Aiheet:
- Atkinson-Millerin sykli
- Atkinson-Millerin syklin alkuperä
Atkinson-Millerin sykli:
Moottorit, joilla on korkea puristussuhde, voivat tuottaa paljon tehoa. Kuitenkin alhaisilla moottorin kuormituksilla (osakuormalla) moottori on tehoton: pienilläkin kuormituksilla männän yläpuolelle muodostuu korkea paine, mikä aiheuttaa tehottomuutta ja on siksi ei-toivottua siinä tapauksessa. Jotkut valmistajat soveltavat Atkinson-Millerin periaatetta korkean hyötysuhteen saavuttamiseksi osakuormalla korkeammalla puristussuhteella. Nimet Atkinson ja Miller ovat joskus hämmentyneitä ja väärässä paikassa. Seuraavassa luvussa selitetään näiden keksintöjen erot ja yhtäläisyydet.
Atkinson-Miller-periaatteella imuventtiili pidetään auki pidempään puristustahdin aikana osakuormalla (noin 20-30 kampiakseliastetta): imuilma virtaa osittain takaisin imusarjaan. Ilman määrä männän yläpuolella imuventtiilin sulkemisen jälkeen on paljon pienempi kuin moottoreissa, joissa imuventtiili sulkeutuu imuiskun lopussa. Kun männän yläpuolella on pienempi ilmamäärä, vähemmän ilmaa tarvitsee puristaa (vähemmän vastavoimaa puristustahdin aikana). Myös ruiskutettavan polttoaineen määrä on nyt pienempi: vähemmän ilmaa tarkoittaa myös vähemmän polttoainetta.
Tuloventtiilin myöhemmin sulkemisen seurauksena täyttötaso laskee. Tämä tapahtuu moottorin tehon kustannuksella, mutta hyödyttää yleistä palamista. Atkinson-Miller-sykli on ihanteellinen hybridiajoneuvoihin, koska polttomoottori ei ole enää ainoa voimanlähde, vaan sitä tukee sähkömoottori tai se toimii vain akun lataamiseen (sarjahybridi). Lisäksi venttiilin ajoituksen muuttaminen muissa käyttöolosuhteissa kuin osakuormituksessa voi edistää imuventtiilin ajoitusta.
Useat valmistajat soveltavat Atkinson-Millerin periaatetta hybridiautojensa polttomoottoreihin. Nämä ovat pääasiassa korealaisia ja japanilaisia valmistajia: Hyundai, Honda ja Kia.
Alla olevissa kuvissa näkyy normaalin bensiinimoottorin indikaattorikaavio ja PV-kaavio Atkinson-periaatteella toimivan moottorin rinnalla. Koska Atkinson-periaatteella ilman puristus alkaa vasta myöhemmin puristusiskussa, tämä näkyy näissä kaavioissa. Puristushäviön pienentäminen lisää lämpötehokkuutta.
Atkinson-Millerin syklin alkuperä:
Edellisessä osiossa keskustelimme Atkinson-Millerin syklin soveltamisesta. Kirjallisuudessa Atkinsonin ja Millerin tekniikoiden nimet yhdistetään usein, vaikka ne olivatkin kaksi erillistä keksintöä, joilla oli sama tarkoitus. Atkinsonin ja Millerin periaatteiden historia kuvataan alla.
Atkinson: James Atkinson (Iso-Britannia, 1882) työskenteli keksintönsä parissa, jossa hän pystyi lisäämään mäntämoottorin tehokkuutta lisäämällä tehoiskua. Monimutkaisen järjestelmän, jossa on tangot ja keinumismekanismeja, avulla voimatahdin männän isku voisi olla suurempi kuin imuiskun.
Animaatio näyttää neljä iskua tunnetussa nelitahtiprosessissa:
- ottohalvaus (antake, ansaugen)
- puristusisku
- tehoisku (laajennus, työ)
- pakoputki (pakokaasu, ausstossen)
Atkinson-moottoria ei tuolloin kehitetty edelleen, koska suunnittelu oli tuolloin liian monimutkainen ja tehohäviö oli liian suuri.
Mylläri: Ralph Miller (Yhdysvallat, 1947) kehitti tekniikan, jossa imuventtiili sulkeutuu myöhemmin pienentääkseen lopullista puristuspainetta (katso edellinen luku). Venttiilin ajoitusta muuttamalla saavutetaan sama tavoite kuin Atkinson-periaatteella: puristusiskun mekaanisen energiahäviön rajoittaminen pienemmällä ilmalla. Ero Atkinsonin ja Millerin periaatteiden välillä on se, että Atkinson tekee fyysisesti erilaisia puristus- ja tehoiskuja ja Miller imuventtiilin poistumisajoituksen kanssa saavuttaa saman termodynaamisen tuloksen.
Aiheeseen liittyvä sivu:
