Аткинсон, миллер, процесс b-цикла: что это на самом деле означает

Цикл АТКИНСОНА

Так как ОТТО запатентовал свою технологию, ее промышленное использование было не возможным. Чтобы обойти патенты Джеймс Аткинсон в 1886 году, решил модифицировать цикл ОТТО. И предложил свой тип работы двигателя внутреннего сгорания.

Он предложил изменить соотношение времен тактов, благодаря чему рабочий ход был увеличен за счет усложнения кривошипно-шатунной конструкции. Нужно отметить что тестовый экземпляр который он построил, был одноцилиндровый, и не получил большого распространения из-за сложности конструкции.

Если в двух словах описать принцип работы этого ДВС, то получается:

Все 4 такта (впрыск, сжатие, рабочий ход, выпуск) – происходили за одно вращение коленчатого вала (у ОТТО вращений — два). Благодаря сложной системе рычагов, которые крепились рядом с «коленвалом».

В этой конструкции получилось реализовать определенные соотношения длин рычагов. Если сказать простыми словами — ход поршня на такте впуска и выпуска БОЛЬШЕ, чем ход поршня в также сжатия и рабочего хода.

Такие моторы получились достаточно эффективными с высоким КПД и маленьким расходом топлива.

Однако отрицательных моментов также было много:

• Сложность и громоздкость конструкции
• Низкий крутящий момент на низких оборотах
• Плохо управляется дроссельной заслонкой, будь то (карбюратор или инжектор)

Ходят упорные слухи, что принцип АТКИНСОНА использовался на гибридных автомобилях, в частности компании TOYOTA. Однако это немного не правда, там использовался только его принцип, а вот конструкция применялась другого инженера, а именно Миллера. В чистом виде моторы АТКИНСОНА скорее имели единичный характер, чем массовый.

Цикл Отто

Начнем мы с самого главного цикла работы, который используют практически все ДВС в наше время. Назван он в честь Николауса Августа Отто, немецкого изобретателя. Первоначально Отто использовал наработки бельгийца Жана Ленуара. Немного понимания первоначальной конструкции даст эта модель двигателя Ленуара.

Так как Ленуар и Отто не были знакомы с электротехникой, то воспламенение в их прототипах создавалось открытым пламенем, которое через трубку зажигало смесь внутри цилиндра. Главное отличие двигателя Отто от двигателя Ленуара было в размещении цилиндра вертикально, что натолкнуло Отто на использование энергии отработанных газов для поднятия поршня после рабочего хода. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления. И после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Именно полнота использования энергии позволила поднять КПД до умопомрачительных на то время 15%, что превышало эффективность даже паровых машин. Кроме того, такая конструкция позволила использовать в пять раз меньше топлива, что потом привело к тотальному доминированию подобной конструкции на рынке.

Но главная заслуга Отто – изобретение четырехтактного процесса работы ДВС. Это изобретение было сделано в 1877 году и тогда же было запатентовано. Но французские промышленники покопались в своих архивах и нашли, что идею четырехтактной работы за несколько лет до патента Отто описал француз Бо де Рош. Это позволило снизить патентные выплаты и заняться разработкой собственных моторов. Но благодаря опыту, двигатели Отто были на голову лучше конкурентов. И к 1897 году их было сделано 42 тысячи штук.

Но что, собственно говоря, такое цикл Отто? Это знакомые нам со школьной скамьи четыре такта ДВС – впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Все эти процессы занимают равное количество времени, а тепловые характеристики мотора показаны на следующем графике:

Где 1-2 – это сжатие, 2-3 – рабочий ход, 3-4 – выпуск, 4-1 – впуск. КПД такого двигателя зависит от степени сжатия и показателя адиабаты:

, где n – степень сжатия, k – показатель адиабаты, или отношение теплоемкости газа при постоянном давлении к теплоемкости газа при постоянном объеме.

Другими словами – это количество энергии, которую нужно потратить, чтобы вернуть газ внутри цилиндра к прежнему состоянию.

