Atkinson, Miller, B-syklin prosessi: mitä se todella tarkoittaa
Pitoisuus
VW-moottoreiden VTG-turboahtimet ovat itse asiassa modifioituja diesel-yksiköitä.
Atkinsonin ja Millerin syklit liittyvät aina lisääntyneeseen tehokkuuteen, mutta niiden välillä ei useinkaan ole eroa. Ehkä siinä ei ole järkeä, koska molemmat muutokset perustuvat perusfilosofiaan - erilaisten puristus- ja laajenemissuhteiden luomiseen nelitahtisessa bensiinimoottorissa. Koska nämä parametrit ovat geometrisesti identtisiä tavanomaisessa moottorissa, bensiiniyksikkö kärsii polttoaineen nakutuksen vaarasta, mikä edellyttää puristussuhteen pienentämistä. Kuitenkin, jos korkeampi paisuntasuhde voitaisiin saavuttaa millä tahansa keinolla, tämä johtaisi paisuvien kaasujen energian korkeampaan "puristamiseen" ja lisäisi moottorin hyötysuhdetta. On mielenkiintoista huomata, että puhtaasti historiallisesti James Atkinson ja Ralph Miller eivät luoneet konseptejaan tehokkuutta etsiessään. Vuonna 1887 Atkinson kehitti myös patentoidun monimutkaisen kampimekanismin, joka koostuu useista elementeistä (yhdennäköisyyksiä löytyy nykyään Infiniti VC Turbo -moottorista), jonka tarkoituksena oli välttää Otton patentteja. Monimutkaisen kinematiikan tulos on nelitahtisen syklin toteuttaminen yhden moottorin kierroksen aikana ja toisen männän iskun aikana puristuksen ja laajenemisen aikana. Monia vuosikymmeniä myöhemmin tämä prosessi suoritetaan pitämällä imuventtiili auki pidemmän aikaa ja sitä käytetään lähes poikkeuksetta moottoreissa yhdessä perinteisten hybridivoimansiirtojen kanssa (ilman mahdollisuutta ulkoiseen sähkölataukseen), kuten Toyotan. ja Honda. Keskisuurilla ja suurilla nopeuksilla tämä ei ole ongelma, koska tunkeutumisvirtauksella on hitaus ja männän liikkuessa taaksepäin se kompensoi paluuilmaa. Alhaisilla nopeuksilla tämä johtaa kuitenkin epävakaaseen moottorin toimintaan, ja siksi tällaiset yksiköt yhdistetään hybridijärjestelmiin tai ne eivät käytä Atkinson-sykliä näissä tiloissa. Tästä syystä luonnollisesti hengittäviä ja imuventtiilejä pidetään perinteisesti Atkinsonin syklinä. Tämä ei kuitenkaan pidä täysin paikkaansa, koska ajatus eri puristus- ja laajenemisasteista venttiilin avautumisvaiheita ohjaamalla kuuluu Ralph Millerin ja patentoitu vuonna 1956. Hänen ideansa ei kuitenkaan tähtää tehokkuuden parantamiseen ja puristussuhteen alentamiseen ja vastaavaan matalaoktaanisten polttoaineiden käyttöön lentokoneiden moottoreissa. Miller suunnittelee järjestelmiä imuventtiilin sulkemiseksi aikaisemmin (Early Intake Valve Closure, EIVC) tai myöhemmin (Late Intake Valve Closure, LIVC) sekä kompensoimaan ilmanpuutetta tai pitämään ilman palaamassa imusarjaan, kompressoriin käytetään.
On mielenkiintoista huomata, että ensimmäinen tällainen myöhemmällä moottorilla toimiva epäsymmetrinen vaihemoottori, joka määritellään "Miller-prosessiksi", on Mercedes-insinöörien luoma ja sitä on käytetty W 12 -urheiluauton 163-sylinterisessä kompressorimoottorissa vuodesta 1939. ennen kuin Ralph Miller patentoi testinsä.
