アトキンソンまたはミラー?

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Eugenio,77
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2016年1月


優先事項

最初のプリウスの導入以来、トヨタはジェームズアトキンソンをラルフミラーよりもはるかに好きだと感じています。そして、彼らのプレスリリースの「アトキンソンサイクル」は、ジャーナリズムコミュニティ全体に徐々に広まりました。

・トヨタ公式:「ジェームズアトキンソン(英国)が提案した、圧縮行程と膨張行程を独立して設定できるヒートサイクルエンジン。その後のRHミラー(米国)の改善により、吸気バルブの開閉タイミングを調整して実用化システム(ミラーサイクル)。」
・トヨタ非公式および反科学:「ミラーサイクルエンジンはスーパーチャージャーが付いているアトキンソンサイクルエンジンです」。

しかし、地元のエンジニアリング環境でも、太古の昔から「ミラーサイクル」が存在していました。何がより正しいでしょうか?

1882年、イギリスの発明家ジェームズアトキンソンは、圧縮ストロークを減らし、膨張ストロークを増やすことで、ピストンエンジンの効率を上げるというアイデアを提案しました。ピストンドライブの複雑なメカニズム(2つの「ボクサー」ピストンまたはクランクロッカーメカニズムを備えたピストン)を実装することが想定されていました。構築されたエンジンは、他のエンジンの設計と比較して、機械的損失の増加、複雑な設計、および電力の削減を示したため、スプレッドは受け入れられません。既知のアトキンソンの特許は、熱力学的サイクルの理論を考慮せずに、特に設計に言及しています。

1947年、アメリカ人エンジニアのラルフミラーは、圧縮を減らして膨張を続けるという考えに戻りましたが、ピストンドライブの運動学のために、従来のクランク機構を備えたエンジンのバルブタイミングを指定することで、実装を提案していません。Millerの特許では、吸気バルブの早期(EICV)または後期(LICV)の2つのオプションが検討されました。実際、両方のバージョンは、幾何学的な観点から実際の(有効な)圧縮比の低下を意味します。圧縮の低下はエンジン出力の損失をもたらすことを理解し、ミラーは当初、ブーストモーターに焦点を当て、損失はコンプレッサーによって補われます。火花点火エンジンの理論的なミラーサイクルは、アトキンソンエンジンの理論的なサイクルと完全に一致しています。

概して、ミラー/アトキンソンサイクルは独立したサイクルではなく、さまざまな既知の熱力学的オットーおよびディーゼルサイクルです。アトキンソンは、物理的に異なる圧縮と膨張のストロークを持つエンジンの抽象的なアイデアの作者です。今日まで実際に使用されている実際のエンジンの実際のワークフロー-Ralph Millerによって提案されています。


原則

圧縮が低下したミラーサイクルでは、チャージの一部が吸気ポートに戻されるため、インレットバルブはオットーサイクルよりもかなり遅く閉じられ、実際の圧縮プロセスはストロークの後半で始まります。その結果、有効圧縮比は幾何学的形状よりも低くなります(これは、作業ストロークでのガスの膨張比に等しくなります)。ポンプ損失と圧縮損失の減少により、エンジンの熱効率が約5〜7%増加し、対応する燃費が向上します。

ミラーサイクルとオットーサイクルの条件付きインジケーター図

サイクル差のキーポイントを繰り返します。1および1 '-ミラーサイクルエンジンでの燃焼室の容積が小さく、幾何学的圧縮比と膨張比が高くなっています。2および2 '-ガスはより長いストロークで有用な仕事をするので、排気での残留損失が少なくなります。3および3 '-スロットルが小さいため、吸気口の真空度が低くなるため、ポンピング損失が低くなります。4および4 '-吸気バルブの閉鎖および圧縮の開始は、チャージの逆変位の後、ストロークの途中で始まります。


もちろん、排気量はエンジン出力の低下を引き起こし、大気圧エンジンの場合、このようなサイクルは比較的狭い範囲の部分負荷でのみ意味があります。一定のバルブタイミングの場合、チャージを使用するだけで補正できます。ハイブリッドモデルの場合、不利なモードでの牽引力の欠如は、電気駆動モーターによって補われます。


実現

固定相とオットーサイクルを備えた従来のトヨタエンジン(1990年代)では、吸気バルブは35-45°ABDC(クランク角度)で閉じ、圧縮比は9.5-10.0(効果は幾何学に等しい)です。VVTを備えたより近代的なエンジンでは、吸気バルブを閉じることが可能な範囲が5-70°ABDCに拡大され、圧縮比が10.0-11.0に増加しました。

ミラーサイクルでのみ機能するハイブリッドモデルエンジンでは、吸気バルブの閉止範囲は80〜120°〜60〜100°ABDCです。幾何学的圧縮比-13.0〜13.5。

2010年代半ばまでに、オットーサイクルとミラーサイクルの両方で作動できる、幅広い可変バルブタイミング(VVT-iW)を備えた新しいエンジンが導入されました。大気バージョンでは、ターボでの幾何学的圧縮比が12.5-12.7の場合、吸気バルブの閉じ方の範囲は30-110°ABDCで、それぞれ10-100°および10.0です。



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