¿Ciclo de Atkinson igual al ciclo de Miller? ¿Por qué Volkswagen y Toyota tienen estrategias de válvulas de admisión completamente opuestas?
Antes de hablar del ciclo de Atkinson, primero debemos entender el ciclo de Otto. En 1862, un ingeniero francés propuso por primera vez el principio del ciclo de cuatro tiempos. En 1876, el ingeniero alemán Nicholas Otto utilizó este principio para inventar el motor. Debido a que este motor tiene excelentes propiedades como rotación suave y bajo nivel de ruido, tiene un gran impacto en la industria. Este ciclo se denomina ciclo Otto. Un ciclo del ciclo Otto consta de cuatro tiempos: succión, compresión, expansión, potencia y escape. Primero, el pistón se mueve hacia abajo, permitiendo que una mezcla de combustible y aire ingrese al cilindro a través de una o más válvulas, y la válvula de admisión se cierra. Luego, el pistón se mueve hacia arriba para comprimir la mezcla de gases. Cuando la carrera de compresión alcanza su punto máximo, la bujía enciende la mezcla y el empuje generado por la explosión del aire de combustión obliga al pistón a moverse hacia abajo para completar la carrera de trabajo. Finalmente, los gases quemados se descargan del cilindro a través de la válvula de escape. Por tanto, el ciclo Otto, también conocido como ciclo de cuatro tiempos, es un ciclo térmico del motor de combustión interna y un ciclo térmico ideal de calentamiento a volumen constante.
Aunque Otto mejoró y construyó con éxito el motor de cuatro tiempos, no aplicó la máquina a un vehículo. En 1886, Carl Benz aplicó el motor Otto a un vagón mejorado e inventó el automóvil. En la actualidad, el principio de funcionamiento básico del motor de combustible sigue el concepto de diseño original y no presenta cambios esenciales. Tenga en cuenta que en la descripción anterior, el calentamiento a volumen constante es un ciclo termodinámico ideal, donde el volumen constante significa que la posición de los puntos muertos superior e inferior del pistón del motor nunca cambia, de modo que el desplazamiento del motor, es decir, el volumen en la trayectoria del movimiento del pistón, permanece sin cambios. ?
En aquella época en la que se acababa de inventar el motor de combustión interna, los ingenieros todavía sentían curiosidad por esta nueva máquina, y mucha gente intentó mejorarla. Apenas 6 años después, el ingeniero británico James Atkinson propuso una idea en 1882, que consistía en aumentar la carrera del pistón cuando se expande y realiza trabajo durante las cuatro carreras anteriores, obteniendo así más energía cinética. Dicho todo esto, debemos entender que los motores de aquella época eran básicamente estructuras horizontales monocilíndricas y no utilizaban la posterior estructura de biela del cigüeñal. Un volante grande se empuja detrás de la biela. A través del pasador de sujeción móvil ubicado en la conexión entre la biela y el volante, la carrera de potencia puede ser mayor que la carrera de compresión. Sin embargo, dado que la potencia de salida del motor era muy pequeña en ese momento, este ciclo reducía la densidad de potencia, por lo que no podía ser una solución convencional. El ciclo de Atkinson entró en el horizonte de la gente pero rápidamente pasó a la historia.
Hablando de la potencia del motor en ese momento, el motor del primer automóvil de Mercedes-Benz era muy pobre, con solo 0,9 caballos de fuerza, lo que era suficiente para empujar el vehículo hacia adelante lentamente, por lo que el trabajo principal de los ingenieros en ese momento era aumentar la potencia del motor y la potencia de conversión. Al año siguiente, apareció la estructura combinada del cigüeñal y la biela, lo que hizo que la carrera de movimiento del pistón tuviera un valor fijo, y en realidad era imposible realizar el ciclo de Atkinson mediante un mecanismo mecánico.
Después de décadas de desarrollo, en las décadas de 1920 y 1930, los motores de ciclo Otto habían logrado enormes avances. Además de cada vez más cilindros y cilindradas mayores, también tienen estructuras complejas de admisión y escape controladas por árboles de levas. Al mismo tiempo, la estructura de suministro de aceite del carburador y el sistema de gestión térmica refrigerado por agua están cada vez más maduros y la potencia actual del motor ya no es un problema. Sin embargo, en el proceso de aumentar la potencia del motor, se descubrió que cuando se aumentaba la relación de compresión, era fácil detonar y el motor era propenso a sufrir pérdidas de bombeo con cargas bajas, lo que se convirtió en un problema que los ingenieros tuvieron que resolver.
En aquel momento, el centro de tecnología de vanguardia en automoción se había trasladado de Europa a Estados Unidos.
Además de Midgley, quien utilizó gasolina con plomo para resolver problemas de detonación en General Motors, ¿trabajó en 1947 el ingeniero estadounidense R.H. Miller? La estrategia de cierre temprano de la admisión (EIVC) se propuso por primera vez en 2006. Cerrar la válvula de admisión antes del inicio de la carrera de compresión equivale a reducir la capacidad de la mezcla de aire en el cilindro y reducir la potencia perdida en el bombeo. Esto se llama ciclo de Miller. La característica del ciclo Miller es que la relación de compresión efectiva del motor es menor que la relación de expansión, lo que mejora la eficiencia térmica, suprime eficazmente la detonación del motor y reduce las emisiones de óxido de nitrógeno. A partir de aquí, los ingenieros finalmente encontraron una nueva idea sobre cómo lograr diferentes soluciones para la relación de compresión y la relación de expansión, es decir, usar la sincronización de la válvula de admisión para adelantar el tiempo de cierre de la válvula, logrando así el efecto de reducir la relación de compresión.
Aunque la teoría ha madurado, todavía es muy difícil operarla en la práctica porque la tecnología de control de válvulas no está lo suficientemente madura para lograr efectos de control precisos. No fue hasta la llegada del sistema de sincronización variable de válvulas compuesto por válvulas de solenoide y ajustadores de fase de leva variable que el ciclo Miller se aplicó real y efectivamente al motor, de modo que el motor podía cambiar naturalmente entre el ciclo Miller y el motor austriaco bajo diferentes condiciones de funcionamiento.
Lo que quiero decir aquí es que los significados centrales del ciclo de Miller y del ciclo de Atkinson son diferentes. El punto de partida del primero es reducir el gas compresible (reducir las pérdidas por detonación y bombeo), mientras que la verdadera intención del segundo es aumentar el ratio de expansión (hacer más trabajo). Pero debido a que ambos tienen objetivos y el golpe de potencia es mayor que el golpe de compresión, existen similitudes. Dado que Mazda obtuvo la tecnología patentada del ciclo Miller, otras marcas como Toyota, Honda y Volkswagen solo pueden llamar a su ciclo Miller ciclo Atkinson para evitar el monopolio de patentes.
Entonces, ¿existe un motor que realmente pueda implementar el ciclo de Atkinson? Durante mucho tiempo no logró o no logró una producción en masa. No fue hasta la reciente madurez de la tecnología VC-Turbo de Nissan que el ciclo Atkinson volvió realmente a la realidad. Tuvimos la oportunidad de hablar sobre esta tecnología en detalle.
Volviendo a la tecnología actual del ciclo Miller, encontraremos que Toyota y Volkswagen adoptan estrategias diferentes. Motores como el Volkswagen EA888 utilizan una estrategia de cierre temprano de la válvula de admisión para lograr el ciclo Miller, mientras que la mayoría de los sistemas híbridos de Toyota utilizan una estrategia de cierre retardado de la válvula de admisión. El primero acorta directamente el tiempo de admisión para reducir la cantidad de aire de admisión y el segundo empuja parte de la mezcla que ingresa al cilindro de regreso al colector de admisión. El primero es completamente consistente con la ruta técnica propuesta por Miller ese año, y también requiere la asistencia de sobrealimentación, intercooler y otras tecnologías, mientras que el segundo comparte la carga del motor en cargas elevadas con la asistencia del motor, lo que permite que el motor para ejercer plenamente su potencia con cargas bajas. La ventaja del ciclo Le es equivalente a utilizar un motor para compensar la falta de potencia durante cargas elevadas, como el arranque y la aceleración.
Hablando de esto, si la próxima vez que un chico se encuentre con un vendedor y te cuente sobre el ciclo de Atkinson, podrás responder con seguridad: Estás equivocado, en realidad es el ciclo de Miller.
Este artículo es de Autohome, el autor de Autohome, y no representa la posición de Autohome.