คุณสมบัติการออกแบบของเครื่องยนต์มิลเลอร์ อ๊อตโต้ ไซเคิล. แอตกินสัน. มิลเลอร์. มันคืออะไร อะไรคือความแตกต่างในการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายใน การประยุกต์วัฏจักรแอตกินสันในอุตสาหกรรมยานยนต์

ลำดับความสำคัญ

นับตั้งแต่การปรากฏตัวของ Prius รุ่นแรก ดูเหมือนว่าชาว Toyota จะชอบ James Atkinson มากกว่า Ralph Miller มาก และ “วงจรของแอตกินสัน” ของข่าวประชาสัมพันธ์ก็ค่อยๆ แพร่กระจายไปทั่วชุมชนนักข่าว

อย่างเป็นทางการของ Toyota: "เครื่องยนต์วงจรความร้อนที่เสนอโดย James Atkinson (สหราชอาณาจักร) ซึ่งสามารถตั้งค่าช่วงจังหวะการอัดและช่วงจังหวะการขยายตัวได้อย่างอิสระ การปรับปรุงในเวลาต่อมาโดย R. H. Miller (สหรัฐอเมริกา) ทำให้สามารถปรับระยะเวลาเปิด/ปิดวาล์วไอดีเพื่อให้สามารถใช้งานได้จริง (มิลเลอร์ไซเคิล)”
- โตโยต้าอย่างไม่เป็นทางการและต่อต้านวิทยาศาสตร์: "เครื่องยนต์ Miller Cycle เป็นเครื่องยนต์ Atkinson Cycle ที่มีซูเปอร์ชาร์จเจอร์"

ยิ่งไปกว่านั้น แม้แต่ในสภาพแวดล้อมทางวิศวกรรมในท้องถิ่น “วัฏจักรของมิลเลอร์” ก็มีมาตั้งแต่สมัยโบราณ อะไรจะถูกต้องกว่ากัน?

ในปี พ.ศ. 2425 นักประดิษฐ์ชาวอังกฤษ James Atkinson เสนอแนวคิดในการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ลูกสูบโดยการลดจังหวะการอัดให้สั้นลงและเพิ่มจังหวะการขยายตัวของของไหลทำงาน ในทางปฏิบัติสิ่งนี้ควรจะเกิดขึ้นได้โดยใช้กลไกขับเคลื่อนลูกสูบที่ซับซ้อน (ลูกสูบสองตัวในการออกแบบ "บ็อกเซอร์" ลูกสูบที่มีกลไกข้อเหวี่ยง) เครื่องยนต์รุ่นต่างๆ ที่สร้างขึ้นแสดงให้เห็นถึงการสูญเสียทางกลที่เพิ่มขึ้น การออกแบบที่ซับซ้อนเพิ่มขึ้น และกำลังที่ลดลงเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ที่มีการออกแบบอื่นๆ ดังนั้นจึงไม่ค่อยมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย สิทธิบัตรที่มีชื่อเสียงของ Atkinson เกี่ยวข้องกับการออกแบบโดยเฉพาะ โดยไม่คำนึงถึงทฤษฎีวัฏจักรทางอุณหพลศาสตร์

ในปีพ. ศ. 2490 ราล์ฟมิลเลอร์วิศวกรชาวอเมริกันกลับมาสู่แนวคิดเรื่องการบีบอัดที่ลดลงและการขยายตัวอย่างต่อเนื่องโดยเสนอให้นำไปใช้ไม่ผ่านจลนศาสตร์ของการขับเคลื่อนลูกสูบ แต่โดยการเลือกจังหวะวาล์วสำหรับเครื่องยนต์ที่มีกลไกข้อเหวี่ยงแบบธรรมดา ในสิทธิบัตร Miller พิจารณาสองทางเลือกในการจัดระเบียบขั้นตอนการทำงาน - ปิดเร็ว (EICV) หรือล่าช้า (LICV) วาล์วไอดี. จริงๆ แล้ว ทั้งสองตัวเลือกหมายถึงการลดลงของอัตราส่วนการบีบอัดจริง (ประสิทธิผล) เมื่อเทียบกับค่าทางเรขาคณิต เมื่อตระหนักว่าการลดกำลังอัดจะนำไปสู่การสูญเสียกำลังของเครื่องยนต์ ในตอนแรกมิลเลอร์จึงมุ่งเน้นไปที่เครื่องยนต์ที่มีกำลังอัดมากเกินไป ซึ่งการสูญเสียการเติมจะได้รับการชดเชยโดยคอมเพรสเซอร์ วัฏจักรของมิลเลอร์ตามทฤษฎีสำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้การจุดระเบิดด้วยประกายไฟนั้นสอดคล้องกับวัฏจักรของเครื่องยนต์แอตกินสันตามทฤษฎีอย่างสมบูรณ์

โดยทั่วไป วัฏจักรของมิลเลอร์/แอตกินสันไม่ใช่วัฏจักรอิสระ แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงของวัฏจักรทางอุณหพลศาสตร์ที่รู้จักกันดีของอ็อตโตและดีเซล แอตกินสันเป็นผู้เขียนแนวคิดเชิงนามธรรมของเครื่องยนต์ที่มีขนาดจังหวะการบีบอัดและการขยายตัวที่แตกต่างกันทางกายภาพ การจัดกระบวนการทำงานจริงใน เครื่องยนต์จริงซึ่งใช้ในทางปฏิบัติจนถึงทุกวันนี้ ถูกเสนอโดยราล์ฟ มิลเลอร์

หลักการ

เมื่อเครื่องยนต์ทำงานในวงจรมิลเลอร์โดยมีการบีบอัดลดลง วาล์วไอดีจะปิดช้ากว่าในรอบอ็อตโตมาก เนื่องจากส่วนหนึ่งของประจุถูกบังคับให้กลับเข้าไปในพอร์ตไอดี และกระบวนการบีบอัดจะเริ่มขึ้นในช่วงครึ่งหลังของ จังหวะ เป็นผลให้อัตราส่วนการอัดที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่าอัตราส่วนทางเรขาคณิต (ซึ่งในทางกลับกันจะเท่ากับอัตราส่วนการขยายตัวของก๊าซในระหว่างจังหวะ) โดยการลดการสูญเสียการสูบน้ำและการสูญเสียแรงอัด การเพิ่มขึ้นของความร้อน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ภายใน 5-7% และการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงที่สอดคล้องกัน

การนำไปปฏิบัติ

ในแบบคลาสสิก เครื่องยนต์โตโยต้า 90s ที่มีเฟสคงที่ ทำงานบนวงจร Otto วาล์วไอดีปิดที่ 35-45° หลังจาก BDC (ตามมุมการหมุน เพลาข้อเหวี่ยง) อัตราส่วนการบีบอัดคือ 9.5-10.0 มากขึ้น เครื่องยนต์ที่ทันสมัยกับ VVT เป็นไปได้ช่วงการปิดวาล์วไอดีขยายเป็น 5-70° หลังจาก BDC อัตราส่วนการอัดเพิ่มขึ้นเป็น 10.0-11.0

ในเครื่องยนต์ของรุ่นไฮบริดที่ทำงานเฉพาะในรอบ Miller เท่านั้น ระยะการปิดของวาล์วไอดีคือ 80-120° ... 60-100° หลังจาก BDC อัตราส่วนการบีบอัดทางเรขาคณิต - 13.0-13.5