Двигатели Аткинсона на автомобилях Тойота

Хотя цикл Аткинсона не нашел свое практическое применение в 19-м веке, идея его двигателя реализована в силовых агрегатах 21-го столетия. Такие моторы устанавливаются на некоторые модели гибридных легковых автомобилей Тойота, работающих одновременно и на бензиновом топливе, и на электричестве. Нужно уточнить, что в чистом виде теория Atkinson так и не используется, скорее, новые разработки инженеров Toyota можно называть ДВС, сконструированными по циклу Аткинсона/ Миллера, так как в них используется стандартный кривошипно-шатунный механизм. Уменьшение цикла сжатия достигается за счет изменения газораспределительных фаз, при этом цикл рабочего хода удлиняется. Моторы с использованием подобной схемы встречаются на авто компании Toyota:

• Prius;
• Yaris;
• Auris;
• Highlander;
• Lexus GS 450h;
• Lexus CT 200h;
• Lexus HS 250h;
• Vitz.

Модельный ряд моторов с реализованной схемой Atkinson/ Miller постоянно пополняется, так в начале 2017 года японский концерн приступил к выпуску 1,5-литрового четырехцилиндрового ДВС, работающего на высокооктановом бензине, обеспечивающего 111 лошадиных сил мощности, со степенью сжатия в цилиндрах 13,5:1. Двигатель оснащен фазовращателем VVT-IE, способным переключать режимы Otto/ Atkinson в зависимости от скорости и нагрузки, с этим силовым агрегатом автомобиль может ускоряться до 100 км/ч за 11 секунд. Движок отличается экономичностью, высоким КПД (до 38,5%), обеспечивает отличный разгон.

Преимущества и недостатки цикла Аткинсона

Двигатель Аткинсона имеет несколько преимуществ, выделяющих его перед остальными ДВС: 1. Снижение топливных потерь. Как говорилось ранее, благодаря изменению длительности тактов, стало возможным сохранять топливо, используя отработанные газы и снижая насосные потери. 2. Маленькая вероятность детонационного сгорания. Степень сжатия топлива уменьшается с 10 до 8. Это позволяет не повышать обороты мотора переключением на пониженную передачу в связи с увеличением нагрузки. Так же вероятность детонационного сгорания меньше из-за выхода тепла из камеры сгорания во впускной коллектор. 3. Маленький расход бензина. В новых гибридных моделях расход бензина равен 4 литра на 100 км. 4. Экономичность, экологичность, высокий КПД. Но у двигателя Аткинсона есть один существенный недостаток, который не позволял применять его в массовом производстве машин. Из-за невысоких показателей мощности, на маленьких оборотах двигатель может заглохнуть. Поэтому двигатель Аткинсона очень хорошо прижился на гибридах. Применение цикла Аткинсона в автомобилестроении Кстати, о машинах, на которые ставят аткинсоновские двигатели. В массовом выпуске эта модификация ДВС появилась не так давно. Как было сказано ранее, первыми пользователями цикла Аткинсона были японские фирмы Mazda и Toyota. Одна из самых известных машин – MazdaXedos 9/Eunos800, которая выпускалась в 1993-2002 годы. Затем, ДВС Аткинсона взяли на вооружение производители гибридных моделей. Одной из самых известных компаний, использующих этот мотор, является Toyota, выпускающая Prius, Camry, Highlander Hybrid и Harrier Hybrid. Такие же двигатели используются в Lexus RX400h, GS 450h и LS600h, а “Форд” и “Ниссан” разработали Escape Hybrid и Altima Hybrid. Стоит сказать, что в автомобилестроении наблюдается мода на экологию. Поэтому гибриды, работающие на цикле Аткинсона, полностью удовлетворяют потребностям клиентов и экологическим нормам. К тому же прогресс не стоит на месте, новые модификации аткинсоновского мотора улучшают его плюсы и уничтожают минусы. Поэтому с уверенностью можно сказать, что двигатель на основе цикла Аткинсона имеет продуктивное будущее и надежду на долгое существование. Таким образом, можно заключить, что двигатель, работающий по циклу Аткинсона, сыграл значительную роль на пути усовершенствования механизма мотора в будущем. Представляется, что совершенствования, основываясь одно на другом, приведут ДВС, наконец, к оптимальному режиму работы.