Ensimmäinen Miller-sykliä käyttävä tuotantomalli oli vuoden 6 Mazda Millenia KJ-ZEM V1994. Imuventtiili sulkeutuu myöhemmin palauttamalla osa ilmasta imusarjaan puristussuhteen ollessa käytännössä pienentynyt ja ilman pitämiseksi käytetään Lysholmin mekaanista kompressoria. Laajennussuhde on siten 15 prosenttia suurempi kuin puristussuhde. Moottorin parantunut lopullinen hyötysuhde kompensoi mäntästä kompressoriin tapahtuvan ilmanpuristuksen aiheuttamat menetykset.
Hyvin myöhäisillä ja hyvin varhaisilla läheisillä strategioilla on erilaisia etuja eri moodissa. Pienillä kuormilla myöhemmällä sulkemisella on se etu, että se tarjoaa laajemman avoimen kaasuventtiilin ja ylläpitää parempaa turbulenssia. Kuorman kasvaessa etu siirtyy kohti aikaisempaa sulkemista. Jälkimmäisestä tulee kuitenkin vähemmän tehokasta suurilla nopeuksilla riittämättömän täyttöajan ja suurten painehäviöiden takia ennen ja jälkeen venttiilin.
Audi ja Volkswagen, Mazda ja Toyota
Tällä hetkellä Audi ja Volkswagen käyttävät samanlaisia prosesseja 2.0 TFSI (EA 888 Gen 3b) - ja 1.5 TSI (EA 211 Evo) -laitteissaan, joihin äskettäin liittyi uusi 1.0 TSI. Ne käyttävät kuitenkin esisulkeutuvaa tuloventtiilitekniikkaa, jossa paisuntailma jäähdytetään venttiilin sulkemisen jälkeen. Audi ja VW kutsuvat prosessia B-sykliksi yrityksen insinöörin Ralph Budakin mukaan, joka tarkensi Ralph Millerin ideoita ja sovelsi niitä turboahdettuihin moottoreihin. Kun puristussuhde on 13: 1, todellinen suhde on noin 11,7: 1, mikä sinänsä on erittäin korkea ottomoottorilla. Pääasiallinen rooli tässä kaikessa on monimutkaisella venttiilin avausmekanismilla, jossa on vaihtelevat vaiheet ja isku, joka edistää pyörreilyä ja mukautuu olosuhteiden mukaan. B-syklin moottoreissa ruiskutuspaine nostetaan 250 baariin. Mikro-ohjaimet ohjaavat sujuvaa vaiheenvaihtoprosessia ja siirtymistä B-prosessista normaaliin Otto-sykliin suurella kuormituksella. Lisäksi 1,5- ja 1-litraisissa moottoreissa käytetään nopeavasteisia vaihtelevan geometrian turboahtimia. Jäähdytetty esipaineilma tarjoaa paremmat lämpötilaolosuhteet kuin suora voimakas puristus sylinterissä. Toisin kuin Porschen huipputekniset BorgWarner VTG -turboahtimet, joita käytetään tehokkaampiin malleihin, saman yrityksen luomat VW: n muuttuvan geometrian yksiköt ovat käytännössä hieman modifioituja dieselmoottoreita. Tämä on mahdollista, koska kaikesta tähän mennessä kuvatusta johtuen kaasun enimmäislämpötila ei ylitä 880 astetta, eli hieman korkeampi kuin dieselmoottorin, mikä on korkean hyötysuhteen indikaattori.
Japanilaiset yritykset sekoittavat terminologian standardointia vieläkin enemmän. Toisin kuin muut Mazda Skyactiv -bensiinimoottorit, Skyactiv G 2.5 T on turboahdettu ja toimii monenlaisilla kuormituksilla ja kierrosluvuilla Miller -syklissä, mutta Mazda käynnistää myös syklin, jossa niiden ilmavirtaus Skyactiv G -yksiköt toimivat. Toyota käyttää 1.2 D4 -T (8NR-FTS) ja 2.0 D4-T (8AR-FTS) turbomoottoreissaan, mutta Mazda puolestaan määrittelee ne samoiksi kaikille ilmahöyrymoottoreille hybridi- ja uuden sukupolven Dynamic Force -malleille . ilmakehän täytteellä ”työ Atkinsonin syklin parissa”. Kaikissa tapauksissa tekninen filosofia on sama.