ในช่วงกลางทศวรรษ 2010 มีเครื่องยนต์ใหม่ที่มีวาล์วแปรผันหลากหลาย (VVT-iW) ปรากฏขึ้น ซึ่งสามารถทำงานได้ทั้งในวงจรทั่วไปและวงจรมิลเลอร์ สำหรับรุ่นบรรยากาศ ช่วงการปิดวาล์วไอดีคือ 30-110° หลัง BDC โดยมีอัตราส่วนกำลังอัดทางเรขาคณิต 12.5-12.7 สำหรับรุ่นเทอร์โบคือ 10-100° และ 10.0 ตามลำดับ

วงจรมิลเลอร์ถูกเสนอในปี 1947 โดยวิศวกรชาวอเมริกัน ราล์ฟ มิลเลอร์ เพื่อเป็นการผสมผสานข้อดีของเครื่องยนต์แอตกินสันเข้ากับกลไกลูกสูบที่เรียบง่ายกว่าของเครื่องยนต์อ็อตโต แทนที่จะทำให้จังหวะการอัดสั้นลงโดยอัตโนมัติกว่าจังหวะกำลัง (เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ Atkinson แบบคลาสสิกที่ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นเร็วกว่าลง) มิลเลอร์เกิดแนวคิดที่จะลดจังหวะการอัดให้สั้นลงโดยเสียค่าใช้จ่ายในจังหวะไอดี ทำให้ลูกสูบมีความเร็วขึ้นลงเท่าเดิม (เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ Otto สุดคลาสสิก)

เมื่อต้องการทำเช่นนี้ มิลเลอร์เสนอสองประการ แนวทางที่แตกต่างกัน: ปิดวาล์วไอดีเร็วกว่าจุดสิ้นสุดของจังหวะไอดีอย่างมาก (หรือเปิดช้ากว่าจุดเริ่มต้นของจังหวะนี้) หรือปิดช้ากว่าจุดสิ้นสุดของจังหวะนี้อย่างมาก แนวทางแรกในหมู่ผู้เชี่ยวชาญด้านเครื่องยนต์มักเรียกว่า "ไอดีที่สั้นลง" และวิธีที่สอง - "การบีบอัดแบบสั้น" ท้ายที่สุดแล้ว ทั้งสองแนวทางนี้บรรลุสิ่งเดียวกัน นั่นคือการลด แท้จริงอัตราส่วนการบีบอัด ส่วนผสมการทำงานค่อนข้างเป็นเรขาคณิตในขณะที่รักษาระดับการขยายตัวให้คงที่ (นั่นคือจังหวะกำลังยังคงเหมือนเดิมในเครื่องยนต์ Otto และจังหวะการอัดดูเหมือนจะสั้นลง - เช่นเดียวกับของ Atkinson เพียงแต่จะไม่สั้นลงทันเวลา แต่ในระดับ การบีบอัดของส่วนผสม)

ดังนั้นส่วนผสมในเครื่องยนต์ Miller จะถูกบีบอัดน้อยกว่าที่จะบีบอัดในเครื่องยนต์ Otto ที่มีรูปทรงทางกลเดียวกัน สิ่งนี้ทำให้สามารถเพิ่มอัตราส่วนการบีบอัดทางเรขาคณิต (และตามอัตราส่วนการขยายตัว!) เหนือขีด จำกัด ที่กำหนดโดยคุณสมบัติการระเบิดของเชื้อเพลิง - นำการบีบอัดจริงไปสู่ค่าที่ยอมรับได้เนื่องจาก "การทำให้สั้นลงของที่อธิบายไว้ข้างต้น วงจรการบีบอัด” กล่าวอีกนัยหนึ่งสำหรับสิ่งเดียวกัน แท้จริงอัตรากำลังอัด (จำกัดด้วยเชื้อเพลิง) เครื่องยนต์มิลเลอร์มีอัตราการขยายตัวสูงกว่าเครื่องยนต์อ็อตโตอย่างเห็นได้ชัด ทำให้สามารถใช้พลังงานของก๊าซที่ขยายตัวในกระบอกสูบได้อย่างเต็มที่มากขึ้น ซึ่งในความเป็นจริงแล้ว จะเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนของมอเตอร์ ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ที่สูง และอื่นๆ

ประโยชน์ของการเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนของวงจรมิลเลอร์ที่สัมพันธ์กับวงจรออตโตนั้นมาพร้อมกับการสูญเสียกำลังไฟฟ้าสูงสุดสำหรับ ขนาดที่กำหนด(และมวล) ของเครื่องยนต์เนื่องจากการเสื่อมสภาพของไส้ในกระบอกสูบ เนื่องจากการได้รับกำลังที่เท่ากันจะต้องใช้เครื่องยนต์ Miller ที่ใหญ่กว่าเครื่องยนต์ Otto ผลที่ได้จากประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่เพิ่มขึ้นของวงจรจะนำไปใช้ส่วนหนึ่งกับการสูญเสียทางกล (แรงเสียดทาน การสั่นสะเทือน ฯลฯ) ที่เพิ่มขึ้นตามขนาดของเครื่องยนต์

การควบคุมวาล์วด้วยคอมพิวเตอร์ช่วยให้คุณเปลี่ยนระดับการเติมกระบอกสูบระหว่างการทำงาน ทำให้สามารถบีบตัวออกจากเครื่องยนต์ได้ กำลังสูงสุดเมื่อตัวชี้วัดทางเศรษฐกิจเสื่อมลงหรือมีประสิทธิภาพดีขึ้นในขณะที่ลดกำลังลง

ปัญหาที่คล้ายกันแก้ไขได้ด้วยเครื่องยนต์ห้าจังหวะซึ่งมีการขยายเพิ่มเติมในกระบอกสูบแยกต่างหาก

แอตกินสัน มิลเลอร์ อ็อตโต และคนอื่นๆ ในการสำรวจเชิงเทคนิคสั้นๆ ของเรา

ก่อนอื่น เรามาดูกันว่าวงจรการทำงานของเครื่องยนต์คืออะไร เครื่องยนต์สันดาปภายในเป็นวัตถุที่แปลงแรงดันจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงเป็นพลังงานกล และเนื่องจากทำงานด้วยความร้อน จึงเป็นเครื่องยนต์ความร้อน ดังนั้นวัฏจักรสำหรับเครื่องยนต์ความร้อนจึงเป็นกระบวนการแบบวงกลมซึ่งพารามิเตอร์เริ่มต้นและพารามิเตอร์สุดท้ายที่กำหนดสถานะของของไหลทำงาน (ในกรณีของเราคือกระบอกสูบที่มีลูกสูบ) ตรงกัน พารามิเตอร์เหล่านี้ได้แก่ ความดัน ปริมาตร อุณหภูมิ และเอนโทรปี

พารามิเตอร์เหล่านี้และการเปลี่ยนแปลงเป็นตัวกำหนดว่าเครื่องยนต์จะทำงานอย่างไรและกล่าวอีกนัยหนึ่งคือวัฏจักรของเครื่องยนต์จะเป็นอย่างไร ดังนั้น หากคุณมีความปรารถนาและความรู้เกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์ คุณสามารถสร้างวงจรการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนของคุณเองได้ สิ่งสำคัญคือการทำให้เครื่องยนต์ของคุณทำงานเพื่อพิสูจน์สิทธิ์ในการมีอยู่ของคุณ