Дизайн [ править ]

Аткинсон произвел три различных конструкции с коротким ходом сжатия и более длинным ходом расширения. Первый двигатель с циклом Аткинсона, дифференциальный двигатель , использовал оппозитные поршни. Второй и наиболее известной конструкцией был циклический двигатель , в котором использовался центральный рычаг для создания четырех тактов поршня за один оборот коленчатого вала. Поршневой двигатель имел потребление, сжатие, мощность и выхлопные удары в четырехтактном цикле в одном повороте коленчатого вала , и был разработан , чтобы избежать нарушений определенных патентов , охватывающих Отто цикла двигателей. Третий и последний двигатель Аткинсона, утилитарный двигатель., работает как любой двухтактный двигатель.

Общей чертой всех конструкций Аткинсона является то, что у двигателей ход расширения длиннее хода сжатия, и с помощью этого метода двигатель достигает большей тепловой эффективности, чем традиционный поршневой двигатель. Двигатели Аткинсона были произведены British Gas Engine Company, а также лицензированы для других зарубежных производителей.

Многие современные двигатели теперь используют нетрадиционные фазы газораспределения, чтобы добиться эффекта более короткого хода сжатия / более длительного рабочего хода. Миллер применил эту технику к четырехтактному двигателю, поэтому его иногда называют циклом Аткинсона / Миллера, патент США 2817322 от 24 декабря 1957. В 1888 году Харон подал заявку на французский патент и представил двигатель в Париже. Выставка 1889 года. В газовом двигателе Charon (четырехтактном) использовался цикл, аналогичный циклу Миллера, но без нагнетателя. Его называют «циклом Харона».

Рой Федден в Бристоле в 1928 году испытал конструкцию двигателя Bristol Jupiter IV с изменяемой синхронизацией замедления, позволяющей части заряда возвращаться во впускной коллектор, чтобы обеспечить устойчивое снижение рабочего давления во время взлета. необходима цитата

Современные конструкторы двигателей осознают потенциальные улучшения топливной эффективности, которые может обеспечить цикл типа Аткинсона.

Обзор [ править ]

В традиционном поршневом двигателе внутреннего сгорания используется четыре такта, два из которых могут считаться мощными: такт сжатия (поток большой мощности от коленчатого вала к заряду ) и рабочий ход (поток большой мощности от газов сгорания к коленчатому валу).

В цикле Миллера впускной клапан остается открытым дольше, чем в двигателе с циклом Отто. Фактически, такт сжатия — это два дискретных цикла: начальная часть, когда впускной клапан открыт, и последняя часть, когда впускной клапан закрыт. Этот двухступенчатый такт впуска создает так называемый «пятый» ход, который вводит цикл Миллера. Поскольку поршень первоначально движется вверх в том, что традиционно является тактом сжатия, заряд частично выталкивается обратно через все еще открытый впускной клапан. Обычно эта потеря наддувочного воздуха приводит к потере мощности. Однако в цикле Миллера это компенсируется использованием нагнетателя . Нагнетатель, как правило, должен быть объемного типа ( Rootsили винтовой) типа из-за его способности создавать наддув при относительно низких оборотах двигателя. В противном случае пострадает мощность на низких оборотах. В качестве альтернативы можно использовать турбокомпрессор для большей эффективности, если работа на низких оборотах не требуется, или дополнить его электродвигателями.

В двигателе с циклом Миллера поршень начинает сжимать топливно-воздушную смесь только после закрытия впускного клапана; и впускной клапан закрывается после того, как поршень прошел определенное расстояние выше своего самого нижнего положения: примерно от 20 до 30% от общего хода поршня за этот ход вверх. Таким образом, в двигателе с циклом Миллера поршень фактически сжимает топливно-воздушную смесь только на последних 70-80% такта сжатия. Во время начальной части такта сжатия поршень проталкивает часть топливно-воздушной смеси через все еще открытый впускной клапан и обратно во впускной коллектор.

