Работа двигателя по принципу миллера

Цикл ОТТО. АТКИНСОНА. МИЛЛЕРА. Что это, какие есть различия в работе ДВС

Двигатель внутреннего сгорания очень далек от идеала, КПД бензинового варианта в лучшем случае достигает 20 – 25%, дизельного 40 – 50% (то есть остальное топливо сжигается почти в пустую). Чтобы повысить эффективность (соответственно увеличить коэффициент полезного действия) требуется улучшить конструкцию мотора. Над этим бьются многие инженеры, и по сей день, но первыми были всего несколько инженеров, таких как Николаус Август ОТТО, Джеймсом АТКИНСОНОМ и Ральфом Миллером. Каждый вносил определенные изменения, и пытался сделать моторы более экономичными и производительными. Каждый предлагал определенный цикл работы, который мог кардинально отличаться от конструкции оппонента. Сегодня я постараюсь простыми словами, объяснить вам какие основные различия есть в работе ДВС, ну и конечно видео версия в конце …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Статья будет написана для новичков, так что если вы искушенный инженер, можете ее не читать, написана для общего понимания циклов работы ДВС.

Также хочется отметить, что вариаций различных конструкций очень много, самые известные которые мы еще можем знать, цикл ДИЗЕЛЯ, СТИРЛИНГА, КАРНО, ЭРИКСОННА и т.д. Если посчитать конструкции, то их может набраться около 15. И не все двигатели внутреннего сгорания, а например, у СТИРЛИНГА внешнего.

Но самые известные, которые применяются и по сей день в автомобилях, это ОТТО, АТКИНСОН и МИЛЛЕР. Вот про них и будем говорить.

Цикл ОТТО

По сути это обычный тепловой двигатель внутреннего сгорания с принудительным воспламенением горючей смеси (через свечу) который применяется сейчас в 60 — 65% автомобилей. ДА – да, именно тот, который у вас стоит под капотом, работает по циклу ОТТО.

Однако если копнуть в историю, первым принцип такого ДВС предложил в 1862 году французский инженер Альфонс БО ДЕ РОШ. Но это был теоритический принцип работы. ОТТО же в 1878 году (спустя 16 лет) воплотил этот двигатель в металле (на практике) и запатентовал эту технологию

По сути это четырехтактный мотор, которому свойственны:

  • Впуск. Подача свежей воздушнотопливной смеси. Открывается впускной клапан.
  • Сжатие. Поршень идет вверх, сжимая эту смесь. Оба клапана закрыты
  • Рабочий ход. Свеча поджигает сжатую смесь, загоревшиеся газы толкают поршень вниз
  • Отвод отработанных газов. Поршень идет вверх, выталкивая сгоревшие газы. Открывается выпускной клапан

Хочется отметить, что впускные и выпускные клапана, работают в строгой последовательности – ОДИНАКОВО при высоких и при низких оборотах. То есть изменения работы при различных оборотах не наблюдается.

В своем двигателе ОТТО первый применил сжатие рабочей смеси, для поднятия максимальной температуры цикла. Которое осуществлялось по адиабате (простыми словами без теплообмена с внешней средой).

После сжатия смеси, она воспламенялась от свечи, после этого начинался процесс отвода тепла, который протекал практически по изохоре (то есть при постоянном объеме цилиндра двигателя).

Цикл АТКИНСОНА

Так как ОТТО запатентовал свою технологию, ее промышленное использование было не возможным. Чтобы обойти патенты Джеймс Аткинсон в 1886 году, решил модифицировать цикл ОТТО. И предложил свой тип работы двигателя внутреннего сгорания.

Он предложил изменить соотношение времен тактов, благодаря чему рабочий ход был увеличен за счет усложнения кривошипно-шатунной конструкции. Нужно отметить что тестовый экземпляр который он построил, был одноцилиндровый, и не получил большого распространения из-за сложности конструкции.

Читайте также:  Характеристики двигателя tdi tiguan

Если в двух словах описать принцип работы этого ДВС, то получается:

Все 4 такта (впрыск, сжатие, рабочий ход, выпуск) – происходили за одно вращение коленчатого вала (у ОТТО вращений — два). Благодаря сложной системе рычагов, которые крепились рядом с «коленвалом».

