Цикл Аткинсона: впуск закрывается поздно
Двигатель гибрида похож на обычный: те же четыре цилиндра, поршни, клапаны и распредвал. Главное отличие спрятано в форме впускного кулачка. Впускной клапан закрывается заметно позже, когда поршень уже пошёл вверх. Часть смеси возвращается обратно во впускной канал, и сжимается меньше, чем вошло. Зато рабочий ход остаётся полным. Такой способ работы называют циклом Аткинсона.
У обычного двигателя ход сжатия и ход расширения одинаковые: сколько газы сжали, столько они и расширятся. Хочется расширять газы сильнее, ведь именно на рабочем ходу они толкают поршень. Но если просто поднять степень сжатия, бензин начнёт детонировать — взрываться раньше времени.
Позднее закрытие впуска разводит эти две величины. Сжатие начинается только после того, как клапан закрылся, — оно короче. Расширение идёт на весь ход поршня. Газы расширяются сильнее, чем были сжаты, отдают больше энергии и выходят в выпуск более холодными.
| Обычный цикл | Цикл Аткинсона (учебная модель) | |
|---|---|---|
| Впуск закрывается | около 40° после нижней мёртвой точки | около 100° после нижней мёртвой точки |
| Смесь уходит обратно во впуск | немного | почти половина |
| Эффективное сжатие | около 9,7 | около 5,6 |
| Расширение | 10,5 | 10,5 — не меняется |
| Пик давления и момент | выше | ниже |
| КПД (оценка) | ниже | выше |
Ещё один выигрыш — меньше насосных потерь. Чтобы получить ту же мощность при выталкивании части смеси, дроссельную заслонку приходится открывать шире. Двигателю легче «вдыхать» воздух, и на частичных нагрузках он меньше тратит сил на разрежение во впуске.
В учебной модели геометрическое сжатие одно и то же для обоих циклов — 10,5, поэтому в режиме Аткинсона эффективное сжатие падает сильно. В настоящих двигателях для гибридов геометрическое сжатие делают больше (учебно около 13 против 10,5 у обычной версии), чтобы эффективное осталось нормальным, а расширение стало ещё больше. Пример порядка величин: двигатель объёмом 1,5 л на сжатии работает примерно как литровый, а на расширении — на все полтора литра.
Цикл Аткинсона — это позднее закрытие впускного клапана: сжатие короче расширения. Двигатель экономичнее, но даёт меньше момента — в гибриде эту разницу закрывает электромотор.
Задания в 3D-модели
В интерактивном уроке 5 заданий выполняются в учебной 3D-модели, модель сама проверяет результат:
- Найдите распредвал: форма его кулачков задаёт, когда закрывается впуск
- Найдите клапаны: впускной ближе к цепи, выпускной — к маховику
- Переключите «Цикл» на «Аткинсон»: эффективное сжатие падает ниже 6, а обратно во впуск уходит больше 40 % смеси
- Поставьте модель на паузу и угол коленвала 570–630°: в первом цилиндре поршень идёт вверх, а впуск ещё открыт
- Сравните: в режиме Аткинсона степень расширения больше эффективной степени сжатия
Проверьте себя
В конце интерактивного урока — проверка из 3 вопросов. Прогресс сохраняется в браузере.
В атласе
Уроки модуля «Двигатель для гибрида»
- 6.1. Цикл Аткинсона: впуск закрывается поздно
- 6.2. Слабее, но экономичнее: момент добавляет мотор
- 6.3. Рециркуляция газов, электронасос и двигатель без ремней
- 6.4. Старт-стоп и пуск двигателя мотором MG1
- 6.5. Разбор случаев