу змінили відповідно до циклом Аткінсона. Впускний клапан закривається не поблизу нижньої мертвої точки, а значно пізніше - при повороті коленвала на 700 від НМТ (в двигуні Ральфа Міллера клапан закривається навпаки - набагато раніше проходження поршнем НМТ). Цикл Аткінсона дає цілий ряд переваг. По-перше, знижуються насосні втрати, так як частина суміші при русі поршня вгору виштовхується у впускний колектор, зменшуючи в ньому розрідження.

По-друге, змінюється ступінь стиснення. Теоретично вона залишається колишньою, так як хід поршня і обсяг камери згоряння не змінюються, а ось фактично, за рахунок запізнілого закриття впускного клапана, зменшується з 10 до 8. А це вже зниження ймовірності появи детонаційного згоряння палива, а значить відсутність необхідності підвищувати обороти двигуна перемиканням на знижену передачу при збільшенні навантаження. Знижує ймовірність детонаційного згоряння і те, що горюча суміш, виштовхується з циліндрів при русі поршня вгору до моменту закриття клапана, виносить з собою у впускний колектор частина тепла, відібраного від стінок камери згоряння.

По-третє, порушилося співвідношення між ступенями стиснення і розширення, так як за рахунок більш пізнього закриття впускного клапана тривалість такту стиснення по відношенню до тривалості такту розширення, коли відкритий випускний клапан, значно зменшилася. Двигун працює по так званому циклу зі збільшеною ступенем розширення, при якому енергія відпрацьованих газів використовується більш тривалий період, тобто зі зменшенням втрат випуску. Це дає можливість більш повно використовувати енергію відпрацьованих газів, що, власне, і забезпечило високу економічність двигуна.

Для отримання високої потужності і крутного моменту, які необхідні для елітної «маздовской» моделі, в двигуні «Міллера» застосовується механічний компресор Лісхольма, встановлений в розвалі блоку циліндрів.

Крім 2,3-літрового мотора автомобіля Xedos 9, цикл Аткінсона почали застосовувати в малонавантажених двигуні гібридної установки автомобіля Toyota Prius. Відрізняється він від «маздовского» тим, що в ньому немає нагнітача повітря, а ступінь стиснення має високе значення - 13,5.

Цикл Міллера ( Miller Cycle) Був запропонований в 1947 році американським інженером Ральфом Міллером, як спосіб поєднання достоїнств двигуна Аткінсона з більш простим поршневим механізмом двигуна Дизеля або Отто.

Цикл був розроблений для зниження ( reduce) Температури і тиску свіжого заряду повітря ( charge air temperature) Перед стисненням ( compression) В циліндрі. В результаті температура горіння в циліндрі знижується за рахунок адіабатичного розширення ( adiabatic expansion) Свіжого заряду повітря під час вступу до циліндр.

У поняття циклу Міллера входять два варіанти ( two variants):

а) вибір передчасного часу закриття ( advanced closure timing) Впускного клапана ( intake valve) Або випередження закриття - перед нижньою мертвою точкою ( bottom dead centre);

б) вибір пізнього періоду закриття впускного клапана - після нижньої мертвої точкою (BDC).

Спочатку цикл Міллера використовувався ( initially used) Для збільшення питомої потужності деяких дизельних двигунів ( some engines). Зниження температури свіжого заряду повітря ( Reducing the temperature of the charge) В циліндрі двигуна призводило до збільшення потужності без будь-яких істотних змін ( major changes) Блоку циліндрів ( cylinder unit). Це пояснювалося тим, що зниження температури на початку теоретичного циклу ( at the beginning of the cycle) Збільшує щільність повітряного заряду ( air density) Без зміни тиску ( change in pressure) В циліндрі. У той час як межа механічної міцності двигуна ( mechanical limit of the engine) Зміщується до більш високої потужності ( higher power), Межа теплового навантаження ( thermal load limit) Зміщується до більш низьким середнім температурам ( lower mean temperatures) Циклу.