อ๊อตโต้ ไซเคิล

เราจะเริ่มต้นด้วยวงจรการทำงานที่สำคัญที่สุด ซึ่งใช้อยู่ในเครื่องยนต์สันดาปภายในเกือบทั้งหมดในปัจจุบัน ตั้งชื่อตาม Nikolaus August Otto นักประดิษฐ์ชาวเยอรมัน ในขั้นต้น Otto ใช้งานของ Jean Lenoir ชาวเบลเยียม เครื่องยนต์เลอนัวร์รุ่นนี้จะให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการออกแบบดั้งเดิมแก่คุณ

เนื่องจากเลอนัวร์และออตโตไม่คุ้นเคยกับวิศวกรรมไฟฟ้า การจุดระเบิดในต้นแบบจึงถูกสร้างขึ้นด้วยเปลวไฟ ซึ่งจุดส่วนผสมภายในกระบอกสูบผ่านท่อ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเครื่องยนต์ Otto และเครื่องยนต์ Lenoir คือการวางกระบอกสูบในแนวตั้ง ซึ่งทำให้ Otto ใช้พลังงานของก๊าซไอเสียเพื่อยกลูกสูบขึ้นหลังจากจังหวะส่งกำลัง จังหวะลงของลูกสูบเริ่มต้นภายใต้อิทธิพลของความดันบรรยากาศ และหลังจากที่ความดันในกระบอกสูบถึงชั้นบรรยากาศ วาล์วไอเสียก็เปิดออก และลูกสูบที่มีมวลก็แทนที่ก๊าซไอเสีย เป็นการใช้พลังงานโดยสมบูรณ์ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างเหลือเชื่อถึง 15% ในขณะนั้น ซึ่งเกินกว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ไอน้ำเสียอีก นอกจากนี้ การออกแบบนี้ทำให้สามารถใช้เชื้อเพลิงน้อยลงถึงห้าเท่า ซึ่งนำไปสู่การครอบงำการออกแบบนี้ในตลาดโดยรวม

แต่ความสำเร็จหลักของอ็อตโตคือการประดิษฐ์เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบสี่จังหวะ สิ่งประดิษฐ์นี้เกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2420 และได้รับการจดสิทธิบัตรในเวลาเดียวกัน แต่นักอุตสาหกรรมชาวฝรั่งเศสได้ขุดค้นเอกสารสำคัญของตนและพบว่าแนวคิดดังกล่าว การทำงานสี่จังหวะไม่กี่ปีก่อนที่จะมีการจดสิทธิบัตร Otto ได้รับการอธิบายโดยชาวฝรั่งเศส Beau de Roche สิ่งนี้ทำให้เราสามารถลดการจ่ายสิทธิบัตรและเริ่มพัฒนามอเตอร์ของเราเองได้ แต่ด้วยประสบการณ์ เครื่องยนต์ของ Otto จึงเป็นเลิศ ดีกว่าคู่แข่ง. และในปี พ.ศ. 2440 มีการผลิต 42,000 ชิ้น

แต่จริงๆ แล้ววงจรอ็อตโตคืออะไร? นี่คือสี่จังหวะของเครื่องยนต์สันดาปภายในที่เราคุ้นเคยตั้งแต่สมัยเรียน – ไอดี กำลังอัด จังหวะกำลัง และไอเสีย กระบวนการทั้งหมดนี้ใช้เวลาเท่ากัน และคุณลักษณะทางความร้อนของมอเตอร์จะแสดงในกราฟต่อไปนี้:

โดยที่ 1-2 คือกำลังอัด, 2-3 คือจังหวะกำลัง, 3-4 คือไอเสีย, 4-1 คือไอดี ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์นั้นขึ้นอยู่กับอัตราส่วนกำลังอัดและดัชนีอะเดียแบติก:

โดยที่ n คืออัตราส่วนกำลังอัด k คือเลขชี้กำลังอะเดียแบติก หรืออัตราส่วนของความจุความร้อนของก๊าซที่ความดันคงที่ต่อความจุความร้อนของก๊าซที่ปริมาตรคงที่

กล่าวอีกนัยหนึ่ง นี่คือปริมาณพลังงานที่ต้องใช้เพื่อทำให้ก๊าซภายในกระบอกสูบกลับสู่สถานะก่อนหน้า

วงจรแอตกินสัน

มันถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี พ.ศ. 2425 โดย James Atkinson วิศวกรชาวอังกฤษ วงจรแอตกินสันช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของวงจรออตโต แต่ลดกำลังเอาท์พุตลง ความแตกต่างที่สำคัญคือ เวลาที่แตกต่างกันการทำงานของเครื่องยนต์รอบต่างๆ

การออกแบบพิเศษของคันโยกเครื่องยนต์ Atkinson ช่วยให้ลูกสูบทั้งสี่จังหวะทำงานเสร็จได้ในการหมุนเพลาข้อเหวี่ยงเพียงครั้งเดียว อีกด้วย การออกแบบนี้ทำให้จังหวะลูกสูบมีความยาวต่างกัน: จังหวะลูกสูบระหว่างไอดีและไอเสียจะยาวกว่าระหว่างการบีบอัดและการขยายตัว

คุณสมบัติอีกประการหนึ่งของเครื่องยนต์คือลูกเบี้ยววาล์วเปิดและปิด (วาล์วเปิดและปิด) ตั้งอยู่บนเพลาข้อเหวี่ยงโดยตรง สิ่งนี้ช่วยลดความจำเป็น การติดตั้งแยกต่างหาก เพลาลูกเบี้ยว. นอกจากนี้ยังไม่จำเป็นต้องติดตั้งกระปุกเกียร์เนื่องจาก เพลาข้อเหวี่ยงหมุนสองครั้ง ความเร็วต่ำลง. ในศตวรรษที่ 19 เครื่องยนต์ไม่แพร่หลายเนื่องจากมีกลไกที่ซับซ้อน แต่ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 เครื่องยนต์ได้รับความนิยมมากขึ้นเมื่อเริ่มใช้กับเครื่องยนต์ไฮบริด

Lexus ที่มีราคาแพงมีหน่วยแปลก ๆ เช่นนี้หรือไม่? ไม่ใช่เลย ไม่มีใครจะนำวัฏจักรแอตกินสันไปใช้ในรูปแบบบริสุทธิ์ แต่การปรับเปลี่ยนมอเตอร์ธรรมดาให้เป็นไปได้ค่อนข้างมาก ดังนั้นอย่าคุยโวเกี่ยวกับแอตกินสันเป็นเวลานานและก้าวไปสู่วงจรที่นำเขามาสู่ความเป็นจริง

