Διαδικασία Atkinson, Miller, B-cycle: τι σημαίνει πραγματικά
περιεχόμενο
Οι υπερσυμπιεστές VTG σε κινητήρες VW είναι πραγματικά τροποποιημένες μονάδες ντίζελ.
Οι κύκλοι Atkinson και Miller συνδέονται πάντα με αυξημένη αποτελεσματικότητα, αλλά συχνά δεν υπάρχει διαφορά μεταξύ τους. Ίσως δεν έχει νόημα, γιατί και οι δύο αλλαγές καταλήγουν σε μια θεμελιώδη φιλοσοφία - τη δημιουργία διαφορετικών αναλογιών συμπίεσης και διαστολής σε έναν τετράχρονο βενζινοκινητήρα. Δεδομένου ότι αυτές οι παράμετροι είναι γεωμετρικά ίδιες σε έναν συμβατικό κινητήρα, η μονάδα βενζίνης υποφέρει από τον κίνδυνο να χτυπήσει το καύσιμο, απαιτώντας μείωση της σχέσης συμπίεσης. Ωστόσο, εάν μπορούσε να επιτευχθεί υψηλότερος λόγος διαστολής με οποιοδήποτε μέσο, αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα ένα υψηλότερο επίπεδο "συμπίεσης" της ενέργειας των διαστελλόμενων αερίων και θα αύξανε την απόδοση του κινητήρα. Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι, καθαρά ιστορικά, ούτε ο James Atkinson ούτε ο Ralph Miller δημιούργησαν τις έννοιές τους αναζητώντας την αποτελεσματικότητα. Το 1887, ο Atkinson ανέπτυξε επίσης έναν κατοχυρωμένο με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας σύνθετο μηχανισμό στροφάλου που αποτελείται από πολλά στοιχεία (ομοιότητες μπορούν να βρεθούν σήμερα στον κινητήρα Infiniti VC Turbo), ο οποίος είχε σκοπό να αποφύγει τις πατέντες του Otto. Το αποτέλεσμα της πολύπλοκης κινηματικής είναι η υλοποίηση ενός τετράχρονου κύκλου κατά τη διάρκεια μιας περιστροφής του κινητήρα και μιας άλλης διαδρομής εμβόλου κατά τη συμπίεση και τη διαστολή. Πολλές δεκαετίες αργότερα, αυτή η διαδικασία θα πραγματοποιηθεί κρατώντας τη βαλβίδα εισαγωγής ανοιχτή για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και σχεδόν χωρίς εξαίρεση χρησιμοποιείται σε κινητήρες σε συνδυασμό με συμβατικά υβριδικά συστήματα μετάδοσης κίνησης (χωρίς δυνατότητα εξωτερικής ηλεκτρικής φόρτισης), όπως αυτά της Toyota και η Honda. Σε μεσαίες έως υψηλές ταχύτητες αυτό δεν αποτελεί πρόβλημα γιατί η ροή εισβολής έχει αδράνεια και καθώς το έμβολο κινείται προς τα πίσω αντισταθμίζει τον αέρα επιστροφής. Ωστόσο, σε χαμηλές ταχύτητες, αυτό οδηγεί σε ασταθή λειτουργία του κινητήρα και επομένως τέτοιες μονάδες συνδυάζονται με υβριδικά συστήματα ή δεν χρησιμοποιούν τον κύκλο Atkinson σε αυτές τις λειτουργίες. Για το λόγο αυτό, οι βαλβίδες φυσικής αναρρόφησης και εισαγωγής θεωρούνται συμβατικά ο κύκλος Atkinson. Ωστόσο, αυτό δεν είναι απολύτως σωστό, επειδή η ιδέα της πραγματοποίησης διαφόρων βαθμών συμπίεσης και διαστολής με τον έλεγχο των φάσεων ανοίγματος της βαλβίδας ανήκει στον Ralph Miller και κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1956. Ωστόσο, η ιδέα του δεν αποσκοπεί στην επίτευξη μεγαλύτερης απόδοσης, και στη μείωση του λόγου συμπίεσης και στην αντίστοιχη χρήση καυσίμων χαμηλών οκτανίων σε κινητήρες αεροσκαφών. Ο Miller σχεδιάζει συστήματα για να κλείνει τη βαλβίδα εισαγωγής νωρίτερα (Early Intake Valve Closure, EIVC) ή αργότερα (Late Intake Valve Closure, LIVC), καθώς και για να αντισταθμίζει την έλλειψη αέρα ή να διατηρεί τον αέρα που επιστρέφει στην πολλαπλή εισαγωγής, συμπιεστής χρησιμοποιείται.
Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι ο πρώτος τέτοιος κινητήρας ασύμμετρης φάσης, που λειτουργούσε σε μεταγενέστερο, που ορίστηκε ως "διαδικασία του κύκλου Miller", δημιουργήθηκε από μηχανικούς της Mercedes και χρησιμοποιήθηκε στον 12κύλινδρο κινητήρα συμπιεστή του σπορ αυτοκινήτου W 163 από το 1939. πριν ο Ραλφ Μίλερ κατοχυρώσει με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τη δοκιμή του.
