Atkinson, Miller, postopek B-cikla: kaj v resnici pomeni
Vsebina
Turbopuhala VTG v motorjih VW so pravzaprav modificirani dizelski agregati.
Atkinsonov in Millerjev cikel sta vedno povezana s povečano učinkovitostjo, vendar med njima pogosto ni razlike. Morda ni smiselno, ker se obe spremembi spuščata k temeljni filozofiji – ustvarjanju različnih kompresijskih in ekspanzijskih razmerij v štiritaktnem bencinskem motorju. Ker so ti parametri geometrijsko enaki pri običajnem motorju, bencinski agregat trpi zaradi nevarnosti udarca goriva, kar zahteva zmanjšanje kompresijskega razmerja. Vendar, če bi bilo mogoče na kakršen koli način doseči večje raztezno razmerje, bi to povzročilo višjo stopnjo "iztiskanja" energije raztezajočih se plinov in povečalo učinkovitost motorja. Zanimivo je omeniti, da zgolj zgodovinsko niti James Atkinson niti Ralph Miller svojih konceptov nista ustvarila v iskanju učinkovitosti. Leta 1887 je Atkinson razvil tudi patentiran zapleten ročični mehanizem, sestavljen iz več elementov (podobnosti lahko danes najdemo v motorju Infiniti VC Turbo), s katerim naj bi se izognil Ottovim patentom. Rezultat kompleksne kinematike je izvajanje štiritaktnega cikla med enim vrtljajem motorja in drugim gibom bata med kompresijo in ekspanzijo. Mnogo desetletij kasneje se bo ta proces izvajal tako, da bo sesalni ventil dalj časa odprt in skoraj brez izjeme uporabljen v motorjih v kombinaciji s klasičnimi hibridnimi pogonskimi sklopi (brez možnosti zunanjega električnega polnjenja), kot so Toyotini. in Honda. Pri srednjih do visokih hitrostih to ni problem, ker ima vdorni tok vztrajnost in ko se bat premika nazaj, kompenzira povratni zrak. Vendar pri nizkih hitrostih to vodi do nestabilnega delovanja motorja, zato so takšne enote kombinirane s hibridnimi sistemi ali v teh načinih ne uporabljajo Atkinsonovega cikla. Zaradi tega se ventili z atmosferskim sesanjem in sesalni ventili običajno štejejo za Atkinsonov cikel. Vendar to ni povsem pravilno, saj ideja o realizaciji različnih stopenj stiskanja in raztezanja s krmiljenjem faz odpiranja ventilov pripada Ralphu Millerju in je bila patentirana leta 1956. Vendar njegova ideja ni usmerjena v doseganje večje učinkovitosti in znižanje kompresijskega razmerja ter temu primerno uporabo nizkooktanskih goriv v letalskih motorjih. Miller oblikuje sisteme za zgodnje zapiranje sesalnega ventila (Early Intake Valve Closure, EIVC) ali pozneje (Late Intake Valve Closure, LIVC), kot tudi za kompenzacijo pomanjkanja zraka ali ohranjanje vračanja zraka v sesalni razdelilnik, kompresor se uporablja.
Zanimivo je omeniti, da so prvi tak asimetrični fazni motor, ki deluje na kasnejšem, opredeljenem kot "Millerjev cikel", ustvarili Mercedesovi inženirji in so ga uporabljali v 12-valjnem kompresorskem motorju športnega avtomobila W 163 od leta 1939. preden je Ralph Miller patentiral svoj test.
Prvi proizvodni model, ki je uporabil Millerjev cikel, je bila Mazda Millenia KJ-ZEM V6 iz leta 1994. Sesalni ventil se pozneje zapre in vrne del zraka v sesalne kolektorje s praktično zmanjšanim kompresijskim razmerjem, za zadrževanje zraka pa se uporablja mehanski kompresor Lysholm. Tako je raztezno razmerje za 15 odstotkov večje od kompresijskega razmerja. Izgube zaradi kompresije zraka od bata do kompresorja se kompenzirajo z izboljšanim končnim izkoristkom motorja.
Zelo pozne in zelo zgodnje tesne strategije imajo različne prednosti v različnih načinih. Pri majhnih obremenitvah ima poznejše zapiranje to prednost, da zagotavlja širše odprt plin in ohranja boljše turbulence. Ko se obremenitev povečuje, se prednost premakne proti prejšnjemu zaprtju. Slednja pa postane manj učinkovita pri visokih hitrostih zaradi nezadostnega časa polnjenja in velikega padca tlaka pred in po ventilu.
Audi in Volkswagen, Mazda in Toyota
Trenutno podobna procesa uporabljata Audi in Volkswagen v svojih napravah 2.0 TFSI (EA 888 Gen 3b) in 1.5 TSI (EA 211 Evo), ki se jima je nedavno pridružil še novi 1.0 TSI. Uporabljajo pa tehnologijo vhodnega ventila pred zapiranjem, pri kateri se ekspanzijski zrak ohladi po tem, ko se ventil prej zapre. Audi in VW imenujejo postopek B-cikel po inženirju podjetja Ralphu Budaku, ki je ideje Ralpha Millerja izpopolnil in jih uporabil pri motorjih s turbopolnilnikom. S kompresijskim razmerjem 13: 1 je dejansko razmerje okoli 11,7: 1, kar je samo po sebi izredno visoko za motor s pozitivnim vžigom. Glavno vlogo pri vsem tem igra zapleten mehanizem odpiranja ventilov s spremenljivimi fazami in hodom, ki spodbuja vrtinec in se prilagaja glede na pogoje. V motorjih s ciklom B se tlak vbrizgavanja poveča na 250 barov. Mikrokrmilniki nadzirajo nemoten proces fazne spremembe in prehod iz B-procesa v normalni Otto cikel pod visoko obremenitvijo. Poleg tega 1,5- in 1-litrski motorji uporabljajo hitro odzivne turbopolnilnike s spremenljivo geometrijo. Ohlajen vnaprej stisnjen zrak zagotavlja boljše temperaturne pogoje kot neposredno močno stiskanje v jeklenki. Za razliko od Porschejevih visokotehnoloških turbopolnilnikov BorgWarner VTG, ki se uporabljajo za zmogljivejše modele, so enote VW s spremenljivo geometrijo, ki jih je ustvarilo isto podjetje, praktično rahlo spremenjene turbine za dizelske motorje. To je mogoče zaradi dejstva, da zaradi vsega doslej opisanega najvišja temperatura plina ne presega 880 stopinj, torej nekoliko višja od temperature dizelskega motorja, kar je pokazatelj visokega izkoristka.
Japonska podjetja še bolj zavajajo standardizacijo terminologije. Za razliko od drugih bencinskih motorjev Mazda Skyactiv je Skyactiv G 2.5 T s turbopolnilnikom in deluje v širokem razponu obremenitev in vrtljajev v Millerjevem ciklu, Mazda pa sproži tudi cikel, v katerem delujejo njihove enote z atmosferskim pogonom Skyactiv G. Toyota uporablja 1.2 D4 -T (8NR-FTS) in 2.0 D4-T (8AR-FTS) v svojih turbo motorjih, Mazda pa jih po drugi strani opredeljuje kot enake za vse svoje motorje z atmosferskim tlakom za hibridne in nove generacije modelov Dynamic Force . z atmosferskim polnjenjem kot "delo na Atkinsonovem ciklu". V vseh primerih je tehnična filozofija enaka.
