엔진. 오토 사이클과 앳킨슨 사이클의 차이점
이제 얼마 동안 "Atkinson 경제 사이클 엔진"이라는 용어가 점점 보편화되었습니다. 이 주기는 무엇이며 연료 소비를 줄이는 이유는 무엇입니까?
오늘날 가장 일반적인 XNUMX행정 가솔린 엔진은 최초의 성공적인 왕복 내연 기관 중 하나를 설계한 독일 발명가 Nikolaus Otto가 XNUMX세기 말에 개발한 이른바 오토 사이클에서 작동합니다. 이 사이클의 본질은 크랭크축의 XNUMX회전에서 수행되는 XNUMX개의 스트로크(흡기 스트로크, 압축 스트로크, 작업 스트로크 및 배기 스트로크)로 구성됩니다.
흡기 행정이 시작되면 흡기 밸브가 열리고, 이를 통해 공기-연료 혼합물이 피스톤을 수축시켜 흡기 매니폴드에서 흡입됩니다. 압축 행정이 시작되기 전에 흡기 밸브가 닫히고 헤드로 돌아가는 피스톤이 혼합물을 압축합니다. 피스톤이 최고 위치에 도달하면 혼합물이 전기 스파크에 의해 점화됩니다. 그 결과 뜨거운 배기 가스가 팽창하여 피스톤을 밀어 에너지를 전달하고 피스톤이 헤드에서 최대한 멀어지면 배기 밸브가 열립니다. 배기 행정은 리턴 피스톤이 배기 가스를 실린더에서 배기 매니폴드로 밀어 넣는 것으로 시작됩니다.
불행하게도 배기 가스의 모든 에너지가 피스톤을 밀어(그리고 커넥팅 로드를 통해 크랭크축을 회전시키기 위해) 파워 스트로크 중에 사용되는 것은 아닙니다. 호기 행정이 시작될 때 호기 밸브가 열리면 여전히 고압 상태입니다. 머플러가 고장난 자동차에서 나는 소음을 들으면 이에 대해 알 수 있습니다. 이는 에너지가 공기 중으로 방출되어 발생합니다. 이것이 전통적인 가솔린 엔진의 효율이 약 35%에 불과한 이유입니다. 작동 행정에서 피스톤의 행정을 증가시키고 이 에너지를 사용할 수 있다면...
이 아이디어는 영국 발명가 James Atkinson에게 왔습니다. 1882년에 그는 피스톤을 크랭크축에 연결하는 복잡한 푸셔 시스템 덕분에 동력 행정이 압축 행정보다 긴 엔진을 설계했습니다. 결과적으로 배기 행정이 시작될 때 배기 가스의 압력은 대기압과 거의 같았고 에너지가 완전히 사용되었습니다.
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그렇다면 왜 앳킨슨의 아이디어가 더 널리 사용되지 않았으며 내연 기관이 한 세기 이상 동안 덜 효율적인 오토 사이클을 사용해 온 이유는 무엇입니까? 두 가지 이유가 있습니다. 하나는 Atkinson 엔진의 복잡성이고 다른 하나는 - 그리고 더 중요한 것은 - 변위 장치에서 받는 전력이 적기 때문입니다.
그러나 연료 소비와 모터화가 환경에 미치는 영향에 점점 더 많은 관심을 기울임에 따라 특히 중간 속도에서 Atkinson 엔진의 높은 효율성이 기억되었습니다. 그의 개념은 특히 출발 및 가속 시 필요한 전력 부족을 전기 모터가 보완하는 하이브리드 차량에서 탁월한 솔루션임이 입증되었습니다.
이것이 수정된 앳킨슨 사이클 엔진이 최초의 양산 하이브리드 자동차인 도요타 프리우스에 사용된 다음 다른 모든 도요타 및 렉서스 하이브리드에 사용된 이유입니다.
수정된 앳킨슨 주기란 무엇입니까? 이 영리한 솔루션을 통해 Toyota 엔진은 기존의 XNUMX행정 엔진의 고전적이고 단순한 디자인을 유지하고 피스톤은 각 행정에서 동일한 거리를 이동하며 유효 행정은 압축 행정보다 더 깁니다.
사실, 다르게 말해야 합니다. 효과적인 압축 주기는 작업 주기보다 짧습니다. 이것은 압축 행정이 시작된 직후에 닫히는 흡기 밸브의 닫힘을 지연시킴으로써 달성됩니다. 따라서 공기-연료 혼합물의 일부가 흡기 매니폴드로 되돌아갑니다. 이것은 두 가지 결과를 낳습니다. 연소될 때 생성되는 배기 가스의 양이 더 적고 배기 행정이 시작되기 전에 완전히 팽창할 수 있어 모든 에너지를 피스톤으로 전달하고 더 적은 양의 혼합물을 압축하는 데 더 적은 에너지가 필요합니다. 내부 엔진 손실을 줄입니다. 이 솔루션과 다른 솔루션을 사용하여 41세대 Toyota Prius 파워트레인 엔진은 이전에는 디젤 엔진에서만 사용할 수 있었던 최대 XNUMX%의 열 효율을 달성할 수 있었습니다.
이 솔루션의 장점은 흡기 밸브를 닫을 때 지연이 발생해도 주요 구조적 변경이 필요하지 않다는 것입니다. 밸브 타이밍을 변경하기 위해 전자 제어 메커니즘을 사용하는 것으로 충분합니다.
그렇다면 그 반대의 경우도 마찬가지입니까? 물론입니다. 당연히! 가변 듀티 사이클 엔진은 한동안 생산되었습니다. 한가로운 도로를 주행할 때와 같이 전력 수요가 낮을 때 엔진은 저연비를 위해 앳킨슨 사이클로 구동됩니다. 그리고 헤드라이트 또는 추월에서 최고의 성능이 필요할 때 사용 가능한 모든 역학을 사용하여 Otto 사이클로 전환합니다. 이 1,2리터 터보차저 직분사 엔진은 예를 들어 Toyota Auris와 새로운 Toyota C-HR 시티 SUV에 사용됩니다. 동일한 200리터 엔진이 Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t 및 RC XNUMXt에 사용됩니다.
