Можно ли реализовать современный цикл Аткинсона в бензиновом двигателе с изменяемым временем открытия клапанов?

Теоретически можно перейти на современный цикл Аткинсона с помощью системы изменения фаз газораспределения, но это зависит от точности используемой системы. Это также зависит от того, хотите ли вы, чтобы двигатель переключался между обычным циклом Отто и циклом Аткинсона.

В видеоролике с инженерными объяснениями Джейсон Фенске рассказывает об одном из способов достижения цикла Аткинсона, который заключается в сбросе части всасываемого заряда во время такта сжатия. Позволяя впускному клапану оставаться открытым в начале цикла сжатия, вы позволяете стравливанию происходить путем возврата обратно во впускной тракт. Двигатель будет использовать только часть всасываемого воздуха / топлива. Этого можно добиться с помощью регулируемого газораспределения (VVT). От того, насколько хорошо спроектирована и внедрена система VVT, зависит, насколько хорошо это будет выполнено.

Согласно Обзору и анализу стратегий изменения фаз газораспределения — восемь способов подхода, опубликованных в Трудах Института инженеров-механиков, часть D: Журнал автомобильной инженерии, 218 (10), стр. 1179-1200, срабатывания клапанов типичного двигателя с искровым зажиганием (SI) следующие:

• Открытие впускного клапана (ОВК) Впускной клапан открывается, и топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндр, когда поршень движется вниз от верхней мёртвой точки (ВМТ). Этот процесс продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет нижней мёртвой точки (НМТ). Как правило, впускной клапан открывается примерно за 10 градусов до ВМТ во время такта выпуска. Открытие впускного клапана означает начало такта впуска, а также начало перекрытия впускного и выпускного клапанов.

  
  



• Закрытие выпускного клапана (EVC) Выпускной клапан закрывается, когда большая часть сгоревших газов выпущена в выпускной коллектор. Это конец выхлопной трубы, а также конец перекрытия клапанов. Закрытие выпускного клапана происходит примерно на 10 градусов после ВМТ во время такта впуска.

  
  



• Закрытие впускного клапана (ЗВК) Закрытие впускного клапана означает окончание такта впуска и начало такта сжатия. Впускной клапан закрывается примерно через 50 градусов после ВМТ во время такта сжатия.

  
  



• Открытие выпускного клапана (EVO) Открытие выпускного клапана означает завершение такта расширения и начало такта выпуска. Выпускной клапан открывается примерно за 60 градусов до ВМТ.

  
  

Существует восемь различных стратегий, которые можно применять в VVT:

1. Позднее закрытие впускного клапана (LIVC)


2. Раннее закрытие впускного клапана (EIVC)


3. Позднее открытие впускного клапана (ПОВК)


4. Раннее открытие впускного клапана (EIVO)


5. Позднее закрытие выпускного клапана (LEVC)


6. Раннее закрытие выпускного клапана (EEVC)


7. Позднее открытие выпускного клапана (ПОВК)


8. Раннее открытие выпускного клапана (EEVO)

Лишь некоторые из них подходят для реализации цикла Аткинсона. У каждого типа есть свои плюсы и минусы. Основной тип, о котором говорит Джейсон, — это LIVC. Вот некоторые плюсы и минусы LIVC:

Плюсы:

• Повышает объёмный КПД (VE) на высоких оборотах двигателя за счёт того, что высокая скорость потока смеси продолжает наполнять цилиндр, даже когда поршень движется вверх.


• Снижение насосных потерь при частичной нагрузке и выбросов оксидов азота при незначительной потере крутящего момента.

Минусы:

• Снижает вибрацию на низких оборотах двигателя за счёт того, что давление во впускном коллекторе и цилиндре в нижней мёртвой точке одинаково.


• Склонность к детонации на низких оборотах двигателя из-за более богатой смеси и меньшей плотности топливно-воздушной смеси. Это снижает скорость воспламенения и, следовательно, усиливает детонацию.


• Обычно для реализации требуется повышенная механическая сложность.

Вот несколько способов реализации LIVC:

• Дополнительные распределительные валы или кулачки, которые приводятся в действие на разных оборотах двигателя.


• Фазы газораспределения, которые изменяют время открытия клапанов при разных оборотах двигателя.

Согласно статье, двигатели LIVC требуют более раннего зажигания по сравнению с обычными двигателями:

... особенно при частичных нагрузках, поскольку смеси предоставляется достаточно времени для самовоспламенения. Благодаря опережению зажигания можно избежать самовоспламенения. Максимальное давление в цилиндрах двигателей с длительным временем воспламенения оказалось ниже, чем в обычных двигателях. Это связано с тем, что в двигателях с длительным временем воспламенения после такта впуска остаётся меньше эффективной смеси для сгорания.

Что касается клапана рециркуляции отработавших газов, то его можно легко устранить при достаточном перекрытии клапанов. Это один из методов, используемых в более современных двигателях повышенной производительности. Его легко встроить в распределительный вал. Когда выпускной патрубок удерживается открытым дольше, когда открывается впускной патрубок, и поршень начинает двигаться вниз для выполнения такта впуска, происходит реверсирование, и выпускной патрубок всасывается обратно в цилиндр. Конечный результат тот же, что и при открытии системы рециркуляции отработавших газов (EGR), которая позволяет выхлопным газам всасываться обратно во впускное отверстие. Более того, при использовании технологии LIVC для создания цикла Аткинсона оксиды азота естественным образом сокращаются из-за падения температуры внутри цилиндра.

Лучшим способом реализации такой системы может быть использование технологии Koenigsegg FreeValve . В этой технологии не используются кулачки, а клапаны приводятся в действие с помощью пневматического/гидравлического решения . Все управляется компьютером, то есть клапаны можно открывать и закрывать по желанию . События открытия/закрытия также можно менять на ходу во время работы двигателя для повышения эффективности . Благодаря этому двигатель не привязан к одному или, возможно, двум различным профилям кулачков. Он может иметь столько профилей и изменений в синхронизации событий, сколько необходимо для повышения эффективности двигателя. Можно легко создать двигатель, который будет работать по циклу Отто на низких оборотах и по циклу Аткинсона на высоких. Более того, если позволить компьютеру определить, что нужно для получения максимальной отдачи от всего, это может стать ключом к созданию идеального двигателя.