Цикл Аткинсона

Двигатель Atkinson-Cycle -это тип двигателя внутреннего сгорания, изобретенного Джеймсом Аткинсоном в 1882 году. Цикл Аткинсона предназначен для обеспечения эффективности за счет плотности мощности .

Изменение этого подхода используется в некоторых современных автомобильных двигателях. Несмотря на то, что первоначально наблюдался исключительно в гибридных электрических приложениях, таких как Toyota Prius более раннего поколения , более поздние гибриды и некоторые негибридные транспортные средства, которые теперь показывают двигатели с переменным временем клапана , которые могут работать в цикле Аткинсона в качестве режима эксплуатации неполный рабочий Экономика во время работы в цикле Аткинсона и обычная плотность мощности при работе в качестве обычного двигателя OTTO Cycle .

Дизайн

Аткинсон произвел три разных конструкции, которые имели короткий ход сжатия и более длительный ход расширения. Первый двигатель Аткинсон-цикл, дифференциальный двигатель , используемый противоположные поршни. Вторым и наиболее известным дизайном был велосипедный двигатель , который использовал чрезмерную руку для создания четырех ударов поршня в одной революции коленчатого вала. Попиративный двигатель имел впуск, сжатие, мощность и выхлопные мазки за четырехтактного цикла один поворот коленчатого вала и был разработан, чтобы не нарушать некоторые патенты, покрывающие двигатели Отто-цикла . ^{[ 1 ]} Третий и последний двигатель Аткинсона, двигатель Utilite , работал так же, как любой двухтактный двигатель.

Общая нить в конструкциях Аткинсона заключается в том, что двигатели имеют ход расширения, который длиннее, чем ход сжатия, и этим методом двигатель достигает большей тепловой эффективности, чем традиционный поршневой двигатель. Двигатели Аткинсона были произведены британской компанией по газовым двигателям, а также лицензированы для других зарубежных производителей.

Многие современные двигатели в настоящее время используют нетрадиционное время клапана для получения эффекта более короткого удара сжатия/более длительного мощного хода. Миллер применил эту технику к четырехтактному двигателю, поэтому его иногда называют циклом Аткинсона/ Миллера , патентом США 2817322 от 24 декабря 1957 года. ^{[ 2 ]} В 1888 году Харон подал французский патент и продемонстрировал двигатель на парижской выставке в 1889 году. Газовый двигатель Charon (четырехтактный) использовал аналогичный цикл с Миллером, но без нагнетателя. Это называется «циклом Харон». ^{[ 3 ]}

Хьюго Гулднер утверждал в своей книге 1914 года, что Körting был первой фирмой, которая построила газовой двигатель с коротким ударом сжатия и более длительной фазой расширения в 1891 году, основанной на дизайне, впервые предложенной Отто Келером в 1887 году. У этого двигателя также был двигатель- двигатель. Нагрузочный клапан, который увеличивает потребление и ход сжатия с увеличением нагрузки двигателя. С другой стороны, сжатие уменьшалось при низких и средних нагрузках, что в конечном итоге снижало эффективность. ^{[ 4 ]}

Рой Федден в Бристоле проверил договоренность в двигателе Bristol Jupiter IV в 1928 году, с переменным временем замедления, что позволило взорвать часть заряда обратно в впускной коллектор, чтобы иметь устойчивое снижение операции во время взлета. ^{[ Цитация необходима ]}

Современные дизайнеры двигателей осознают потенциальные улучшения топливной эффективности, которые может обеспечить цикл типа Аткинсона. ^{[ 5 ]}

Аткинсон "дифференциальный двигатель"

Первая реализация цикла Аткинсона была в 1882 году; В отличие от более поздних версий, он был организован как противоположный двигатель , дифференциальный двигатель Аткинсона. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} В этом один коленчатый вал был связан с двумя противоположными поршнями через связь с переключением, которая имела нелинейность; В течение половины революции один поршень оставался почти неподвижным, в то время как другой приблизился к нему и вернулся, а затем для следующей половины революции второй упомянутый поршень был почти неподвижным, в то время как первый приблизился и вернулся.