Температура зарядки править

Наддувочный воздух сжимается с помощью нагнетателя (и охлаждается промежуточным охладителем ) до давления выше, чем необходимо для цикла двигателя, но наполнение цилиндров уменьшается за счет подходящего времени впускного клапана. Таким образом, расширение воздуха и последующее охлаждение происходит в цилиндрах и частично на входе. Снижение температуры заправки воздухом / топливом позволяет увеличить мощность данного двигателя без каких-либо серьезных изменений, таких как увеличение отношения сжатия цилиндр / поршень. Когда температура ниже в начале цикла, плотность воздуха увеличивается без изменения давления (механический предел двигателя смещается в сторону большей мощности). В то же время предел тепловой нагрузки смещается из-за более низких средних температур цикла.

Это позволяет увеличить время зажигания сверх того, что обычно допускается до начала детонации, тем самым еще больше повышая общую эффективность. Дополнительным преимуществом более низкой конечной температуры заряда является уменьшение выбросов NOx в дизельных двигателях, что является важным параметром конструкции в больших дизельных двигателях на борту судов и на электростанциях. [ необходима цитата ]

Степень сжатия править

Эффективность повышается за счет такой же эффективной степени сжатия и большей степени расширения. Это позволяет извлечь больше работы из расширяющихся газов, поскольку они расширяются почти до атмосферного давления. В обычном двигателе с искровым зажиганием в конце такта расширения цикла широко открытой дроссельной заслонки газы составляют около пяти атмосфер, когда открывается выпускной клапан. Поскольку ход ограничен ходом сжатия, из газа все же можно извлечь некоторую работу. Задержка закрытия впускного клапана в цикле Миллера, по сути, укорачивает такт сжатия по сравнению с тактом расширения. Это позволяет газам расширяться до атмосферного давления, повышая эффективность цикла.

Потери нагнетателя править

Преимущества использования нагнетателей прямого вытеснения связаны с расходами из-за паразитной нагрузки . Около 15-20% мощности, генерируемой двигателем с наддувом, обычно требуется для работы наддува, который сжимает всасываемый заряд (также известный как наддув).

Главное преимущество / недостаток править

Основным преимуществом цикла является то, что степень расширения больше, чем степень сжатия. За счет промежуточного охлаждения после внешнего наддува существует возможность снизить выбросы NOx для дизельного топлива или детонацию для двигателей с искровым зажиганием. Тем не менее, для каждого применения необходимо найти компромисс между повышением эффективности системы и трением (из-за большего смещения).

Как работает двигатель с изменяемой степенью сжатия?

До недавнего времени показатель степени закладывался инженерами на этапе разработки и был фиксированным вне зависимости от режима работы двигателя. Нормальное значение для современных бензиновых моторов варьируется от 8 до 14 единиц, традиционно высокая степень сжатия у дизельных моторов – 18-23.

Ужесточение экологических норм заставляет гениев инженерной мысли искать новые пути увеличения термического КПД. Одно из таких решений – двигатель с изменяемой степенью сжатия. Было разработано несколько вариантов динамического изменения степени:

• дополнительная секция в полости ГБЦ. Открытие секции позволяет увеличить объем камеры сгорания, уменьшая тем самым степень. Система не получила распространения из-за избыточного усложнения конструкции ГБЦ;
• поршни с изменяемой высотой. Конструкция получилась слишком громоздкой, появились проблемы с перекосом поршней и уплотнением ЦПГ;
• регулировка высоты подъема коленчатого вала. Изменение степени сжатия осуществляется за счет специальных эксцентриковых муфт, которые регулируют высоту опорных подшипников коленвала. Технология долгое время тестировалась концерном VAG, но так и не вошла в серию;
• регулировка высоты поднятия ГБЦ. Специальный механизм с электроприводом и шарнирное соединение частей блока двигателя позволяли регулировать степень от 8 до 14 единиц. Разрабатывалась технология инженерами SAAB, но из-за ненадежности резинового кожуха, герметизирующего подвижные части блока, и излишней сложности конструкции также не пошла в серию;