В этой конструкции получилось реализовать определенные соотношения длин рычагов. Если сказать простыми словами — ход поршня на такте впуска и выпуска БОЛЬШЕ, чем ход поршня в также сжатия и рабочего хода.

Что это дает? ДА то, что можно «играться» степенью сжатия (меняя ее), за счет соотношения длин рычагов, а не за счет «дросселирования» впуска! Из этого выводится преимущество цикла АКТИНСОНА, по насосным потерям

Такие моторы получились достаточно эффективными с высоким КПД и маленьким расходом топлива.

Однако отрицательных моментов также было много:

  • Сложность и громоздкость конструкции
  • Низкий крутящий момент на низких оборотах
  • Плохо управляется дроссельной заслонкой, будь то (карбюратор или инжектор)

Ходят упорные слухи, что принцип АТКИНСОНА использовался на гибридных автомобилях, в частности компании TOYOTA. Однако это немного не правда, там использовался только его принцип, а вот конструкция применялась другого инженера, а именно Миллера. В чистом виде моторы АТКИНСОНА скорее имели единичный характер, чем массовый.

Цикл МИЛЛЕРА

Ральф Миллер также решил поиграться со степенью сжатия, в 1947 году. То есть он как бы продолжит работу АТКИНСОНА, но взял не его сложный двигатель (с рычагами), а обычный ДВС ОТТО.

Что он предложил. Он не стал делать такт сжатия механически более коротким, чем такт рабочего хода (как предлагал Аткинсон, у него поршень движется быстрее вверх, чем вниз). Он придумал сократить такт сжатия за счет такта впуска, сохраняя движение поршней вверх и вниз одинаковым (классический мотор ОТТО).

Можно было пойти двумя способами:

  • Закрывать впускные клапана раньше окончания такта впуска – такой принцип получил название «Укороченный впуск»
  • Либо закрывать впускные клапана позже такта впуска – этот вариант получил названия «Укороченного сжатия»

В конечном итоге, оба принципа дают одно и тоже – уменьшение степени сжатия, рабочей смеси относительно геометрической! Однако сохраняется степень расширения, то есть такт рабочего хода сохраняется (как в ДВС ОТТО), а такт сжатия как бы сокращается (как в ДВС Аткинсона).

Простыми словами — воздушно-топливная смесь у МИЛЛЕРА сжимается намного меньше, чем должна была сжиматься в таком же моторе у ОТТО. Это позволяет увеличить геометрическую степень сжатия, и соответственно физическую степень расширения. Намного большую, чем обусловлено детонационными свойствами топлива (то есть бензин нельзя сжимать бесконечно, начнется детонация)! Таким образом, когда топливо воспламеняется в ВМТ (верней мертвой точке), оно имеет намного большую степень расширения чем у конструкции ОТТО. Это дает намного больше использовать энергию расширяющихся в цилиндре газов, что и повышает тепловую эффективность конструкции, что влечет высокую экономию, эластичность и т.д.

Стоит также учитывать, что на такте сжатия уменьшаются насосные потери, то есть сжимать топливо у МИЛЛЕРА легче, требуется меньше энергии.

Отрицательные стороны – это уменьшение пиковой выходной мощности (особенно на высоких оборотах) из-за худшего наполнения цилиндров. Чтобы снять такую же мощность как у ОТТО (при высоких оборотах), мотор нужно было строить больше (объемнее цилиндры) и массивнее.

На современных моторах

Так в чем же разница?

Статья получилась сложнее, чем я предполагал, но если подвести итог. ТО получается:

ОТТО – это стандартный принцип обычного мотора, которые сейчас стоят на большинстве современных автомобилей

Читайте также:  Коллекторный двигатель с постоянными магнитами схема

АТКИНСОН – предлагал более эффективный ДВС, за счет изменения степени сжатия при помощи сложной конструкции из рычагов которые подсоединялись к коленчатому валу.

ПЛЮСЫ — экономия топлива, эластичнее мотор, меньше шума.

