Цикл аткинсона или отто

Универсальная модель будущего

В настоящее время многими производителями ведутся разработки универсальных двигателей, где будут совмещены и мощность бензиновых агрегатов, и отличная тяга и экономичность дизелей.

В этом отношении уже то, что бензиновые агрегаты, имеющие непосредственный впрыск топлива, достигли высокого показателя сжатия порядка тринадцати-четырнадцати единиц (у дизельных моторов этот уровень является немногим больше семнадцати-девятнадцати), доказывает успешные шаги в этом направлении. Они даже работают так же, как и агрегаты с воспламенением от сжатия. Только рабочая смесь должна искусственно поджигаться свечой.

В экспериментальных моделях сжатие доходит еще выше – до пятнадцати-шестнадцати единиц. Но до самовоспламенения пока уровень не дотягивается. Зато свеча отключается при равномерном движении, благодаря чему двигатель переходит на режим, подобный дизелю, и потребляет мало топлива.

Сгорание регулируется электроникой, вносящей коррективы в зависимости от внешних обстоятельств.

Разработчики уверяют, что такой двигатель является очень экономичным. Однако для серийного производства исследований проводилось недостаточно.

Двигатели Аткинсона на автомобилях Тойота

Хотя цикл Аткинсона не нашел свое практическое применение в 19-м веке, идея его двигателя реализована в силовых агрегатах 21-го столетия. Такие моторы устанавливаются на некоторые модели гибридных легковых автомобилей Тойота, работающих одновременно и на бензиновом топливе, и на электричестве. Нужно уточнить, что в чистом виде теория Atkinson так и не используется, скорее, новые разработки инженеров Toyota можно называть ДВС, сконструированными по циклу Аткинсона/ Миллера, так как в них используется стандартный кривошипно-шатунный механизм. Уменьшение цикла сжатия достигается за счет изменения газораспределительных фаз, при этом цикл рабочего хода удлиняется. Моторы с использованием подобной схемы встречаются на авто компании Toyota:

Prius;
Yaris;
Auris;
Highlander;
Lexus GS 450h;
Lexus CT 200h;
Lexus HS 250h;
Vitz.

Модельный ряд моторов с реализованной схемой Atkinson/ Miller постоянно пополняется, так в начале 2021 года японский концерн приступил к выпуску 1,5-литрового четырехцилиндрового ДВС, работающего на высокооктановом бензине, обеспечивающего 111 лошадиных сил мощности, со степенью сжатия в цилиндрах 13,5:1. Двигатель оснащен фазовращателем VVT-IE, способным переключать режимы Otto/ Atkinson в зависимости от скорости и нагрузки, с этим силовым агрегатом автомобиль может ускоряться до 100 км/ч за 11 секунд. Движок отличается экономичностью, высоким КПД (до 38,5%), обеспечивает отличный разгон.

Цикл Аткинсона

Николаус Отто, инженер из Германии, предложил в 1876 году цикл, состоящий из:

впуска;
сжатия;
рабочего хода;
выпуска.

А десятилетие спустя английский изобретатель Джеймс Аткинсон развил его. Однако, разобравшись в деталях, можно назвать совершенно оригинальным видом цикл Аткинсона.

Двигатели внутреннего сгорания качественно отличаются. Ведь коленчатый вал имеет смещенные точки крепления, благодаря чему потеря энергии при трении сокращена, а степень сжатия увеличена.

Также на нем присутствуют иные газораспределительные фазы. На обычном двигателе поршень закрывается сразу же после прохождения мертвой точки. Иную схему имеет цикл Аткинсона. Здесь такт существенно длиннее, так как клапан закрывается только на половине пути поршня к верхней мертвой точке (где по Отто уже происходит сжатие).

Теоретически цикл Аткинсона эффективнее Отто приблизительно на десять процентов. Однако долго его не применяли на практике из-за того, что он способен функционировать в рабочем режиме лишь при больших оборотах. Дополнительно необходим механический нагнетатель, с которым иногда называют все это «цикл Аткинсона-Миллера». Однако оказывалось, что с ним преимущества рассматриваемой разработки терялись.

Поэтому в легковых автомобилях такой цикл Аткинсона на практике почти не применялся. Но вот в гибридных моделях, наподобие Toyota Prius, производители стали использовать его даже серийно. Это стало возможным благодаря специфической работе этих видов движков: на небольшой скорости автомобиль передвигается за счет электрической тяги и лишь при разгоне переходит на бензиновый агрегат.

Miller Cycle Engine на автомобиле Mazda Xedos (2.3 L)

Особенный механизм газораспределения с перекрытием клапанов обеспечивает повышение степени сжатия (СЗ), если в стандартном варианте, допустим, она равна 11, то в моторе с коротким сжатием этот показатель при всех других одинаковых условиях увеличивается до 14. На 6-цилиндровом ДВС 2.3 L Mazda Xedos (семейство Skyactiv) теоретически это выглядит так: впускной клапан (ВК) открывается, когда поршень расположен в верхней мертвой точке (сокращенно – ВМТ), закрывается не в нижней точке (НМТ), а позднее, остается открытым 70º. При этом часть топливно-воздушной смеси выталкивается назад во впускной коллектор, сжатие начинается после закрытия ВК. По возвращению поршня в ВМТ:

объем в цилиндре уменьшается;
давление возрастает;
воспламенение от свечи происходит в какой-то определенный момент, оно зависит от нагрузки и количество оборотов (работает система опережения зажигания).

Затем поршень идет вниз, происходит расширение, при этом теплоотдача на стенки цилиндров получается не такой высокой, как в схеме Otto из-за короткого сжатия. Когда поршень доходит до НМТ, идет выпуск газов, затем все действия повторяются заново.

Специальная конфигурация впускного коллектора (шире и короче, чем обычно) и угол открытия ВК 70 градусов при СЗ 14:1 дает возможность установить опережение зажигания 8º на холостых оборотах без какой-либо ощутимой детонации. Также эта схема обеспечивают больший процент полезной механической работы, или, другими словами, позволяет поднять КПД. Получается, что работа, вычисляемая по формуле A=P dV (P – давление, dV – изменение объема), направлена не на нагревание стенок цилиндров, головки блока, а идет на совершение рабочего хода. Схематически весь процесс можно посмотреть на рисунке, где начало цикла (НМТ) обозначено цифрой 1, процесс сжатия – до точки 2 (ВМТ), от 2 до 3 – подвод теплоты при неподвижном поршне. Когда поршень идет от точки 3 к 4, происходит расширение. Выполненная работа обозначена заштрихованной областью At.

Также всю схему можно посмотреть в координатах T S, где T означает температуру, а S – энтропию, которая растет с подводом теплоты к веществу, и при нашем анализе это величина условная. Обозначения Q p и Q 0 – количество подводимой и отводимой теплоты.

Недостаток серии Skyactiv – по сравнению с классическими Otto у этих движков меньше удельная (фактическая) мощность, на моторе 2.3 L при шести цилиндрах она составляет всего лишь 211 лошадиных сил, и то при учете турбонаддува и 5300 об/ мин. Зато у моторов есть и ощутимые плюсы:

высокая степень сжатия;
возможность установить раннее зажигание, при этом не получить детонации;
обеспечение быстрого разгона с места;
большой коэффициент полезного действия.

И еще одно немаловажное преимущество двигателя Miller Cycle от производителя Mazda – экономичный расход топлива, особенно при малых нагрузках и на холостом ходу

Как работает цикл Отто?

Впускной клапан открывается на 5-10 перед верхней мертвой точкой. Это необходимо для обеспечения того, чтобы впускное отверстие полностью открывалось, когда поршень достигает ВМТ, и свежий заряд начинает поступать в цилиндр как можно раньше после ВМТ.
Всасывающий клапан закрывается на 20-30 после нижней мертвой точки НМТ, чтобы воспользоваться импульсом движущихся газов.
Искра имеет место 30-40 перед ВМТ. Это необходимо для обеспечения временной задержки между искрой и завершением сгорания.
Давление в конце рабочего хода выше атмосферного, что увеличивает работу по удалению выхлопных газов. Таким образом, выпускной клапан открывается в 20-30.перед НМТ, так что при НМТ давление снижается до атмосферного, и полезная работа может быть сохранена.
Выпускной клапан закрывается на 15-20 после ВМТ, так что инерция выхлопных газов имеет тенденцию очищать цилиндр, что увеличивает объемный КПД.

Процесс 1-2: Обратимое адиабатическое сжатие

\frac{T_2}{T_1}=^{\gamma-1}=r^{\gamma-1}

Где r = степень сжатия

Процесс 2-3: добавление тепла при постоянном объеме

Q_in = м С_v[Т₃-T₂]

Процесс 3-4: Обратимое адиабатическое расширение

\frac{T_3}{T_4}=^{\gamma-1}=r^{\gamma-1}

Процесс 4-1: Отвод тепла при постоянном объеме будет

Q_R = м С_v[Т₄-T₁]

Сделанная работа = Q_in — Q_R.

Эффективность Отто-цикла представлена как.

\eta=1-\frac{Q_R}{Q_{in}}

\\\eta=1-\frac{}{}\\\\ \frac{T_2}{T_1}=\frac{T_3}{T_4}\\\\ \frac{T_4}{T_1}=\frac{T_3}{T_2}\\\\ \eta=1-\frac{1}{r^{\gamma-1}}

Где r = степень сжатия.

Немного истории. Грустной…

Современные двигатели конструктивно практически мало изменились со времен «отцов-осно-вателей»: Николауса Августа Отто и Рудольфа Кристиана Карла Дизеля. Сегодня в ходу те же коленчатый вал, шатуны, поршни, цилиндры, клапаны, распределительный механизм.

Поэтому все новшества в двигателестроении опираются на новые материалы и технологии, в том числе связанные с электронным управлением.

Например, если еще 20 лет назад блок цилиндров почти повсеместно был сделан из чугуна, то сегодня чугунный блок встречается редко, плавно перейдя в разряд анахронизмов. В настоящее время блоки делают из алюминия, который и легче, и технологичнее. Сначала были проблемы с прочностью и жесткостью, но их постепенно решили.

Правда, полностью алюминиевые моторы действительно приживаются трудно – очень они чувствительны к смазке, охлаждению, зазорам. А вот алюминиевый блок с чугунными гильзами гораздо менее требователен в эксплуатации. Так что старый добрый чугун, который использовали Отто и Дизель, еще послужит…

Вообще надо отметить, что создание нового двигателя даже традиционной схемы – это процесс очень долгий. Вот и получается, что модельный ряд автомобилей меняется в среднем через четыре-пять лет, а мотор в нем нередко стоит от предыдущих моделей, а то и еще более ранних. И часто даже в новых двигателях используются узлы от старых – например, блок цилиндров. Так что двигатели «живут» долго – бензиновые в среднем 10-15 лет, а дизели легко «доживают» до 20 и даже 30 лет.

И еще. С сожалением приходится признать, что в России практически не было своих разработок двигателей – все бралось «оттуда», из-за границы. Причем часто даже то, что там отвергалось. Результат очевиден – сегодня передового двигателестроения у нас в стране просто не существует. Как и конструкторов для его возрождения.

Все началось с авиации… Авиадвигатель Rolls-Royce Merlin 40-х годов прошлого века с непосредственным впрыском

История изобретения[править | править код]

Джеймс Аткинсон критически пересмотрев классическую концепцию двигателя, работающего по циклу Отто, понял, что её можно серьёзно улучшить. Так, например, у двигателя Отто на малых и средних оборотах при частично открытой дроссельной заслонке через разрежениe во впускном коллекторе поршни работают в режиме насоса, на что тратится мощность двигателя. При этом усложняется наполнениe камеры сгорания свежим зарядом топливо-воздушной смеси. Кроме этого, часть энергии теряется в выпускной системе, поскольку отработанные газы, покидающие цилиндры двигателя, всё ещё находятся под высоким давлением.

По концепции Аткинсона, впускной клапан закрывается не тогда, когда поршень находится у нижней мертвой точки, а значительно позже. Цикл Аткинсона дает ряд преимуществ.

Во-первых, снижаются насосные потери, так как часть смеси при движении поршня вверх выталкивается во впускной коллектор, уменьшая в нем разрежение.

Во-вторых, меняется степень сжатия. Теоретически онa остается постоянной, так как ход поршня и объем камеры сгорания не изменяются, а фактически за счет запоздалого закрытия впускного клапана уменьшается. А это уже снижение вероятности появления детонационного сгорания топлива, и следовательно — отсутствие необходимости увеличивать обороты двигателя переключением на пониженную передачу при увеличении нагрузки.

Двигатель Аткинсона работает по так называемoмy циклу с увеличенной степенью расширения, при котором энергия отработавших газов используется в течение длительного периода. Это создает условия для более полного использования энергии отработанных газов и обеспечивает более высокую экономичность двигателя.

Основным отличием от цикла работы обычного 4-тактного двигателя (цикла Отто) является изменение продолжительности этих тактов. В традиционном двигателе все 4 такта (впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск) одинаковы по продолжительности. Аткинсон же сделал два первых такта короче, а два следующих длиннее и реализовал это за счёт изменения длины ходов поршней. Считается, что его модификация двигателя была продуктивнee традиционной на 10%. В то время его изобретение не нашлo широкого применения, так как имелo большое количество недостатков, основным из которых стала сложность реализации этого изобретения, а именно обеспечение движения поршней с использованием оригинального кривошипно-шатунного механизма.

Позже, в начале 1950-х годов американский инженер Ральф Миллер (англ. Ralph Miller) смог решить эту же задачу по-другому. Такт сжатия был сокращён путём внесения изменений в работу клапанов.Обычно на такте впуска открывается впускной клапан, и до наступления такта сжатия он уже закрыт. Но в цикле Миллера впускной клапан продолжает находиться в открытом состоянии некоторую часть такта сжатия. Таким образом, часть смеси удаляется из камеры сгорания, само сжатие начинается позже и соответственно его степень оказывается ниже. По сравнению с тактом сжатия, такт рабочего хода и выпуска оказываются продолжительными. Именно от них и зависит КПД двигателя. Рабочий ход создает силу для движения, а длительный выпуск лучше сохраняет энергию выхлопных газов.

Второй такт условно разделён на две части. Такую схему иногда называют пятитактным двигателем. В первой части впускной клапан открыт и происходит вытеснение смеси, далее он закрывается, и только тогда происходит сжатие.

На гибридных автомобилях

возможно применение двигателя Аткинсона, так как в них двигатель работает в малом диапазоне частот вращения и нагрузок. Однако на современных автомобилях, таких как Toyota Prius, применяют не двигатель Аткинсона, а его упрощённый аналог, построенный по принципу цикла Миллера. Следует заметить, что номинальная степень сжатия 13:1 данных двигателей не соответствует фактической, т.к. сжатие начинается не сразу в начале хода поршня вверх, а с запозданием, воздушно-топливная смесь некоторое время выталкивается обратно. Поэтому реальная степень сжатия аналогична классическим ДВС цикла Отто. При этом рабочий ход движения поршня вниз становится длиннее обычного, тем самым используя энергию расширяющихся газов с большей эффективностью, что увеличивает КПД и снижает расход топлива. Гибридный автомобиль разгоняется электромотором, который выдаёт полную мощность в широком диапазоне оборотов.

Toyota Prius Бензиновый двигатель работает по циклу Аткинсона со сжатием 13:1 на бензине (АИ-95).

Время закрытия впускного клапана, обороты и нагрузку на двигатель контролирует бортовой компьютер.

Q.2] каков будет эффект на эффективность цикла Отто, имеющего степень сжатия 6, если Cv увеличивается на 20%. Для расчетов Предположим, что Cv составляет 0.718 кДж / кг. К.

\\\ frac {\ mathrm {d} C_v} {C_v} = 0.02 \\\\ \ eta = 1- \ frac {1} {r ^ {\ gamma -1}} = 1- \ frac { 1}{6^{1.4 -1}}=0.511\\\\ \gamma -1=\frac{R}{C_v}\\\\ \eta=1-^ \frac{R}{C_v}

Бревно с обеих сторон

ln(1-\eta)=\frac{R}{C_v} ln\frac{1}{r}

Обе стороны

\\\frac{d\eta}{1-\eta}=\frac{-R}{C_v^2}*dC_v*ln[1/r]\\\\ \frac{d\eta}{1-\eta}=\frac{-R}{C_v}*\frac{dC_v}{C_v}*ln[1/r]\\\\ \frac{d\eta}{\eta}=\frac{1-\eta}{\eta}*\frac{-R}{C_v}*\frac{dC_v}{C_v}*ln[1/r]\\\\ \frac{d\eta}{\eta}=\frac{1-0.511}{0.511}*\frac{-0.287}{0.718}*0.02*ln[1/6]\\\\ \frac{d\eta}{\eta}=-0.0136\\\\ \frac{d\eta}{\eta}*100=-0.0136*100=-1.36\%

Т.е. если C_v увеличивается на 2%, затем η уменьшается на 1.36%.

Двигатель внутреннего сгорания: сердце автомобиля

Двигатель внутреннего сгорания – это двигатель, который использует взрывное сгорание топлива, чтобы толкать поршень внутри цилиндра – движение поршня вращает коленчатый вал, который затем вращает колеса автомобиля через цепь или приводной вал. Различные типы топлива, обычно используемые для двигателей внутреннего сгорания, – это бензин (или бензин), дизельное топливо и керосин.

Краткое изложение истории внутреннего Двигатель внутреннего сгорания включает следующие основные моменты:

1680 – голландский физик Кристиан Гюйгенс разработал (но никогда построен) двигатель внутреннего сгорания, который должен был заправляться порохом.
1807 – Франсуа Исаак де Риваз из Швейцарии изобрел двигатель внутреннего сгорания, в котором использовалась смесь водород и кислород для топлива. Риваз сконструировал автомобиль для своего двигателя – первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Однако его конструкция была очень неудачной.
1824 – английский инженер Сэмюэл Браун приспособил старую паровую машину Ньюкомена для сжигания газа, и он использовал ее, чтобы ненадолго приведите в действие автомобиль на Шутерс-Хилл в Лондоне.
1858 – инженер бельгийского происхождения Жан Жозеф Этьен Ленуар изобрел и запатентовал (1860) электрический привод двойного действия. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, работающий на угольном газе. В 1863 году Ленуар прикрепил усовершенствованный двигатель (на бензине и примитивном карбюраторе) к трехколесной повозке, которая смогла совершить историческое путешествие длиной в пятьдесят миль.
1862 – французский инженер-строитель Альфонс Бо де Рошас запатентовал, но не построил четырехтактный двигатель (французский патент № 52,593, 16 января 1862 г. ).
1864 – австрийский инженер Зигфрид Маркус построил одноцилиндровый двигатель с грубым карбюратором и прикрепил его к тележке для скалистых 500-х годов. ножной привод. Несколько лет спустя Маркус разработал автомобиль, который на короткое время разгонялся до 10 миль в час, который несколько историков считали предшественником современного автомобиля, поскольку он стал первым в мире транспортным средством с бензиновым двигателем (однако, читайте противоречивые примечания ниже).
1873 – американский инженер Джордж Брайтон разработал неудачный двухтактный керосиновый двигатель (в нем использовались два внешних насосных цилиндра). Однако он считался первым безопасным и практичным масляным двигателем.
1866 – немецкие инженеры Ойген Ланген и Николаус Август Отто усовершенствовали двигатель Ленуара и де Роша. спроектировал и изобрел более эффективный газовый двигатель.
1876 – Николаус Август Отто изобрел и позже запатентовал успешный четырехтактный двигатель, известный как “цикл Отто” .
1876 – первый успешный двухтактный двигатель был изобретен сэром Дугалдом Клерком.
1883 – Французский инженер Эдуард Деламар-Дебутвиль построил одноцилиндровый четырехтактный двигатель, работающий на печном газе. Неизвестно, действительно ли он построил машину, однако проекты Деламара-Дебутвилля были очень продвинутыми для того времени – в некоторых отношениях опережали как Даймлера, так и Бенца, по крайней мере, на бумаге.
1885 – Готлиб Даймлер изобрел то, что часто называют прототипом современного газового двигателя – с вертикальным цилиндром и с впрыском бензина через карбюратор (запатентовано в 1887 году). Компания Daimler впервые построила двухколесный автомобиль Reitwagen (ездовая повозка) с этим двигателем, а год спустя построила первый в мире четырехколесный автомобиль.
1886 – 29 января Карл Бенц получил первый патент (DRP № 37435) на автомобиль, работающий на газе.
1889 – Daimler построил улучшенный четырехтактный двигатель с грибовидными клапанами и двумя V-образными цилиндрами.
1890 – Вильгельм Майбах построил первый четырехцилиндровый четырехтактный двигатель.

Проектирование двигателей и автомобилей были неотъемлемой частью деятельности, почти все конструкторы двигателей, упомянутые выше, также проектировали автомобили, и некоторые из них впоследствии стали основные производители автомобилей. Все эти и многие другие изобретатели внесли заметные улучшения в эволюцию автомобилей внутреннего сгорания.

Дизайн [ править ]

Аткинсон произвел три различных конструкции с коротким ходом сжатия и более длинным ходом расширения. Первый двигатель с циклом Аткинсона, дифференциальный двигатель , использовал оппозитные поршни. Второй и наиболее известной конструкцией был циклический двигатель , в котором использовался центральный рычаг для создания четырех тактов поршня за один оборот коленчатого вала. Поршневой двигатель имел потребление, сжатие, мощность и выхлопные удары в четырехтактном цикле в одном повороте коленчатого вала , и был разработан , чтобы избежать нарушений определенных патентов , охватывающих Отто цикла двигателей. Третий и последний двигатель Аткинсона, утилитарный двигатель., работает как любой двухтактный двигатель.

Общей чертой всех конструкций Аткинсона является то, что у двигателей ход расширения длиннее хода сжатия, и с помощью этого метода двигатель достигает большей тепловой эффективности, чем традиционный поршневой двигатель. Двигатели Аткинсона были произведены British Gas Engine Company, а также лицензированы для других зарубежных производителей.

Многие современные двигатели теперь используют нетрадиционные фазы газораспределения, чтобы добиться эффекта более короткого хода сжатия / более длительного рабочего хода. Миллер применил эту технику к четырехтактному двигателю, поэтому его иногда называют циклом Аткинсона / Миллера, патент США 2817322 от 24 декабря 1957. В 1888 году Харон подал заявку на французский патент и представил двигатель в Париже. