Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Цикл А́ткінсона — термодинамічний цикл роботи двигуна внутрішнього згоряння, винайдений британським інженером-моторобудівником Джеймсом Аткінсоном (англ. James Atkinson; 1846–1914) у 1882 році. Цикл Аткінсона забезпечує кращу ефективність роботи двигуна внутрішнього згоряння і знайшов застосування у низці автомобілів з гібридним приводом (наприклад, Toyota Prius).
Історія винаходу
Джеймс Аткінсон критично переглянувши класичну концепцію двигуна, що працює за циклом Отто, зрозумів, що її можна серйозно поліпшити. Так, наприклад, у двигуна Отто на малих і середніх обертах при частково відкритій дросельній заслінці через розрідження у впускному колекторі поршні працюють в режимі насоса, на що витрачається потужність двигуна. При цьому ускладнюється наповнення камери згоряння свіжим зарядом паливо-повітряної суміші. Крім цього, частина енергії втрачається у випускній системі, оскільки відпрацьовані гази, що покидають циліндри двигуна все ще перебувають під високим тиском.
За концепцією Аткінсона впускний клапан закривається не тоді, коли поршень перебуває біля нижньої мертвої точки, а значно пізніше. Цикл Аткінсона дає низку 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 стиску. Теоретично він залишається сталим, так як хід поршня і об'єм камери згоряння не змінюються, а ось фактично, за рахунок запізнілого закриття впускного клапана, зменшується. А це вже зниження ймовірності появи детонаційного згоряння палива, і отже — відсутність необхідності збільшувати оберти двигуна перемиканням на понижену передачу при збільшенні навантаження.
Двигун Аткінсона працює за так званим циклом із збільшеним ступенем розширення, при якому енергія відпрацьованих газів використовується протягом тривалішого періоду. Це створює умови для повнішого використання енергії відпрацьованих газів та забезпечує вищу економічність двигуна.
Основною відмінністю від циклу роботи звичайного 4-тактного двигуна (циклу Отто) — це зміна тривалості цих тактів. У традиційному двигуні всі 4 такти (впуск, стиск, робочий хід і випуск) однакові за тривалістю. Аткінсон же зробив два перших такти коротшими, а два наступних довшими і реалізував це за рахунок зміни довжини ходів поршнів. Вважається, що його модифікація двигуна була продуктивнішою за традиційну на 10%. У той час його винахід не знайшов широкого застосування, так як мав велику кількість недоліків, основним з яких стала складність реалізації цього винаходу, а саме: забезпечення руху поршнів з використанням оригінального кривошипно-шатунного механізму.
Пізніше, на початку 1950-х років американський інженер Ральф Міллер (англ. Ralph Miller) зміг вирішити цю ж задачу по-іншому. Такт стиску було скорочено шляхом внесення змін у роботу клапанів.
Зазвичай на такті впуску відкривається впускний клапан, і до настання такту стиснення він вже закритий. Але в циклі Міллера впускний клапан продовжує перебувати у відкритому стані деяку частину такту стиснення. Таким чином, частина суміші видаляється з камери згоряння, саме стиснення починається пізніше і відповідно його ступінь виявляється нижчим. Порівняно з тактом стиску, такти робочий хід і випуск виявляються тривалішими. Саме від них і залежить ККД двигуна. Робочий хід створює силу для руху, а тривалий випуск краще зберігає енергію вихлопних газів.
Другий такт умовно поділений на дві частини. Таку схему іноді називають п'ятитактним двигуном. В першій частині впускний клапан відкритий і відбувається витіснення суміші, далі він закривається і лише тоді відбувається стиснення.
Ідеальний термодинамічний цикл
Ідеальний цикл Аткінсона містить наступні стадії:
- 1-2 Ізоентропійне або оборотне адіабатичне стиснення
- 2-3 Ізохоричне нагрівання (Qp)
- 3-4 Ізобаричне нагрівання (Qp')
- 4-5 Ізоентропійне розширення
- 5-6 Ізохоричне охолодження (Qo)
- 6-1 Ізобаричне охолодження (Qo')
Переваги та недоліки
Переваги
До переваг циклу слід віднести:
- спалювання паливо-повітряної суміші з вищим ККД;
- двигун прогрівається швидше, оскільки вихлопні гази довше залишаються в циліндрі;
- вихлопні гази містять менше шкідливих викидів в атмосферу;
- менша витрата палива.