Транспортные средства с двигателями цикла Аткинсона

Хотя модифицированный поршневой двигатель с циклом Отто, использующий цикл Аткинсона, обеспечивает хорошую топливную эффективность, это происходит за счет более низкой мощности на рабочий объем по сравнению с традиционным четырехтактным двигателем. Если потребность в дополнительной мощности является прерывистой, мощность двигателя может быть дополнена электродвигателем в то время, когда требуется больше мощности. Это составляет основу гибридной электрической трансмиссии на основе цикла Аткинсона . Эти электродвигатели могут использоваться независимо от двигателя с циклом Аткинсона или в сочетании с ним, чтобы обеспечить наиболее эффективные средства производства желаемой мощности. Эта трансмиссия впервые была запущена в производство в конце 1997 года на Toyota Prius первого поколения .

По состоянию на июль 2018 года во многих трансмиссиях серийных гибридных автомобилей используются концепции цикла Аткинсона, например:

• Chevrolet Volt
• Chrysler Pacifica (передний привод) подключаемая гибридная модель минивэн
• Ford C-Max (передний привод / рынок США) гибридные и подключаемые гибридные модели
• Ford Escape / Mercury Mariner / Mazda Tribute electric (передний и полный привод) со степенью сжатия 12,4: 1
• Ford Fusion Hybrid / Mercury Milan Hybrid / Lincoln MKZ Hybrid электрический (передний привод) со степенью сжатия 12,3: 1
• Подключаемый модуль Honda Accord Hybrid
• Honda Accord Hybrid (передний привод)
• Подключаемый модуль Honda Clarity Hybrid
• Honda Insight (передний привод)
• Honda Fit (передний привод) некоторые двигатели 3-го поколения переключаются между циклами Аткинсона и Отто.
• Hyundai Sonata Hybrid (передний привод)
• Hyundai Elantra Atkinson-модели цикла
• Hyundai Grandeur hybrid (передний привод)
• Hyundai Ioniq hybrid, подключаемый гибрид (передний привод)
• Hyundai Palisade 3,8 л Лямбда II V6 GDi
• Infiniti M35h hybrid (задний привод)
• Kia Forte 147 л.с. только бензин 2.0 (передний привод)
• Kia Niro hybrid (передний привод)
• Kia Optima Hybrid Kia K5 hybrid 500h (передний привод) со степенью сжатия 13: 1
• Kia Cadenza Hybrid Kia K7 hybrid 700h (передний привод)
• Киа Теллурид 3.8 Лямбда II V6 GDi
• Kia Seltos 2.0L (передний привод)
• Lexus CT 200h (передний привод)
• Lexus ES 300h (передний привод)
• Lexus GS 450h hybrid electric (задний привод) со степенью сжатия 13: 1
• Lexus RC F (задний привод)
• Lexus GS F (задний привод)
• Lexus HS 250h (передний привод)
• Lexus IS 200t (2016)
• Lexus NX hybrid electric (полный привод)
• Lexus RX 450h hybrid electric (полный привод)
• Lexus LC (задний привод)
• Mazda Mazda6 (2013 для 2014 модельного года)
• Mercedes ML450 Hybrid (полный привод) электрический
• Mercedes S400 Blue Hybrid (задний привод) электрический
• Mitsubishi Outlander PHEV (2018 для 2019 модельного года, подключаемый гибридный полный привод)
• Renault Captur MK2 (PHEV)
• Renault Clio MK5 (HEV)
• Renault Mégane MK4 (PHEV)
• Subaru Crosstrek Hybrid (2018 на 2019 модельный год, полный привод)
• Toyota Camry Hybrid electric (передний привод) со степенью сжатия 12,5: 1
• Toyota Avalon Hybrid (передний привод)
• Toyota Highlander Hybrid (2011 г. и новее)
• Toyota Prius hybrid electric (передний привод) со степенью сжатия (чисто геометрической) 13,0: 1
• Toyota Yaris Hybrid (передний привод) со степенью сжатия 13,4: 1
• Toyota Auris Hybrid (передний привод)
• Toyota Tacoma V6 (начиная с 2015 года для 2016 модельного года)
• Toyota RAV4 Hybrid (начиная с 2015 года для 2016 модельного года)
• Toyota Sienna (2016 для 2017 модельного года, гибридное начало для 2021 модельного года)
• Toyota Venza (начало гибрида с 2021 модельного года)
• Toyota C-HR Hybrid (2016-настоящее время)

