Atkinson döngüsü - Atkinson cycle

Termodinamik
Carnot ısı motoru 2.svg
Klasik Carnot ısı motoru
Şubeler
kanunlar
Sistemler
Durum
süreçler
döngüler
Sistem özellikleri
Not: Eşlenik değişkenler de italik
Proses fonksiyonları
Devletin işlevleri
Malzeme özellikleri
Özgül ısı kapasitesi 
Sıkıştırılabilme 
Termal Genleşme 
denklemler
potansiyeller
  • Tarih
  • Kültür
Tarih
Felsefe
teoriler
Önemli yayınlar
zaman çizelgeleri
  • Sanat
  • Eğitim
Bilim insanları
Başka

Atkinson zamanlı motor türüdür , içten yanmalı motor tarafından icat , James Atkinson 1882 Atkinson döngüsünde sağlamak için tasarlanmıştır verimlilik pahasına güç yoğunluğu .

Bu yaklaşımın bir varyasyonu bazı modern otomobil motorlarında kullanılmaktadır. Başlangıçta yalnızca önceki nesil Toyota Prius gibi hibrit elektrik uygulamalarında görülse de, daha sonraki hibritler ve hibrit olmayan bazı araçlar artık Atkinson döngüsünde yarı zamanlı bir çalışma rejimi olarak çalışabilen değişken valf zamanlamasına sahip motorlara sahiptir. Atkinson çevriminde çalışırken ekonomi ve geleneksel Otto çevrimli motor olarak çalışırken geleneksel güç yoğunluğu .

Tasarım

Atkinson, kısa sıkıştırma strokuna ve daha uzun genleşme strokuna sahip üç farklı tasarım üretti. İlk Atkinson çevrimli motor, diferansiyel motor , karşıt pistonlar kullandı. İkinci ve en iyi bilinen tasarım, bir krank mili devrinde dört piston stroku oluşturmak için merkez üstü bir kol kullanan çevrim motoruydu . Pistonlu motor alımı, sıkıştırma, güç ve egzoz sahip vuruş bir dört zamanlı çevrim tek bir sırayla krank mili ve kaplama bazı, patent hakkı önlemek üzere tasarlanmıştır Otto-devirli motor. Atkinson'ın üçüncü ve son motoru olan fayda motoru , herhangi bir iki zamanlı motor gibi çalışıyordu.

Atkinson'ın tasarımlarındaki ortak nokta, motorların sıkıştırma strokundan daha uzun bir genleşme strokuna sahip olmasıdır ve bu yöntemle motor , geleneksel bir pistonlu motordan daha fazla termal verimlilik sağlar . Atkinson'ın motorları İngiliz Gaz Motoru Şirketi tarafından üretildi ve ayrıca diğer denizaşırı üreticilere lisans verildi.

Birçok modern motor artık daha kısa bir sıkıştırma stroku/daha uzun güç stroku etkisini üretmek için alışılmamış valf zamanlaması kullanıyor. Miller bu tekniği dört zamanlı motora uyguladı, bu nedenle bazen Atkinson/Miller çevrimi olarak anılır, 24 Aralık 1957 tarihli ABD patenti 2817322. 1888'de, Charon bir Fransız patenti başvurusunda bulundu ve 1889'da Paris Sergisinde bir motor sergiledi. Charon gaz motoru (dört zamanlı) Miller'a benzer bir çevrim kullandı, ancak bir süper şarj cihazı yoktu. Buna "Charon döngüsü" denir.

Bristol'deki Roy Fedden , 1928'de Bristol Jüpiter IV motorunda, kalkış sırasında sürdürülebilir azaltılmış çalışma basınçlarına sahip olmak için yükün bir kısmının emme manifolduna geri üflenmesine izin veren değişken gecikme zamanlamasına sahip bir düzenlemeyi test etti .

Modern motor tasarımcıları, Atkinson tipi çevrimin sağlayabileceği potansiyel yakıt verimliliği iyileştirmelerini gerçekleştiriyor.

Atkinson "Diferansiyel Motor"

Atkinson döngüsünün ilk uygulaması 1882'deydi; Daha sonraki versiyonlardan farklı olarak, zıt bir pistonlu motor , Atkinson diferansiyel motoru olarak düzenlenmiştir. Burada, tek bir krank mili, doğrusal olmayan bir mafsallı bağlantı yoluyla iki karşıt pistona bağlanmıştır; yarım devir için bir piston neredeyse sabit kalırken diğeri ona yaklaşıp geri döndü ve sonraki yarım devir için ikinci bahsedilen piston neredeyse hareketsizken birincisi yaklaşıp geri döndü.