Таким образом, в каждой революции один поршень обеспечивал удар сжатия и силовой ход, а затем другой поршень обеспечил удар выхлопных газов и ход зарядки. Поскольку поршень питания оставался снятым во время выхлопных газов и зарядки, было практично обеспечить выхлоп и зарядку, используя клапаны позади порта, который был покрыт во время удара сжатия и мощного хода, и поэтому клапаны не должны были сопротивляться высоким давлением и могли быть из более простого сорта, используемого во многих паровых двигателях или даже тростниковых клапанах .

Патентный рисунок Аткинсона «дифференциальный двигатель», 1882
Анимация дифференциального двигателя Аткинсона, 1882

Atkinson "цикл -двигатель"

Следующий двигатель, разработанный Аткинсоном в 1887 году, был назван «Цикловым двигателем». Потребление и сжатие были значительно короче, чем расширение и выхлопные инсульты.

Двигатели «цикл» были произведены и продавались в течение нескольких лет британской компанией двигателя. Аткинсон также лицензировал производство другим производителям. Размеры варьировались от нескольких до 100 лошадиных сил.

Газовый двигатель Аткинсона, как показано в патенте США 367496, 1887
Анимация Аткинсона «Цикл -двигатель», 1887

Аткинсон "Утилитный двигатель"

Третий дизайн Аткинсона был назван «Утилитным двигателем». ^{[ 8 ]} Двигатель «цикл» Аткинсона был эффективным; Тем не менее, его связь была трудно сбалансировать для высокоскоростной работы. Аткинсон понял, что необходимо улучшить, чтобы сделать его цикл более применимым в качестве более скорости двигателя.

С этой новой дизайном Аткинсон смог устранить связи и сделать более обычный, хорошо сбалансированный двигатель, способный работать на скорости до 600 об / мин и способный производить электроэнергию каждую революцию, но сохранил всю эффективность своего «велосипедного двигателя «Наличие пропорционально короткого удара сжатия и более длительного хода расширения. Утилит работает так же, как стандартный двухтактный, за исключением того, что выпускной порт расположен в середине хода.

Во время расширения/мощного удара камеры, управляемый камером, (который остается закрытым до тех пор, пока поршень не приближается к концу хода) не предотвращает давление от сбега, когда поршень перемещается по выхлопному отверстию. Выпускной клапан открывается вблизи нижней части хода; Он остается открытым, когда поршень направляется обратно в сторону сжатия, позволяя заряжать свежий воздух цилиндром и выхлопных выхлопных газов, пока поршень не будет покрыт поршнем.

После того, как выпускной порт покрыт, поршень начинает сжимать оставшийся воздух в цилиндре. Небольшой поршневой топливный насос вводит жидкость во время сжатия. Источник зажигания, вероятно, была горячей трубкой, как в других двигателях Аткинсона. Эта конструкция привела к двухтактному двигателю с коротким сжатием и более длительным ходом расширения.

Двигатель Utilite протестирован как еще более эффективный, чем предыдущие конструкции «дифференциала» и «цикла» и «цикла» Аткинсона. Очень немногие были произведены, и никто не известен, чтобы выжить. Британский патент с 1892 года, #2492. Никакого патента США на двигатель Utilite не известен.

Идеальный термодинамический цикл

Идеальный цикл Аткинсона состоит из:

1–2 Isentropic или обратимое , адиабатическое сжатие
2–3 Изохорическое отопление (QP)
3–4 изобарическое отопление (QP ')
4–5 Исцентропное расширение
5-6 Изохорическое охлаждение (ACC)
6-1 Изобларическое объединение (SA)

Современные двигатели Аткинсона

В конце 20-го века термин «цикл Аткинсона» начал использоваться для описания модифицированного двигателя Otto-Cycle , в котором впускной клапан удерживается открытым дольше, чем обычно, что позволяет обратный поток впускного воздуха в впускной коллектор. Этот «смоделированный» цикл Аткинсона наиболее заметно используется в двигателе Toyota 1NZ-FXE из раннего Prius и двигателей Toyota Dynamic Force .

Эффективный коэффициент сжатия уменьшается - на время, когда воздух свободно избегает цилиндра, а не сжимается, но коэффициент расширения не изменился (то есть коэффициент сжатия меньше коэффициента расширения). Цель современного цикла Аткинсона состоит в том, чтобы оказать давление в камере сгорания в конце мощного удара, равного атмосферному давлению. Когда это происходит, вся доступная энергия была получена в процессе сгорания. Для любой заданной части воздуха более высокий коэффициент расширения преобразует больше энергии от тепла в полезную механическую энергию - способность двигателя является более эффективным.

Недостатком четырехтактного двигателя Atkinson-Cycle в сравнении с более распространенным явлением двигателя Отто является сниженная плотность мощности. Из-за меньшей части удара сжатия, посвященной сжатию впускного воздуха, двигатель Atkinson Cycle не забирает столько воздуха, как в аналогичном и размерном двигателе Otto-цикл. Четырехтактные двигатели этого типа, которые используют тот же тип движения впускного клапана, но также используют принудительное индукцию , чтобы компенсировать потерю плотности мощности, известны как двигатели Миллера .

Ротари Аткинсон-цикл двигатель

Цикл Аткинсона может использоваться в вращающемся двигателе . В этой конфигурации может быть достигнуто увеличение как мощности, так и эффективности по сравнению с циклом OTTO. Этот тип двигателя сохраняет одну фазу мощности на революцию вместе с различными объемами сжатия и расширения оригинального цикла Аткинсона.

Выхлопные газы исключены из двигателя путем удаления сжатого воздуха. Эта модификация цикла Аткинсона позволяет использовать альтернативные топлива, такие как дизель и водород.

Недостатки этой конструкции включают требование о том, что кончики ротора очень плотно запечатывают на стенке наружного корпуса, а механические потери, понесенные в результате трения между быстро колеблющимися частями нерегулярной формы. Смотрите внешние ссылки ниже для получения дополнительной информации.

Двигатель Wankel Sachs KC - 27 в мотоцикле Hercules W-2000 использовал цикл Аткинсона. Капсула депрессии открывает вторичный путь для входящего заряда. ^{[ Цитация необходима ]}

Транспортные средства, использующие двигатели Atkinson-Cycle

В то время как модифицированный поршневый двигатель Otto-цикл с использованием цикла Аткинсона обеспечивает хорошую топливную эффективность , он за счет более низкого уровня с электроэнергией на размер по сравнению с традиционным четырехтактным двигателем. ^{[ 9 ]} Если спрос на большую мощность прерывится, мощность двигателя может быть дополнена электродвигателем в течение времени, когда требуется больше мощности. Это составляет основу гибридной электрической трансмиссии на основе цикла на базе Atkinson. Эти электродвигатели могут использоваться независимо или в сочетании с двигателем цикла Аткинсона, чтобы обеспечить наиболее эффективные средства для производства желаемой мощности. Этот привод впервые вступил в производство в конце 1997 года в Toyota Prius первого поколения .

По состоянию на июль 2018 года ^[update], многие производственные гибридные транспортные средства, использующие концепции Atkinson-Cycle, например, в:

Chevrolet был
Chrysler Pacifica (передний привод) Гибридная модель
Ford C-Max (передний привод / рынок США) Гибридные и плагинные модели гибридных моделей
Ford Escape / Mercury Mariner / Mazda Tribute Electric (передний и четырехколесный привод) с коэффициентом сжатия 12,4: 1
Ford Fusion Hybrid / Mercury Milan Hybrid / Lincoln Mkz Hybrid Electric (передний привод) с соотношением сжатия 12,3: 1
Форд Маверик ^{[ 10 ]}
Honda Accord Plug-Mon Hybrid ^{[ 11 ]}
Honda Accord Hybrid (передний привод)
Город Хонда (гибрид)
Гибрид плагина Honda Clarity ^{[ 12 ]}
Honda CR-V (гибридный 2020-представлен)
Honda Insight (передний привод) ^{[ 13 ]}
Honda Fit (передний привод) Некоторые из двигателей 3-го поколения переключаются между циклами Аткинсона и Отто.
Hyundai Sonata Hybrid (передний привод)
Hyundai Elantra Atkinson-Cycle модели
Hyundai Grandeur Hybrid (передний привод)
Hyundai Ioniq Hybrid, плагин-гибрид (передний привод)
Hyundai palede 3,8 л rambda II v6 gd
Infiniti M35H Hybrid (задний привод)
Kia Forte 147 HP 2,0 бензин (передний привод) (передний привод)
Kia Niro Hybrid, плагин-гибрид (передний привод)
Kia Optima Hybrid Kia K5 Hybrid 500H (передний привод) с коэффициентом сжатия 13: 1
Kia Cadenza Hybrid Kia K7 Hybrid 700H (передний привод)
Kia Telluride 3,8 л Lambda II V6 GD
Kia Seltos 2.0L (передний привод)
Lexus CT 200h (передний привод)
Lexus es 300h (передний привод)
Lexus GS 450H Hybrid Electric (задний привод) с соотношением сжатия 13: 1
Lexus rc f (задний привод)
Lexus GS F (задний привод)
Lexus HS 250H (передний привод)
Lexus 200t (2016) ^{[ 14 ]}
Lexus nx Hybrid Electric (четырехколесный привод)
Lexus RX 450H Hybrid Electric (четырехколесный привод)
Lexus UX Hybrid Electric (четырехколесный привод)
Lexus LC (задний привод)
Mazda Mazda6 (2013 год на 2014 модельный год)
Mercedes ML450 Hybrid (четырехколесный) электрический
Mercedes S400 Blue Hybrid (задний привод) электрический
Mitsubishi Outlander Phev (2018 для модельного года 2019 года, гибридный четырехколесный привод Plugin) ^{[ 15 ]}
Subaru Crosstrek Hybrid (2018 для модельного года 2019 года, полный привод)
Toyota Camry Hybrid Electric (передний привод) с соотношением сжатия 12,5: 1
Toyota Avalon Hybrid (передний привод)
Toyota Highlander Hybrid (2011 и новее) ^{[ 16 ]}
Toyota Prius Hybrid Electric (передний привод) с (чисто геометрическим) коэффициентом сжатия 13.0: 1
Toyota Yaris Hybrid (передний привод) с соотношением сжатия 13,4: 1
Toyota Auris Hybrid (передний привод)
Toyota Tacoma V6 (начиная с 2015 года для 2016 модельного года)
Toyota Rav4 Hybrid (начиная с 2015 года для 2016 модельного года)
Toyota Sienna (2016 год для модельного года 2017 года, Hybrid, начинающийся за 2021 модельный год)
Toyota Venza (гибридный начало 2021 года модельного года)
Toyota C-HR Hybrid (2016-Present)
Toyota Yaris Cross Hybrid (2021 - Present)
Toyota Innova Hybrid (2022 - Present)

Патенты

Патент 1887 года (США 367496) описывает механические связи, необходимые для получения всех четырех ударов четырехтактного цикла для газового двигателя в пределах одной революции коленчатого вала. ^{[ 1 ]} Существует также ссылка на патент Аткинсона 1886 года (US 336505), который описывает газовый двигатель с противоположным поршнем . ^{[ 7 ]} Британский патент на «утилит» находится с 1892 года (#2492).

Смотрите также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} США 367496 , Дж. Аткинсон, «Газовый двигатель», выпущен 1887-08-02
^ Патент США 2817 322
^ Донкин, Брайан (1896). Учебник на газе, нефтяных и воздушных двигателях: или, двигатели внутреннего сгорания без котла . C. Griffin and Company, Limited. п. 152
^ Гулднер, Хьюго (1914). Проектирование и расчет силовых машин сгорания и систем питания газовых систем [ проектирование и расчет двигателей внутреннего комбинации и систем питания ]. Берлин, Гейдельберг: Springer-Verlag. п. 64. doi : 10.1007/978-3-662-26508-6 . ISBN 978-3-662-24387-9 .
^ «Автотехнологии: двигатели и гибриды Atkinson Cycle» . Autos.ca . 2010-07-14 . Получено 2013-02-23 .
^ Джингри, Винсент (2000). Построение дифференциального двигателя Аткинсона . David J. Gingery Publishing, LLC. ISBN 1878087231 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} US 336505 , J. Atkinson, «Газовый двигатель», выпущен 1886-02-16
^ Клерк, Дугальд (1913). Газ, бензин и нефтяной двигатель, объем 2 . Дж. Уайли. п. 210.
^ Хейвуд, Джон Б. Основы двигателя внутреннего сгорания , с. 184-186.
^ ТорЧинский, Джейсон (2021-06-08). «2022 Ford Maverick - это гибрид в размере 20 000 долларов» . Ялопник . НАС . Получено 2021-06-09 .
^ Готье, Майкл (2013-01-21). «Honda Accord Plug-in Hybrid получает заголовок за то, что он является самым экономичным седаном в Америке» . WorldCarfans.com . Получено 2013-01-22 .
^ «Гибрид плагина Honda Clarity 2018» . www.honda.ca . Архивировано с оригинала 2018-01-26 . Получено 2018-01-25 .
^ «Honda Insight Hybrid» 2018 года » . www.honda.ca . Получено 2018-07-14 .
^ «Lexus 2016 - производительность» . США: Лексус . Получено 2016-08-09 .
^ "2019 Outlander Phev" . США: Mitsubishi . Получено 2018-02-23 .
^ Эдмундс, Дэн (2010-09-24). «2011 Toyota Highlander Hybrid Road Test» . Edmunds.com . Получено 2012-07-04 .

Внешние ссылки

Сравнение Prime Movers, подходящих для экспедиционных источников электроэнергии USMC , Национальная лаборатория Oak Ridge
Двигатели Libralato - разработка вращающегося двигателя Atkinson Cycle
Rotary Atkinson Cycle Engine Archived 2020-06-19 на The Wayback Machine -подробности об этом двигателе, а также сравнения с обычными и ванкельными двигателями
Prius не такими секретными секретами газовой магистра
Джеймс Аткинсон в поисках могилы - личные данные

[pat367496-1] Jump up to: ^а ^{беременный} США 367496 , Дж. Аткинсон, «Газовый двигатель», выпущен 1887-08-02

[2] Патент США 2817 322

[3] Донкин, Брайан (1896). Учебник на газе, нефтяных и воздушных двигателях: или, двигатели внутреннего сгорания без котла . C. Griffin and Company, Limited. п. 152

[4] Гулднер, Хьюго (1914). Проектирование и расчет силовых машин сгорания и систем питания газовых систем [ проектирование и расчет двигателей внутреннего комбинации и систем питания ]. Берлин, Гейдельберг: Springer-Verlag. п. 64. doi : 10.1007/978-3-662-26508-6 . ISBN 978-3-662-24387-9 .

[5] «Автотехнологии: двигатели и гибриды Atkinson Cycle» . Autos.ca . 2010-07-14 . Получено 2013-02-23 .

[6] Джингри, Винсент (2000). Построение дифференциального двигателя Аткинсона . David J. Gingery Publishing, LLC. ISBN 1878087231 .

[pat336505-7] Jump up to: ^а ^{беременный} US 336505 , J. Atkinson, «Газовый двигатель», выпущен 1886-02-16

[8] Клерк, Дугальд (1913). Газ, бензин и нефтяной двигатель, объем 2 . Дж. Уайли. п. 210.

[9] Хейвуд, Джон Б. Основы двигателя внутреннего сгорания , с. 184-186.

[10] ТорЧинский, Джейсон (2021-06-08). «2022 Ford Maverick - это гибрид в размере 20 000 долларов» . Ялопник . НАС . Получено 2021-06-09 .

[11] Готье, Майкл (2013-01-21). «Honda Accord Plug-in Hybrid получает заголовок за то, что он является самым экономичным седаном в Америке» . WorldCarfans.com . Получено 2013-01-22 .

[12] «Гибрид плагина Honda Clarity 2018» . www.honda.ca . Архивировано с оригинала 2018-01-26 . Получено 2018-01-25 .

[13] «Honda Insight Hybrid» 2018 года » . www.honda.ca . Получено 2018-07-14 .

[14] «Lexus 2016 - производительность» . США: Лексус . Получено 2016-08-09 .

[15] "2019 Outlander Phev" . США: Mitsubishi . Получено 2018-02-23 .

[16] Эдмундс, Дэн (2010-09-24). «2011 Toyota Highlander Hybrid Road Test» . Edmunds.com . Получено 2012-07-04 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]