Устройство двигателя автомобиля по принципу николауса отто

Содержание

Газораспределение

Первый двигатель по циклу Аткинсона имел громоздкий газораспределительный механизм, издающий большой шум. Но когда благодаря открытию американца Чарльза Найта вместо привычных клапанов с приводом стали использовать специальные золотники в форме пары гильз, которые устроили между цилиндром и поршнем, мотор почти перестал шуметь. Однако сложность используемой конструкции обходилась совсем недешево, но в престижных марках машин автовладельцы были готовы платить за такое удобство.

Тем не менее уже в тридцатых годах от такого усовершенствования отказались, потому что двигатели были недолговечными, а расход бензина и масла являлся слишком большим.

Разработки двигателей в этом направлении известны и сегодня — может быть, инженерам удастся избавиться от недостатков модели Чарльза Найта и воспользоваться преимуществами.

Аткинсон “Утилита Двигатель”

Аткинсон Утилита Двигатель

Двигатель Аткинсона Utilite 1892

Третий проект Аткинсона был назван «Утилитовый двигатель». Двигатель «цикла» Аткинсона был эффективен; 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 вырабатывать мощность на каждом обороте, при этом он сохранил всю эффективность своего «Циклического двигателя». «имеющий пропорционально короткий ход сжатия и более длинный ход расширения. Utilite работает так же, 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 выход 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 в цилиндре воздух. Небольшой 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 Engine 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.

Цикл Отто [ править ]

Американский двигатель Отто 1880-х годов для стационарного использования

После 14 лет исследований и разработок Отто 9 мая 1876 года удалось создать двигатель внутреннего сгорания со сжатым зарядом. Отто нашел способ наслоить топливную смесь в цилиндр, чтобы топливо сгорало постепенно, а не взрывалось. Он назвал это слоистым или стратифицированным зарядом. Это привело к контролируемому сгоранию и более длительному проталкиванию поршня в цилиндр, а не к взрыву, который разрушил все двигатели, которые пытались использовать ранее. Топливо по-прежнему освещало газ, точно так же, как использовали атмосферные двигатели Ленуара и его собственные.

Этот двигатель использовал четыре цикла для создания мощности. Теперь он известен как двигатель цикла Отто . Это тот самый двигатель, который впервые был опробован в 1862 году.

Отто обратил свое внимание на четырехтактный цикл во многом благодаря усилиям Франца Рингса и Германа Шумма , привлеченных в компанию Готлибом Даймлером. Цикл Отто относится именно к этому двигателю («Бесшумный двигатель Отто»), а не к двигателю Отто и Лангена

Это был первый коммерчески успешный двигатель, в котором использовалось сжатие в цилиндрах (как запатентовал Уильям Барнетт в 1838 году). Двигатель Рингса-Шумма появился осенью 1876 года и сразу же имел успех.

Расположение цилиндров компрессионного двигателя было горизонтальным. Он отличался управлением золотникового клапана с газовым зажиганием пламени , который преодолел проблемы, которые Ленуар не мог решить с помощью электрического зажигания, которое в то время было ненадежным. За 15 лет до разработки двигателя Отто выходная мощность ни разу не превышала 3 л.с. Через несколько лет после разработки двигателя Отто мощность двигателя выросла до 1000 л.с.

Двигатель Otto Cycle в конечном итоге был адаптирован для работы на Ligroin, а затем на бензине и многих других газах. Во время Второй мировой войны двигатели Отто работали на более чем 62 различных видах топлива, таких как древесный газ, угольный газ, пропан, водород, бензол и многие другие. Двигатель ограничен легким топливом. Более поздняя разработка этого двигателя, известная как дизельный двигатель, может сжигать тяжелое топливо и масла.

Карбюратор и низковольтное зажигание править

В 1884 году компания Deutz также разработала карбюратор и надежную систему зажигания низкого напряжения . Это позволило впервые использовать жидкое нефтяное топливо и сделало возможным использование двигателя при транспортировке. Эта работа велась параллельно с работой Готлиба Даймлера и Вильгельма Майбаха, которые также разработали карбюратор, который заменил оригинальное зажигание с горячей трубкой на Daimler Reitwagen , и систему зажигания от магнето, которая легла в основу магнето корпорации Роберт Бош . Daimler продолжил разработку двигателя Отто для транспорта, а Deutz перешел на дизельные двигатели.