Το πρώτο μοντέλο παραγωγής που χρησιμοποίησε τον κύκλο Miller ήταν το 6 Mazda Millenia KJ-ZEM V1994. Η βαλβίδα εισαγωγής κλείνει αργότερα, επιστρέφοντας μέρος του αέρα στις πολλαπλές εισαγωγής με πρακτικά μειωμένη την αναλογία συμπίεσης και χρησιμοποιείται μηχανικός συμπιεστής Lysholm για τη συγκράτηση του αέρα. Έτσι, ο λόγος διαστολής είναι 15% μεγαλύτερος από τον λόγο συμπίεσης. Οι απώλειες που προκαλούνται από τη συμπίεση αέρα από το έμβολο στον συμπιεστή αντισταθμίζονται από τη βελτιωμένη τελική απόδοση του κινητήρα.
Πολύ αργά και πολύ πρώιμες στρατηγικές κλεισίματος έχουν διαφορετικά πλεονεκτήματα σε διαφορετικούς τρόπους. Σε χαμηλά φορτία, το κλείσιμο αργότερα έχει το πλεονέκτημα ότι παρέχει ευρύτερο ανοιχτό γκάζι και διατηρεί καλύτερη αναταραχή. Καθώς το φορτίο αυξάνεται, το πλεονέκτημα μετατοπίζεται σε προγενέστερο κλείσιμο. Ωστόσο, το τελευταίο καθίσταται λιγότερο αποτελεσματικό σε υψηλές ταχύτητες λόγω ανεπαρκούς χρόνου πλήρωσης και πτώσης υψηλής πίεσης πριν και μετά τη βαλβίδα.
Audi και Volkswagen, Mazda και Toyota
Επί του παρόντος, παρόμοιες διαδικασίες χρησιμοποιούνται από την Audi και τη Volkswagen στις συσκευές 2.0 TFSI (EA 888 Gen 3b) και 1.5 TSI (EA 211 Evo), στις οποίες προστέθηκε πρόσφατα ο νέος 1.0 TSI. Ωστόσο, χρησιμοποιούν μια τεχνολογία βαλβίδας εισαγωγής προ-κλεισίματος κατά την οποία ο διογκούμενος αέρας ψύχεται αφού κλείσει νωρίτερα η βαλβίδα. Η Audi και η VW ονομάζουν τη διαδικασία B-cycle από τον μηχανικό της εταιρείας Ralph Budak, ο οποίος τελειοποίησε τις ιδέες του Ralph Miller και τις εφάρμοσε σε υπερτροφοδοτούμενους κινητήρες. Με λόγο συμπίεσης 13: 1, η πραγματική αναλογία είναι περίπου 11,7: 1, η οποία από μόνη της είναι εξαιρετικά υψηλή για έναν κινητήρα θετικής ανάφλεξης. Ο κύριος ρόλος σε όλα αυτά παίζει ο σύνθετος μηχανισμός ανοίγματος βαλβίδων με μεταβλητές φάσεις και διαδρομή, ο οποίος προωθεί τη δίνη και προσαρμόζεται ανάλογα με τις συνθήκες. Στους κινητήρες κύκλου Β, η πίεση ψεκασμού αυξάνεται στα 250 bar. Οι μικροελεγκτές ελέγχουν μια ομαλή διαδικασία αλλαγής φάσης και μετάβασης από τη διαδικασία Β στον κανονικό κύκλο Otto υπό υψηλό φορτίο. Επιπλέον, οι κινητήρες 1,5 και 1 λίτρου χρησιμοποιούν υπερσυμπιεστές μεταβλητής γεωμετρίας γρήγορης απόκρισης. Ο ψυχρός προ-συμπιεσμένος αέρας παρέχει καλύτερες συνθήκες θερμοκρασίας από την άμεση ισχυρή συμπίεση σε έναν κύλινδρο. Σε αντίθεση με τους υπερσυμπιεστές υψηλής τεχνολογίας BorgWarner VTG της Porsche που χρησιμοποιούνται για πιο ισχυρά μοντέλα, οι μονάδες μεταβλητής γεωμετρίας της VW που δημιουργήθηκαν από την ίδια εταιρεία είναι πρακτικά ελαφρώς τροποποιημένες τουρμπίνες για κινητήρες ντίζελ. Αυτό είναι δυνατό λόγω του γεγονότος ότι, λόγω όλων των περιγραφόμενων μέχρι στιγμής, η μέγιστη θερμοκρασία αερίου δεν υπερβαίνει τους 880 μοίρες, δηλαδή ελαφρώς υψηλότερη από αυτή ενός κινητήρα ντίζελ, που είναι δείκτης υψηλής απόδοσης.
Οι ιαπωνικές εταιρείες συγχέουν ακόμη περισσότερο την τυποποίηση της ορολογίας. Σε αντίθεση με άλλους βενζινοκινητήρες Mazda Skyactiv, ο Skyactiv G 2.5 T είναι υπερτροφοδοτούμενος και λειτουργεί σε μεγάλη γκάμα φορτίων και στροφών στον κύκλο Miller, αλλά η Mazda προκαλεί επίσης έναν κύκλο στον οποίο λειτουργούν οι ατμοσφαιρικές μονάδες Skyactiv G. Η Toyota χρησιμοποιεί 1.2 D4 -T (8NR-FTS) και 2.0 D4-T (8AR-FTS) στους turbo κινητήρες τους, αλλά η Mazda, από την άλλη πλευρά, τους ορίζει ως τους ίδιους για όλους τους κινητήρες με φυσική ατμόσφαιρα για υβριδικά και νέας γενιάς μοντέλα Dynamic Force Ε με ατμοσφαιρική πλήρωση ως «εργασία στον κύκλο Atkinson». Σε όλες τις περιπτώσεις, η τεχνική φιλοσοφία είναι η ίδια.