МИНУСЫ – громоздкая и сложная конструкция, низкий крутящий момент на низких оборотах, плохо управляется дроссельной заслонкой

В чистом виде сейчас практически не применяется.

МИЛЛЕР – предложил использовать пониженную степень сжатия в цилиндре, при помощи позднего закрытия впускного клапана. Разница с АТКИНСОНОМ огромна, потому как он использовал не его конструкцию, а ОТТО, но не в чистом виде, а с доработанной системой ГРМ.

Предполагается что поршень (на такте сжатия) идет с меньшим сопротивлением (насосные потери), и лучше геометрически сжимает воздушно-топливную смесь (исключая ее детонацию), однако степень расширения (при воспламенении от свечи) остается почти такая же, как и в цикле ОТТО.

ПЛЮСЫ — экономия топлива (особенно на низких оборотах), эластичность работы, низкий шум.

МИНУСЫ – уменьшение мощности при высоких оборотах (из-за худшего наполнения цилиндров).

Стоит отметить, что сейчас принцип МИЛЛЕРА используется на некоторых автомобилях при невысоких оборотах. Позволяет регулировать фазы впуска и выпуска (расширяя или сужая их при помощи фазовращателей). Так двигатель SKYACTIV, на низких оборотах работает по принципу МИЛЛЕРА, а на высоких по принципу ОТТО. В чистом виде МИЛЛЕР (однако, почему то он называется АТКИНСОН) работает на гибридах ТОЙОТА.

Сейчас видео версия смотрим

НА этом я заканчиваю, думаю было полезно и интересно. Рассказывайте своим друзьям (кидайте им ссылку на статью или видео), будет еще много интересных материалов. ИСКРЕННЕ ВАШ, АВТОБЛОГГЕР.

(18 голосов, средний: 4,00 из 5)

Похожие новости

Крутящий момент и мощность двигателя. Что важнее? Пару слов про .

Распределенный или непосредственный впрыск (MPI или GDI). Какая .

Гидрокомпенсаторы или толкатели (клапанов). Что лучше?

Добавить комментарий Отменить ответ

ТОП статей за месяц

Скоро праздники, а это значит — большая часть нашей страны будет употреблять алкоголь. Легкий: —…

Напряжение аккумулятора транспортного средства, как и его емкость – самые важные показатели этого автомобильного узла,…

Меня часто спрашивают о выхлопе автомобиля. Зачастую новичкам, да и водителем со стажем не нравится,…

Источник

Моторы нашего времени. Мотор 2.0 TSI EA888 gen3B.

Прежде чем рассказывать про 2.0 TSI gen3B, хочу немного рассказать про цели, что хотели сделать инженеры. Это отнюдь не модернизация, это нечто большее. Изменений много, идельно ему бы подошло gen 4. И так, поехали.

Двигатель 1.8 TSI gen 3 отправлен на покой, ставка сделана на 2.0 TSI gen 3B. Новый мотор мы увидем и на новой Октавии, и он уже стоит как на Туареге, так и на других моделях концерна. Это многозадачный двигатель, и поэтому он получил 2 версии, отличные по мощностым показателям и конструкции. Первая версия получила работу по циклу Миллера, вторая — по стандартному циклу.

  • 1-ый класс мощности — моторы мощностью 180-190 л.с. , использующие цикл Миллера.
  • 2-ой класс мощности — моторы мощностью 249-252 л.с. , которые тоже претерпели изменения, но при этом не используют цикл Миллера.

Мотор, использующий цикл Миллера ( 180-190 л.с. )

При разработке двигателя особое внимание было уделено оптимальному согласованию таких параметров, как рабочий объём, мощность, крутящий момент и расход топлива.

Мы эксплуатируем свой автомобиль в основном в диапазоне частичных нагрузок. Так что двигатель был усовершенствован именно в этом диапазоне нагрузки. И было принято решение перевести работу двигателя на средних нагрузках с 4-х тактного цикла Отто на цикл Миллера.

Читайте также:  Kerbal space program как запустить двигатели одновременно

В чем его суть: Ральф Миллер оптимизировал процесс сгорания Отто и запатентовал свой цикл в 1947 году. При этом цикле впускной клапан закрывается намного раньше достижения поршнем нижней мёртвой точки (НМТ). При продолжении движения поршня вниз к НМТ происходит декомпрессия и остывание воздуха. После перехода НМТ воздух сжимается. За счёт этого КПД топливовоздушной смеси повышается. В итоге это приводит к снижению расхода топлива и сокращению выбросов вредных веществ.

У этой версии самые большие технические изменения:

Блок цилиндров : отвод картерных газов по балансирному валу со стороны впуска через пластмассовую втулку с отверстиями.

Головка блока цилиндров : переключение хода впускных клапанов, спрямление впускных каналов, изменения камер сгорания, смещение клапанов и форсунок дальше в камеру сгорания. Повышение степени сжатия с 9,6 до 11,6 за счёт опускания свода камеры сгорания на 9 мм и изменения днища поршня.

Поршень : трёхэлементное маслосъёмное кольцо (наборное). Днище поршня, адаптированное к глубже посаженным клапанам.

Масляный насос : шестерня привода масляного насоса с 22 зубьями вместо 24 зубьев для большего передаточного числа, что дало более быстрое нарастание давления масла.

Цепной привод : более длинная направляющая против перескакивания звеньев цепи через зубья звёздочек. Звёздочка коленвала, состоящая из трёх звёздочек: привода масляного насоса, привода балансирных валов, привода распредвалов.

Топливная система : повышение давления впрыска до 250 бар, за счёт этого более мелкое распыление топлива в камере сгорания.

Система управления двигателя : Bosch MG1 с четырёхъядерным процессором. 32 -х битный четырёхъядерный процессор 300 МГц. Вычислительную работу выполняют два основных процессора. Ещё два ядра контролируют вычисления основных процессоров. За счёт этого блок управления имеет высокую вычислительную мощность и гибкость. Эти свойства позволяют реализовать различные режимы работы.

Маслосъёмный колпачок : маслосъёмные колпачки выпускных клапанов с двумя рабочими кромками для лучшего уплотнения.

ИТОГО : В диапазоне частичных нагрузок двигатель 2,0 л TSI с оптимизированным циклом Миллера имеет улучшенные показатели расхода топлива и токсичности выбросов. При высоких нагрузках происходит переключение на цикл Отто, увеличивается наполнение камеры сгорания и двигатель может развивать полную мощность.

Мотор, не использующий цикл Миллера ( 249-252 л.с. )

Двигатель 2.0 TSI (2-ой класс мощности — более мощный) работает по стандартному циклу и имеет более типичную степень сжатия 9,6:1.

Система управления двигателя : система Simos 18.4. Дроссельная заслонка фирмы Bosch с уменьшенной утечкой воздуха. Повышение расхода воздуха. Меры по снижению шума.

Поршень двигателя: получил трёхэлементное маслосъёмное кольцо.

Система смазки: благодаря обратному клапану в модуле масляного фильтра, быстрее создаётся максимальное давление масла во всех точках смазывания, прежде всего — на холодном двигателе. В блоке цилиндров, а также в головке блока цилиндров обратного клапана нет. Увеличение объёма масла между минимальным и максимальным уровнем, чтобы при подчёркнуто динамичном стиле езды в области забора масляным насосом всегда оставалось достаточное количество масла.

Головка блока цилиндров: применение другого материала из-за более высокой мощности и, соответственно, большей термической нагрузки. Увеличение толщины рубашки охлаждения. Адаптация клапанного механизма из-за более высокой мощности и, соответственно, большей термической нагрузки (например, выпускные клапаны, заполненные натрием). Конструкция турбонагнетателя рассчитана на термическую устойчивость до 950 °C.

Блок цилиндров : переход к системе вентиляции картера через балансирные валы.

Данные моторы стали устанавливаться на автомобили в 2016 году. Чтобы понять какой у вас двигатель, достаточно посмотреть на мощность и степень сжатия.

Эти моторы требуют правильного масла. Про масло в этот двигатель написано вот здесь. Спасибо за терпение.

Источник

Adblock
detector