Утрата патента править

В 1886 году немецкое патентное ведомство аннулировало патент Deutz, который действовал до 1891 года, из-за открытия предыдущего патента на четырехтактный двигатель французом Альфонсом Бо де Роша . Дойц не смог показать, что его система индукции стратифицированного заряда не похожа на ту, что описана в патенте Роша, и потерял свою монополию и 1 из своих 25 патентов. К 1889 году более 50 компаний производили двигатели конструкции Отто.

Процессы

Система определяется как масса воздуха, который втягивается из атмосферы в цилиндр, сжимается поршнем, нагревается искровым зажиганием добавленного топлива, расширяется, когда он толкает поршень, и, наконец, выбрасывается обратно в цилиндр. Атмосфера. За массой воздуха следят по изменению его объема, давления и температуры во время различных термодинамических этапов. Поскольку поршень может перемещаться по цилиндру, объем воздуха изменяется в зависимости от его положения в цилиндре. Процессы сжатия и расширения, вызываемые движением поршня в газе, идеализируются как обратимые, т. Е. Никакая полезная работа не теряется из-за турбулентности или трения, и во время этих двух процессов тепло не передается газу или от него. Энергия добавляется к воздуху за счет сгорания топлива. Полезная работа извлекается за счет расширения газа в баллоне. После завершения расширения в цилиндре остающееся тепло отводится и, наконец, газ выбрасывается в окружающую среду. В процессе расширения производится полезная механическая работа, а часть этой работы используется для сжатия воздушной массы в следующем цикле. Полезная механическая работа, производимая минусом, которая используется для процесса сжатия, – это полученная чистая работа, которую можно использовать для приведения в движение или для приведения в движение других машин. В качестве альтернативы полученная полезная работа представляет собой разницу между добавленным и удаленным теплом.

Процесс впуска 0–1 (синий оттенок)

Масса воздуха (рабочего тела) втягивается в цилиндр от 0 до 1 при атмосферном давлении (постоянное давление) через открытый впускной клапан, в то время как выпускной клапан во время этого процесса закрыт. Впускной клапан закрывается в точке 1.

Процесс 1–2 такта сжатия ( B на диаграммах)

Поршень перемещается от конца кривошипа (НМТ, нижняя мертвая точка и максимальный объем) к концу головки блока цилиндров ( ВМТ , верхняя мертвая точка и минимальный объем), поскольку рабочий газ с начальным состоянием 1 сжимается изоэнтропически до точки состояния 2 за счет степени сжатия ( V ₁ / V ₂ ) . С механической точки зрения это изэнтропическое сжатие топливовоздушной смеси в цилиндре, также известное как такт сжатия. Этот изоэнтропический процесс предполагает, что механическая энергия не теряется из-за трения и тепло не передается газу или от него, следовательно, процесс обратим. Процесс сжатия требует добавления механической работы к рабочему газу. Обычно степень сжатия составляет около 9–10: 1 ( V ₁ : V ₂ ) для типичного двигателя.

Процесс 2–3 фазы розжига ( C на диаграммах)

Поршень на мгновение находится в состоянии покоя в ВМТ . В этот момент, который известен как фаза зажигания, топливно-воздушная смесь остается в небольшом объеме в верхней части такта сжатия. Тепло добавляется к рабочему телу за счет сгорания впрыскиваемого топлива, при этом объем, по существу, поддерживается постоянным. Давление повышается, и это соотношение называется «степенью взрываемости».
(п3п2){\ displaystyle (P_ {3} / P_ {2})}

Процесс 3–4 такта расширения ( D на схемах)

Повышенное высокое давление оказывает давление на поршень и толкает его в направлении НМТ . Расширение рабочей жидкости происходит изоэнтропически и работа совершается системой на поршне. Объемный коэффициент называется «степенью изоэнтропического расширения». (Для цикла Отто такая же степень сжатия ). С механической точки зрения это расширение горячей газовой смеси в цилиндре, известное как рабочий ход.
V4V3{\ displaystyle V_ {4} / V_ {3}}V1V2{\ Displaystyle V_ {1} / V_ {2}}

Процесс 4–1 идеализированного отвода тепла ( A на диаграммах)

Поршень на мгновение находится в состоянии покоя в НМТ . Давление рабочего газа мгновенно падает от точки 4 до точки 1 во время процесса с постоянным объемом, поскольку тепло отводится к идеализированному внешнему поглотителю, который контактирует с головкой блока цилиндров. В современных двигателях внутреннего сгорания радиатором может быть окружающий воздух (для двигателей малой мощности) или циркулирующая жидкость, например хладагент. Газ вернулся в состояние 1.

