موتور تفاوت بین چرخه اتو و اتکینسون
مدتی است که اصطلاح "موتور چرخه اقتصادی اتکینسون" به طور فزاینده ای رایج شده است. این چرخه چیست و چرا مصرف سوخت را کاهش می دهد؟
رایج‌ترین موتورهای بنزینی چهار زمانه امروزه بر روی چرخه اتو کار می‌کنند که در پایان قرن بیستم توسط مخترع آلمانی نیکولاس اتو، طراح یکی از اولین موتورهای احتراق داخلی موفق، ساخته شد. ماهیت این چرخه شامل چهار حرکت است که در دو چرخش میل لنگ انجام می شود: کورس ورودی، حرکت فشرده سازی، ضربه کار و کورس اگزوز.
در ابتدای کورس مکش، دریچه ورودی باز می شود که از طریق آن، مخلوط هوا و سوخت از منیفولد ورودی با جمع کردن پیستون به داخل کشیده می شود. قبل از شروع ضربه فشار، دریچه ورودی بسته می شود و پیستون که به سر باز می گردد، مخلوط را فشرده می کند. هنگامی که پیستون به نقطه اوج خود می رسد، مخلوط توسط یک جرقه الکتریکی مشتعل می شود. گازهای داغ خروجی حاصل از خروجی منبسط شده و پیستون را فشار می دهند و انرژی آن را به آن منتقل می کنند و هنگامی که پیستون تا حد امکان از سر فاصله دارد، دریچه خروجی باز می شود. کورس اگزوز با فشار پیستون برگشت گازهای خروجی از سیلندر به منیفولد اگزوز آغاز می شود.
متأسفانه، تمام انرژی موجود در گازهای خروجی در طول کورس برق برای فشار دادن پیستون (و از طریق شاتون، برای چرخش میل لنگ) استفاده نمی شود. هنگامی که دریچه بازدم در شروع سکته بازدم باز می شود، هنوز تحت فشار بالا هستند. وقتی صدای ماشینی با صدا خفه کن شکسته را می شنویم می توانیم در مورد این موضوع یاد بگیریم - این صدای ناشی از انتشار انرژی در هوا است. به همین دلیل است که موتورهای بنزینی سنتی تنها حدود 35 درصد کارایی دارند. اگر می شد ضربان پیستون را در کورس کار افزایش داد و از این انرژی استفاده کرد ...
این ایده به مخترع انگلیسی جیمز اتکینسون رسید. در سال 1882، او موتوری را طراحی کرد که در آن، به لطف یک سیستم پیچیده از فشاردهنده‌ها که پیستون‌ها را به میل لنگ متصل می‌کردند، کورس قدرت طولانی‌تر از کورس تراکم بود. در نتیجه در ابتدای سکته اگزوز، فشار گازهای خروجی تقریباً برابر با فشار اتمسفر بود و انرژی آنها به طور کامل مورد استفاده قرار گرفت.
سردبیران توصیه می کنند:
بشقاب ها رانندگان منتظر انقلاب؟
روش های خانگی رانندگی در زمستان
کودک قابل اعتماد برای پول کمی
پس چرا ایده اتکینسون به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است و چرا موتورهای احتراق داخلی بیش از یک قرن است که از چرخه اتو با کارایی کمتر استفاده می کنند؟ دو دلیل وجود دارد: یکی پیچیدگی موتور اتکینسون، و دیگری - و مهمتر از آن - قدرت کمتری که از یک واحد جابجایی دریافت می کند.
با این حال، با توجه بیشتر و بیشتر به مصرف سوخت و تاثیر موتورسازی بر محیط زیست، راندمان بالای موتور اتکینسون به خصوص در سرعت های متوسط به یادگار ماند. کانسپت او به ویژه در وسایل نقلیه هیبریدی که در آن موتور الکتریکی کمبود نیرو را جبران می کند، به ویژه در هنگام استارت و شتاب گیری، راه حلی عالی بود.
به همین دلیل است که موتور چرخه اتکینسون اصلاح شده در اولین خودروی هیبریدی تولید انبوه، تویوتا پریوس، و سپس در سایر خودروهای هیبریدی تویوتا و لکسوس استفاده شد.
چرخه اتکینسون اصلاح شده چیست؟ این راه حل هوشمندانه باعث شد که موتور تویوتا طراحی کلاسیک و ساده موتورهای چهار زمانه معمولی را حفظ کند و پیستون در هر زمان مسافت یکسانی را طی کند و کورس موثر طولانی تر از زمان تراکم باشد.
در واقع باید به گونه دیگری گفت: چرخه فشرده سازی موثر کوتاهتر از چرخه کاری است. این امر با به تاخیر انداختن بسته شدن دریچه ورودی، که مدت کوتاهی پس از شروع ضربه فشرده بسته می شود، به دست می آید. بنابراین، بخشی از مخلوط هوا و سوخت به منیفولد ورودی باز می گردد. این دو نتیجه دارد: مقدار گازهای خروجی تولید شده هنگام سوزاندن آن کمتر است و می تواند قبل از شروع حرکت اگزوز کاملا منبسط شود و تمام انرژی را به پیستون منتقل کند و انرژی کمتری برای فشرده سازی مخلوط کمتر مورد نیاز است. تلفات داخلی موتور را کاهش می دهد. با استفاده از این راه‌حل و راه‌حل‌های دیگر، نسل چهارم موتور قوای محرکه تویوتا پریوس توانست به بازده حرارتی تا 41 درصد دست یابد، که قبلاً فقط از موتورهای دیزلی در دسترس بود.
زیبایی راه حل این است که تاخیر در بسته شدن دریچه های ورودی نیازی به تغییرات ساختاری عمده ای ندارد - کافی است از مکانیزم کنترل الکترونیکی برای تغییر زمان بندی سوپاپ استفاده کنید.
و اگر چنین است، چرا برعکس نیست؟ خوب البته؛ به طور طبیعی! موتورهای چرخه کاری متغیر مدتی است که تولید شده اند. هنگامی که تقاضای نیرو کم است، مانند هنگام رانندگی در جاده های آرام، موتور برای مصرف سوخت کم در چرخه اتکینسون کار می کند. و هنگامی که بهترین عملکرد مورد نیاز است - از چراغ های جلو یا سبقت گرفتن - با استفاده از تمام دینامیک موجود، به چرخه اتو تغییر می کند. به عنوان مثال، این موتور 1,2 لیتری توربوشارژ تزریق مستقیم در تویوتا اوریس و شاسی بلند شهری جدید تویوتا C-HR استفاده می شود. از همین موتور دو لیتری در لکسوس IS 200t، GS 200t، NX 200t، RX 200t و RC 200t استفاده شده است.