Надалі цикл Міллера викликав зацікавленість з точки зору зниження емісії NОх. інтенсивне виділення шкідливих викидів NОх починається при перевищенні температури в циліндрі двигуна вище 1500 ° С - в цьому стані атоми азоту стають хімічно активними в результаті втрати одного або декількох атомів. А при використанні циклу Міллера при зниженні температури циклу ( reduce the cycle temperatures) Без зміни потужності ( constant power) Було досягнуто 10% зниження емісії NОх на повному навантаженні і на 1% ( per cent) Зменшення витрати палива. Головним чином ( mainly) Це пояснюється зменшенням теплових втрат ( heat losses) При колишньому тиску в циліндрі ( cylinder pressure level).

Однак значно вищий тиск наддуву ( significantly higher boost pressure) При тій же потужності і відносно повітря до палива ( air / fuel ratio) Ускладнило широке поширення циклу Міллера. Якщо максимально досяжний тиск газотурбонагнетателя ( maximum achievable boost pressure) Буде занадто низьким щодо бажаного значення середнього ефективного тиску ( desired mean effective pressure), То це призведе до суттєвого обмеження робочих характеристик ( significant derating). Навіть в разі достатньо високого тиску наддуву можливість зниження витрати палива буде частково нейтралізована ( partially neutralized) Через занадто швидкого ( too rapidly) Зниження ККД компресора і турбіни ( compressor and turbine) Газотурбонагнетателя при високих ступенях стиснення ( high compression ratios). Таким чином, практичне використання циклу Міллера зажадало застосування газотурбонагнетателя з дуже високим ступенем стиснення тиску ( very high compressor pressure ratios) і високим ККД при високих ступенях стиснення ( excellent efficiency at high pressure ratios).

Так в високооборотних двигунах 32FX компанії « Niigata Engineering» максимальний тиск згоряння P max і температура в камері згоряння ( combustion chamber) Підтримуються на зниженому нормальному рівні ( normal level). Але при цьому одночасно збільшено середню ефективне тиск (brake mean effective pressure) І знижений рівень шкідливих викидів NОх ( reduce NOx emissions).

В дизельному двигуні 6L32FX компанії Niigata обраний перший варіант циклу Міллера: передчасне час закриття впускного клапана за 10 градусів до НМТ (BDC), замість 35 градусів після НМТ ( afterBDC) як у двигуна 6L32CX. Так як час наповнення зменшується, при нормальному тиску наддуву ( normal boost pressure) В циліндр надходить менший обсяг свіжого заряду повітря ( air volume is reduced). Відповідно погіршується перебіг процесу згоряння палива в циліндрі і як наслідок знижується вихідна потужність і підвищується температура випускних газів ( exhaust temperature rises).

Для отримання попередньої заданої потужності на виході ( targeted output) Необхідно збільшити обсяг повітря при зниженому часу його надходження в циліндр. Для цього збільшують тиск наддуву ( increase the boost pressure).

У той же час, одноступенева система газотурбонаддува ( single-stage turbocharging) Не може забезпечити більш високого тиску наддуву ( higher boost pressure).

Тому отримала розвиток двоступенева система ( two-stage system) Газотурбонаддува, в якій турбокомпресора низького і високого тиску ( low pressure and high pressure turbochargers) Розташовані послідовно ( connected in series) один за іншим. Після кожного турбокомпресора встановлені два проміжних охолоджувача повітря ( intervening air coolers).

Впровадження циклу Міллера спільно з двоступеневою системою газотурбонаддува дозволило збільшити коефіцієнт потужності до 38,2 (середнє ефективне тиск - 3,09 МПа, середня швидкість поршня - 12,4 м / с) при 110% навантаження ( maximum load-claimed). Це є найкращим досягнутим результатом для двигунів з діаметром поршня 32 см.

Крім цього, паралельно було досягнуто зниження на 20% рівня емісії NОх ( NOx emission level) До 5,8 г / кВт · год при нормі вимог ІМО 11,2 г / кВт · год. Витрати палива ( Fuel consumption) Був дещо збільшений при роботі на низьких навантаженнях ( low loads) Роботи. Однак при середніх і високих навантаженнях ( higher loads) Витрата палива зменшився на 75%.