Процесс 1–0 такта выпуска

Выпускной клапан открывается в точке 1. Когда поршень перемещается из «НМТ» (точка 1) в «ВМТ» (точка 0) при открытом выпускном клапане, газовая смесь сбрасывается в атмосферу, и процесс начинается заново.

История изобретения[править | править код]

Джеймс Аткинсон критически пересмотрев классическую концепцию двигателя, работающего по циклу Отто, понял, что её можно серьёзно улучшить. Так, например, у двигателя Отто на малых и средних оборотах при частично открытой дроссельной заслонке через разрежениe во впускном коллекторе поршни работают в режиме насоса, на что тратится мощность двигателя. При этом усложняется наполнениe камеры сгорания свежим зарядом топливо-воздушной смеси. Кроме этого, часть энергии теряется в выпускной системе, поскольку отработанные газы, покидающие цилиндры двигателя, всё ещё находятся под высоким давлением.

По концепции Аткинсона, впускной клапан закрывается не тогда, когда поршень находится у нижней мертвой точки, а значительно позже. Цикл Аткинсона дает ряд преимуществ.

Во-первых, снижаются насосные потери, так как часть смеси при движении поршня вверх выталкивается во впускной коллектор, уменьшая в нем разрежение.

Во-вторых, меняется степень сжатия. Теоретически онa остается постоянной, так как ход поршня и объем камеры сгорания не изменяются, а фактически за счет запоздалого закрытия впускного клапана уменьшается. А это уже снижение вероятности появления детонационного сгорания топлива, и следовательно — отсутствие необходимости увеличивать обороты двигателя переключением на пониженную передачу при увеличении нагрузки.

Двигатель Аткинсона работает по так называемoмy циклу с увеличенной степенью расширения, при котором энергия отработавших газов используется в течение длительного периода. Это создает условия для более полного использования энергии отработанных газов и обеспечивает более высокую экономичность двигателя.

Основным отличием от цикла работы обычного 4-тактного двигателя (цикла Отто) является изменение продолжительности этих тактов. В традиционном двигателе все 4 такта (впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск) одинаковы по продолжительности. Аткинсон же сделал два первых такта короче, а два следующих длиннее и реализовал это за счёт изменения длины ходов поршней. Считается, что его модификация двигателя была продуктивнee традиционной на 10%. В то время его изобретение не нашлo широкого применения, так как имелo большое количество недостатков, основным из которых стала сложность реализации этого изобретения, а именно обеспечение движения поршней с использованием оригинального кривошипно-шатунного механизма.

Позже, в начале 1950-х годов американский инженер Ральф Миллер (англ. Ralph Miller) смог решить эту же задачу по-другому. Такт сжатия был сокращён путём внесения изменений в работу клапанов. Обычно на такте впуска открывается впускной клапан, и до наступления такта сжатия он уже закрыт. Но в цикле Миллера впускной клапан продолжает находиться в открытом состоянии некоторую часть такта сжатия. Таким образом, часть смеси удаляется из камеры сгорания, само сжатие начинается позже и соответственно его степень оказывается ниже. По сравнению с тактом сжатия, такт рабочего хода и выпуска оказываются продолжительными. Именно от них и зависит КПД двигателя. Рабочий ход создает силу для движения, а длительный выпуск лучше сохраняет энергию выхлопных газов.

Второй такт условно разделён на две части. Такую схему иногда называют пятитактным двигателем. В первой части впускной клапан открыт и происходит вытеснение смеси, далее он закрывается, и только тогда происходит сжатие.

