Injan. Gwahaniaethau rhwng cylchoedd Otto ac Atkinson
Ers peth amser bellach, mae'r term "peiriant beicio economi Atkinson" wedi dod yn fwyfwy cyffredin. Beth yw'r cylch hwn a pham mae'n lleihau'r defnydd o danwydd?
Mae'r peiriannau gasoline pedwar-strôc mwyaf cyffredin heddiw yn gweithredu ar y cylch Otto, fel y'i gelwir, a ddatblygwyd ar ddiwedd y XNUMXfed ganrif gan y dyfeisiwr Almaeneg Nikolaus Otto, dylunydd un o'r peiriannau hylosgi mewnol cilyddol llwyddiannus cyntaf. Mae hanfod y cylch hwn yn cynnwys pedwar strôc a berfformir mewn dau chwyldro o'r crankshaft: y strôc cymeriant, y strôc cywasgu, y strôc gweithio a'r strôc gwacáu.
Ar ddechrau'r strôc cymeriant, mae'r falf cymeriant yn agor, lle mae'r cymysgedd tanwydd aer yn cael ei dynnu i mewn o'r manifold cymeriant trwy dynnu'r piston yn ôl. Cyn dechrau'r strôc cywasgu, mae'r falf cymeriant yn cau ac mae'r piston sy'n dychwelyd i'r pen yn cywasgu'r cymysgedd. Pan fydd y piston yn cyrraedd ei safle brig, mae'r cymysgedd yn cael ei danio gan wreichionen drydanol. Mae'r nwyon llosg poeth sy'n deillio o hyn yn ehangu ac yn gwthio'r piston, gan drosglwyddo ei egni iddo, a phan fydd y piston mor bell â phosibl o'r pen, mae'r falf wacáu yn agor. Mae'r strôc wacáu yn dechrau gyda'r piston dychwelyd yn gwthio'r nwyon gwacáu allan o'r silindr ac i mewn i'r manifold gwacáu.
Yn anffodus, nid yw'r holl egni yn y nwyon gwacáu yn cael ei ddefnyddio yn ystod y strôc pŵer i wthio'r piston (a thrwy'r gwialen gysylltu, i gylchdroi'r crankshaft). Maent yn dal i fod dan bwysau uchel pan fydd y falf exhalation yn agor ar ddechrau'r strôc exhalation. Gallwn ddysgu am hyn pan fyddwn yn clywed y sŵn a wneir gan gar gyda muffler wedi torri - mae'n cael ei achosi gan egni'n rhyddhau i'r aer. Dyna pam mai dim ond tua 35 y cant yn effeithlon y mae peiriannau gasoline traddodiadol. Pe bai'n bosibl cynyddu strôc y piston yn y strôc gweithio a defnyddio'r egni hwn ...
Daeth y syniad hwn i'r dyfeisiwr Saesneg James Atkinson. Ym 1882, dyluniodd injan lle, diolch i system gymhleth o wthwyr yn cysylltu'r pistons â'r crankshaft, roedd y strôc pŵer yn hirach na'r strôc cywasgu. O ganlyniad, ar ddechrau'r strôc gwacáu, roedd pwysedd y nwyon gwacáu bron yn gyfartal â gwasgedd atmosfferig, a defnyddiwyd eu hegni'n llawn.
Mae'r golygyddion yn argymell:
Platiau. Gyrwyr yn aros am chwyldro?
Ffyrdd cartref o yrru yn y gaeaf
Babi dibynadwy am ychydig o arian
Felly pam nad yw syniad Atkinson wedi'i ddefnyddio'n ehangach, a pham mae peiriannau hylosgi mewnol wedi bod yn defnyddio'r cylch Otto llai effeithlon ers mwy na chanrif? Mae dau reswm: un yw cymhlethdod yr injan Atkinson, a'r llall - ac yn bwysicach fyth - y lleiaf o bŵer y mae'n ei dderbyn gan uned ddadleoli.
Fodd bynnag, wrth i fwy a mwy o sylw gael ei dalu i'r defnydd o danwydd ac effaith moduro ar yr amgylchedd, cofiwyd effeithlonrwydd uchel yr injan Atkinson, yn enwedig ar gyflymder canolig. Profodd ei gysyniad yn ddatrysiad rhagorol, yn enwedig mewn cerbydau hybrid, lle mae'r modur trydan yn gwneud iawn am y diffyg pŵer, sydd ei angen yn arbennig wrth gychwyn a chyflymu.
Dyna pam y defnyddiwyd yr injan beicio Atkinson wedi'i haddasu yn y car hybrid masgynhyrchu cyntaf, y Toyota Prius, ac yna ym mhob hybrid arall Toyota a Lexus.
Beth yw cylch Atkinson wedi'i addasu? Roedd yr ateb clyfar hwn yn golygu bod injan Toyota yn cadw'r dyluniad clasurol, syml o beiriannau pedair-strôc confensiynol, ac mae'r piston yn teithio'r un pellter ar bob strôc, gyda'r strôc effeithiol yn hirach na'r strôc cywasgu.
Mewn gwirionedd, dylid ei ddweud yn wahanol: mae'r cylch cywasgu effeithiol yn fyrrach na'r cylch gwaith. Cyflawnir hyn trwy ohirio cau'r falf cymeriant, sy'n cau yn fuan ar ôl i'r strôc cywasgu ddechrau. Felly, mae rhan o'r cymysgedd tanwydd aer yn cael ei ddychwelyd i'r manifold cymeriant. Mae gan hyn ddau ganlyniad: mae swm y nwyon gwacáu a gynhyrchir pan gaiff ei losgi yn llai ac yn gallu ehangu'n llawn cyn dechrau'r strôc wacáu, gan drosglwyddo'r holl egni i'r piston, ac mae angen llai o egni i gywasgu llai o gymysgedd, sy'n yn lleihau colledion injan fewnol. Gan ddefnyddio hyn ac atebion eraill, llwyddodd injan powertrain Toyota Prius o'r bedwaredd genhedlaeth i gyflawni effeithlonrwydd thermol cymaint â 41 y cant, a oedd ar gael o'r blaen o beiriannau diesel yn unig.
Harddwch yr ateb yw nad oes angen newidiadau strwythurol mawr ar yr oedi wrth gau'r falfiau cymeriant - mae'n ddigon defnyddio mecanwaith a reolir yn electronig ar gyfer newid amseriad y falf.
Ac os felly, a yw'n bosibl ac i'r gwrthwyneb? Wel, wrth gwrs; yn naturiol! Mae peiriannau cylchred dyletswydd amrywiol wedi'u cynhyrchu ers peth amser. Pan fo'r galw am bŵer yn isel, megis wrth yrru ar ffyrdd hamddenol, mae'r injan yn gweithredu ar gylchred Atkinson am ddefnydd isel o danwydd. A phan fydd angen perfformiad gwell - o brif oleuadau neu oddiweddyd - mae'n newid i'r cylch Otto, gan ddefnyddio'r holl ddeinameg sydd ar gael. Defnyddir yr injan chwistrellu uniongyrchol turbocharged 1,2-litr hwn, er enghraifft, yn y Toyota Auris a'r ddinas Toyota C-HR newydd SUV. Defnyddir yr un injan dau litr ar y Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t a RC 200t.