Таким чином, ККД двигуна Аткінсона збільшено за рахунок механічного зменшення за часом (поршень рухається вгору швидше, ніж вниз) такту стиснення по відношенню до робочого ходу (такт розширення). У циклі Міллера такт стиснення по відношенню до робочого ходу скорочений або збільшений за рахунок процесу впуску . При цьому швидкість рух поршня вгору і вниз збережена однаковою (як в класичному двигуні Отто - Дизеля).

При однаковому тиску наддуву зарядка циліндра свіжим повітрям знижується внаслідок зменшення часу ( reduced by suitable timing) Відкриття впускного клапана ( inlet valve). Тому свіжий заряд повітря ( charge air) В турбокомпресорі стискається ( compressed) До більшого тиску наддуву, ніж необхідно для циклу двигуна ( engine cycle). Таким чином, за рахунок збільшення величини тиску наддуву при зменшеному часу відкриття впускного клапана в циліндр надходить така ж порція свіжого повітря. При цьому свіжий заряд повітря, проходячи через відносно вузьке вхідний прохідний перетин, розширюється (ефект дроселя) в циліндрах ( cylinders) І відповідно охолоджується ( consequent cooling).

Аткінсон, Міллер, Отто і інші в нашому невеликому технічному екскурсі.

Для початку розберемося що таке цикл роботи двигуна. ДВС - це об'єкт, який перетворює тиск від згоряння палива в механічну енергію, а так як він працює з теплом, то він є теплової машиною. Так ось, цикл для теплової машини - це круговий процес, в якому збігаються початкові і кінцеві параметри, які визначають стан робочого тіла (в нашому випадку це циліндр з поршнем). Такими параметрами є тиск, обсяг, температура і ентропія.

Саме ці параметри і їх зміна задають те, як буде працювати двигун, а іншими словами - яким буде його цикл. Тому, якщо у вас є бажання і пізнання в термодинаміки, можете створити свій цикл роботи теплової машини. Головне потім змусити працювати ваш двигун, щоб довести право на існування.

цикл Отто

Почнемо ми з самого головного циклу роботи, який використовують практично всі ДВС в наш час. Названий він на честь Ніколауса Августа Отто, німецького винахідника. Спочатку Отто використовував напрацювання бельгійця Жана Ленуара. Трохи розуміння первісної конструкції дасть ця модель двигуна Ленуара.

Так як Ленуар і Отто не були знайомі з електротехнікою, то займання в їх прототипах створювалося відкритим полум'ям, яке через трубку запалювало суміш всередині циліндра. Головна відмінність двигуна Отто від двигуна Ленуара було в розміщенні циліндра вертикально, що наштовхнуло Отто на використання енергії відпрацьованих газів для підняття поршня після робочого ходу. Робочий хід поршня вниз починався під дією атмосферного тиску. І після того, як тиск в циліндрі досягало атмосферного, відкривався випускний вентиль, і поршень своєю масою витісняв відпрацьовані гази. Саме повнота використання енергії дозволила підняти ККД до запаморочливих на той час 15%, що перевищувало ефективність навіть парових машин. Крім того, така конструкція дозволила використовувати в п'ять разів менше палива, що потім призвело до тотального домінування подібної конструкції на ринку.

Але головна заслуга Отто - винахід чотиритактного процесу роботи ДВС. Цей винахід було зроблено в 1877 році і тоді ж було запатентовано. Але французькі промисловці попорпалися в своїх архівах і знайшли, що ідею чотиритактної роботи за кілька років до патенту Отто описав француз Бо де Рош. Це дозволило знизити патентні виплати і зайнятися розробкою власних моторів. Але завдяки досвіду, двигуни Отто були на голову краще конкурентів. І до 1897 року їх було зроблено 42 тисячі штук.