На гибридных автомобилях возможно применение двигателя Аткинсона, так как в них двигатель работает в малом диапазоне частот вращения и нагрузок. Однако на современных автомобилях, таких как Toyota Prius, применяют не двигатель Аткинсона, а его упрощённый аналог, построенный по принципу цикла Миллера. Следует заметить, что номинальная степень сжатия 13:1 данных двигателей не соответствует фактической, т.к. сжатие начинается не сразу в начале хода поршня вверх, а с запозданием, воздушно-топливная смесь некоторое время выталкивается обратно. Поэтому реальная степень сжатия аналогична классическим ДВС цикла Отто. При этом рабочий ход движения поршня вниз становится длиннее обычного, тем самым используя энергию расширяющихся газов с большей эффективностью, что увеличивает КПД и снижает расход топлива. Гибридный автомобиль разгоняется электромотором, который выдаёт полную мощность в широком диапазоне оборотов.

Toyota PriusБензиновый двигатель работает по циклу Аткинсона со сжатием 13:1 на бензине (АИ-95).Время закрытия впускного клапана, обороты и нагрузку на двигатель контролирует бортовой компьютер.

Цикл дизеля

Первый дизельный мотор был спроектирован и построен немецким изобретателем и инженером Рудольфом Дизелем в 1897-м году, силовой агрегат обладал большими размерами, был даже больше паровых машин тех лет. Так же как и двигатель Отто, он был четырехтактным, но отличался превосходным показателем КПД, удобством в эксплуатации, и степень сжатия у ДВС была значительно выше, чем у бензинового силового агрегата. Первый дизели конца XIX века работали на легких нефтепродуктах и растительных маслах, также была попытка в качестве топлива использовать угольную пыль. Но эксперимент провалился практически сразу:

обеспечить подачу пыли в цилиндры было проблематично;
обладающий абразивными свойствами уголь быстро изнашивал цилиндро-поршневую группу.

Интересно, что английский изобретатель Герберт Эйкройд Стюарт запатентовал аналогичный двигатель на два года раньше, чем Rudolf Diesel, но Дизелю удалось сконструировать модель с увеличенным давлением в цилиндрах. Модель Стюарта в теории обеспечивала 12% тепловой эффективности, тогда как по схеме Diesel коэффициент полезного действия доходил до 50%.

В 1898 году Густав Тринклер сконструировал нефтяной двигатель высокого давления, оснащенный форкамерой, именно эта модель и является прямым прототипом современных дизельных ДВС.

Ссылки [ править ]

Ву, Чжи. . Нью-Йорк: М. Деккер, 2004. стр. 99.
^ Моран, Майкл Дж. и Ховард Н. Шапиро. Основы инженерной термодинамики . 6-е изд. Хобокен, Нью-Джерси: Чичестер: Уайли; Джон Вили, 2008. Печать.
Майк Буш. «Техника 150-летней давности». Спортивная авиация : 26.
Ганстон, Билл (1999). Разработка поршневых авиационных двигателей (2-е изд.). Спаркфорд, Великобритания: Patrick Stephens Ltd. стр. 21. ISBN 978-0-7509-4478-6.
. Woodbank Communications Ltd . Проверено 11 апреля 2011 .
^ Гупта, HN Основы внутреннего сгорания . Нью-Дели: Прентис-Холл, 2006. Печать.
↑ Reynolds & Perkins (1977). . Макгроу-Хилл. С. . ISBN

Атмосферный двигатель

В первой версии атмосферного двигателя использовалась конструкция рифленой колонны, которая была разработана Евгением Лангеном. Атмосферный двигатель имеет свой ход мощности, подаваемый вверх с помощью реечной передачи для преобразования линейного движения поршня во вращательное. Коэффициент расширения этого двигателя был намного более эффективным, чем у двигателя Ленуара 1860 года, и придавал двигателю его превосходную эффективность.
Двигатель Ленуара был двигателем, который сжигал топливо, не пытаясь сначала сжать топливо/смесь. Атмосферный двигатель Otto/Langen работал с КПД 12% и производил 80 оборотов в минуту. В конкурсе на Всемирной выставке 1867 года в Париже он легко превзошел эффективность двигателя Ленуара и завоевал золотую медаль, тем самым проложив путь для производства и продаж, которые финансировали дополнительные исследования.
В первой версии для стабилизации стойки использовалась рама. Вскоре от этого отказались, так как конструкция была упрощена. Позже двигатели также отказались от рифленого цилиндра. В атмосферном двигателе использовалась система зажигания с газовым пламенем, и он был выполнен в габаритных размерах от
Когда в 1872 году компания N.A. Otto Cie была реорганизована в Gasmotoren-Fabrik Deutz, руководство выбрало Daimler в качестве управляющего фабрикой, минуя даже Отто, и Daimler присоединился к компании в августе, взяв с собой Maybach в качестве главного конструктора. Мудрый Дэвид Берджесс. «Даймлер – основатель четырехколесного автомобиля», в Норти, Том, изд. Мир автомобилей (Лондон-Орбис, 1974), том 5, с.482. В то время как Daimler удалась улучшить производство, слабость в вертикальном исполнении поршневой Отто, в сочетании с упорной настойчивостью Daimler, на атмосферных двигателях, привела компанию к impasse.Wise, p.482.
При всем своем коммерческом успехе, с компанией, производящей 634 двигателей в год к 1875 году, двигатель Otto и Langen попал в технический тупик – он произвел только еще необходимый запас для работы. В 1882 году, после производства 2649 двигателей, производство атмосферных двигателей было прекращено. Это был также год, когда Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах покинули компанию.