วงจรมิลเลอร์

วัฏจักรของมิลเลอร์ถูกเสนอในปี 1947 โดยวิศวกรชาวอเมริกัน ราล์ฟ มิลเลอร์ เพื่อเป็นการผสมผสานข้อดีของเครื่องยนต์แอตกินสันเข้ากับข้อดีที่มากกว่า เครื่องยนต์ที่เรียบง่ายอ๊อตโต้. แทนที่จะทำให้จังหวะการอัดสั้นลงโดยอัตโนมัติกว่าจังหวะกำลัง (เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ Atkinson แบบคลาสสิกที่ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นเร็วกว่าลง) มิลเลอร์เกิดแนวคิดที่จะลดจังหวะการอัดให้สั้นลงโดยเสียค่าใช้จ่ายในจังหวะไอดี ทำให้ลูกสูบมีความเร็วขึ้นลงเท่าเดิม (เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ Otto สุดคลาสสิก)

ในการทำเช่นนี้ มิลเลอร์เสนอแนวทางที่แตกต่างกันสองวิธี: ปิดวาล์วไอดีอย่างมีนัยสำคัญก่อนสิ้นสุดจังหวะไอดี หรือปิดอย่างมีนัยสำคัญหลังจากสิ้นสุดจังหวะนี้ วิธีแรกในหมู่ผู้ขับขี่รถยนต์มักเรียกว่า "ไอดีสั้น" และวิธีที่สอง - "การบีบอัดสั้น" ท้ายที่สุดแล้ว ทั้งสองแนวทางนี้ให้สิ่งเดียวกัน: ลดอัตราส่วนการอัดที่แท้จริงของส่วนผสมการทำงานที่สัมพันธ์กับเรขาคณิตในขณะที่รักษาอัตราส่วนการขยายให้คงที่ (นั่นคือ จังหวะกำลังยังคงเหมือนเดิมในเครื่องยนต์ Otto และการบีบอัด ดูเหมือนว่าจังหวะจะสั้นลง - เช่นเดียวกับแอตกินสันเท่านั้นที่ลดลงไม่ตามเวลา แต่ตามระดับการบีบอัดของส่วนผสม)

ดังนั้นส่วนผสมในเครื่องยนต์ Miller จะถูกบีบอัดน้อยกว่าที่จะบีบอัดในเครื่องยนต์ Otto ที่มีรูปทรงทางกลเดียวกัน สิ่งนี้ทำให้สามารถเพิ่มอัตราส่วนการบีบอัดทางเรขาคณิต (และตามอัตราส่วนการขยายตัว!) เหนือขีด จำกัด ที่กำหนดโดยคุณสมบัติการระเบิดของเชื้อเพลิง - นำการบีบอัดจริงไปสู่ค่าที่ยอมรับได้เนื่องจาก "การทำให้สั้นลงของที่อธิบายไว้ข้างต้น วงจรการบีบอัด” กล่าวอีกนัยหนึ่ง สำหรับอัตราส่วนกำลังอัดจริงที่เท่ากัน (จำกัดโดยเชื้อเพลิง) เครื่องยนต์ Miller มีอัตราการขยายตัวที่สูงกว่าเครื่องยนต์ Otto อย่างมีนัยสำคัญ ทำให้สามารถใช้พลังงานของก๊าซที่ขยายตัวในกระบอกสูบได้อย่างเต็มที่มากขึ้น ซึ่งในความเป็นจริงแล้ว จะเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนของมอเตอร์ ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ที่สูง และอื่นๆ ข้อดีประการหนึ่งของวงจรมิลเลอร์ก็คือความสามารถในการเปลี่ยนจังหวะการจุดระเบิดได้อย่างกว้างขวางมากขึ้น โดยไม่เสี่ยงต่อการระเบิด ซึ่งให้ความยืดหยุ่นแก่วิศวกรมากขึ้น

ประโยชน์ของประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่เพิ่มขึ้นของวงจร Miller ที่สัมพันธ์กับวงจร Otto นั้นมาพร้อมกับการสูญเสียกำลังไฟฟ้าสูงสุดสำหรับขนาด (และน้ำหนัก) ของเครื่องยนต์ที่กำหนด เนื่องจากการเติมกระบอกสูบลดลง เนื่องจากการได้รับกำลังที่เท่ากันจะต้องใช้เครื่องยนต์ Miller ที่ใหญ่กว่าเครื่องยนต์ Otto ผลที่ได้จากประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่เพิ่มขึ้นของวงจรจะนำไปใช้ส่วนหนึ่งกับการสูญเสียทางกลที่เพิ่มขึ้น (แรงเสียดทาน การสั่นสะเทือน ฯลฯ) กับขนาดของเครื่องยนต์

วงจรดีเซล

และสุดท้าย อย่างน้อยก็ควรค่าแก่การจดจำสั้นๆ เกี่ยวกับวัฏจักรดีเซล ในตอนแรกรูดอล์ฟ ดีเซลต้องการสร้างเครื่องยนต์ที่จะใกล้เคียงกับวัฏจักรการ์โนต์มากที่สุด ซึ่งประสิทธิภาพจะถูกกำหนดโดยความแตกต่างของอุณหภูมิของของไหลทำงานเท่านั้น แต่เนื่องจากการระบายความร้อนเครื่องยนต์ให้เป็นศูนย์สัมบูรณ์นั้นไม่เย็น ดีเซลจึงหันไปทางอื่น เขาเพิ่มอุณหภูมิสูงสุดซึ่งเขาเริ่มบีบอัดเชื้อเพลิงให้เป็นค่าที่ห้ามปรามในขณะนั้น เครื่องยนต์ของเขากลายเป็นจริง ประสิทธิภาพสูงแต่เริ่มแรกทำงานกับน้ำมันก๊าด รูดอล์ฟสร้างต้นแบบแรกในปี พ.ศ. 2436 และเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 เท่านั้นที่เขาเปลี่ยนมาใช้เชื้อเพลิงประเภทอื่น รวมถึงดีเซลด้วย

• , 17 ก.ค. 2558

เครื่องยนต์ สันดาปภายใน(ICE) ถือเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในรถยนต์ ความสบายของผู้ขับขี่จะรู้สึกอยู่หลังพวงมาลัยนั้นขึ้นอยู่กับคุณลักษณะ กำลัง การตอบสนองของคันเร่ง และประสิทธิภาพของรถ แม้ว่ารถยนต์จะได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง แต่ “รก” ระบบนำทาง, อุปกรณ์ทันสมัย, มัลติมีเดียและอื่น ๆ มอเตอร์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในทางปฏิบัติอย่างน้อยหลักการทำงานก็ไม่เปลี่ยนแปลง

วัฏจักรของ Otto Atkinson ซึ่งเป็นรากฐาน เครื่องยนต์สันดาปภายในรถยนต์ได้รับการพัฒนาเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 และตั้งแต่นั้นมาก็ยังไม่เคยได้รับการปฏิบัติใดๆ เลย การเปลี่ยนแปลงระดับโลก. มีเพียงในปี 1947 เท่านั้นที่ Ralph Miller สามารถปรับปรุงการพัฒนาของรุ่นก่อนๆ ได้ โดยดึงเอาสิ่งที่ดีที่สุดจากเครื่องยนต์แต่ละรุ่นมาใช้ แต่เพื่อที่จะ โครงร่างทั่วไปเพื่อให้เข้าใจหลักการทำงานของหน่วยกำลังสมัยใหม่คุณต้องดูประวัติเล็กน้อย

