Động cơ. Sự khác biệt giữa chu kỳ Otto và Atkinson
Từ lâu, thuật ngữ "Động cơ chu kỳ kinh tế Atkinson" ngày càng trở nên phổ biến. Chu trình này là gì và tại sao nó giảm tiêu thụ nhiên liệu?
Động cơ xăng bốn kỳ phổ biến nhất hiện nay hoạt động theo chu trình Otto, được phát triển vào cuối thế kỷ XNUMX bởi nhà phát minh người Đức Nikolaus Otto, người thiết kế một trong những động cơ đốt trong pittông đầu tiên thành công. Thực chất của chu trình này bao gồm bốn hành trình thực hiện trong hai vòng quay của trục khuỷu: hành trình nạp, hành trình nén, hành trình làm việc và hành trình xả.
Khi bắt đầu hành trình nạp, van nạp mở ra, qua đó hỗn hợp không khí-nhiên liệu được hút vào từ đường ống nạp bằng cách rút piston. Trước khi bắt đầu hành trình nén, van nạp đóng và piston quay trở lại đầu nén hỗn hợp. Khi piston đạt đến vị trí cao nhất, hỗn hợp được đốt cháy bằng tia lửa điện. Khí thải nóng tạo ra sẽ nở ra và đẩy pít-tông, truyền năng lượng cho nó, và khi pít-tông càng xa đầu càng tốt, van xả sẽ mở ra. Hành trình xả bắt đầu bằng việc piston hồi lưu đẩy khí thải ra khỏi xi lanh và đi vào ống xả.
Thật không may, không phải tất cả năng lượng trong khí thải đều được sử dụng trong quá trình trợ lực để đẩy pít-tông (và thông qua thanh truyền để quay trục khuỷu). Chúng vẫn ở dưới áp suất cao khi van thở ra mở ra khi bắt đầu hành trình thở ra. Chúng ta có thể tìm hiểu về điều này khi nghe thấy tiếng ồn mà một chiếc ô tô tạo ra với bộ giảm âm bị hỏng - đó là do năng lượng được giải phóng vào không khí. Đây là lý do tại sao động cơ xăng truyền thống chỉ có hiệu suất khoảng 35%. Nếu có thể tăng hành trình của pít-tông trong hành trình làm việc và sử dụng năng lượng này ...
Ý tưởng này đến với nhà phát minh người Anh James Atkinson. Năm 1882, ông đã thiết kế một động cơ, trong đó nhờ một hệ thống đẩy phức tạp nối các pít-tông với trục khuỷu, hành trình công suất dài hơn hành trình nén. Kết quả là khi bắt đầu hành trình xả, áp suất của khí thải thực tế bằng áp suất khí quyển và năng lượng của chúng đã được sử dụng đầy đủ.
Các biên tập viên khuyến nghị:
Tấm. Trình điều khiển chờ đợi một cuộc cách mạng?
Cách lái xe mùa đông tự chế
Em bé đáng tin cậy vì ít tiền
Vậy tại sao ý tưởng của Atkinson không được sử dụng rộng rãi hơn, và tại sao động cơ đốt trong lại sử dụng chu trình Otto kém hiệu quả hơn trong hơn một thế kỷ qua? Có hai lý do: một là sự phức tạp của động cơ Atkinson, và hai là - và quan trọng hơn - nó nhận được ít năng lượng hơn từ một đơn vị dịch chuyển.
Tuy nhiên, khi ngày càng chú ý nhiều hơn đến mức tiêu thụ nhiên liệu và tác động của động cơ đối với môi trường, hiệu suất cao của động cơ Atkinson đã được ghi nhớ, đặc biệt là ở tốc độ trung bình. Ý tưởng của ông đã được chứng minh là một giải pháp tuyệt vời, đặc biệt là trong các loại xe hybrid, trong đó động cơ điện bù đắp sự thiếu hụt công suất, đặc biệt cần thiết khi khởi động và tăng tốc.
Đó là lý do tại sao động cơ chu trình Atkinson sửa đổi được sử dụng trong chiếc xe hybrid sản xuất hàng loạt đầu tiên, Toyota Prius, và sau đó là tất cả các dòng xe hybrid khác của Toyota và Lexus.
Chu trình Atkinson sửa đổi là gì? Giải pháp thông minh này khiến động cơ Toyota vẫn giữ được thiết kế cổ điển, đơn giản của động cơ bốn kỳ thông thường, và piston di chuyển cùng một quãng đường trên mỗi hành trình, hành trình hiệu quả dài hơn hành trình nén.
Thực ra, cần nói khác đi: chu kỳ nén hiệu quả ngắn hơn chu kỳ làm việc. Điều này đạt được bằng cách trì hoãn việc đóng van nạp, van này sẽ đóng ngay sau khi bắt đầu hành trình nén. Do đó, một phần của hỗn hợp không khí-nhiên liệu được đưa trở lại đường ống nạp. Điều này dẫn đến hai hệ quả: lượng khí thải sinh ra khi nó được đốt cháy nhỏ hơn và có thể nở ra hoàn toàn trước khi bắt đầu hành trình xả, chuyển toàn bộ năng lượng đến piston, và cần ít năng lượng hơn để nén ít hỗn hợp hơn, điều này giảm tổn thất bên trong động cơ. Sử dụng giải pháp này và các giải pháp khác, động cơ truyền động của Toyota Prius thế hệ thứ tư có thể đạt được hiệu suất nhiệt lên tới 41%, trước đây chỉ có ở động cơ diesel.
Cái hay của giải pháp là sự chậm trễ đóng các van nạp không đòi hỏi những thay đổi lớn về thiết kế - chỉ cần sử dụng một cơ chế điều khiển điện tử để thay đổi thời gian của van là đủ.
Và nếu vậy, tại sao không phải là ngược lại? Tất nhiên; một cách tự nhiên! Động cơ chu kỳ nhiệm vụ thay đổi đã được sản xuất trong một thời gian. Khi nhu cầu điện năng thấp, chẳng hạn như khi lái xe trên những con đường nhàn nhã, động cơ sẽ hoạt động theo chu trình Atkinson để tiêu thụ nhiên liệu thấp. Và khi cần đến hiệu suất tốt nhất - từ đèn pha hoặc vượt - nó sẽ chuyển sang chu trình Otto, sử dụng tất cả các động lực có sẵn. Ví dụ, động cơ phun xăng trực tiếp tăng áp 1,2 lít này được sử dụng trong Toyota Auris và chiếc SUV thành phố Toyota C-HR mới. Động cơ hai lít tương tự được sử dụng trên Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t và RC 200t.