Ссылки [ править ]

1. ^ US 367496 , Дж. Аткинсон, «Газовый двигатель», выпущенный 1887-08-02.
2. Патент США 2,817,322
3. Донкин, Брайан (1896). Учебник по газовым, масляным и воздушным двигателям: или Двигатели внутреннего сгорания без котла . К. Гриффин и компания, лимитед. п. 152.
4. «Auto Tech: двигатели цикла Аткинсона и гибриды» . Autos.ca . 2010-07-14 . Проверено 23 февраля 2013 .
5. Gingery, Винсент (2000). Создание дифференциального двигателя Аткинсона . Дэвид Дж. Джингери Паблишинг, ООО. ISBN .
6. ^ США 336505 , J. Atkinson, «газовый двигатель», выпущенный 1886-02-16
7. Клерк, Дугальд (1913). Газовый, бензиновый и масляный двигатель, Том 2 . Дж. Вили. п. 210.
8. Хейвуд, Джон Б. Основы двигателя внутреннего сгорания , стр. 184-186.
9. Торчинский, Джейсон (2021-06-08). «Форд Маверик 2022 года — гибрид за 20 000 долларов» . Ялопник . США . Проверено 9 июня 2021 .
10. Готье, Майкл (2013-01-21). «Honda Accord Plug-in Hybrid заслуживает звания самого экономичного седана в Америке» . worldcarfans.com . Проверено 22 января 2013 .
11. «2018 Honda Clarity Plug-in Hybrid» . www.honda.ca . Архивировано из оригинала на 2018-01-26 . Проверено 25 января 2018 .
12. «2018 Honda Insight Hybrid» . www.honda.ca . Проверено 14 июля 2018 .
13. «2016 Lexus IS — Производительность» . США: Lexus . Проверено 9 августа 2016 .
14. «2019 Outlander PHEV» . США: Mitsubishi . Проверено 23 февраля 2018 .
15. Эдмундс, Дэн (24 сентября 2010). «Дорожные испытания гибридного автомобиля Toyota Highlander 2011 года» . Edmunds.com . Проверено 4 июля 2012 .

Универсальная модель будущего

В настоящее время многими производителями ведутся разработки универсальных двигателей, где будут совмещены и мощность бензиновых агрегатов, и отличная тяга и экономичность дизелей.

В этом отношении уже то, что бензиновые агрегаты, имеющие непосредственный впрыск топлива, достигли высокого показателя сжатия порядка тринадцати-четырнадцати единиц (у дизельных моторов этот уровень является немногим больше семнадцати-девятнадцати), доказывает успешные шаги в этом направлении. Они даже работают так же, как и агрегаты с воспламенением от сжатия. Только рабочая смесь должна искусственно поджигаться свечой.

В экспериментальных моделях сжатие доходит еще выше – до пятнадцати-шестнадцати единиц. Но до самовоспламенения пока уровень не дотягивается. Зато свеча отключается при равномерном движении, благодаря чему двигатель переходит на режим, подобный дизелю, и потребляет мало топлива.

Сгорание регулируется электроникой, вносящей коррективы в зависимости от внешних обстоятельств.

Разработчики уверяют, что такой двигатель является очень экономичным. Однако для серийного производства исследований проводилось недостаточно.

