1. Історія створення циклу Аткінсона
2. Принцип роботи циклу Аткінсона
3. Відмінність від традиційних двигунів
4. Переваги та недоліки циклу Аткінсона
5. Застосування циклу Аткінсона в автомобілебудуванні

В автомобільному будові легкових автомобілів вже понад століття стандартно використовуються двигуни внутрішнього згоряння. У них є деякі мінуси, над якими роками б'ються вчені та конструктори. В результаті цих досліджень виходять досить цікаві і дивні «Пошуку». Про один з них і піде мова в цій статті.

Історія створення циклу Аткінсона

Історія створення мотора з циклом Аткінсона корінням сягає в далеку історію. Почнемо з того, що перший класичний чотиритактний двигун був винайдений німцем Николаусом Отто в 1876. Цикл такого мотора досить простий: впуск, стиснення, робочий хід, випуск.

Всього через 10 років після винаходу двигуна Отто, англієць Джеймс Аткінсон запропонував модифікувати німецький мотор. По суті, двигун залишається чотиритактним. Але Аткінсон трохи змінив тривалість двох з них: перші 2 такту коротше, інші 2 довше. Сер Джеймс реалізував цю схему, за допомогою зміни довжини ходів поршнів. Але в 1887 році така модифікація двигуна Отто не знайшла застосування. Незважаючи на те, що продуктивність мотора збільшилася на 10%, складність механізму не дозволяла масово застосовувати цикл Аткінсона для автомобілів.

Але інженери продовжували працювати над циклом сера Джеймса. Американець Ральф Міллер в 1947 трохи удосконалив цикл Аткінсона, спростивши його. Це дозволило застосовувати двигун в автомобілебудуванні. Здавалося б, правильніше називати цикл Аткінсона циклом Міллера. Але інженерне співтовариство залишило за Аткинсоном право називати мотор по його імені за принципом першовідкривача. До того ж, із застосуванням нових технологій стало можливим застосовувати більш складний Аткінсоновскій цикл, тому від циклу Міллера з часом відмовилися. Наприклад, в нових Тойотах варто мотор Аткінсона, а не Міллера.

У наш час двигун, що працює за принципом циклу Аткінсона, ставлять на гібриди. Особливо досягли успіху в цьому японці, які завжди дбають про екологічність своїх авто. Гібридні Prius від Toyota активно заповнюють світовий ринок.

Принцип роботи циклу Аткінсона

Як говорилося раніше, цикл Аткінсона повторює ті ж такти, що і цикл Отто. Але при використанні однакових принципів, Аткінсон створив абсолютно новий двигун.

Мотор сконструйований так, що поршень здійснює всі чотири такту за один поворот коленвала. Крім того, такти мають різну довжину: ходи поршня під час стиснення і розширення коротше, ніж під час впуску та випуску. Тобто, в циклі Отто впускний клапан закривається майже відразу. У циклі Аткінсона цей клапан закривається на половині шляху до верхньої мертвої точки. У звичайному ДВС в цей момент вже відбувається стиснення.

Двигун модифікований особливим коленвалом, в якому зміщені точки кріплення. Завдяки цьому, ступінь стиснення мотора зросла, а втрати на терті мінімізувалися.

Відмінність від традиційних двигунів

Нагадаємо, що цикл Аткінсона є чотиритактним (впуск, стиснення, розширення, викид). Звичайний чотиритактний двигун працює по циклу Отто. Якщо коротко, нагадаємо його роботу. На початку робочого ходу в циліндрі поршень йде вгору, до верхньої робочої точки. Суміш з палива та повітря згорає, газ розширюється, тиск на максимумі. Під впливом цього газу поршень їде вниз, приходить в нижню мертву точку. Робочий хід закінчено, відкривається випускний клапан, через який виходить відпрацьований газ. У цьому місці відбуваються втрати випуску, тому що відпрацьований газ все ж має залишковий тиск, використовувати яке неможливо.