Böylece, her devirde, bir piston bir sıkıştırma stroku ve bir güç stroku sağladı ve ardından diğer piston bir egzoz stroku ve bir şarj stroku sağladı. Egzoz ve yükleme sırasında güç pistonu çekili kaldığından, sıkıştırma stroku ve güç stroku sırasında kapatılan bir portun arkasındaki valfler kullanılarak egzoz ve doldurma sağlamak pratikti ve böylece valflerin yüksek basınca direnmesine gerek yoktu ve birçok buhar motorunda ve hatta kamış valflerde kullanılan daha basit türden .

  • Atkinson "Diferansiyel Motoru"nun patent çizimi, 1882

  • Atkinson diferansiyel motorunun animasyonu, 1882

Atkinson "Döngü Motoru"

Atkinson tarafından 1887'de tasarlanan bir sonraki motor "Döngü Motoru" olarak adlandırıldı. Emme ve sıkıştırma strokları, genleşme ve egzoz stroklarından önemli ölçüde daha kısaydı.

"Cycle" motorları, British Engine Company tarafından birkaç yıl boyunca üretildi ve satıldı. Atkinson ayrıca diğer üreticilere üretim lisansı verdi. Boyutlar birkaç ila 100 beygir gücü arasında değişiyordu.

  • ABD Patenti 367496, 1887'de gösterildiği gibi Atkinson gaz motoru

  • Atkinson "Cycle Engine" animasyonu, 1887

Atkinson "Faydalı Motor"

Atkinson Faydalı Motor
Atkinson'ın Utilite motoru 1892

Atkinson'ın üçüncü tasarımına "Utilite Engine" adı verildi. Atkinson'ın "Cycle" motoru verimliydi; bununla birlikte, yüksek hızlı çalışma için bağlantısını dengelemek zordu. Atkinson, döngüsünü daha yüksek hızlı bir motor olarak daha uygulanabilir hale getirmek için bir iyileştirmeye ihtiyaç olduğunu fark etti.

Bu yeni tasarımla, Atkinson bağlantıları ortadan kaldırabildi ve 600 rpm'ye kadar hızlarda çalışabilen ve her devirde güç üretebilen daha geleneksel, iyi dengelenmiş bir motor yapabildi, ancak "Döngü Motorunun tüm verimliliğini korudu. " orantılı olarak kısa bir sıkıştırma strokuna ve daha uzun bir genleşme strokuna sahip. Utilite, egzoz portunun yaklaşık olarak strokun ortasında yer alması dışında standart iki zamanlı gibi çalışır.

Genişleme/güç stroku sırasında, kamla çalışan bir valf (piston strokun sonuna yaklaşana kadar kapalı kalır), piston egzoz portunu geçerken basıncın kaçmasını önler. Egzoz valfi, strokun alt kısmına yakın bir yerde açılır; piston sıkıştırmaya doğru geri dönerken açık kalır ve port piston tarafından kaplanana kadar temiz havanın silindiri doldurmasına ve egzozun çıkmasına izin verir.

Egzoz ağzı kapatıldıktan sonra piston silindirde kalan havayı sıkıştırmaya başlar. Küçük bir pistonlu yakıt pompası, sıkıştırma sırasında sıvıyı enjekte eder. Ateşleme kaynağı muhtemelen Atkinson'ın diğer motorlarında olduğu gibi bir sıcak boruydu. Bu tasarım, kısa sıkıştırma ve daha uzun genleşme stroklu iki zamanlı bir motorla sonuçlandı.

Utilite Engine, Atkinson'ın önceki "diferansiyel" ve "döngü" tasarımlarından bile daha verimli olarak test edildi. Çok az üretildi ve hiçbirinin hayatta kaldığı bilinmiyor. İngiliz patenti 1892, #2492'ye aittir. Utilite Engine için hiçbir ABD patenti bilinmemektedir.

İdeal termodinamik çevrim

Şekil 1: Atkinson gaz döngüsü

İdeal Atkinson döngüsü şunlardan oluşur:

Modern Atkinson çevrimli motorlar

Piston ve volan arasında Atkinson tarzı bağlantılara sahip küçük bir motor. Modern Atkinson çevrimli motorlar bu karmaşık enerji yolunu ortadan kaldırır.

