Proces Atkinsona, Millera, cyklu B: co to tak naprawdę znaczy

Turbosprężarki VTG w silnikach VW są tak naprawdę zmodyfikowanymi silnikami wysokoprężnymi.

Cykle Atkinsona i Millera są zawsze związane ze zwiększoną wydajnością, ale często nie ma między nimi różnicy. Być może nie ma to sensu, ponieważ obie zmiany sprowadzają się do fundamentalnej filozofii - tworzenia różnych stopni sprężania i rozprężania w czterosuwowym silniku benzynowym. Ponieważ parametry te są geometrycznie identyczne w konwencjonalnym silniku, jednostka benzynowa jest narażona na niebezpieczeństwo spalania stukowego, co wymaga zmniejszenia stopnia sprężania. Gdyby jednak w jakikolwiek sposób można było osiągnąć wyższy stopień rozprężania, skutkowałoby to wyższym stopniem „wyciskania” energii rozprężających się gazów i zwiększyłoby sprawność silnika. Warto zauważyć, że z czysto historycznego punktu widzenia ani James Atkinson, ani Ralph Miller nie tworzyli swoich koncepcji w poszukiwaniu efektywności. W 1887 roku Atkinson opracował również opatentowany złożony mechanizm korbowy składający się z kilku elementów (podobieństwa można doszukać się dziś w silniku Infiniti VC Turbo), co miało ominąć patenty Otto. Efektem złożonej kinematyki jest realizacja cyklu czterosuwowego podczas jednego obrotu silnika i drugiego suwu tłoka podczas sprężania i rozprężania. Wiele dziesięcioleci później proces ten będzie realizowany przy dłuższym utrzymywaniu otwartego zaworu dolotowego i prawie bez wyjątku stosowany w silnikach w połączeniu z konwencjonalnymi hybrydowymi układami napędowymi (bez możliwości zewnętrznego ładowania elektrycznego), takimi jak Toyoty i Hondy. Przy średnich i dużych prędkościach nie stanowi to problemu, ponieważ przepływ intruzyjny ma bezwładność, a gdy tłok porusza się do tyłu, kompensuje powietrze powrotne. Jednak przy niskich prędkościach prowadzi to do niestabilnej pracy silnika, dlatego takie jednostki są łączone z układami hybrydowymi lub nie wykorzystują cyklu Atkinsona w tych trybach. Z tego powodu zawory wolnossące i dolotowe są tradycyjnie uważane za cykl Atkinsona. Nie jest to jednak do końca poprawne, ponieważ pomysł realizacji różnych stopni sprężania i rozszerzania poprzez sterowanie fazami otwierania zaworów należy do Ralpha Millera i został opatentowany w 1956 roku. Jednak jego pomysł nie ma na celu osiągnięcia większej sprawności, a obniżenie stopnia sprężania i związane z tym zastosowanie paliw niskooktanowych w silnikach lotniczych. Miller projektuje systemy umożliwiające wcześniejsze zamknięcie zaworu dolotowego (Early Intake Valve Closure, EIVC) lub później (Late Intake Valve Closure, LIVC), a także kompensację braku powietrza lub utrzymanie powrotu powietrza do kolektora dolotowego, sprężarki Jest używane.

Warto zauważyć, że pierwszy tak asymetryczny silnik pracujący na późniejszym, zdefiniowany jako „proces cyklu Millera”, został stworzony przez inżynierów Mercedesa i został zastosowany w 12-cylindrowym silniku kompresorowym samochodu sportowego W 163 od 1939 roku. zanim Ralph Miller opatentował swój test.

Pierwszym modelem produkcyjnym, w którym zastosowano cykl Millera, była Mazda Millenia KJ-ZEM V6 z 1994 r. Zawór wlotowy zamyka się później, zwracając część powietrza do kolektorów dolotowych przy stopniu sprężania praktycznie zredukowanym, a do utrzymania powietrza służy sprężarka mechaniczna Lysholm. Tak więc współczynnik rozszerzenia jest o 15 procent większy niż współczynnik kompresji. Straty spowodowane sprężaniem powietrza z tłoka do sprężarki są kompensowane przez lepszą sprawność końcową silnika.