Легендарный Saab

Лучших результатов удалось достигнуть компании Saab, когда она в 2000 году выпустила пятицилиндровый мотор, который при 1,6 литрах объема выдавал порядка двухсот двадцати пяти лошадей. Это достижение и сегодня кажется невероятным.

Двигатель разделен надвое, где части соединены друг с другом шарнирным способом. Снизу расположен коленчатый вал, шатуны и поршни, а наверху – цилиндры с головками. Гидропривод способен наклонять моноблок с цилиндрами и головками, изменяя степень сжатия при включении приводного компрессора. Несмотря на всю эффективность, разработки также пришлось отложить из-за дороговизны конструкции.

Miller Cycle Engine на автомобиле Mazda Xedos (2.3 L)

Особенный механизм газораспределения с перекрытием клапанов обеспечивает повышение степени сжатия (СЗ), если в стандартном варианте, допустим, она равна 11, то в моторе с коротким сжатием этот показатель при всех других одинаковых условиях увеличивается до 14. На 6-цилиндровом ДВС 2.3 L Mazda Xedos (семейство Skyactiv) теоретически это выглядит так: впускной клапан (ВК) открывается, когда поршень расположен в верхней мертвой точке (сокращенно – ВМТ), закрывается не в нижней точке (НМТ), а позднее, остается открытым 70º. При этом часть топливно-воздушной смеси выталкивается назад во впускной коллектор, сжатие начинается после закрытия ВК. По возвращению поршня в ВМТ:

объем в цилиндре уменьшается;
давление возрастает;
воспламенение от свечи происходит в какой-то определенный момент, оно зависит от нагрузки и количество оборотов (работает система опережения зажигания).

Затем поршень идет вниз, происходит расширение, при этом теплоотдача на стенки цилиндров получается не такой высокой, как в схеме Otto из-за короткого сжатия. Когда поршень доходит до НМТ, идет выпуск газов, затем все действия повторяются заново.

Специальная конфигурация впускного коллектора (шире и короче, чем обычно) и угол открытия ВК 70 градусов при СЗ 14:1 дает возможность установить опережение зажигания 8º на холостых оборотах без какой-либо ощутимой детонации. Также эта схема обеспечивают больший процент полезной механической работы, или, другими словами, позволяет поднять КПД. Получается, что работа, вычисляемая по формуле A=P dV (P – давление, dV – изменение объема), направлена не на нагревание стенок цилиндров, головки блока, а идет на совершение рабочего хода. Схематически весь процесс можно посмотреть на рисунке, где начало цикла (НМТ) обозначено цифрой 1, процесс сжатия – до точки 2 (ВМТ), от 2 до 3 – подвод теплоты при неподвижном поршне. Когда поршень идет от точки 3 к 4, происходит расширение. Выполненная работа обозначена заштрихованной областью At.

Также всю схему можно посмотреть в координатах T S, где T означает температуру, а S – энтропию, которая растет с подводом теплоты к веществу, и при нашем анализе это величина условная. Обозначения Qp и Q0 – количество подводимой и отводимой теплоты.

Недостаток серии Skyactiv – по сравнению с классическими Otto у этих движков меньше удельная (фактическая) мощность, на моторе 2.3 L при шести цилиндрах она составляет всего лишь 211 лошадиных сил, и то при учете турбонаддува и 5300 об/ мин. Зато у моторов есть и ощутимые плюсы:

высокая степень сжатия;
возможность установить раннее зажигание, при этом не получить детонации;
обеспечение быстрого разгона с места;
большой коэффициент полезного действия.

