מנוע. הבדלים בין מחזורי אוטו ואטקינסון
מזה זמן מה, המונח "מנוע מחזור חסכוני אטקינסון" הפך ליותר ויותר נפוץ. מהו המחזור הזה ולמה הוא מפחית את צריכת הדלק?
מנועי הבנזין הנפוצים ביותר כיום פועלים על מה שנקרא מחזור אוטו, שפותח בסוף המאה ה- XNUMX על ידי הממציא הגרמני ניקולאוס אוטו, המעצב של אחד ממנועי הבעירה הפנימית המוצלחים הראשונים. המהות של מחזור זה מורכבת מארבע פעימות המבוצעות בשתי סיבובים של גל הארכובה: מהלך היניקה, מהלך הדחיסה, מהלך העבודה ומהלך הפליטה.
בתחילת פעולת היניקה נפתח שסתום היניקה, דרכו נשאבת תערובת דלק האוויר מסעפת היניקה על ידי חזרת הבוכנה. לפני תחילת מהלך הדחיסה, שסתום היניקה נסגר והבוכנה החוזרת לראש דוחסת את התערובת. כאשר הבוכנה מגיעה למצב השיא שלה, התערובת נדלקת על ידי ניצוץ חשמלי. גזי הפליטה החמים שנוצרים מתרחבים ודוחפים את הבוכנה, מעבירים אליה את האנרגיה, וכאשר הבוכנה רחוקה ככל האפשר מהראש, שסתום הפליטה נפתח. מהלך הפליטה מתחיל עם בוכנת ההחזרה שדוחפת את גזי הפליטה החוצה מהצילינדר ולתוך סעפת הפליטה.
למרבה הצער, לא כל האנרגיה בגזי הפליטה מנוצלת במהלך מהלך הכוח כדי לדחוף את הבוכנה (ובאמצעות המוט המחבר, לסובב את גל הארכובה). הם עדיין בלחץ גבוה כאשר שסתום הנשיפה נפתח בתחילת מכת הנשיפה. אנו יכולים ללמוד על כך כאשר אנו שומעים את הרעש שמשמיעה מכונית עם משתיק קול שבור – זה נגרם משחרור אנרגיה לאוויר. זו הסיבה שמנועי בנזין מסורתיים יעילים רק בכ-35 אחוזים. אם אפשר היה להגדיל את מהלך הבוכנה במהלך העבודה ולהשתמש באנרגיה הזו...
רעיון זה הגיע לממציא האנגלי ג'יימס אטקינסון. בשנת 1882 הוא תכנן מנוע שבו, הודות למערכת מורכבת של דוחפים המחברים את הבוכנות לגל הארכובה, מהלך הכוח היה ארוך יותר ממהלך הדחיסה. כתוצאה מכך, בתחילת מהלך הפליטה, הלחץ של גזי הפליטה היה כמעט שווה ללחץ האטמוספרי, והאנרגיה שלהם נוצלה במלואה.
העורכים ממליצים:
צלחות. נהגים מחכים למהפכה?
דרכים תוצרת בית לנהיגת חורף
תינוק אמין במעט כסף
אז מדוע לא נעשה שימוש נרחב יותר ברעיון של אטקינסון, ולמה מנועי בעירה פנימית משתמשים במחזור האוטו הפחות יעיל כבר יותר ממאה שנה? ישנן שתי סיבות: האחת היא המורכבות של מנוע אטקינסון, והשנייה - וחשוב מכך - ככל שהוא מקבל פחות כוח מיחידת נפח.
עם זאת, ככל שהוקדשה יותר ויותר תשומת לב לצריכת הדלק ולהשפעת המינוע על הסביבה, נזכרה היעילות הגבוהה של מנוע אטקינסון, במיוחד במהירויות בינוניות. הקונספט שלו הוכיח את עצמו כפתרון מצוין, במיוחד בכלי רכב היברידיים, שבהם המנוע החשמלי מפצה על חוסר הכוח, הדרוש במיוחד בעת התנעה והאצה.
לכן נעשה שימוש במנוע מחזור אטקינסון המותאם במכונית ההיברידית הראשונה בייצור המוני, טויוטה פריוס, ולאחר מכן בכל ההיברידיות האחרות של טויוטה ולקסוס.
מהו מחזור אטקינסון שונה? הפתרון החכם הזה גרם למנוע של טויוטה לשמור על העיצוב הקלאסי והפשוט של מנועי ארבע פעימות קונבנציונליים, והבוכנה עוברת את אותו המרחק בכל מהלך, המהלך האפקטיבי ארוך יותר ממהלך הדחיסה.
למעשה, צריך לומר אחרת: מחזור הדחיסה האפקטיבי קצר יותר ממחזור העבודה. זה מושג על ידי עיכוב סגירת שסתום היניקה, שנסגר זמן קצר לאחר תחילת מהלך הדחיסה. כך, חלק מתערובת האוויר-דלק מוחזר לסעפת היניקה. יש לכך שתי השלכות: כמות גזי הפליטה המופקת בעת שריפה קטנה יותר והיא מסוגלת להתרחב במלואה לפני תחילת מהלך הפליטה, להעביר את כל האנרגיה לבוכנה, ופחות אנרגיה נדרשת כדי לדחוס פחות תערובת, אשר מפחית את הפסדי המנוע הפנימיים. באמצעות פתרונות זה ופתרונות אחרים, מנוע הדור הרביעי של טויוטה פריוס הצליח להשיג יעילות תרמית של עד 41 אחוז, שהיה זמין בעבר רק ממנועי דיזל.
היופי בפתרון הוא שהעיכוב בסגירת שסתומי היניקה אינו מצריך שינויים מבניים גדולים – מספיק להשתמש במנגנון מבוקר אלקטרוני לשינוי תזמון השסתומים.
ואם כן האם זה אפשרי ולהיפך? ובכן, כמובן; באופן טבעי! מנועי מחזור עבודה משתנה מיוצרים כבר זמן מה. כאשר הדרישה להספק נמוכה, כמו בנסיעה בכבישים נינוחים, המנוע פועל על מחזור אטקינסון לצריכת דלק נמוכה. וכאשר נדרשים הביצועים הטובים ביותר - מפנסים או עקיפות - הוא עובר למחזור אוטו, תוך שימוש בכל הדינמיקה הקיימת. מנוע הזרקה ישירה בנפח 1,2 ליטר טורבו משמש בטויוטה אוריס וברכב השטח העירוני החדש של טויוטה C-HR, למשל. אותו מנוע שני ליטר משמש בלקסוס IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t ו-RC 200t.
