چرخه اتکینسون در موتورهای درون‌سوز

در طی گذر سالیان دراز موتورهای خودرو بزرگ‌تر، سریع‌تر و کاراتر شده‌اند تا بتوانند توان و تورک بیشتری را تولید نمایند. با ورود به قرن بیستم هنگامی که درک درستی از موتورهای درون‌سوز پیدا کردیم، بیشتر انتظارمان این بود که به‌محض سبز شدن چراغ بتوانیم حریف کناریمان را حذف کنیم. اما کسی که توانست کاهش مصرف سوخت را به معنای واقعی برای ما هجی کند، کسی نبود جز جیمز اتکینسون.

atkinson patent
یکی از تکنولوژی‌های موتور خودرو که موجب کارکرد سبز (کم آلاینده) اتومبیل می‌شود چرخه اتکینسون است. موتور اتکینسون برای اولین بار در سال 1887 در ایالات‌متحده ثبت اختراع شد و اکنون در بسیاری از خودروهای هیبریدی استفاده می‌شود.

Atkinson Cycle

موتور با چرخه اوتو:

موتور بسیار متداول امروزی که بر روی خودروهای سوار می‌شود موتور چهار زمانه است که با استفاده از سیکل اوتو کار می‌کند. این موتور با بالا و پایین رفتن پیستون داخل سیلندر و با استفاده از جرقه مخلوط هوا و سوخت را مشتعل می‌کند و موجود حرکت پیستون و در نهایت میل‌لنگ می‌شود. موتورهای معمولی دارای چهار زمان (مرحله) هستند که به شرح زیر می‌باشد:
مرحله مکش: هوا به سمت سیلندر مکیده می‌شود و سوخت هم وارد سیلندر می‌شود.
مرحله تراکم: مخلوط هوا-سوخت را متراکم می‌کند (پیستون بالا می‌آید) و جرقه زده می‌شود و انفجار صورت می‌پذیرد.
مرحله احتراق: از نیروی انفجار استفاده شده و پیستون به سمت پایین در داخل سیلندر حرکت می‌کند.
مرحله تخلیه: تمام گازهای باقی‌مانده از احتراق با فشار به سمت بیرون سیلندر روانه می‌شوند.

Atkinson Cycle

موتور با چرخه اتکینسون:

در سیکل اوتو مراحل فوق طی می‌شود و میل‌لنگ چرخانده می‌شود. در موتور اتکینسون، مخترع محترم یک مکانیزم دو میله‌ای اضافه نموده است تا تمام چهار مرحله فوق در یک دور میل‌لنگ انجام شود.
چیدمان هوشمندانه اهرم این اجازه را به موتور اتکینسون می‌دهد تا پیستون در یک چرخه تمام چهار مرحله را در یک دور میل‌لنگ به انجام برساند. همچنین در موتور اتکینسون هرکدام از مراحل دارای طول بازه زمانی متفاوتی است. به علت متفاوت بودن طراحی در موتور اتکینسون نیاز به وجود بادامک به‌طور کامل حذف شده است. بادامک مکش، تخلیه و جرقه تماماً بر روی میل‌لنگ اصلی قرار گرفته است. [دانلود ویدئو]

[jwplayer mediaid=”96579″]
یک بادامک برای دو مرحله مکش و تخلیه سوپاپ در نظر گرفته شده است. بادامک سوپاپ مکش به گونه‌ای طراحی شده است تا مرحله سوپاپ مرحله مکش را باز نگه دارد تا بیشتر از یک مرحله (زمان) اتفاق بیفتد:

  • مرحله مکش به‌طور نامعمولی شروع می‌شود؛ تمام سیلندرها از مخلوط هوا و سوخت پر می‌شوند.
  • هنگامی که پیستون در حال بالا آمدن است، سوپاپ ورودی همچنان باز است. پیستون مقداری از مخلوط سوخت را به مجزای ورودی پس می‌فرستد. تأثیر کلی درست مانند زمانی است که مرحله مکش کوتاه شود.
  • هنگامی که پیستون به مکانی از پیش تعریف شده از سیلندر برسد سوپاپ ورودی بسته می‌شود. مرحله تراکم در حقیقت در این نقطه از زمان اتفاق نمی‌افتد، مرحله تراکم هم به واسطه اینکه مرحله مکش (ورودی مخلوط هوا-سوخت) کوتاه شده کم شده است.
  • مرحله احتراق و تخلیه درست مانند موتورهای چهار زمانه عمل می‌کند.

