Atkinson, Miller, proces B-cyklu: čo to v skutočnosti znamená

Turbodúchadlá VTG v motoroch VW sú skutočne upravené naftové jednotky.

Cykly Atkinson a Miller sú vždy spojené so zvýšenou účinnosťou, ale často medzi nimi nie je rozdiel. Možno to nedáva zmysel, pretože obe zmeny vychádzajú zo základnej filozofie – vytvorenia rôznych kompresných a expanzných pomerov v štvortaktnom benzínovom motore. Keďže tieto parametre sú pri bežnom motore geometricky identické, benzínový agregát trpí nebezpečenstvom klepania paliva, ktoré si vyžaduje zníženie kompresného pomeru. Ak by sa však akýmkoľvek spôsobom dal dosiahnuť vyšší expanzný pomer, viedlo by to k vyššej úrovni "vytlačenia" energie expandujúcich plynov a zvýšilo by sa účinnosť motora. Je zaujímavé poznamenať, že čisto historicky ani James Atkinson, ani Ralph Miller nevytvorili svoje koncepty pri hľadaní účinnosti. V roku 1887 Atkinson vyvinul aj patentovaný komplexný kľukový mechanizmus pozostávajúci z niekoľkých prvkov (podobnosť dnes nájdeme v motore Infiniti VC Turbo), ktorý mal zabrániť Ottovým patentom. Výsledkom komplexnej kinematiky je realizácia štvortaktného cyklu počas jednej otáčky motora a ďalšieho zdvihu piesta pri kompresii a expanzii. O mnoho desaťročí neskôr sa tento proces uskutoční tak, že sací ventil zostane otvorený dlhší čas a takmer bez výnimky sa používa v motoroch v kombinácii s konvenčnými hybridnými pohonnými jednotkami (bez možnosti externého elektrického nabíjania), ako sú napríklad motory Toyota. a Honda. Pri stredných až vysokých rýchlostiach to nie je problém, pretože vniknutý prúd má zotrvačnosť a keď sa piest pohybuje dozadu, kompenzuje spätný vzduch. V nízkych otáčkach to však vedie k nestabilnému chodu motora, a preto sa takéto agregáty kombinujú s hybridnými systémami alebo v týchto režimoch nevyužívajú Atkinsonov cyklus. Z tohto dôvodu sa prirodzene nasávané a sacie ventily bežne považujú za Atkinsonov cyklus. To však nie je úplne správne, pretože myšlienka realizovať rôzne stupne kompresie a expanzie riadením fáz otvárania ventilov patrí Ralphovi Millerovi a bola patentovaná v roku 1956. Jeho myšlienka však nie je zameraná na dosiahnutie vyššej účinnosti, zníženie kompresného pomeru a zodpovedajúce použitie nízkooktánových palív v leteckých motoroch. Miller navrhuje systémy na skoršie uzavretie sacieho ventilu (skoré zatvorenie sacieho ventilu, EIVC) alebo neskôr (neskoré zatvorenie sacieho ventilu, LIVC), ako aj na kompenzáciu nedostatku vzduchu alebo na udržanie vzduchu vracajúceho sa do sacieho potrubia, kompresora sa používa.

Je zaujímavé poznamenať, že prvý takýto asymetrický fázový motor bežiaci na neskoršom, definovanom ako „proces Millerovho cyklu“, vytvorili inžinieri spoločnosti Mercedes a bol použitý v 12-valcovom kompresorovom motore športového auta W 163. od roku 1939. než si Ralph Miller patentoval svoj test.

Prvým sériovým modelom využívajúcim Millerov cyklus bol model Mazda Millenia KJ-ZEM V6 z roku 1994. Sací ventil sa uzavrie neskôr a vráti časť vzduchu do sacieho potrubia s prakticky zníženým kompresným pomerom. Na zadržanie vzduchu sa používa mechanický kompresor Lysholm. Expanzný pomer je teda o 15 percent väčší ako kompresný pomer. Straty spôsobené kompresiou vzduchu od piestu ku kompresoru sú vyvážené zlepšenou konečnou účinnosťou motora.

Stratégie veľmi neskoro a veľmi skoro majú rôzne výhody v rôznych režimoch. Pri malom zaťažení má neskoršie zatvorenie výhodu v tom, že poskytuje širšie otvorený škrtiaci ventil a udržuje lepšie turbulencie. Keď sa zaťaženie zvyšuje, výhoda sa posúva k skoršiemu uzavretiu. Ten sa však pri vysokých rýchlostiach stáva menej efektívnym v dôsledku nedostatočného času plnenia a vysokého poklesu tlaku pred a za ventilom.

Audi a Volkswagen, Mazda a Toyota

V súčasnosti podobné procesy používajú Audi a Volkswagen vo svojich zariadeniach 2.0 TFSI (EA 888 Gen 3b) a 1.5 TSI (EA 211 Evo), ku ktorým nedávno pribudla nová verzia 1.0 TSI. Využívajú však technológiu vstupného ventilu pred zatváraním, v ktorej sa rozpínajúci vzduch ochladzuje potom, čo sa ventil zavrie skôr. Audi a VW tento proces nazývajú B-cyklus po inžinierovi spoločnosti Ralphovi Budakovi, ktorý upresnil nápady Ralpha Millera a aplikoval ich na motory s turbodúchadlom. Pri kompresnom pomere 13: 1 je skutočný pomer asi 11,7: 1, čo je samo osebe na zážihový motor extrémne vysoké. Hlavnú úlohu v tom všetkom hrá komplexný mechanizmus otvárania ventilov s premenlivými fázami a zdvihom, ktorý podporuje vírenie a prispôsobuje sa podmienkam. V motoroch s B-cyklom sa vstrekovací tlak zvýši na 250 barov. Mikrokontroléry riadia plynulý proces fázovej zmeny a prechodu z B-procesu do normálneho Ottovho cyklu pri vysokom zaťažení. 1,5-litrové a 1-litrové motory navyše používajú turbodúchadlá s variabilnou geometriou s rýchlou odozvou. Chladený vopred stlačený vzduch poskytuje lepšie teplotné podmienky ako priama silná kompresia vo valci. Na rozdiel od high-tech turbodúchadiel BorgWarner VTG spoločnosti Porsche používaných pre výkonnejšie modely sú jednotky s variabilnou geometriou spoločnosti VW vytvorené rovnakou spoločnosťou prakticky mierne upravenými turbínami pre naftové motory. Je to možné kvôli tomu, že vzhľadom na všetko, čo bolo doteraz popísané, maximálna teplota plynu nepresahuje 880 stupňov, to znamená o niečo vyššiu ako dieselový motor, čo je ukazovateľ vysokej účinnosti.

Japonské spoločnosti ešte viac zamieňajú štandardizáciu terminológie. Na rozdiel od iných benzínových motorov Mazda Skyactiv je Skyactiv G 2.5 T preplňovaný turbodúchadlom a pracuje v Millerovom cykle pri širokom rozsahu zaťažení a otáčok, Mazda však tiež vyvoláva cyklus, v ktorom pracujú ich atmosféricky poháňané jednotky Skyactiv G. Toyota používa motor 1.2 D4 -T (8NR-FTS) a 2.0 D4-T (8AR-FTS) vo svojich turbo motoroch, ale Mazda ich na druhej strane definuje ako rovnaké pre všetky svoje atmosféricky poháňané motory pre hybridné modely a novú generáciu Dynamic Force autá. s atmosférickým plnením ako „práca na Atkinsonovom cykle“. Technická filozofia je vo všetkých prípadoch rovnaká.