Strategie z bardzo późnym i bardzo wczesnym zamknięciem mają różne zalety w różnych trybach. Przy niskich obciążeniach późniejsze zamknięcie ma tę zaletę, że zapewnia szersze otwarcie przepustnicy i utrzymuje lepszą turbulencję. Wraz ze wzrostem obciążenia przewaga przesuwa się w kierunku wcześniejszego zamknięcia. Ten ostatni staje się jednak mniej skuteczny przy dużych prędkościach z powodu niewystarczającego czasu napełniania i dużego spadku ciśnienia przed i za zaworem.

Audi i Volkswagen, Mazda i Toyota

Obecnie podobne procesy są stosowane przez Audi i Volkswagena w swoich urządzeniach 2.0 TFSI (EA 888 Gen 3b) i 1.5 TSI (EA 211 Evo), do których niedawno dołączył nowy 1.0 TSI. Wykorzystują jednak technologię wstępnego zamykania zaworu wlotowego, w której rozprężające się powietrze jest schładzane po wcześniejszym zamknięciu zaworu. Audi i VW nazywają ten proces cyklem B imieniem inżyniera firmy Ralpha Budaka, który dopracował pomysły Ralpha Millera i zastosował je w silnikach z turbodoładowaniem. Przy stopniu sprężania 13:1 rzeczywisty stosunek wynosi około 11,7:1, co samo w sobie jest bardzo wysokie jak na silnik z zapłonem iskrowym. Główną rolę w tym wszystkim odgrywa złożony mechanizm otwierania zaworu ze zmiennymi fazami i skokiem, który pobudza wir i dostosowuje się w zależności od warunków. W silnikach z cyklem B ciśnienie wtrysku wzrasta do 250 barów. Mikrokontrolery kontrolują płynny proces zmiany fazy i przejścia z procesu B do normalnego cyklu Otto pod dużym obciążeniem. Ponadto w silnikach 1,5 i 1 litra zastosowano szybko reagujące turbosprężarki o zmiennej geometrii. Schłodzone wstępnie sprężone powietrze zapewnia lepsze warunki temperaturowe niż bezpośrednie silne sprężanie w cylindrze. W przeciwieństwie do zaawansowanych technologicznie turbosprężarek Porsche BorgWarner VTG stosowanych w mocniejszych modelach, jednostki o zmiennej geometrii VW stworzone przez tę samą firmę to praktycznie nieznacznie zmodyfikowane turbiny do silników Diesla. Jest to możliwe dzięki temu, że ze względu na wszystko, co do tej pory opisano, maksymalna temperatura gazu nie przekracza 880 stopni, czyli nieco więcej niż w przypadku silnika wysokoprężnego, co jest wskaźnikiem wysokiej sprawności.

Japońskie firmy jeszcze bardziej mylą standaryzację terminologii. W przeciwieństwie do innych silników benzynowych Mazdy Skyactiv, Skyactiv G 2.5 T jest turbodoładowany i pracuje w szerokim zakresie obciążeń i obrotów w cyklu Millera, ale Mazda indukuje również cykl, w którym pracują ich wolnossące jednostki Skyactiv G. Toyota używa silnika 1.2 D4 -T (8NR-FTS) i 2.0 D4-T (8AR-FTS) w swoich silnikach turbo, ale Mazda z drugiej strony definiuje je jako takie same dla wszystkich swoich wolnossących silników do modeli hybrydowych i nowej generacji Dynamic Force samochody. z wypełnieniem atmosferycznym jako „praca nad cyklem Atkinsona”. We wszystkich przypadkach filozofia techniczna jest taka sama.