20. yüzyılın sonlarında, "Atkinson çevrimi" terimi, değiştirilmiş bir Otto çevrimli motoru tanımlamak için kullanılmaya başlandı - bu motorda emme valfi normalden daha uzun süre açık tutuldu ve emme manifolduna emme havasının ters akışına izin verildi. Bu "simüle edilmiş" Atkinson çevrimi, en çok , erken Prius'tan Toyota 1NZ-FXE motorunda kullanılmaktadır .

Efektif sıkıştırma oranı azaltılır - havanın sıkıştırılmak yerine silindirden serbestçe kaçtığı süre boyunca - ancak genleşme oranı değişmez (yani sıkıştırma oranı genleşme oranından daha küçüktür). Modern Atkinson çevriminin amacı, güç vuruşunun sonunda yanma odasındaki basıncı atmosfer basıncına eşit hale getirmektir. Bu gerçekleştiğinde, mevcut tüm enerji yanma işleminden elde edilmiştir. Havanın herhangi bir bölümü için, daha büyük genleşme oranı, ısıdan daha fazla enerjiyi faydalı mekanik enerjiye dönüştürür; bu, motorun daha verimli olduğu anlamına gelir.

Dört zamanlı Atkinson çevrimli motorun daha yaygın olan Otto çevrimli motora karşı dezavantajı, düşük güç yoğunluğudur. Sıkıştırma strokunun daha küçük bir bölümünün emme havasını sıkıştırmaya ayrılması nedeniyle, bir Atkinson çevrimli motor, benzer şekilde tasarlanmış ve boyutlu bir Otto çevrimli motor kadar fazla hava almaz. Aynı tip emme valfi hareketini kullanan ancak güç yoğunluğu kaybını telafi etmek için zorlamalı indüksiyon kullanan bu tipteki dört zamanlı motorlar, Miller çevrimli motorlar olarak bilinir .

Döner Atkinson çevrimli motor

Döner Atkinson çevrimli motor

Atkinson çevrimi, döner bir motorda kullanılabilir . Bu konfigürasyonda, Otto çevrimine kıyasla hem güçte hem de verimlilikte bir artış elde edilebilir. Bu tip motor, orijinal Atkinson çevriminin farklı sıkıştırma ve genişleme hacimleriyle birlikte devir başına bir güç fazını korur.

Egzoz gazları, basınçlı hava süpürme yoluyla motordan atılır. Atkinson çevriminin bu modifikasyonu, dizel ve hidrojen gibi alternatif yakıtların kullanımına izin verir.

Bu tasarımın dezavantajları arasında, rotor uçlarının dış mahfaza duvarında çok sıkı bir şekilde yalıtılması gerekliliği ve düzensiz şekilli, hızla salınan parçalar arasındaki sürtünmeden kaynaklanan mekanik kayıplar yer alır. Daha fazla bilgi için aşağıdaki harici bağlantılara bakın.

Sachs KC-27 Wankel motoru Hercules W-2000 motosiklet Atkinson döngüsü kullanılır. Bir çöküntü kapsülü, gelen şarj için ikincil bir yol açar.

Atkinson çevrimli motorları kullanan araçlar

Hyundai Ioniq hibrit
2010 Ford Fusion Hybrid (Kuzey Amerika)

Atkinson çevrimini kullanan modifiye bir Otto çevrimli pistonlu motor, iyi bir yakıt verimliliği sağlarken, geleneksel dört zamanlı bir motora kıyasla, deplasman başına daha düşük bir güç pahasınadır. Daha fazla güç talebi kesintili ise, daha fazla güce ihtiyaç duyulan zamanlarda motorun gücü bir elektrik motoru ile desteklenebilir . Bu, Atkinson döngüsüne dayalı hibrit elektrikli aktarma organlarının temelini oluşturur . Bu elektrik motorları, istenen gücü üretmenin en verimli yolunu sağlamak için Atkinson çevrimli motordan bağımsız olarak veya onunla birlikte kullanılabilir. Bu aktarma organları ilk olarak 1997'nin sonlarında birinci nesil Toyota Prius'ta üretime girdi .

Temmuz 2018 itibariyle, birçok üretim hibrit araç aktarma organları, Atkinson döngüsü konseptlerini kullanır; örneğin:

Patentler

1887 patenti (US 367496), krank milinin bir devri içinde bir gaz motoru için dört zamanlı çevrimin dört strokunun tümünü elde etmek için gerekli mekanik bağlantıları açıklar. Ayrıca, karşıt pistonlu bir gaz motorunu tanımlayan 1886 Atkinson patentine (US 336505) bir referans vardır . "Utilite" için İngiliz patenti 1892'ye aittir (#2492).

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar