Цикл Аткінсона на практиці. Двигун по циклу Аткінсона

ДВЗ застосовуються на автомобілях вже ціле століття. В цілому принцип роботи їх не зазнав серйозних змін з початку випуску. Але так як цей двигун має велику кількість недоліків, інженери не перестають винаходити нововведення, щоб удосконалити мотор. Звернемося до того з них, яке називається цикл Аткінсона. Сьогодні можна почути, що в деяких машинах він застосовується. Але що він собою являє і як двигун стає з ним краще?

Цикл Аткінсона

Ніколаус Отто, інженер з Німеччини, запропонував в 1876 році цикл, що складається з:

впуску;

стиснення;

робочого ходу;

випуску.

А десятиліття опісля англійський винахідник Джеймс Аткінсон розвинув його. Однак, розібравшись у деталях, можна назвати абсолютно оригінальним видом цикл Аткінсона.


Двигуни внутрішнього згоряння якісно відрізняються. Адже колінчастий вал має зміщені точки кріплення, завдяки чому втрата енергії при терті скорочена, а ступінь стиснення збільшена. Також на ньому присутні інші газорозподільні фази. На звичайному двигуні поршень закривається відразу ж після проходження мертвою точки. Іншу схему має цикл Аткінсона. Тут такт істотно довше, так як клапан закривається тільки на половині шляху поршня до верхньої мертвої точки (де Отто вже відбувається стиснення). Теоретично цикл Аткінсона ефективніше Отто приблизно на десять відсотків. Проте довго його не застосовували на практиці із-за того, що він здатний функціонувати в робочому режимі лише при великих оборотах. Додатково необхідний механічний нагнітач, з яким іноді називають все це «цикл Аткінсона-Міллера». Однак виявлялося, що з ним переваги розглянутої розробки губилися.


Тому в легкових автомобілях такий цикл Аткінсона на практиці майже не застосовувався. Але ось в гібридних моделях, на зразок Toyota Prius, виробники стали використовувати його навіть серійно. Це стало можливим завдяки специфічній роботі цих видів движків: на невеликій швидкості автомобіль пересувається за рахунок електричної тяги і лише при розгоні переходить на бензиновий агрегат.

Газорозподіл

Перший двигун по циклу Аткінсона мав громіздкий газорозподільний механізм, що видає великий шум. Але коли завдяки відкриттю американця Чарльза Найта замість звичних клапанів з приводом стали використовувати спеціальні золотники у формі пари гільз, які влаштували між циліндром і поршнем, мотор майже перестав шуміти. Однак складність використовуваної конструкції обходилася зовсім недешево, але в престижних марках машин автовласники були готові платити за таку зручність. Тим не менш вже в тридцятих роках від такого удосконалення відмовилися, тому що двигуни були недовговічними, а витрата бензину і масла був занадто великим. Розробки двигунів у цьому напрямку відомі і сьогодні — може бути, інженерам вдасться позбавитися від недоліків моделі Чарльза Найта і скористатися перевагами.

Універсальна модель майбутнього

В даний час багатьма виробниками ведуться розробки універсальних двигунів, де будуть поєднані і потужність бензинових агрегатів, і відмінна тяга і економічність дизелів.
В цьому відношенні вже те, що бензинові агрегати, що мають безпосереднє уприскування палива, досягли високого показника стиснення близько тринадцяти-чотирнадцяти одиниць (у дизельних моторів цей рівень є трохи більше сімнадцяти-дев'ятнадцяти), доводить успішні кроки в цьому напрямку. Вони навіть працюють так само, як і агрегати із запалюванням від стиснення. Тільки робоча суміш повинна штучно спалахувати свічкою. В експериментальних моделях стиснення доходить ще вище - до п'ятнадцяти-шістнадцяти одиниць. Але до самозаймання поки рівень не дотягується. Зате свічка відключається при рівномірному русі, завдяки чому двигун переходить на режим, подібний до дизелю, і споживає мало палива. Згоряння регулюється електронікою, вносить корективи в залежності від зовнішніх обставин. Розробники запевняють, що такий двигун є дуже економічним. Однак для серійного виробництва досліджень проводилось недостатньо.

Змінна ступінь стиснення

Показник є дуже важливим. Адже потужність, коефіцієнт корисної дії та економічність безпосередньо залежать від високого ступеня стиснення. Природно, нескінченно підвищувати її не можна. Тому з деяких пір розвиток зупинився. В іншому випадку з'являвся ризик детонації, яка могла призвести до пошкодження двигуна. Особливо сильно цей показник відображається на моторах з наддувом. Адже вони нагріваються сильніше, а тому і відсоток ймовірності спрацьовування детонації тут істотно вище. Тому ступінь стиснення іноді доводиться знижувати, з-за чого, природно, і падає ефективність мотора. В ідеалі ступінь стиснення повинна змінюватися плавно залежно від робочого режиму і навантаження. Розробок було дуже багато, але всі вони занадто складні і дорогі.

Легендарний Saab

Найкращих результатів вдалося досягти компанії Saab, коли вона в 2000 році випустила п'ятициліндровий мотор, який при 16 літрах обсягу видавав близько двохсот двадцяти п'яти коней. Це досягнення і сьогодні здається неймовірним.
Двигун розділений надвоє, де частини з'єднані один з одним шарнірним способом. Знизу розташований колінчастий вал, шатуни і поршні, а нагорі - циліндри з головками. Гідропривід здатний нахиляти моноблок з циліндрами і головками, змінюючи ступінь стиснення при включенні приводного компресора. Незважаючи на всю ефективність, розробки також довелося відкласти через дорожнечу конструкції.

Простіше і доступніше

Таким чином, можна укласти, що двигун, що працює по циклу Аткінсона, зіграв значну роль на шляху вдосконалення механізму мотора в майбутньому. Представляється, що вдосконалення, спираючись одне на інше, приведуть ДВС, нарешті, до оптимального режиму роботи.