エンジン。 オットーサイクルとアトキンソンサイクルの違い
しばらくの間、「アトキンソンエコノミーサイクルエンジン」という用語がますます一般的になりました。 このサイクルとは何ですか？なぜそれが燃料消費量を減らすのですか？
今日最も一般的なXNUMXストロークガソリンエンジンは、XNUMX世紀の終わりに、最初に成功したレシプロ内燃エンジンのXNUMXつであるドイツの発明者ニコラウスオットーによって開発された、いわゆるオットーサイクルで動作します。 このサイクルの本質は、クランクシャフトのXNUMX回転で実行されるXNUMXストローク、つまり吸気行程、圧縮行程、作動行程、および排気行程で構成されています。
吸気行程の開始時に、吸気バルブが開き、ピストンを収縮させることにより、混合気が吸気マニホールドから引き込まれます。 圧縮行程の開始前に、吸気バルブが閉じ、ヘッドに戻るピストンが混合気を圧縮します。 ピストンがピーク位置に達すると、混合気は電気火花によって点火されます。 結果として生じる高温の排気ガスは膨張してピストンを押し、そのエネルギーをピストンに伝達し、ピストンがヘッドから可能な限り離れると、排気バルブが開きます。 排気行程は、リターンピストンが排気ガスをシリンダーから排気マニフォールドに押し出すところから始まります。
残念なことに、排気ガスのすべてのエネルギーが、パワーストローク中にピストンを押すために (そしてコネクティングロッドを介してクランクシャフトを回転させるために) 使用されるわけではありません。 呼気ストロークの開始時に呼気弁が開くとき、それらはまだ高圧下にあります。 マフラーが壊れた車の騒音を聞くと、これについて知ることができます。これは、エネルギーが空気中に放出されることによって引き起こされます。 これが、従来のガソリン エンジンの効率が約 35% しかない理由です。 作業ストロークでピストンのストロークを増やし、このエネルギーを使用することができれば...
このアイデアは、英国の発明家ジェームズ・アトキンソンにもたらされました。 1882年に、彼はピストンをクランクシャフトに接続するプッシャーの複雑なシステムのおかげで、出力ストロークが圧縮ストロークよりも長いエンジンを設計しました。 その結果、排気行程開始時の排気ガスの圧力は大気圧とほぼ等しく、そのエネルギーをフルに活用していました。
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では、なぜアトキンソンのアイデアがより広く使用されなかったのか、そしてなぜ内燃機関がXNUMX世紀以上にわたって効率の低いオットーサイクルを使用してきたのでしょうか。 XNUMXつの理由があります。XNUMXつはアトキンソンエンジンの複雑さであり、もうXNUMXつは-そしてさらに重要なことに-排気量ユニットから受け取る電力が少ないことです。
しかし、燃料消費と環境へのモーター化の影響にますます注意が払われるにつれて、特に中速でのアトキンソンエンジンの高効率が記憶されました。 彼のコンセプトは、特にハイブリッド車で優れたソリューションであることが証明されました。ハイブリッド車では、特に始動時や加速時に必要な電力不足を電気モーターが補います。
そのため、改造されたアトキンソンサイクルエンジンは、最初の大量生産されたハイブリッド車であるトヨタプリウス、そして他のすべてのトヨタとレクサスのハイブリッド車で使用されました。
修正されたアトキンソンサイクルとは何ですか？ この巧妙なソリューションにより、トヨタエンジンは従来のXNUMXストロークエンジンのクラシックでシンプルなデザインを維持し、ピストンは各ストロークで同じ距離を移動し、有効ストロークは圧縮ストロークよりも長くなります。
実際、別の言い方をすれば、有効な圧縮サイクルは作業サイクルよりも短くなります。 これは、圧縮行程の開始直後に閉じる吸気バルブの閉鎖を遅らせることによって達成されます。 したがって、混合気の一部はインテークマニホールドに戻されます。 これには41つの結果があります。燃焼時に生成される排気ガスの量が少なくなり、排気行程の開始前に完全に膨張して、すべてのエネルギーをピストンに伝達し、より少ない混合物を圧縮するために必要なエネルギーが少なくなります。内燃機関の損失を減らします。 このソリューションやその他のソリューションを使用して、第XNUMX世代のトヨタプリウスパワートレインエンジンは、以前はディーゼルエンジンでしか利用できなかったXNUMX％もの熱効率を達成することができました。
このソリューションの優れている点は、吸気バルブを閉じるのを遅らせるために大きな構造変更を必要としないことです。バルブタイミングを変更するには、電子制御メカニズムを使用するだけで十分です。
もしそうなら、それは可能ですか、その逆ですか？ もちろん、 当然！ 可変デューティサイクルエンジンは、しばらくの間製造されてきました。 のんびりとした道路を走行するときなど、電力需要が少ないときは、エンジンはアトキンソンサイクルで作動し、燃料消費量を抑えます。 また、ヘッドライトや追い越しなど、最高のパフォーマンスが必要な場合は、利用可能なすべてのダイナミクスを使用して、オットーサイクルに切り替わります。 この1,2リッターターボチャージャー付き直噴エンジンは、トヨタオーリスや新しいトヨタC-HRシティSUVなどで使用されています。 同じ200リッターエンジンがレクサスIS200t、GS 200t、NX 200t、RX 200t、RCXNUMXtで使用されています。