Miller Cycle Engine на автомобиле Mazda Xedos (2.3 L)

Особенный механизм газораспределения с перекрытием клапанов обеспечивает повышение степени сжатия (СЗ), если в стандартном варианте, допустим, она равна 11, то в моторе с коротким сжатием этот показатель при всех других одинаковых условиях увеличивается до 14. На 6-цилиндровом ДВС 2.3 L Mazda Xedos (семейство Skyactiv) теоретически это выглядит так: впускной клапан (ВК) открывается, когда поршень расположен в верхней мертвой точке (сокращенно – ВМТ), закрывается не в нижней точке (НМТ), а позднее, остается открытым 70º. При этом часть топливно-воздушной смеси выталкивается назад во впускной коллектор, сжатие начинается после закрытия ВК. По возвращению поршня в ВМТ:

• объем в цилиндре уменьшается;
• давление возрастает;
• воспламенение от свечи происходит в какой-то определенный момент, оно зависит от нагрузки и количество оборотов (работает система опережения зажигания).

Затем поршень идет вниз, происходит расширение, при этом теплоотдача на стенки цилиндров получается не такой высокой, как в схеме Otto из-за короткого сжатия. Когда поршень доходит до НМТ, идет выпуск газов, затем все действия повторяются заново.

Специальная конфигурация впускного коллектора (шире и короче, чем обычно) и угол открытия ВК 70 градусов при СЗ 14:1 дает возможность установить опережение зажигания 8º на холостых оборотах без какой-либо ощутимой детонации. Также эта схема обеспечивают больший процент полезной механической работы, или, другими словами, позволяет поднять КПД. Получается, что работа, вычисляемая по формуле A=P dV (P – давление, dV – изменение объема), направлена не на нагревание стенок цилиндров, головки блока, а идет на совершение рабочего хода. Схематически весь процесс можно посмотреть на рисунке, где начало цикла (НМТ) обозначено цифрой 1, процесс сжатия – до точки 2 (ВМТ), от 2 до 3 – подвод теплоты при неподвижном поршне. Когда поршень идет от точки 3 к 4, происходит расширение. Выполненная работа обозначена заштрихованной областью At.

Также всю схему можно посмотреть в координатах T S, где T означает температуру, а S – энтропию, которая растет с подводом теплоты к веществу, и при нашем анализе это величина условная. Обозначения Qp и Q0 – количество подводимой и отводимой теплоты.

Недостаток серии Skyactiv – по сравнению с классическими Otto у этих движков меньше удельная (фактическая) мощность, на моторе 2.3 L при шести цилиндрах она составляет всего лишь 211 лошадиных сил, и то при учете турбонаддува и 5300 об/ мин. Зато у моторов есть и ощутимые плюсы:

• высокая степень сжатия;
• возможность установить раннее зажигание, при этом не получить детонации;
• обеспечение быстрого разгона с места;
• большой коэффициент полезного действия.

И еще одно немаловажное преимущество двигателя Miller Cycle от производителя Mazda – экономичный расход топлива, особенно при малых нагрузках и на холостом ходу

Форсирование двигателя путем увеличения степени сжатия

Чем выше степень, тем горячее воздух в конце такта сжатия и тем выше КПД двигателя. Но повышение одного параметра не гарантирует линейное возрастание второго. Наибольший прирост мощности ощущается при повышении степени до 10-11 единиц.

К примеру, увеличив степень сжатия стандартного ВАЗовского мотора с 9.8 до 11, мы в теории получаем прирост термического КПД на 4%. Тест на стенде при этом покажет куда более скромное значение – 2,5%. Повысив степень сжатия того же мотора еще на единицу, мы получим фактическую прибавку в 4.5%. Моментная характеристика возрастет главным образом на низких и средних оборотах. Дальнейшее увеличение степени сжатия без перехода на высокооктановое спортивное топливо и вовсе не даст результат.

Причина такого явления —  в детонации, которая возникает в случае слишком высокого пикового давления в камере сгорания. При контакте с разогретым воздухом в таком случае смесь самовоспламеняется еще до момента подачи искры. При этом фронт пламени распространяется со скоростью более 2000 м/с, тогда как значение при нормальном сгорании не превышает 250-300 м/с.

Ударная волна такой силы оказывает разрушительное давление на цилиндры, стенки камеры сгорания, поршни. Также значительно повышается температура выхлопных газов, что приводит к прогоранию днища поршня, клапанов.

Поэтому тюнинг со сжатием следует проводить после точного математического расчета и с прицелом на октановое число бензина.