Можно ли реализовать современный цикл Аткинсона на бензиновом двигателе с регулируемой фазой газораспределения?

Теоретически вы можете получить современный цикл Аткинсона с помощью изменения фаз газораспределения, но это зависит от точности задействованной системы. Это также зависит от того, хотите ли вы, чтобы двигатель колебался между обычным циклом Отто и циклом Аткинсона.

В видео «Технические объяснения» Джейсон Фенске рассказывает об одном из способов достижения цикла Аткинсона, который заключается в сбросе части всасываемого заряда во время такта сжатия. Позволив впускному клапану оставаться открытым в начале цикла сжатия, вы позволили бы стравливанию происходить за счет возврата обратно во впускной тракт. Двигатель будет использовать только часть всасываемого воздуха / топлива. Это можно решить с помощью системы изменения фаз газораспределения (VVT). От того, насколько хорошо система VVT спроектирована и реализована, будет зависеть степень ее выполнения.

Согласно обзору и анализу стратегий изменения фаз газораспределения - восемь способов подхода, опубликованным в Трудах Института инженеров-механиков, часть D: Журнал автомобильной инженерии, 218 (10), стр. 1179-1200, события клапана типичного двигателя с искровым зажиганием (SI):

• Открытие впускного клапана (IVO) Впускной клапан открывается, и топливовоздушная смесь всасывается в цилиндр по мере того, как поршень движется вниз от верхней мертвой точки (ВМТ). Это продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет своей нижней мертвой точки (НМТ). Как правило, открытие впускного клапана происходит примерно за 10 градусов до ВМТ во время такта выпуска. Открытие впускного клапана представляет собой начало такта впуска, а также начало перекрытия впускного и выпускного клапанов.

• Закрытие выпускного клапана (EVC) Выпускной клапан закрывается, когда большая часть сгоревших газов выбрасывается в выпускной коллектор. Это конец хода выхлопа, а также конец перекрытия клапанов. Закрытие выпускного клапана происходит примерно в 10 градусах после ВМТ во время такта впуска.

• Закрытие впускного клапана (IVC) Закрытие впускного клапана представляет собой конец такта впуска и начало такта сжатия. Впускной клапан закрывается примерно при 50 градусах после НМТ во время такта сжатия.

• Открытие выпускного клапана (EVO) Открытие выпускного клапана представляет собой конец такта расширения и начало такта выпуска. Открытие выпускного клапана происходит примерно за 60 градусов до НМТ.

Существует восемь различных стратегий, которые можно применить к VVT:

1. Позднее закрытие впускного клапана (LIVC)
2. Раннее закрытие впускного клапана (EIVC)
3. Позднее открытие впускного клапана (LIVO)
4. Раннее открытие впускного клапана (EIVO)
5. Позднее закрытие выпускного клапана (LEVC)
6. Раннее закрытие выпускного клапана (EEVC)
7. Позднее открытие выпускного клапана (LEVO)
8. Раннее открытие выпускного клапана (EEVO)

Только некоторые из них связаны с циклом Аткинсона. Плюсы и минусы есть у каждой вариации типа. Главный из них, о котором говорит Джейсон, — это LIVC. Некоторые плюсы/минусы LIVC:

Плюсы:

• Улучшает объемный КПД (VE) на более высоких оборотах двигателя из-за того, что импульс высокого потока смеси продолжает заряжать цилиндр, даже если поршень движется вверх.
• Снижение насосных потерь в условиях частичной нагрузки и снижение выбросов NOx при незначительной потере крутящего момента.

Минусы:

• Снижает VE на более низких оборотах двигателя из-за того, что давление во впускном коллекторе и цилиндре уравнивается в НМТ.
• Склонность к детонации при более низких оборотах двигателя из-за более богатой смеси и меньшей плотности топливовоздушной смеси. Это снижает скорость пламени и, таким образом, усиливает детонацию.
• Обычно требует повышенной механической сложности для реализации.

Некоторые из способов реализации LIVC:

• Дополнительные распределительные валы или кулачки распределительного вала, которые приводятся в действие при разных оборотах двигателя.
• Фазировка распределительного вала, которая изменяет фазы газораспределения на разных оборотах двигателя.

Согласно документу, двигатели LIVC требуют большего опережения зажигания по сравнению с обычными двигателями:

... особенно при частичных нагрузках, поскольку смеси предоставляется достаточно времени для самовоспламенения. Опережая искру, можно избежать самовоспламенения. Установлено, что максимальное давление внутри цилиндра двигателей LIVC ниже, чем у обычных двигателей. Это связано с тем, что количество эффективной смеси, остающейся для сгорания после такта впуска, меньше в двигателях LIVC.

Что касается клапана EGR, его можно легко устранить при достаточном перекрытии клапанов. Это один из методов, используемых с более новыми высокопроизводительными двигателями. Он легко встраивается в кулачковый вал. Когда выхлоп остается открытым дольше, когда открывается впуск и поршень начинает двигаться вниз для такта впуска, происходит реверсирование, и выхлоп всасывается обратно в цилиндр. Конечный результат такой же, как когда EGR открывается и позволяет выхлопным газам всасываться обратно во впуск. Более того, при использовании подхода LIVC для получения цикла Аткинсона NOx естественным образом снижается из-за падения температуры внутри цилиндра.

Лучшим способом реализации этого типа системы может быть использование Koenigsegg FreeValve.технологии. В этой технологии используется бескулачковый подход за счет приведения в действие клапанов с помощью пневматического/гидравлического решения. Все управляется компьютером, что означает, что клапаны могут открываться и закрываться по желанию. События открытия/закрытия также могут быть изменены на лету во время работы двигателя для большей эффективности. Благодаря этому двигатель не зацикливается на одном или, возможно, двух разных профилях кулачков. Он может иметь столько профилей и изменений времени событий, сколько необходимо для обеспечения более эффективного механизма. Можно легко получить двигатель, который может выиграть от обычного цикла Отто при более низких оборотах двигателя и от цикла Аткинсона при более высоких оборотах двигателя. Еще лучше, позволяя компьютеру узнать, что потребуется, чтобы собрать лучшее из всего, может быть просто билетом на всестороннюю потрясающую комбинацию двигателей.