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ออตโต

เครื่องยนต์แรกสำหรับรถยนต์ซึ่งสามารถทำงานได้ตามปกติไม่เพียงแต่ในทางทฤษฎีเท่านั้น ได้รับการพัฒนาโดยชาวฝรั่งเศส อี. เลอนัวร์ในปี 1860 และเป็นรุ่นแรกที่มีกลไกข้อเหวี่ยง หน่วยนี้ใช้แก๊ส ใช้บนเรือ ปัจจัยด้านประสิทธิภาพ (ประสิทธิภาพ) ไม่เกิน 4.65% ต่อจากนั้นเลอนัวร์ร่วมมือกับนิโคลัส อ็อตโต โดยร่วมมือกับนักออกแบบชาวเยอรมันในปี พ.ศ. 2406 ได้สร้างเครื่องยนต์สันดาปภายใน 2 จังหวะที่มีประสิทธิภาพ 15%

หลักการ เครื่องยนต์สี่จังหวะถูกเสนอครั้งแรกโดย N.A. Otto ในปี พ.ศ. 2419 เป็นนักออกแบบที่เรียนรู้ด้วยตนเองคนนี้ซึ่งถือเป็นผู้สร้างมอเตอร์ตัวแรกสำหรับรถยนต์ เครื่องยนต์ก็มี ระบบแก๊สแหล่งจ่ายไฟผู้ประดิษฐ์เครื่องยนต์สันดาปภายในคาร์บูเรเตอร์เครื่องแรกของโลกที่ใช้น้ำมันเบนซินคือนักออกแบบชาวรัสเซีย O. S. Kostovich

วงจรอ็อตโตใช้กับเครื่องยนต์สมัยใหม่หลายรุ่น มีทั้งหมดสี่จังหวะ:

• ไอดี (เมื่อวาล์วไอดีเปิดขึ้น พื้นที่ทรงกระบอกจะเต็มไปด้วยส่วนผสมเชื้อเพลิง);
• การบีบอัด (วาล์วถูกปิดผนึก (ปิด) ส่วนผสมถูกบีบอัดและเมื่อสิ้นสุดกระบวนการนี้จะเกิดการจุดระเบิดซึ่งมาจากหัวเทียน)
• จังหวะการทำงาน (เนื่องจาก อุณหภูมิสูงและแรงดันสูงที่ลูกสูบพุ่งลงมาทำให้ก้านสูบและเพลาข้อเหวี่ยงเคลื่อนที่)
• ปล่อย (ที่จุดเริ่มต้นของมาตรการนี้จะเปิดขึ้น วาล์วไอเสียเคลียร์ทางปล่อยก๊าซไอเสียเพลาข้อเหวี่ยงยังคงหมุนต่อไปอันเป็นผลมาจากการแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกลโดยยกก้านสูบพร้อมลูกสูบขึ้น)

จังหวะทั้งหมดจะวนเป็นวงกลมและมู่เล่ซึ่งกักเก็บพลังงานจะช่วยหมุนเพลาข้อเหวี่ยง

แม้ว่าเมื่อเทียบกับรุ่นสองจังหวะ แต่วงจรสี่จังหวะก็ดูล้ำหน้ากว่า แต่มีประสิทธิภาพ เครื่องยนต์เบนซินแม้แต่ในตอนนั้นก็ตาม สถานการณ์กรณีที่ดีที่สุดไม่เกิน 25% และประสิทธิภาพสูงสุดคือสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลในที่นี้สามารถเพิ่มได้สูงสุด 50%

วัฏจักรอุณหพลศาสตร์แอตกินสัน

James Atkinson วิศวกรชาวอังกฤษผู้ตัดสินใจปรับปรุงสิ่งประดิษฐ์ของ Otto ให้ทันสมัย ​​เสนอเวอร์ชันของเขาเองในการปรับปรุงรอบที่สาม (power stroke) ในปี 1882 ผู้ออกแบบตั้งเป้าหมายที่จะเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องยนต์และลดกระบวนการอัด ทำให้เครื่องยนต์สันดาปภายในประหยัดมากขึ้น มีเสียงดังน้อยลง และความแตกต่างในรูปแบบการก่อสร้างคือการเปลี่ยนระบบขับเคลื่อนของกลไกข้อเหวี่ยง (ข้อเหวี่ยง) และทำจังหวะทั้งหมดให้เสร็จสิ้น ในการหมุนเพลาข้อเหวี่ยงเพียงครั้งเดียว

แม้ว่าแอตกินสันจะสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของมอเตอร์ของเขาโดยสัมพันธ์กับสิ่งประดิษฐ์ที่ได้รับการจดสิทธิบัตรของอ็อตโตแล้ว แต่โครงการดังกล่าวไม่ได้ถูกนำไปใช้จริง กลไกกลับกลายเป็นว่าซับซ้อนเกินไป แต่แอตกินสันเป็นผู้ออกแบบคนแรกที่เสนอให้ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในที่มีอัตราส่วนกำลังอัดลดลง และต่อมาผู้ประดิษฐ์ราล์ฟ มิลเลอร์ได้นำหลักการของวัฏจักรทางอุณหพลศาสตร์นี้มาใช้

ความคิดในการลดกระบวนการบีบอัดและการบริโภคที่อิ่มตัวมากขึ้นไม่ได้ถูกลืมเลือน American R. Miller กลับมาหามันในปี 1947 แต่คราวนี้วิศวกรเสนอให้ดำเนินการตามโครงการไม่ใช่โดยทำให้เพลาข้อเหวี่ยงซับซ้อน แต่โดยการเปลี่ยนจังหวะวาล์ว พิจารณาสองเวอร์ชัน:

• จังหวะกำลังพร้อมการปิดวาล์วไอดีล่าช้า (LICV หรือการบีบอัดแบบสั้น)
• จังหวะพร้อมการปิดวาล์วเร็ว (EICV หรือไอดีสั้น)

การปิดวาล์วไอดีล่าช้าส่งผลให้กำลังอัดลดลงเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ Otto ทำให้เกิดชิ้นส่วน ส่วนผสมเชื้อเพลิงไหลกลับเข้าสู่ท่อไอดี โซลูชันที่สร้างสรรค์นี้ให้:

• การบีบอัดทางเรขาคณิตที่นุ่มนวลยิ่งขึ้น ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศ;
• ประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงเพิ่มเติมโดยเฉพาะที่ความเร็วต่ำ
• การระเบิดน้อยลง
• ระดับเสียงต่ำ

ข้อเสียของโครงการนี้ ได้แก่ การลดอำนาจลงด้วย ความเร็วสูงเนื่องจากกระบวนการบีบอัดสั้นลง แต่เนื่องจากการเติมกระบอกสูบให้สมบูรณ์มากขึ้น ประสิทธิภาพจึงเพิ่มขึ้นตาม รอบต่ำและอัตราส่วนกำลังอัดทางเรขาคณิตเพิ่มขึ้น (อัตราส่วนกำลังอัดจริงลดลง) การแสดงภาพกราฟิกของกระบวนการเหล่านี้สามารถดูได้ในแผนภาพด้านล่าง

