यन्त्र। ओटो और एटकिंसन चक्रों के बीच अंतर

पिछले कुछ समय से, "एटकिंसन इकोनॉमी साइकिल इंजन" शब्द तेजी से सामान्य हो गया है। यह चक्र क्या है और यह ईंधन की खपत को क्यों कम करता है?

सबसे आम चार-स्ट्रोक गैसोलीन इंजन आज तथाकथित ओटो चक्र पर काम करते हैं, जिसे XNUMX वीं शताब्दी के अंत में जर्मन आविष्कारक निकोलस ओटो द्वारा विकसित किया गया था, जो पहले सफल पारस्परिक आंतरिक दहन इंजनों में से एक के डिजाइनर थे। इस चक्र के सार में क्रैंकशाफ्ट के दो चक्करों में किए गए चार स्ट्रोक होते हैं: सेवन स्ट्रोक, संपीड़न स्ट्रोक, काम करने वाला स्ट्रोक और निकास स्ट्रोक।

इंटेक स्ट्रोक की शुरुआत में, इनटेक वाल्व खुलता है, जिसके माध्यम से पिस्टन को पीछे हटाकर इनटेक से कई गुना वायु-ईंधन मिश्रण खींचा जाता है। संपीड़न स्ट्रोक की शुरुआत से पहले, सेवन वाल्व बंद हो जाता है और सिर पर लौटने वाला पिस्टन मिश्रण को संपीड़ित करता है। जब पिस्टन अपनी चरम स्थिति में पहुँच जाता है, तो मिश्रण एक विद्युत चिंगारी से प्रज्वलित होता है। परिणामस्वरूप गर्म निकास गैसें पिस्टन को अपनी ऊर्जा स्थानांतरित करते हुए विस्तारित और धक्का देती हैं, और जब पिस्टन सिर से जितना संभव हो सके, निकास वाल्व खुलता है। एग्जॉस्ट स्ट्रोक की शुरुआत रिटर्न पिस्टन से होती है जो एग्जॉस्ट गैसों को सिलिंडर से बाहर और एग्जॉस्ट मैनिफोल्ड में धकेलता है।

दुर्भाग्य से, पिस्टन (और, कनेक्टिंग रॉड के माध्यम से, क्रैंकशाफ्ट को घुमाने के लिए) को धक्का देने के लिए पावर स्ट्रोक के दौरान निकास गैसों में सभी ऊर्जा का उपयोग नहीं किया जाता है। वे अभी भी उच्च दबाव में हैं जब साँस छोड़ना स्ट्रोक की शुरुआत में साँस छोड़ना वाल्व खुलता है। हम इसके बारे में तब सीख सकते हैं जब हम एक कार द्वारा टूटे हुए मफलर के साथ किए गए शोर को सुनते हैं - यह हवा में ऊर्जा की रिहाई के कारण होता है। यही कारण है कि पारंपरिक गैसोलीन इंजन केवल लगभग 35 प्रतिशत कुशल होते हैं। यदि वर्किंग स्ट्रोक में पिस्टन के स्ट्रोक को बढ़ाना और इस ऊर्जा का उपयोग करना संभव होता ...

यह विचार अंग्रेजी आविष्कारक जेम्स एटकिंसन को आया था। 1882 में, उन्होंने एक इंजन डिजाइन किया, जिसमें पिस्टन को क्रैंकशाफ्ट से जोड़ने वाले पुशर्स की एक जटिल प्रणाली के लिए धन्यवाद, पावर स्ट्रोक संपीड़न स्ट्रोक से अधिक लंबा था। नतीजतन, निकास स्ट्रोक की शुरुआत में, निकास गैसों का दबाव व्यावहारिक रूप से वायुमंडलीय दबाव के बराबर था, और उनकी ऊर्जा का पूरी तरह से उपयोग किया गया था।

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तो एटकिंसन के विचार का अधिक व्यापक रूप से उपयोग क्यों नहीं किया गया है, और आंतरिक दहन इंजन एक सदी से भी अधिक समय से कम कुशल ओटो चक्र का उपयोग क्यों कर रहे हैं? दो कारण हैं: एक एटकिंसन इंजन की जटिलता है, और दूसरा - और अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि यह एक विस्थापन इकाई से जितनी कम शक्ति प्राप्त करता है।

हालांकि, जैसे-जैसे ईंधन की खपत और पर्यावरण पर मोटरीकरण के प्रभाव पर अधिक ध्यान दिया गया, एटकिंसन इंजन की उच्च दक्षता को विशेष रूप से मध्यम गति पर याद किया गया। उनकी अवधारणा एक उत्कृष्ट समाधान साबित हुई, विशेष रूप से हाइब्रिड वाहनों में, जिसमें इलेक्ट्रिक मोटर बिजली की कमी की भरपाई करती है, विशेष रूप से शुरू और तेज करते समय इसकी आवश्यकता होती है।

यही कारण है कि संशोधित एटकिंसन साइकिल इंजन का इस्तेमाल पहले बड़े पैमाने पर उत्पादित हाइब्रिड कार, टोयोटा प्रियस और फिर अन्य सभी टोयोटा और लेक्सस हाइब्रिड में किया गया था।

संशोधित एटकिंसन चक्र क्या है? इस चतुर समाधान ने टोयोटा इंजन को पारंपरिक चार-स्ट्रोक इंजनों के क्लासिक, सरल डिजाइन को बनाए रखा, और पिस्टन प्रत्येक स्ट्रोक पर समान दूरी की यात्रा करता है, प्रभावी स्ट्रोक संपीड़न स्ट्रोक से अधिक लंबा होता है।

वास्तव में, इसे अलग तरह से कहा जाना चाहिए: प्रभावी संपीड़न चक्र कार्य चक्र से छोटा है। यह सेवन वाल्व के बंद होने में देरी से हासिल किया जाता है, जो संपीड़न स्ट्रोक की शुरुआत के तुरंत बाद बंद हो जाता है। इस प्रकार, वायु-ईंधन मिश्रण का हिस्सा कई गुना सेवन में वापस आ जाता है। इसके दो परिणाम हैं: जब इसे जलाया जाता है तो उत्पन्न होने वाली निकास गैसों की मात्रा कम होती है और निकास स्ट्रोक की शुरुआत से पहले पूरी तरह से विस्तार करने में सक्षम होती है, सभी ऊर्जा को पिस्टन में स्थानांतरित कर देती है, और कम मिश्रण को संपीड़ित करने के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जो आंतरिक इंजन के नुकसान को कम करता है। इस और अन्य समाधानों का उपयोग करते हुए, चौथी पीढ़ी का टोयोटा प्रियस पावरट्रेन इंजन 41 प्रतिशत तक की थर्मल दक्षता हासिल करने में सक्षम था, जो पहले केवल डीजल इंजनों से उपलब्ध था।

समाधान की सुंदरता यह है कि सेवन वाल्वों को बंद करने में देरी के लिए बड़े संरचनात्मक परिवर्तनों की आवश्यकता नहीं होती है - यह वाल्व समय को बदलने के लिए इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित तंत्र का उपयोग करने के लिए पर्याप्त है।

और यदि हां, तो क्या यह संभव है और इसके विपरीत? ठीक है, बिल्कुल; सहज रूप में! कुछ समय के लिए परिवर्तनीय कर्तव्य चक्र इंजन का उत्पादन किया गया है। जब बिजली की मांग कम होती है, जैसे कि इत्मीनान से सड़कों पर गाड़ी चलाते समय, इंजन कम ईंधन की खपत के लिए एटकिंसन चक्र पर काम करता है। और जब बेहतर प्रदर्शन की आवश्यकता होती है - हेडलाइट्स या ओवरटेकिंग से - यह सभी उपलब्ध गतिशीलता का उपयोग करते हुए, ओटो चक्र में बदल जाता है। यह 1,2-लीटर टर्बोचार्ज्ड डायरेक्ट इंजेक्शन इंजन, उदाहरण के लिए, टोयोटा ऑरिस और नई टोयोटा सी-एचआर सिटी एसयूवी में उपयोग किया जाता है। लेक्सस IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t और RC 200t में वही दो लीटर का इंजन इस्तेमाल किया गया है।