Mazda-miller1_center

موتور اتکینسون در خودروهای تویوتا:

به منظور دستیابی به بهترین بازده حرارتی، موتور با استفاده از چرخه اتکینسون با نوآوری‌های فراوان رونمایی شد. در این موتور نسبت تراکم بالا رفته است و از سیستم هوشمند الکترونیکی باز و بسته شدن سوپاپ‌ها آن هم به‌طور متغیر بهره برده است. همچنین برای خنک کاری این موتور از سیستم بازیاب گازهای خروجی استفاده است.
تویوتا اعلام کرده است که از دو موتور جدید چرخه اتکینسون با مصرف سوخت فوق‌العاده پایین پرده‌برداری کرده است. یکی دارای سه سیلندر با حجم یک لیتر می‌باشد و دیگری دارای چهار سیلندر با حجم 1.3 لیتر است. موتور کوچک‌تر با مصرف سوخت 3.02 لیتر در مدل آیگو بهبود 30 درصدی در مصرف سوخت مشاهده شده است. این میزان مصرف سوخت برای موتور یک لیتری بسیار تحسین‌برانگیز است. [دانلود ویدئو]

[jwplayer mediaid=”96580″]
تغییرات بسیاری انجام شده است تا این موتور طراحی شود؛ رساندن نسبت تراکم به 11.5:1، ارتقاء طراحی محفظه احتراق، کاهش تلفات اصطکاکی و کاهش وزن سیلندر از جمله اقدامات در راستایی بهبود عملکرد موتور بوده است. با تمام این تغییرات مصرف سوخت به میزان 3.9 لیتر در هر 100 کیلومتر یا (3.92 لیتر) کاهش یافته که میزان توان 68 اسب بخار در دور 6000 دور بر دقیقه و تورک 95 نیوتن متر در 4300 دور بر دقیقه تولید می‌کند. قبلاً تویوتا از موتورهای اتکینسون در خودروهای هیبرید خود استفاده کرده بود ولی این بار برای اولین بار این موتور به تنهایی بر روی خودرو سوار می‌شود.

موتور 1.3 لیتری دیگر رونمایی شده از تویوتا دارای نسبت تراکم 13.5:1 است و با استفاده از تکنولوژی‌های جدیدی که تویوتا معرفی کرده است توانسته تا 38 درصد بازده گرمایی موتور را ارتقاء دهد. همچنین کاهش مصرف سوخت این موتور به مانند موتور 1 لیتری خیره‌کننده نیست ولی توانسته نزدیک به 15 درصد مصرف سوخت در این سری موتورها در مقایسه با خودروهای مشابه کاهش دهد.

درباره نویسنده

تصویر پروفایل علی طهوری

علی طهوری، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی خودرو، گرایش طراحی سیستم‌های دینامیکی خودرو دانشگاه علم و صنعت

21 دیدگاه

  1. saeed.shariati
    سوابق: (477 دیدگاه) ,

    ممنون از مطلب خوبتون
    اگه میشه درمورد ماشینهایی که با بخار کار میکنن هم مطلب بزارین خیلی کنجکاوم طرزکارشون بدونم

    پاسخ
    1. سپهر
      سوابق: (68 دیدگاه) ,

      من دقیق نفهمیدم منظورش چی بود ولی فکر کنم این اقا هه جیمز اتکینسون مرد خوب ومودبی باشه . بعد اینا چرا انقدر خودشونو اذیت میکنن خوب مگه موتور پراید چشه که اینجوری میکنن.

      پاسخ
  2. AliZeus
    سوابق: (418 دیدگاه) ,

    یکی در یک پاراگراف توضیح بده قضیه چیه! 😀

    پاسخ
    1. تصویر پروفایل Reza :: Deutschland :: Mercedes
      Reza :: Deutschland :: Mercedes
      سوابق: (2173 دیدگاه) ,

      چرخه وانکل اشکالاتی داره که هنوز برطرف نشده
      مثلا طول عمرش از اینا کمتره چون لبه ها زودتر از بین میرن و باعث برگشت مواد میشه و چرخه هم کلن خراب میشه….

      پاسخ
      1. kiarash
        سوابق: (10 دیدگاه) ,

        ببین من خودم مهندس مکانیک هستم گرایش طراحی جامدات. 3 واحد طراحی بدنه پاس کردم و کلی کارگاه و چیزهای دیگه مـــــــــــن خودم و حتی استاد هایم رو دراین حد نمیبینم که انقدر راحت در موردفناوری روز دنیا نظر بدم و تازه ردش هم بکنم!ببین یعنی اون مهندس هایی که این موتور ها رو طراحی میکنن عقلشون اندازه تو هم نمیرسه؟

        پاسخ
        1. kiarash
          سوابق: (10 دیدگاه) ,

          درضمن چرخه مربوط میشه به درس ترمودینامیک پس فقط دکترای مکانیک اون هم شاخه ی انرژی و اون هم شاگرد اول شریف یا امیرکبیر تازه شاید بتونن راجع به چرخه اتکینسون اظهارنظر کنن

  3. تصویر پروفایل Reza :: Deutschland :: Mercedes
    Reza :: Deutschland :: Mercedes
    سوابق: (2173 دیدگاه) ,

    چن تا سوال
    اول اینکه تویوتا دقیقا با موتوره چیکار کرده؟درست متوجه نشدم!
    دوم اینکه این اقای اتکینسون واسه شرکت خاصی کار میکرد یا واسه دل خودش؟
    و سوم اینکه این موتور تو چه ماشینای دیگه ای کاربرد داره؟
    با تشکر…

    پاسخ
  4. علی
    سوابق: (59 دیدگاه) ,

    خیلی عالی بود ممنون میشم بازم ازین مطالب بذارید.

    پاسخ
  5. hamed
    سوابق: (30 دیدگاه) ,

    برای درک درست باید یه چیزایی از ترمودینامیک بدونی
    مخصوصا از بازده چرخه ها

    پاسخ
    1. شهاب
      سوابق: (266 دیدگاه) ,

      کاملا درسته!

      برای درک بهتر نیاز هست تمام سیکل های موتور احتراق داخلی و کارکرد هر کدوم و بشناسین.

      پاسخ
  6. حسین
    سوابق: (9 دیدگاه) ,

    این که از نظر ترمودینامیک با همان سیکل اتو و دیزل قابل محاسبه است. فقط موقع محاسبه اجزا ماشین باید برای هر سیلندر یه شاتون و حدود هفتا یاتاقان اضافی (از مقدار بار وارده تانیرو های دینامیکیش)محاسبه شه که تازه روغنکاریش دردسرهایی برای خودش داره.

    پاسخ
  7. شهاب
    سوابق: (266 دیدگاه) ,

    تشکر از آقای علی طهوری بابت مطلب مفیدتون.
    برای کاهش مصرف سوخت و بالا بردن راندمان موتور خودروسازای مطرح از این سیکل استفاده میکنند.

    به نحوی که برخی از موتورها در دورای پایین با چرخه اتکینسون کار میکنن و در دور موتور بالا به سیکل اوتو تغیر وضعیت میدهد.

    کنترل الکترونیکی سوپاپ ها باعث بهبود عملکرد بهتر این موتورهای میشه.

    پاسخ
    1. احمد.ف
      سوابق: (463 دیدگاه) ,

      اون موتورها تا جایی که من می دونم ساختارشون مثل موتورهای معمولیه و فقط در زمان تزریق سوخت و میزان باز بودن سوپاپ ها تغییر ایجاد می شود تا شبیه به عملکرد موتور اتکینسون شود.

      پاسخ
  8. امیر
    سوابق: (95 دیدگاه) ,

    مطلب بسیار مفیدی بود
    با تشکر از آقای طهوری
    لطفا از این مطالب بیشتر بذارید

    ارادت

    پاسخ
  9. جواد
    سوابق: (1 دیدگاه) ,

    در رابطه با کیفیت بنزین نحوه بالا بردن کیفیت اکتان با صرف نظر از خرید مکمل های اکتان دار مطلب بزارین
    با تشکر

    پاسخ
  10. N
    سوابق: (1 دیدگاه) ,

    ممنون از مطلب مفیدتون…
    راستی این بنده خدا اتکینسون با مستر بین نسبتی داره…?

    پاسخ
  11. sadegh
    سوابق: (1 دیدگاه) ,

    در مورد موتور انکل بزرگ ترین مشکل این موتور توقسمت اب بندی هست.بخاطر همین مثل سیکل های دیگه صنعتی نشد یا طرفدار پیدا نکرد.ولی باید بگم اگه هین سیکل رو یکی از ماها طراحی میکرد همه میگفتن نمیشه.مشکل داره یا اگه جواب بده صنعتی نمیشه.در کل من خودم رو موتور های دورانی کار میکنم.برا طراحی به حرف کسی گوش نکنید چون نا امید میشی .با مدرک صحبت کنید.طبق اصول پیش برید.

    پاسخ
  12. رامین
    سوابق: (5 دیدگاه) ,

    در باره تکمیل نظر آقای حسین این موتور هم مانند موتورهای وانکل استهلاک بالایی دارد,

    پاسخ

دیدگاه شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لطفاً از نوشتن به‌صورت پینگلیش، اجتناب نمایید. نظرات حاوی توهین، عبارات غیراخلاقی، سیاسی، مطالب غیر مرتبط، اسپم، ترول و تبلیغاتی پذیرفته نمی‌شوند. برای تغییر آواتار خود می‌توانید از سایت گراواتار استفاده نمایید.