เครื่องยนต์ที่ทำงานตามโครงการมิลเลอร์สูญเสียอ็อตโตไปในระดับสูง จำกัดความเร็วในแง่ของกำลัง แต่ในสภาพการใช้งานในเมืองสิ่งนี้ไม่สำคัญนัก แต่เครื่องยนต์ดังกล่าวประหยัดกว่า ระเบิดน้อยกว่า ทำงานนุ่มนวลกว่าและเงียบกว่า

เครื่องยนต์ Miller Cycle บน Mazda Xedos (2.3 ลิตร)

กลไกการจ่ายก๊าซแบบพิเศษที่มีการทับซ้อนกันของวาล์วทำให้เพิ่มอัตราส่วนการอัด (CR) หากในรุ่นมาตรฐานคือ 11 จากนั้นในเครื่องยนต์ที่มีการบีบอัดสั้นตัวเลขนี้ภายใต้เงื่อนไขที่เหมือนกันอื่น ๆ ทั้งหมดจะเพิ่มเป็น 14 . สำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายใน 6 สูบ 2.3 ลิตร Mazda Xedos (ตระกูล Skyactiv) ในทางทฤษฎีจะมีลักษณะเช่นนี้: วาล์วไอดี (IV) จะเปิดขึ้นเมื่อลูกสูบอยู่ในตำแหน่ง ตายแล้วจุด (เรียกย่อว่า TDC) ไม่ปิดที่ จุดต่ำสุด(BDC) และหลังจากนั้น ยังคงเปิดอยู่ที่ 70° ในกรณีนี้ ส่วนหนึ่งของส่วนผสมเชื้อเพลิงและอากาศถูกดันกลับเข้าไปในท่อร่วมไอดี การบีบอัดจะเริ่มขึ้นหลังจากที่ VC ปิด เมื่อลูกสูบกลับสู่ TDC:

• ปริมาตรในกระบอกสูบลดลง
• ความดันเพิ่มขึ้น
• การจุดระเบิดจากหัวเทียนเกิดขึ้นในช่วงเวลาหนึ่งขึ้นอยู่กับโหลดและจำนวนรอบการหมุน (ระบบกำหนดเวลาการจุดระเบิดทำงาน)

จากนั้นลูกสูบจะเคลื่อนตัวลง เกิดการขยายตัว และการถ่ายเทความร้อนไปยังผนังกระบอกสูบไม่สูงเท่ากับแบบแผน Otto เนื่องจากการบีบอัดสั้น เมื่อลูกสูบถึง BDC ก๊าซจะถูกปล่อยออกมา จากนั้นการกระทำทั้งหมดจะทำซ้ำอีกครั้ง

การกำหนดค่าพิเศษของท่อร่วมไอดี (กว้างและสั้นกว่าปกติ) และมุมเปิดของ VK 70 องศาที่ SZ 14:1 ทำให้สามารถกำหนดเวลาการจุดระเบิดที่ 8° เป็น ความเร็วรอบเดินเบาโดยไม่มีการระเบิดให้เห็นชัดเจน นอกจากนี้ โครงการนี้ยังให้เปอร์เซ็นต์ของประโยชน์ที่สูงกว่าอีกด้วย งานเครื่องกลหรืออีกนัยหนึ่งคือช่วยให้คุณเพิ่มประสิทธิภาพได้ ปรากฎว่างานที่คำนวณโดยสูตร A=P dV (P คือความดัน dV คือการเปลี่ยนแปลงปริมาตร) ไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ความร้อนแก่ผนังกระบอกสูบหรือหัวบล็อก แต่ใช้เพื่อทำให้จังหวะการทำงานเสร็จสมบูรณ์ แผนผังกระบวนการทั้งหมดสามารถเห็นได้ในรูปโดยที่จุดเริ่มต้นของวงจร (BDC) ระบุด้วยหมายเลข 1 กระบวนการบีบอัด - ไปยังจุดที่ 2 (TDC) จาก 2 ถึง 3 - การจ่ายความร้อนด้วย ลูกสูบนิ่ง เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่จากจุดที่ 3 ไปจุดที่ 4 จะเกิดการขยายตัว งานที่เสร็จสมบูรณ์จะแสดงด้วยพื้นที่แรเงา ณ

นอกจากนี้ สามารถดูแผนภาพทั้งหมดได้ในพิกัด T S โดยที่ T หมายถึงอุณหภูมิ และ S คือเอนโทรปี ซึ่งเพิ่มขึ้นตามการจ่ายความร้อนให้กับสสาร และในการวิเคราะห์ของเรา นี่คือค่าที่มีเงื่อนไข การกำหนด Q p และ Q 0 – ปริมาณความร้อนที่จ่ายและกำจัดออก

ข้อเสียของซีรีย์ Skyactiv คือเมื่อเปรียบเทียบกับ Otto คลาสสิก เครื่องยนต์เหล่านี้มีกำลังเฉพาะ (จริง) น้อยกว่า สำหรับเครื่องยนต์ 2.3 ลิตรที่มีหกสูบมีเพียง 211 พลังม้าจากนั้นคำนึงถึงเทอร์โบชาร์จเจอร์และ 5300 รอบต่อนาที แต่เครื่องยนต์ก็มีข้อได้เปรียบที่จับต้องได้เช่นกัน:

• อัตราการบีบอัดสูง
• ความเป็นไปได้ในการติดตั้ง การจุดระเบิดในช่วงต้นโดยไม่ทำให้เกิดการระเบิด
• รับประกันการเร่งความเร็วอย่างรวดเร็วจากการหยุดนิ่ง
• ประสิทธิภาพสูง.

และข้อดีที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งของเครื่องยนต์ Miller Cycle จาก ผู้ผลิตมาสด้า – การบริโภคที่ประหยัดเชื้อเพลิง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อบรรทุกน้อยและไม่ได้ใช้งาน

เครื่องยนต์แอตกินสันสำหรับรถยนต์โตโยต้า

แม้ว่าวัฏจักรแอตกินสันไม่พบการใช้งานจริงในศตวรรษที่ 19 แต่แนวคิดเกี่ยวกับเครื่องยนต์ได้ถูกนำมาใช้ในหน่วยกำลังของศตวรรษที่ 21 มอเตอร์ดังกล่าวได้รับการติดตั้งในไฮบริดบางรุ่น รถยนต์นั่งส่วนบุคคลโตโยต้าทำงานพร้อมกันและต่อเนื่อง น้ำมันเบนซินและเรื่องไฟฟ้า ควรชี้แจงให้ชัดเจนว่าทฤษฎีแอตกินสันไม่เคยใช้ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ แต่การพัฒนาใหม่ๆ ของวิศวกรโตโยต้าสามารถเรียกได้ว่าเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ออกแบบตามวงจรแอตกินสัน/มิลเลอร์ เนื่องจากใช้มาตรฐาน กลไกข้อเหวี่ยง. การลดรอบการอัดทำได้โดยการเปลี่ยนขั้นตอนการจ่ายก๊าซ ในขณะที่รอบการชักกำลังยาวขึ้น มอเตอร์ที่ใช้รูปแบบเดียวกันนี้พบได้ในรถยนต์โตโยต้า:

• พรีอุส;
• ยาริส;
• ออริส;
• ไฮแลนด์;
• เล็กซัส GS 450h;
• เล็กซัส CT 200h;
• เล็กซัส HS 250h;
• ยาวิทซ์