Але що, власне кажучи, таке цикл Отто? Це знайомі нам зі шкільної лави чотири такту ДВС - впуск, стиснення, робочий хід і випуск. Всі ці процеси займають однакову кількість часу, а теплові характеристики мотора показані в наступній діаграмі:

Де 1-2 - це стиснення, 2-3 - робочий хід, 3-4 - випуск, 4-1 - впуск. ККД такого двигуна залежить від ступеня стиснення і показника адіабати:

, Де n - ступінь стиснення, k - показник адіабати, або відношення теплоємності газу при постійному тиску до теплоємності газу при постійному обсязі.

Іншими словами - це кількість енергії, яку потрібно витратити, щоб повернути газ всередині циліндра до попереднього стану.

цикл Аткінсона

Був винайдений в 1882 році Джеймсом Аткинсоном, британським інженером. Цикл Аткінсона підвищує ефективність роботи циклу Отто, але зменшує виділяється потужність. Основна відмінність - різний час виконання різних тактів роботи мотора.

Особлива конструкція важелів двигуна Аткінсона дозволяє здійснювати всі чотири ходи поршня всього за один поворот колінчастого вала. Також дана конструкція робить ходи поршня різної довжини: хід поршня під час впуску та випуску довше, ніж під час стиснення і розширення.

Ще одна з особливостей двигуна в тому, що кулачки газорозподілу (відкриття і закриття клапанів) розташовані прямо на колінчастому валу. Це усуває потребу окремої установки розподільного вала. До того ж немає необхідності встановлювати редуктор, так як колінчастий вал крутиться з удвічі меншою швидкістю. У XIX столітті двигун поширення не отримав через складну механіки, але в кінці ХХ століття він став більш популярним, так як почав застосовуватися на гібридах.

Так що, в дорогих Lexus стоять такі дивні агрегати? Аж ніяк ні, цикл Аткінсона в чистому вигляді ніхто і не збирався реалізовувати, але модифікувати звичайний мотори під нього - цілком реально. Тому не будемо довго просторікувати про Аткінсоні і перейдемо до циклу, який його втілив в реальність.

цикл Міллера

Цикл Міллера був запропонований в 1947 році американським інженером Ральфом Міллером як спосіб поєднання достоїнств двигуна Аткінсона з більш простим двигуном Отто. Замість того, щоб зробити механічно такт стиснення коротшим, ніж такт робочого ходу (як в класичному двигуні Аткінсона, де поршень рухається вгору швидше, ніж вниз), Міллер придумав скоротити такт стиснення за рахунок такту впуску, зберігаючи рух поршня вгору і вниз однаковим по швидкості (як в класичному двигуні Отто).

Для цього Міллер запропонував два різних підходи: або закривати впускний клапан істотно раніше закінчення такту впуску, або закривати його значно пізніше закінчення цього такту. Перший підхід у мотористів носить умовну назву «укороченого впуску», а другий - «укороченого стиснення». В кінцевому рахунку обидва ці підходи дають одне і те ж: зниження фактичного ступеня стиснення робочої суміші щодо геометричній при збереженні незмінної ступеня розширення (тобто такт робочого ходу залишається таким же як в двигуні Отто, а такт стиснення як би скорочується - як у Аткінсона, тільки скорочується не по часу, а за ступенем стиснення суміші).

Таким чином суміш в двигуні Міллера стискається менше, ніж повинна була б стискатися в двигуні Отто такий же механічної геометрії. Це дозволяє збільшити геометричну ступінь стиснення (і, відповідно, ступінь розширення!) Вище меж, обумовлених детонаційними властивостями палива - привівши фактичне стиснення до допустимих значень за рахунок вищеописаного «укорочення циклу стиснення». Іншими словами, при тій же фактичного ступеня стиснення (обмеженою паливом) мотор Міллера має значно більший ступінь розширення, ніж мотор Отто. Це дає можливість більш повно використовувати енергію розширюються в циліндрі газів, що, власне, і підвищує теплову ефективність мотора, забезпечує високу економічність двигуна і так далі. Також одним з плюсів циклу Міллера є можливість більш широкої варіації часу запалювання без ризику детонації, що дає більш широкі можливості для інженерів.

Вигода від підвищення теплової ефективності циклу Міллера щодо циклу Отто супроводжується втратою пікової вихідної потужності для даного розміру (І маси) двигуна через погіршення наповнення циліндра. Так як для отримання такої ж вихідної потужності потрібен був би двигун Міллера більшого розміру, Ніж двигун Отто, виграш від підвищення теплової ефективності циклу буде частково витрачений на збільшені, разом з розмірами двигуна, механічні втрати (тертя, вібрації і т. Д.).

цикл Дизеля

І наостанок варто хоча б коротко згадати про цикл Дизеля. Рудольф Дизель спочатку хотів створити двигун, який би максимально наблизився до циклу Карно, в якому ККД визначається лише різницею температур робочого тіла. Але так як охолоджувати двигун до абсолютного нуля - не круто, Дизель пішов іншим шляхом. Він збільшив максимальну температуру, для чого почав стискати паливо до позамежних на той час значний. Мотор у нього вийшов з дійсно високим ККД, але працював спочатку на гасі. Перші прототипи Рудольф побудував в 1893 році, і тільки до початку ХХ століття перейшов на інші види палива, в тому числі і дизельне.

• , 17 Лип 2015

Цикл Міллера був запропонований в 1947 році американським інженером Ральфом Міллером як спосіб поєднання достоїнств двигуна Аткінсона з більш простим поршневим механізмом двигуна Отто. Замість того, щоб зробити такт стиснення механічно більш коротким, ніж такт робочого ходу (як в класичному двигуні Аткінсона, де поршень рухається вгору швидше, ніж вниз), Міллер придумав скоротити такт стиснення за рахунок такту впуску, зберігаючи рух поршня вгору і вниз однаковим по швидкості (як в класичному двигуні Отто).

Для цього Міллер запропонував два різних підходи: або закривати впускний клапан істотно раніше закінчення такту впуску (або відкривати пізніше початку цього такту), або закривати його значно пізніше закінчення цього такту. Перший підхід у двигателистов носить умовну назву «укороченого впуску», а другий - «укороченого стиснення». В кінцевому рахунку обидва ці підходи дають одне і те ж: зниження фактичної ступеня стиснення робочої суміші щодо геометричній, при збереженні незмінної ступеня розширення (тобто такт робочого ходу залишається таким же, як в двигуні Отто, а такт стиснення як би скорочується - як у Аткінсона, тільки скорочується не по часу, а за ступенем стиснення суміші) .

Таким чином суміш в двигуні Міллера стискається менше, ніж повинна була б стискатися в двигуні Отто такий же механічної геометрії. Це дозволяє збільшити геометричну ступінь стиснення (і, відповідно, ступінь розширення!) Вище меж, обумовлених детонаційними властивостями палива - привівши фактичне стиснення до допустимих значень за рахунок вищеописаного «укорочення циклу стиснення». Іншими словами, при тій же фактичної ступеня стиснення (обмеженою паливом) мотор Міллера має значно більший ступінь розширення, ніж мотор Отто. Це дає можливість більш повно використовувати енергію розширюються в циліндрі газів, що, власне, і підвищує теплову ефективність мотора, забезпечує високу економічність двигуна і так далі.

Вигода від підвищення теплової ефективності циклу Міллера щодо циклу Отто супроводжується втратою пікової вихідної потужності для даного розміру (і маси) двигуна через погіршення наповнення циліндра. Так як для отримання такої ж вихідної потужності потрібен був би двигун Міллера більшого розміру, ніж двигун Отто, виграш від підвищення теплової ефективності циклу буде частково витрачений на збільшилися разом з розмірами двигуна механічні втрати (тертя, вібрації і т. Д.).

Комп'ютерне управління клапанами дозволяє змінювати ступінь наповнення циліндра в процесі роботи. Це дає можливість вичавити з мотора максимальну потужність, при погіршенні економічних показників, або домогтися кращої економічності при зменшенні потужності.

Аналогічне завдання вирішує пятітактний двигун, у якого додаткове розширення проводиться в окремому циліндрі.

Двигун внутрішнього згоряння дуже далекий від ідеалу, 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.

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).

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:

• Складність і громіздкість конструкції
• Низький на низьких оборотах
• погано управляється дросельною заслінкою, будь то ()

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.

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