Atkinson, Miller, postupak B-ciklusa: što zapravo znači
sadržaj
VTG turbopunjači u VW motorima zapravo su modificirani dizelski agregati.
Atkinsonov i Millerov ciklus uvijek su povezani s povećanom učinkovitošću, ali često među njima nema razlike. Možda to nema smisla, jer se obje promjene svode na temeljnu filozofiju - stvaranje različitih omjera kompresije i ekspanzije u četverotaktnom benzinskom motoru. Budući da su ti parametri geometrijski identični u konvencionalnom motoru, benzinska jedinica pati od opasnosti od lupanja goriva, što zahtijeva smanjenje omjera kompresije. Međutim, ako bi se na bilo koji način mogao postići veći omjer ekspanzije, to bi rezultiralo višom razinom "istiskivanja" energije ekspandirajućih plinova i povećalo bi učinkovitost motora. Zanimljivo je primijetiti da, čisto povijesno, ni James Atkinson ni Ralph Miller nisu kreirali svoje koncepte u potrazi za učinkovitošću. Godine 1887. Atkinson je također razvio patentirani složeni pogonski mehanizam koji se sastojao od nekoliko elemenata (sličnosti se danas mogu naći u motoru Infiniti VC Turbo), koji je trebao izbjeći Ottove patente. Rezultat složene kinematike je provedba četverotaktnog ciklusa tijekom jednog okretaja motora i drugog hoda klipa tijekom kompresije i ekspanzije. Mnogo desetljeća kasnije, ovaj proces će se provoditi držanjem usisnog ventila otvorenim dulje vrijeme i gotovo bez iznimke koristiti u motorima u kombinaciji s konvencionalnim hibridnim pogonskim sklopovima (bez mogućnosti vanjskog električnog punjenja), poput Toyotinih i Honda. Pri srednjim do velikim brzinama to nije problem jer upadni tok ima inerciju i kako se klip pomiče unatrag, kompenzira povratni zrak. Međutim, pri malim brzinama to dovodi do nestabilnog rada motora, pa se takve jedinice kombiniraju s hibridnim sustavima ili ne koriste Atkinsonov ciklus u tim načinima rada. Zbog toga se ventili s prirodnim usisavanjem i usisni ventili uobičajeno smatraju Atkinsonovim ciklusom. Međutim, to nije sasvim točno, jer ideja o ostvarivanju različitih stupnjeva kompresije i ekspanzije kontroliranjem faza otvaranja ventila pripada Ralphu Milleru i patentirana je 1956. godine. Međutim, njegova ideja nije usmjerena na postizanje veće učinkovitosti, odnosno smanjenje omjera kompresije i odgovarajuće korištenje niskooktanskih goriva u zrakoplovnim motorima. Miller dizajnira sustave za ranije zatvaranje usisnog ventila (Early Intake Valve Closure, EIVC) ili kasnije (Late Intake Valve Closure, LIVC), kao i za kompenzaciju nedostatka zraka ili zadržavanje povratka zraka u usisnu granu, kompresor koristi se.
Zanimljivo je napomenuti da su prvi takav motor s asimetričnom fazom, koji radi na kasnijem, definiranom kao "Millerov ciklus proces", stvorili Mercedesovi inženjeri i koristio se u 12-cilindričnom kompresorskom motoru sportskog automobila W 163 od 1939. prije nego što je Ralph Miller patentirao svoj test.
Prvi proizvodni model koji je koristio Millerov ciklus bila je Mazda Millenia KJ-ZEM V6 iz 1994. godine. Usisni ventil se kasnije zatvara, vraćajući dio zraka u usisne razvodnike s praktički smanjenim omjerom kompresije, a za zadržavanje zraka koristi se mehanički kompresor Lysholm. Dakle, omjer širenja je 15 posto veći od stupnja kompresije. Gubici nastali kompresijom zraka od klipa do kompresora nadoknađuju se poboljšanom konačnom učinkovitošću motora.
Vrlo kasne i vrlo rane bliske strategije imaju različite prednosti u različitim načinima. Pri malim opterećenjima, zatvaranje kasnije ima prednost u tome što pruža širi otvoreni gas i održava bolju turbulenciju. Kako se opterećenje povećava, prednost se pomiče prema ranijem zatvaranju. Međutim, potonji postaje manje učinkovit pri velikim brzinama zbog nedovoljnog vremena punjenja i velikog pada tlaka prije i poslije ventila.
Audi i Volkswagen, Mazda i Toyota
Trenutno slične procese koriste Audi i Volkswagen u svojim 2.0 TFSI (EA 888 Gen 3b) i 1.5 TSI (EA 211 Evo) uređajima, kojima se nedavno pridružio novi 1.0 TSI. Međutim, oni koriste tehnologiju ulaznog ventila pred zatvaranjem u kojoj se ekspanzijski zrak hladi nakon što se ventil ranije zatvori. Audi i VW nazivaju proces B-ciklusom prema inženjeru tvrtke Ralphu Budaku, koji je dotjerao ideje Ralpha Millera i primijenio ih na motore s turbopunjačem. S omjerom kompresije od 13: 1, stvarni omjer je oko 11,7: 1, što je samo po sebi izuzetno visoko za motor s pozitivnim paljenjem. Glavnu ulogu u svemu tome ima složeni mehanizam za otvaranje ventila s promjenjivim fazama i hodom, koji potiče vrtloženje i prilagođava se ovisno o uvjetima. U motorima B ciklusa tlak ubrizgavanja se povećava na 250 bara. Mikrokontroleri kontroliraju glatki proces promjene faze i prijelaz iz B-procesa u normalni Otto ciklus pod velikim opterećenjem. Osim toga, 1,5 i 1-litreni motori koriste turbopunjače promjenjive geometrije s brzim odzivom. Ohlađeni predkomprimirani zrak pruža bolje temperaturne uvjete od izravnog snažnog sabijanja u cilindru. Za razliku od Porscheovih visokotehnoloških BorgWarner VTG turbopunjača koji se koriste za snažnije modele, VW-ove jedinice promjenjive geometrije koje je stvorila ista tvrtka praktički su neznatno modificirane turbine za dizelske motore. To je moguće zbog činjenice da, zbog svega do sada opisanog, maksimalna temperatura plina ne prelazi 880 stupnjeva, odnosno nešto višu od one dizelskog motora, što je pokazatelj visoke učinkovitosti.
Japanske tvrtke još više zbunjuju standardizaciju terminologije. Za razliku od ostalih benzinskih motora Mazda Skyactiv, Skyactiv G 2.5 T ima turbopunjač i radi u širokom rasponu opterećenja i okretaja u Millerovom ciklusu, ali Mazda također inducira ciklus u kojem rade njihovi atmosferski pogoni Skyactiv G. Toyota koristi 1.2 D4 -T (8NR-FTS) i 2.0 D4-T (8AR-FTS) u svojim turbo motorima, no Mazda ih, s druge strane, definira kao iste za sve svoje motore s atmosferskim usisavanjem za hibridne i nove generacije modela Dynamic Force . s atmosferskim punjenjem kao "rad na Atkinsonovom ciklusu". U svim slučajevima, tehnička filozofija je ista.