И еще одно немаловажное преимущество двигателя Miller Cycle от производителя Mazda – экономичный расход топлива, особенно при малых нагрузках и на холостом ходу

Обзор [ править ]

В традиционном поршневом двигателе внутреннего сгорания используется четыре такта, два из которых могут считаться мощными: такт сжатия (поток большой мощности от коленчатого вала к заряду ) и рабочий ход (поток большой мощности от газов сгорания к коленчатому валу).

В цикле Миллера впускной клапан остается открытым дольше, чем в двигателе с циклом Отто. Фактически, такт сжатия – это два дискретных цикла: начальная часть, когда впускной клапан открыт, и последняя часть, когда впускной клапан закрыт. Этот двухступенчатый такт впуска создает так называемый «пятый» ход, который вводит цикл Миллера. Поскольку поршень первоначально движется вверх в том, что традиционно является тактом сжатия, заряд частично выталкивается обратно через все еще открытый впускной клапан. Обычно эта потеря наддувочного воздуха приводит к потере мощности. Однако в цикле Миллера это компенсируется использованием нагнетателя . Нагнетатель, как правило, должен быть объемного типа ( Rootsили винтовой) типа из-за его способности создавать наддув при относительно низких оборотах двигателя. В противном случае пострадает мощность на низких оборотах. В качестве альтернативы можно использовать турбокомпрессор для большей эффективности, если работа на низких оборотах не требуется, или дополнить его электродвигателями.

В двигателе с циклом Миллера поршень начинает сжимать топливно-воздушную смесь только после закрытия впускного клапана; и впускной клапан закрывается после того, как поршень прошел определенное расстояние выше своего самого нижнего положения: примерно от 20 до 30% от общего хода поршня за этот ход вверх. Таким образом, в двигателе с циклом Миллера поршень фактически сжимает топливно-воздушную смесь только на последних 70-80% такта сжатия. Во время начальной части такта сжатия поршень проталкивает часть топливно-воздушной смеси через все еще открытый впускной клапан и обратно во впускной коллектор.

Температура зарядки править

Наддувочный воздух сжимается с помощью нагнетателя (и охлаждается промежуточным охладителем ) до давления выше, чем необходимо для цикла двигателя, но наполнение цилиндров уменьшается за счет подходящего времени впускного клапана. Таким образом, расширение воздуха и последующее охлаждение происходит в цилиндрах и частично на входе. Снижение температуры заправки воздухом / топливом позволяет увеличить мощность данного двигателя без каких-либо серьезных изменений, таких как увеличение отношения сжатия цилиндр / поршень. Когда температура ниже в начале цикла, плотность воздуха увеличивается без изменения давления (механический предел двигателя смещается в сторону большей мощности). В то же время предел тепловой нагрузки смещается из-за более низких средних температур цикла.

Это позволяет увеличить время зажигания сверх того, что обычно допускается до начала детонации, тем самым еще больше повышая общую эффективность. Дополнительным преимуществом более низкой конечной температуры заряда является уменьшение выбросов NOx в дизельных двигателях, что является важным параметром конструкции в больших дизельных двигателях на борту судов и на электростанциях. необходима цитата

Степень сжатия править

Эффективность повышается за счет такой же эффективной степени сжатия и большей степени расширения. Это позволяет извлечь больше работы из расширяющихся газов, поскольку они расширяются почти до атмосферного давления. В обычном двигателе с искровым зажиганием в конце такта расширения цикла широко открытой дроссельной заслонки газы составляют около пяти атмосфер, когда открывается выпускной клапан. Поскольку ход ограничен ходом сжатия, из газа все же можно извлечь некоторую работу. Задержка закрытия впускного клапана в цикле Миллера, по сути, укорачивает такт сжатия по сравнению с тактом расширения. Это позволяет газам расширяться до атмосферного давления, повышая эффективность цикла.

Потери нагнетателя править

Преимущества использования нагнетателей прямого вытеснения связаны с расходами из-за паразитной нагрузки . Около 15-20% мощности, генерируемой двигателем с наддувом, обычно требуется для работы наддува, который сжимает всасываемый заряд (также известный как наддув).

