Mesin. Perbedaan antara siklus Otto dan Atkinson
Untuk beberapa waktu sekarang, istilah "mesin siklus ekonomi Atkinson" menjadi semakin umum. Apa siklus ini dan mengapa mengurangi konsumsi bahan bakar?
Mesin bensin empat langkah yang paling umum saat ini beroperasi pada apa yang disebut siklus Otto, yang dikembangkan pada akhir abad ke-XNUMX oleh penemu Jerman Nikolaus Otto, perancang salah satu mesin pembakaran internal reciprocating pertama yang sukses. Inti dari siklus ini terdiri dari empat langkah yang dilakukan dalam dua putaran poros engkol: langkah masuk, langkah kompresi, langkah kerja, dan langkah buang.
Pada awal langkah masuk, katup masuk terbuka, melalui mana campuran udara-bahan bakar ditarik dari intake manifold dengan menarik kembali piston. Sebelum memulai langkah kompresi, katup masuk menutup dan piston yang kembali ke kepala mengompresi campuran. Ketika piston mencapai posisi puncaknya, campuran dinyalakan oleh percikan listrik. Gas buang panas yang dihasilkan mengembang dan mendorong piston, mentransfer energinya ke sana, dan ketika piston sejauh mungkin dari kepala, katup buang terbuka. Langkah buang dimulai dengan piston kembali mendorong gas buang keluar dari silinder dan masuk ke manifold buang.
Sayangnya, tidak semua energi dalam gas buang digunakan selama langkah tenaga untuk mendorong piston (dan, melalui batang penghubung, untuk memutar poros engkol). Mereka masih di bawah tekanan tinggi saat katup pernafasan terbuka pada awal langkah pernafasan. Hal ini dapat kita pelajari ketika kita mendengar suara bising dari mobil yang knalpotnya rusak - hal ini disebabkan oleh pelepasan energi ke udara. Inilah mengapa mesin bensin tradisional hanya memiliki efisiensi sekitar 35 persen. Jika memungkinkan untuk meningkatkan langkah piston pada langkah kerja dan menggunakan energi ini ...
Ide ini datang ke penemu Inggris James Atkinson. Pada tahun 1882, ia merancang sebuah mesin di mana, berkat sistem pendorong yang kompleks yang menghubungkan piston ke poros engkol, langkah daya lebih panjang daripada langkah kompresi. Akibatnya, pada awal langkah buang, tekanan gas buang praktis sama dengan tekanan atmosfer, dan energinya digunakan sepenuhnya.
Para editor merekomendasikan:
piring. Pengemudi menunggu revolusi?
Cara mengemudi musim dingin buatan sendiri
Bayi yang dapat diandalkan dengan sedikit uang
Jadi mengapa ide Atkinson tidak digunakan secara lebih luas, dan mengapa mesin pembakaran internal menggunakan siklus Otto yang kurang efisien selama lebih dari satu abad? Ada dua alasan: satu adalah kompleksitas mesin Atkinson, dan yang lainnya - dan yang lebih penting - semakin sedikit daya yang diterimanya dari unit perpindahan.
Namun, karena semakin banyak perhatian diberikan pada konsumsi bahan bakar dan dampak motorisasi terhadap lingkungan, efisiensi tinggi mesin Atkinson diingat, terutama pada kecepatan sedang. Konsepnya terbukti menjadi solusi yang sangat baik, terutama pada kendaraan hibrida, di mana motor listrik mengkompensasi kekurangan daya, terutama yang dibutuhkan saat memulai dan berakselerasi.
Itulah sebabnya mesin siklus Atkinson yang dimodifikasi digunakan di mobil hibrida pertama yang diproduksi secara massal, Toyota Prius, dan kemudian di semua hibrida Toyota dan Lexus lainnya.
Apa yang dimaksud dengan siklus Atkinson yang dimodifikasi? Solusi cerdas ini membuat mesin Toyota mempertahankan desain klasik dan sederhana dari mesin empat langkah konvensional, dan piston menempuh jarak yang sama pada setiap langkah, langkah efektif lebih panjang daripada langkah kompresi.
Bahkan, harus dikatakan berbeda: siklus kompresi efektif lebih pendek dari siklus kerja. Ini dicapai dengan menunda penutupan katup masuk, yang menutup segera setelah dimulainya langkah kompresi. Dengan demikian, sebagian campuran udara-bahan bakar dikembalikan ke intake manifold. Ini memiliki dua konsekuensi: jumlah gas buang yang dihasilkan ketika dibakar lebih kecil dan dapat mengembang penuh sebelum dimulainya langkah buang, mentransfer semua energi ke piston, dan lebih sedikit energi yang dibutuhkan untuk mengompres lebih sedikit campuran, yang mengurangi kerugian mesin internal. Dengan menggunakan solusi ini dan solusi lainnya, mesin powertrain Toyota Prius generasi keempat mampu mencapai efisiensi termal sebanyak 41 persen, yang sebelumnya hanya tersedia dari mesin diesel.
Keindahan dari solusinya adalah penundaan penutupan katup masuk tidak memerlukan perubahan desain besar - cukup menggunakan mekanisme yang dikontrol secara elektronik untuk mengubah timing katup.
Dan jika demikian, apakah mungkin dan sebaliknya? Yah, tentu saja; tentu saja! Mesin siklus tugas variabel telah diproduksi untuk beberapa waktu. Saat permintaan daya rendah, seperti saat berkendara di jalan santai, mesin beroperasi pada siklus Atkinson untuk konsumsi bahan bakar rendah. Dan ketika kinerja yang lebih baik diperlukan - dari lampu depan atau menyalip - ia beralih ke siklus Otto, menggunakan semua dinamika yang tersedia. Mesin injeksi langsung 1,2 liter turbocharged ini digunakan di, misalnya, Toyota Auris dan SUV kota Toyota C-HR yang baru. Mesin dua liter yang sama digunakan pada Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t dan RC 200t.