Аткінсон зменшив втрату випуску. У його двигуні обсяг камери згоряння менше при колишньому робочому обсязі. Це означає, що ступінь стиснення вище, а хід поршня більше. До того ж, тривалість такту стиснення в порівнянні з робочим ходом зменшується, двигун працює по циклу зі збільшеною ступенем розширення (ступінь стиснення нижче ступеня розширення). Ці умови дозволили зменшити втрату випуску, використовуючи енергію відпрацьованих газів.

Повернемося до циклу Отто. При всмоктуванні робочої суміші дросельна заслінка закрита і створює опір на впуску. Відбувається це при неповному натисненні на педаль газу. З-за зачинених заслінки двигун витрачає енергію даремно, створюючи насосні втрати.

Аткінсон попрацював і з тактом впуску. Продовживши його, сер Джеймс домігся зменшення насосних втрат. Для цього поршень доходить до нижньої мертвої точки, потім піднімається, залишаючи впускний клапан відкритим приблизно до половини поршневого ходу. Частина паливної суміші повертається у впускний колектор. У ньому підвищується тиск, що дає можливість відкривати дросельну заслінку на малих і середніх оборотах.

Але в серію аткінсоновскій мотор не випускали через перебоїв в роботі. Справа в тому, що, на відміну від ДВС, мотор працює тільки на підвищених обертах. На холостому ходу він може стихнути. Але ця проблема вирішилася у виробництві гібридів. На малих швидкостях такі машини їдуть на електоротяге, а на бензиновий двигун переходять тільки в разі розгону або при навантаженнях. Подібна модель як прибирає недоліки двигуна Аткінсона, так і підкреслює його переваги над іншими ДВС.

Переваги та недоліки циклу Аткінсона

Двигун Аткінсона має кілька переваг, які вирізняють їх перед іншими ДВС: 1. Зниження паливних втрат. Як говорилося раніше, завдяки зміні тривалості тактів, стало можливим зберігати паливо, використовуючи відпрацьовані гази і знижуючи насосні втрати. 2. Маленька ймовірність детонаційного згоряння. Ступінь стиснення палива зменшується з 10 до 8. Це дозволяє не підвищувати обороти мотора перемиканням на знижену передачу в зв'язку зі збільшенням навантаження. Так само ймовірність детонаційного згоряння менше через вихід тепла з камери згоряння у впускний колектор. 3. Маленький витрата бензину. У нових гібридних моделях витрата бензину дорівнює 4 літри на 100 км. 4. Економічність, екологічність, високий ККД.

Але у двигуна Аткінсона є один істотний недолік, який не дозволяв застосовувати його в масовому виробництві машин. Через невисоких показників потужності, на маленьких оборотах двигун може затихнути. Тому двигун Аткінсона дуже добре прижився на гібридах.

Застосування циклу Аткінсона в автомобілебудуванні

До речі, про машини, на які ставлять аткінсоновскіе двигуни. У масовому випуску ця модифікація ДВС з'явилася не так давно. Як було сказано раніше, першими користувачами циклу Аткінсона були японські фірми Mazda і Toyota. Одна з найвідоміших машин - MazdaXedos 9 / Eunos800, яка випускалася в 1993-2002 роки.

Потім, ДВС Аткінсона взяли на озброєння виробники гібридних моделей. Однією з найвідоміших компаній, що використовують цей мотор, є Toyota, що випускає Prius, Camry, Highlander Hybrid і Harrier Hybrid. Такі ж двигуни використовуються в Lexus RX400h, GS 450h і LS600h, а "Форд" і "Ніссан" розробили Escape Hybrid і Altima Hybrid.

Варто сказати, що в автомобілебудуванні спостерігається мода на екологію. Тому гібриди, які працюють на циклі Аткінсона, повністю задовольняють потребам клієнтів і екологічним нормам. До того ж прогрес не стоїть на місці, нові модифікації аткінсоновского мотора покращують його плюси і знищують мінуси. Тому з упевненістю можна сказати, що двигун на основі циклу Аткінсона має продуктивне майбутнє і надію на довге існування.