เครื่องยนต์ที่มีรูปแบบ Atkinson/Miller ได้รับการเติมเต็มอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นเมื่อต้นปี 2560 ความกังวลของญี่ปุ่นจึงเริ่มผลิตเครื่องยนต์สันดาปภายในสี่สูบขนาด 1.5 ลิตรที่ใช้น้ำมันเบนซินออกเทนสูง ให้กำลัง 111 แรงม้าพร้อมกระบอกสูบ อัตราส่วนกำลังอัด 13.5:1 เครื่องยนต์ติดตั้งตัวเปลี่ยนเฟส VVT-IE ซึ่งสามารถสลับโหมด Otto/Atkinson ขึ้นอยู่กับความเร็วและน้ำหนักบรรทุก ด้วยหน่วยส่งกำลังนี้ รถจึงสามารถเร่งความเร็วได้ถึง 100 กม./ชม. ใน 11 วินาที เครื่องยนต์มีความประหยัด ประสิทธิภาพสูง (สูงถึง 38.5%) และให้อัตราเร่งที่ดีเยี่ยม

วงจรดีเซล

อันดับแรก เครื่องยนต์ดีเซลได้รับการออกแบบและสร้างโดยนักประดิษฐ์และวิศวกรชาวเยอรมัน รูดอล์ฟ ดีเซล ในปี พ.ศ. 2440 หน่วยกำลังมี ขนาดใหญ่มีขนาดใหญ่กว่าเครื่องจักรไอน้ำในสมัยนั้นด้วยซ้ำ เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ Otto มันเป็นสี่จังหวะ แต่โดดเด่นด้วยประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม ใช้งานง่าย และอัตราส่วนกำลังอัดของเครื่องยนต์สันดาปภายในนั้นสูงกว่าหน่วยกำลังน้ำมันเบนซินอย่างมีนัยสำคัญ เครื่องยนต์ดีเซลรุ่นแรกของปลายศตวรรษที่ 19 ใช้ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมน้ำหนักเบาและน้ำมันพืช นอกจากนี้ ยังมีความพยายามที่จะใช้ฝุ่นถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงด้วย แต่การทดลองล้มเหลวเกือบจะในทันที:

• การตรวจสอบให้แน่ใจว่าการจ่ายฝุ่นเข้าสู่กระบอกสูบนั้นเป็นปัญหา
• ถ่านหินซึ่งมีคุณสมบัติในการเสียดสีทำให้กลุ่มลูกสูบและกระบอกสูบสึกหรออย่างรวดเร็ว

สิ่งที่น่าสนใจคือ Herbert Aykroyd Stewart นักประดิษฐ์ชาวอังกฤษได้จดสิทธิบัตร เครื่องยนต์ที่คล้ายกันเร็วกว่ารูดอล์ฟดีเซลสองปี แต่ดีเซลสามารถออกแบบโมเดลที่มีแรงดันกระบอกสูบเพิ่มขึ้นได้ แบบจำลองของสจ๊วตในทางทฤษฎีให้ประสิทธิภาพเชิงความร้อน 12% ในขณะที่ตามรูปแบบดีเซลมีประสิทธิภาพถึง 50%

ในปี 1898 Gustav Trinkler ได้ออกแบบเครื่องยนต์น้ำมันแรงดันสูงที่ติดตั้ง pre-chamber โมเดลนี้เป็นต้นแบบโดยตรงของเครื่องยนต์สันดาปภายในดีเซลสมัยใหม่

เครื่องยนต์ดีเซลสมัยใหม่สำหรับรถยนต์

เช่นเดียวกับเครื่องยนต์เบนซินตามวงจร Otto เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ดีเซล แผนภูมิวงจรรวมการก่อสร้างไม่เปลี่ยนแปลงแต่มีความทันสมัย เครื่องยนต์สันดาปภายในดีเซล“รก” พร้อมส่วนประกอบเพิ่มเติม: เทอร์โบชาร์จเจอร์, ระบบอิเล็กทรอนิกส์ระบบควบคุมการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง, อินเตอร์คูลเลอร์, เซ็นเซอร์ต่างๆและอื่น ๆ ช่วงนี้มีการพัฒนาและเปิดตัวเป็นซีรีส์มากขึ้นเรื่อยๆ หน่วยพลังงานโดยตรงด้วย การฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง“คอมมอนเรล” ให้ก๊าซไอเสียที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมตาม ข้อกำหนดที่ทันสมัย, ความดันสูงการฉีด ดีเซลด้วย ฉีดตรงมีข้อได้เปรียบที่จับต้องได้ค่อนข้างชัดเจนเหนือเครื่องยนต์ที่มีระบบเชื้อเพลิงธรรมดา:

• ใช้เชื้อเพลิงอย่างประหยัด
• มีกำลังสูงกว่าด้วยปริมาตรเท่ากัน
• ทำงานกับ ระดับต่ำเสียงรบกวน;
• ช่วยให้รถเร่งความเร็วได้เร็วขึ้น

ข้อเสียของเครื่องยนต์ คอมมอนเรล: ค่อนข้างซับซ้อน, ต้องใช้อุปกรณ์พิเศษในการซ่อมและบำรุงรักษา, ความต้องการคุณภาพของน้ำมันดีเซลค่อนข้างมาก ราคาสูง. ชอบ เครื่องยนต์สันดาปภายในน้ำมันเบนซินเครื่องยนต์ดีเซลได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและซับซ้อนมากขึ้น

ก่อนจะพูดถึงฟีเจอร์ของเครื่องยนต์ Mazda Miller ผมจะสังเกตก่อนว่าไม่ใช่ห้าจังหวะ แต่เป็น 4 จังหวะเหมือนกับเครื่องยนต์ Otto มอเตอร์ของ Miller ไม่มีอะไรมากไปกว่าการปรับปรุง เครื่องยนต์คลาสสิคสันดาปภายใน. มอเตอร์เหล่านี้เกือบจะเหมือนกันทั้งในด้านโครงสร้าง ความแตกต่างอยู่ที่จังหวะวาล์ว สิ่งที่แตกต่างคือเครื่องยนต์แบบคลาสสิกทำงานตามวัฏจักรของวิศวกรชาวเยอรมัน Nicholas Otto และเครื่องยนต์ Mazda Miller ทำงานตามวัฏจักรของวิศวกรชาวอังกฤษ James Atkinson แม้ว่าด้วยเหตุผลบางประการจึงตั้งชื่อตามวิศวกรชาวอเมริกัน Ralph Miller . หลังยังสร้างวงจรการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายในของตัวเอง แต่ในแง่ของประสิทธิภาพนั้นด้อยกว่าวงจรแอตกินสัน

ความน่าดึงดูดของรูปตัววี "หก" ที่ติดตั้งในรุ่น Xedos 9 (Millenia หรือ Eunos 800) คือด้วยการกระจัด 2.3 ลิตรให้กำลัง 213 แรงม้า และแรงบิด 290 นิวตันเมตร ซึ่งเทียบเท่ากับคุณลักษณะของเครื่องยนต์ 3 ลิตร ในขณะเดียวกัน อัตราสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ทรงพลังดังกล่าวก็ต่ำมาก - บนทางหลวง 6.3 (!) ลิตร/100 กม. ในเมือง - 11.8 ลิตร/100 กม. ซึ่งสอดคล้องกับประสิทธิภาพ 1.8-2 ลิตร เครื่องยนต์ ไม่เลว.

เพื่อให้เข้าใจถึงความลับของมอเตอร์มิลเลอร์คุณควรจำหลักการทำงานที่ทุกคนคุ้นเคย เครื่องยนต์สี่จังหวะอ๊อตโต้. จังหวะแรกคือจังหวะไอดี มันเริ่มต้นหลังจากที่วาล์วไอดีเปิดเมื่อลูกสูบอยู่ใกล้ด้านบน ศูนย์ตาย(ทีดีซี). ลูกสูบเคลื่อนลงมาจะสร้างสุญญากาศในกระบอกสูบ ซึ่งช่วยดูดอากาศและเชื้อเพลิงเข้าไป นอกจากนี้ในโหมดความเร็วรอบเครื่องยนต์ต่ำและปานกลางเมื่อใด วาล์วปีกผีเสื้อเปิดบางส่วนเรียกว่าการสูญเสียการสูบน้ำปรากฏขึ้น สาระสำคัญของพวกเขาคือเนื่องจากสุญญากาศสูงในท่อร่วมไอดี ลูกสูบจึงต้องทำงานในโหมดปั๊ม ซึ่งกินกำลังเครื่องยนต์บางส่วน นอกจากนี้ ยังทำให้การเติมกระบอกสูบด้วยประจุใหม่ลดลง ส่งผลให้สิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงและการปล่อยมลพิษเพิ่มขึ้น สารอันตรายในบรรยากาศ เมื่อลูกสูบถึงจุดศูนย์กลางตายล่าง (BDC) วาล์วไอดีจะปิด หลังจากนั้นลูกสูบขยับขึ้นบีบอัดส่วนผสมที่ติดไฟได้ - จังหวะการบีบอัดเกิดขึ้น ใกล้ TDC ส่วนผสมถูกจุดไฟ ความดันในห้องเผาไหม้เพิ่มขึ้น ลูกสูบเคลื่อนลง - จังหวะกำลัง ที่ BDC วาล์วไอเสียจะเปิด เมื่อลูกสูบเคลื่อนขึ้น - จังหวะไอเสีย - ก๊าซไอเสียที่เหลืออยู่ในกระบอกสูบจะถูกผลักเข้าสู่ระบบไอเสีย

เป็นที่น่าสังเกตว่าเมื่อวาล์วไอเสียเปิด ก๊าซในกระบอกสูบยังคงอยู่ภายใต้ความกดดัน ดังนั้นการปล่อยพลังงานที่ไม่ได้ใช้นี้เรียกว่าการสูญเสียไอเสีย ฟังก์ชั่นการลดเสียงรบกวนถูกกำหนดให้กับท่อไอเสียของระบบไอเสีย

เพื่อลดปรากฏการณ์เชิงลบที่เกิดขึ้นเมื่อเครื่องยนต์ทำงานโดยใช้รูปแบบการจับเวลาวาล์วแบบคลาสสิก ในเครื่องยนต์ Mazda Miller จังหวะวาล์วจึงเปลี่ยนไปตามวงจรแอตกินสัน วาล์วไอดีไม่ได้ปิดใกล้จุดศูนย์กลางตายด้านล่าง แต่จะปิดในภายหลังมาก - เมื่อเพลาข้อเหวี่ยงหมุน 700 จาก BDC (ในเครื่องยนต์ของราล์ฟ มิลเลอร์ วาล์วจะปิดในอีกด้านหนึ่ง - เร็วกว่าลูกสูบผ่าน BDC มาก) วงจรแอตกินสันให้ ทั้งบรรทัดประโยชน์. ประการแรก การสูญเสียการสูบน้ำจะลดลง เนื่องจากส่วนหนึ่งของส่วนผสมเมื่อลูกสูบเคลื่อนขึ้นด้านบน จะถูกดันเข้าไปในท่อร่วมไอดี เพื่อลดสุญญากาศในนั้น

ประการที่สองอัตราส่วนการบีบอัดจะเปลี่ยนไป ตามทฤษฎีแล้วมันยังคงเหมือนเดิมเนื่องจากจังหวะลูกสูบและปริมาตรของห้องเผาไหม้ไม่เปลี่ยนแปลง แต่ในความเป็นจริงเนื่องจากการปิดวาล์วไอดีล่าช้าจึงลดลงจาก 10 เป็น 8 และสิ่งนี้ลดโอกาสที่จะเกิด การระเบิดของการเผาไหม้เชื้อเพลิงซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องเพิ่มความเร็วของเครื่องยนต์โดยเปลี่ยนเกียร์ไปที่เกียร์ต่ำเมื่อภาระเพิ่มขึ้น ความน่าจะเป็นของการระเบิดจากการเผาไหม้จะลดลงด้วยความจริงที่ว่าส่วนผสมที่ติดไฟได้ซึ่งถูกผลักออกจากกระบอกสูบเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นด้านบนจนกระทั่งวาล์วปิดแล้วนำไปไว้ในท่อร่วมไอดีความร้อนบางส่วนที่นำมาจากผนังของห้องเผาไหม้ .

ประการที่สาม ความสัมพันธ์ระหว่างระดับการอัดและการขยายตัวถูกรบกวน เนื่องจากเนื่องจากการปิดวาล์วไอดีในภายหลัง ระยะเวลาของจังหวะการอัดสัมพันธ์กับระยะเวลาของจังหวะการขยายตัว เมื่อวาล์วไอเสียเปิดอยู่ จึงมีนัยสำคัญ ที่ลดลง. เครื่องยนต์ทำงานบนสิ่งที่เรียกว่าวงจรการขยายตัวสูง ซึ่งใช้พลังงานมากขึ้นในก๊าซไอเสีย เป็นเวลานาน, เช่น. พร้อมลดการสูญเสียผลผลิต ทำให้สามารถใช้พลังงานของก๊าซไอเสียได้อย่างเต็มที่ยิ่งขึ้น ซึ่งในความเป็นจริงทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ในระดับสูง

เพื่อให้ได้กำลังและแรงบิดสูงซึ่งจำเป็นสำหรับรุ่นหัวกะทิของ Mazda จึงใช้เครื่องยนต์ของ Miller คอมเพรสเซอร์เชิงกล Lysholm ติดตั้งอยู่ในแคมเบอร์ของเสื้อสูบ

นอกเหนือจากเครื่องยนต์ 2.3 ลิตรของรถยนต์ Xedos 9 แล้ว วงจร Atkinson ยังเริ่มใช้ในเครื่องยนต์น้ำหนักเบาของการติดตั้งรถยนต์ไฮบริด โตโยต้า พริอุส. มันแตกต่างจาก Mazda ตรงที่ไม่มีเครื่องเป่าลมและอัตราส่วนกำลังอัดสูง - 13.5

บ้าน » การแพร่เชื้อ » คุณสมบัติการออกแบบของเครื่องยนต์มิลเลอร์ อ๊อตโต้ ไซเคิล. แอตกินสัน. มิลเลอร์. มันคืออะไร อะไรคือความแตกต่างในการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายใน การประยุกต์วัฏจักรแอตกินสันในอุตสาหกรรมยานยนต์