Недоліки
Як недолік слід розглядати:
- зниження максимальної потужності стосовно традиційного ДВЗ;
- малий крутний момент на низьких обертах.
Використання
Гібридні автомобілі
Зазначені вище недоліки певною мірою компенсуються електродвигуном, у парі з яким переважно використовується двигун, що працює за циклом Аткінсона. Більшість автомобілів з гібридним приводом агрегатуються саме такими ДВЗ. Не зважаючи на те, що у XXI столітті робота цього двигуна реалізована за принципом, запропонованим Міллером, назву він носить на честь свого винахідника з XIX століття — Джеймса Аткінсона.
Перший гібридний автомобіль з двигуном, який працював за циклом Аткінсона, що почав випускатись серійно в кінці 1997 року на японському ринку був автомобіль Toyota Prius.
Перелік моделей гібридних авто, двигуни яких працюють за циклом Аткінсона:
- Ford C-Max (передньоприводна модель для ринку США);
- Ford Escape Hybrid/Mercury Mariner/Mazda Tribute (передньо і повноприводні моделі з двигунами із ступенем стиску 12,4:1);
- Ford Fusion Hybrid/Mercury Milan Hybrid/Lincoln MKZ Hybrid (передньоприводна модель) із ступенем стиску 12,3:1;
- Honda Accord Plug-in Hybrid;
- Honda Accord Hybrid (передньоприводна модель);
- Hyundai Sonata Hybrid (передньоприводна модель);
- Hybrid (задньоприводна модель);
- Kia Niro Hybrid (передньопривідна модель);
- Kia Optima Hybrid (передньоприводна модель);
- Lexus CT 200h (передньоприводна модель);
- Lexus ES 300h (передньоприводна модель);
- Lexus IS 300h (задньоприводна модель);
- Lexus GS 450h (задньоприводна модель) із ступенем стиску 13:1;
- Lexus HS 250h (передньоприводна модель)
- Lexus RX 450h (повноприводна модель)
- Mazda 3 (передньоприводна модель) із ступенем стиску 13:1 (12:1 для Північної Америки)
- Mazda 6 2.5L (передньоприводна модель) із ступенем стиску 14:1 (13:1 для Північної Америки);
- Mazda CX-5 (передньо- і повноприводна модель) із ступенем стиску 14:1 (13:1 для Північної Америки);
- Mercedes ML450 Hybrid (повноприводна модель);
- Mercedes S400 Blue Hybrid (задньоприводна модель);
- Toyota Camry Hybrid (передньоприводна модель) зі ступенем стиску 12,5:1
- Toyota Highlander Hybrid (з 2011 року)
- Toyota Prius (передньоприводна модель) із ступенем стиску 13,0:1
Двигун Аткінсона з обертовим поршнем
Цикл Аткінсона використовується у роторних (з обертовим поршнем) двигунах внутрішнього згоряння. Така конфігурація може забезпечити як потужність так і ефективність кращу в порівнянні з циклом Отто. Цей тип двигуна здійснює цикл роботи за один оберт, забезпечуючи при цьому 3 різні стиснення і розширення робочого об'єму відповідно до циклу Аткінсона. Вихлопні гази виводяться з двигуна стиснутим повітрям продувки. Ця модифікація циклу Аткінсона дозволяє використовувати альтернативні види палива, такі як дизельне пальне і водень. Недоліки цієї конструкції — це високі вимоги до герметизації ротора, які важко реалізувати та великі втрати на тертя між рухомими частинами двигуна.
Див. також
Примітки
- C. Lyle Cummins (2000). Internal Fire: The Internal-Combustion Engine 1673-1900. Wilsonville, Ore: Carnot Press. с. 218. ISBN .
- US 367496 J. Atkinson Gas Engine, issued 1887-08-02
- US 2773490 Ralph Miller High expansion, spark ignited, gas burning, internal combustion engines. Priority date Sep 23, 1952. Publication date Dec 11, 1956.
- Gauthier, Michael (21 січня 2013). Honda Accord Plug-in Hybrid earns the title for being the most fuel-efficient sedan in America. worldcarfans.com. Процитовано 22 січня 2013.
- Edmunds, Dan (24 вересня 2010). 2011 Toyota Highlander Hybrid Road Test. Edmunds.com. Процитовано 4 липня 2012.
- Heywood, John B. Internal Combustion Engine Fundamentals, P. 184–186.
Посилання
- US 336505 J. Atkinson Gas Engine, issued 1886-02-16
- Atkinson Engine (анімація роботи двигуна)
- T. J. Theiss, J. C. Conklin, J. F. Thomas, T. R. Armstrong ORNL Metals & Ceramics Division (M&C), 2000. — 72 p. (англ.)
- Libralato Engine Двигун внутрішнього згоряння з обертовим поршнем (англ.)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Cikl A tkinsona termodinamichnij cikl roboti dviguna vnutrishnogo zgoryannya vinajdenij britanskim inzhenerom motorobudivnikom Dzhejmsom Atkinsonom angl James Atkinson 1846 1914 u 1882 roci Cikl Atkinsona zabezpechuye krashu efektivnist roboti dviguna vnutrishnogo zgoryannya i znajshov zastosuvannya u nizci avtomobiliv z gibridnim privodom napriklad Toyota Prius Diyucha model dviguna sho pracyuye za ciklom Atkinsona u realizaciyi krivoshipno shatunnogo mehanizmu za variantom AtkinsonaIstoriya vinahoduAnimaciya roboti dviguna za ciklom Atkinsona US Patent US367496A Dzhejms Atkinson kritichno pereglyanuvshi klasichnu koncepciyu dviguna sho pracyuye za ciklom Otto zrozumiv sho yiyi mozhna serjozno polipshiti Tak napriklad u dviguna Otto na malih i serednih obertah pri chastkovo vidkritij droselnij zaslinci cherez rozridzhennya u vpusknomu kolektori porshni pracyuyut v rezhimi nasosa na sho vitrachayetsya potuzhnist dviguna Pri comu uskladnyuyetsya napovnennya kameri zgoryannya svizhim zaryadom palivo povitryanoyi sumishi Krim cogo chastina energiyi vtrachayetsya u vipusknij sistemi oskilki vidpracovani gazi sho pokidayut cilindri dviguna vse she perebuvayut pid visokim tiskom Za koncepciyeyu Atkinsona vpusknij klapan zakrivayetsya ne todi koli porshen perebuvaye bilya nizhnoyi mertvoyi tochki a znachno piznishe Cikl Atkinsona daye nizku perevag Po pershe znizhuyutsya nasosni vtrati tak yak chastina sumishi pri rusi porshnya vgoru vishtovhuyetsya u vpusknij kolektor zmenshuyuchi v nomu rozridzhennya Po druge zminyuyetsya stupin stisku Teoretichno vin zalishayetsya stalim tak yak hid porshnya i ob yem kameri zgoryannya ne zminyuyutsya a os faktichno za rahunok zapiznilogo zakrittya vpusknogo klapana zmenshuyetsya A ce vzhe znizhennya jmovirnosti poyavi detonacijnogo zgoryannya paliva i otzhe vidsutnist neobhidnosti zbilshuvati oberti dviguna peremikannyam na ponizhenu peredachu pri zbilshenni navantazhennya Dvigun Atkinsona pracyuye za tak zvanim ciklom iz zbilshenim stupenem rozshirennya pri yakomu energiya vidpracovanih gaziv vikoristovuyetsya protyagom trivalishogo periodu Ce stvoryuye umovi dlya povnishogo vikoristannya energiyi vidpracovanih gaziv ta zabezpechuye vishu ekonomichnist dviguna Osnovnoyu vidminnistyu vid ciklu roboti zvichajnogo 4 taktnogo dviguna ciklu Otto ce zmina trivalosti cih taktiv U tradicijnomu dviguni vsi 4 takti vpusk stisk robochij hid i vipusk odnakovi za trivalistyu Atkinson zhe zrobiv dva pershih takti korotshimi a dva nastupnih dovshimi i realizuvav ce za rahunok zmini dovzhini hodiv porshniv Vvazhayetsya sho jogo modifikaciya dviguna bula produktivnishoyu za tradicijnu na 10 U toj chas jogo vinahid ne znajshov shirokogo zastosuvannya tak yak mav veliku kilkist nedolikiv osnovnim z yakih stala skladnist realizaciyi cogo vinahodu a same zabezpechennya ruhu porshniv z vikoristannyam originalnogo krivoshipno shatunnogo mehanizmu Piznishe na pochatku 1950 h rokiv amerikanskij inzhener Ralf Miller angl Ralph Miller zmig virishiti cyu zh zadachu po inshomu Takt stisku bulo skorocheno shlyahom vnesennya zmin u robotu klapaniv Zazvichaj na takti vpusku vidkrivayetsya vpusknij klapan i do nastannya taktu stisnennya vin vzhe zakritij Ale v cikli Millera vpusknij klapan prodovzhuye perebuvati u vidkritomu stani deyaku chastinu taktu stisnennya Takim chinom chastina sumishi vidalyayetsya z kameri zgoryannya same stisnennya pochinayetsya piznishe i vidpovidno jogo stupin viyavlyayetsya nizhchim Porivnyano z taktom stisku takti robochij hid i vipusk viyavlyayutsya trivalishimi Same vid nih i zalezhit KKD dviguna Robochij hid stvoryuye silu dlya ruhu a trivalij vipusk krashe zberigaye energiyu vihlopnih gaziv Drugij takt umovno podilenij na dvi chastini Taku shemu inodi nazivayut p yatitaktnim dvigunom V pershij chastini vpusknij klapan vidkritij i vidbuvayetsya vitisnennya sumishi dali vin zakrivayetsya i lishe todi vidbuvayetsya stisnennya Idealnij termodinamichnij ciklDiagrama termodinamichnogo ciklu Atkinsona Idealnij cikl Atkinsona mistit nastupni stadiyi 1 2 Izoentropijne abo oborotne adiabatichne stisnennya 2 3 Izohorichne nagrivannya Qp 3 4 Izobarichne nagrivannya Qp 4 5 Izoentropijne rozshirennya 5 6 Izohorichne oholodzhennya Qo 6 1 Izobarichne oholodzhennya Qo Perevagi ta nedolikiPerevagi Do perevag ciklu slid vidnesti spalyuvannya palivo povitryanoyi sumishi z vishim KKD dvigun progrivayetsya shvidshe oskilki vihlopni gazi dovshe zalishayutsya v cilindri vihlopni gazi mistyat menshe shkidlivih vikidiv v atmosferu mensha vitrata paliva Nedoliki Yak nedolik slid rozglyadati znizhennya maksimalnoyi potuzhnosti stosovno tradicijnogo DVZ malij krutnij moment na nizkih obertah VikoristannyaGibridni avtomobili 2004 Toyota Prius hybrid2010 Ford Fusion Hybrid North America Zaznacheni vishe nedoliki pevnoyu miroyu kompensuyutsya elektrodvigunom u pari z yakim perevazhno vikoristovuyetsya dvigun sho pracyuye za ciklom Atkinsona Bilshist avtomobiliv z gibridnim privodom agregatuyutsya same takimi DVZ Ne zvazhayuchi na te sho u XXI stolitti robota cogo dviguna realizovana za principom zaproponovanim Millerom nazvu vin nosit na chest svogo vinahidnika z XIX stolittya Dzhejmsa Atkinsona Pershij gibridnij avtomobil z dvigunom yakij pracyuvav za ciklom Atkinsona sho pochav vipuskatis serijno v kinci 1997 roku na yaponskomu rinku buv avtomobil Toyota Prius Perelik modelej gibridnih avto dviguni yakih pracyuyut za ciklom Atkinsona Ford C Max perednoprivodna model dlya rinku SShA Ford Escape Hybrid Mercury Mariner Mazda Tribute peredno i povnoprivodni modeli z dvigunami iz stupenem stisku 12 4 1 Ford Fusion Hybrid Mercury Milan Hybrid Lincoln MKZ Hybrid perednoprivodna model iz stupenem stisku 12 3 1 Honda Accord Plug in Hybrid Honda Accord Hybrid perednoprivodna model Hyundai Sonata Hybrid perednoprivodna model Hybrid zadnoprivodna model Kia Niro Hybrid perednoprividna model Kia Optima Hybrid perednoprivodna model Lexus CT 200h perednoprivodna model Lexus ES 300h perednoprivodna model Lexus IS 300h zadnoprivodna model Lexus GS 450h zadnoprivodna model iz stupenem stisku 13 1 Lexus HS 250h perednoprivodna model Lexus RX 450h povnoprivodna model Mazda 3 perednoprivodna model iz stupenem stisku 13 1 12 1 dlya Pivnichnoyi Ameriki Mazda 6 2 5L perednoprivodna model iz stupenem stisku 14 1 13 1 dlya Pivnichnoyi Ameriki Mazda CX 5 peredno i povnoprivodna model iz stupenem stisku 14 1 13 1 dlya Pivnichnoyi Ameriki Mercedes ML450 Hybrid povnoprivodna model Mercedes S400 Blue Hybrid zadnoprivodna model Toyota Camry Hybrid perednoprivodna model zi stupenem stisku 12 5 1 Toyota Highlander Hybrid z 2011 roku Toyota Prius perednoprivodna model iz stupenem stisku 13 0 1Dvigun Atkinsona z obertovim porshnem Dvigun z obertovim porshnem rotornij dvigun sho realizuye cikl Atkinsona Cikl Atkinsona vikoristovuyetsya u rotornih z obertovim porshnem dvigunah vnutrishnogo zgoryannya Taka konfiguraciya mozhe zabezpechiti yak potuzhnist tak i efektivnist krashu v porivnyanni z ciklom Otto Cej tip dviguna zdijsnyuye cikl roboti za odin obert zabezpechuyuchi pri comu 3 rizni stisnennya i rozshirennya robochogo ob yemu vidpovidno do ciklu Atkinsona Vihlopni gazi vivodyatsya z dviguna stisnutim povitryam produvki Cya modifikaciya ciklu Atkinsona dozvolyaye vikoristovuvati alternativni vidi paliva taki yak dizelne palne i voden Nedoliki ciyeyi konstrukciyi ce visoki vimogi do germetizaciyi rotora yaki vazhko realizuvati ta veliki vtrati na tertya mizh ruhomimi chastinami dviguna Div takozhCikl Lenuara Cikl OttoPrimitkiC Lyle Cummins 2000 Internal Fire The Internal Combustion Engine 1673 1900 Wilsonville Ore Carnot Press s 218 ISBN 0 917308 05 0 US 367496 J Atkinson Gas Engine issued 1887 08 02 US 2773490 Ralph Miller High expansion spark ignited gas burning internal combustion engines Priority date Sep 23 1952 Publication date Dec 11 1956 Gauthier Michael 21 sichnya 2013 Honda Accord Plug in Hybrid earns the title for being the most fuel efficient sedan in America worldcarfans com Procitovano 22 sichnya 2013 Edmunds Dan 24 veresnya 2010 2011 Toyota Highlander Hybrid Road Test Edmunds com Procitovano 4 lipnya 2012 Heywood John B Internal Combustion Engine Fundamentals P 184 186 PosilannyaUS 336505 J Atkinson Gas Engine issued 1886 02 16 Atkinson Engine animaciya roboti dviguna T J Theiss J C Conklin J F Thomas T R Armstrong ORNL Metals amp Ceramics Division M amp C 2000 72 p angl Libralato Engine Dvigun vnutrishnogo zgoryannya z obertovim porshnem angl