Главное преимущество / недостаток править

Основным преимуществом цикла является то, что степень расширения больше, чем степень сжатия. За счет промежуточного охлаждения после внешнего наддува существует возможность снизить выбросы NOx для дизельного топлива или детонацию для двигателей с искровым зажиганием. Тем не менее, для каждого применения необходимо найти компромисс между повышением эффективности системы и трением (из-за большего смещения).

Основы

Четырехтактный цикл идеально-типичного медленно работающего бензинового двигателя : 1: «Prime» ➝ 2: «уплотнение» ➝ 3: «Expand» ➝ 4: «толкающий» реальный остается быстрым на входе цикла 1 на UT также открыта на большее время, чтобы позволить свежему заряду течь внутрь, в то время как поршень уже начинает сжиматься. ➯ Для двигателя Miller вы должны представить впускной конец (Es) под углом поворота коленчатого вала около 45–90 ° перед НМТ, что приводит к уменьшению степени подачи .

В цикле Миллера впускной клапан закрывается задолго до достижения нижней мертвой точки ( НМТ) на такте впуска , так что даже без дросселирования только относительно небольшое количество свежего заряда (смеси или, в случае прямого впрыска, воздух) достигает цилиндра, и нижняя мертвая точка проходит через отрицательное давление (пониженная степень подачи ). В зависимости от концепции геометрическая степень сжатия сохраняется (снижается склонность к детонации , меньше образование оксида азота ) или увеличивается (дальнейшее повышение эффективности ).

Степень сжатия и эффективность

Если степень сжатия выбрана соответственно более высокой, более низкая свежая загрузка после такта сжатия (в верхней мертвой точке ВМТ) приводит к тому же давлению, что и при полной загрузке: без изменения критического конечного давления сжатия меньше смеси сгорает и ее геометрическое расширение соотношение увеличивается, так что рабочий ход может лучше использовать энергию расширения : меньше неиспользованной энергии (остаточного давления) выделяется на выходе, а пониженная температура выхлопных газов технически облегчает использование турбонагнетателя , который может компенсировать мощность потеря пониженного заряда цилиндра из- за зарядки с охлаждением наддувочного воздуха с помощью Cycle обеспечивает дополнительный крутящий момент там, где в противном случае пришлось бы выполнять работу всасывания.

В принципе , однако, такая же мощность двигателя требует большего рабочего объема в двигателе Миллера, поскольку более высокий КПД связан с меньшим удельным рабочим объемом .

Контроль двигателя

Для того , чтобы дать возможность более регулирования количества из крутящего момента для транспортного средства двигателей в широком диапазоне скоростей, процесс цикла Миллера в основном реализован сегодня с управлением переменным клапана , так как с потерями классического управление с дроссельной заслонкой в любом случае противоречит целям увеличения эффективности. В случае двигателя Миллера с фиксированным управлением клапанами (в отличие от двигателя Аткинсона ) степень подачи и крутящий момент резко уменьшаются с увеличением скорости , что ограничивает область применения, но вызывает простое саморегулирование как двигатель насоса.

Современные дизели для автомобилей

Как у бензинового мотора по циклу Отто, так и у дизеля, принципиальная схема построения не изменилась, зато современный дизельный ДВС «оброс» дополнительными узлами: турбокомпрессором, электронной системой управления подачи топлива, интеркулером, различными датчиками и так далее. Последнее время все чаще разрабатываются и запускаются в серию силовые агрегаты с прямым топливным впрыском «Коммон Рэйл», обеспечивающие экологичный выхлоп газов в соответствии с современными требованиями, высокое давление впрыска. Дизели с непосредственным впрыском обладают достаточно ощутимыми преимуществами перед моторами с обычной топливной системой:

экономично расходуют топливо;
имеют более высокую мощность при том же объеме;
работают с низким уровнем шума;
позволяет автомобилю быстрее разгоняться.

Недостатки движков Common Rail: достаточно высокая сложность, необходимость при ремонте и обслуживании использовать специальное оборудование, требовательность к качеству солярки, относительно высокая стоимость. Как и бензиновые ДВС, дизели постоянно совершенствуются, становятся все технологичнее и сложнее.Видео: Цикл ОТТО, Аткинсона и Миллера, в чем различие: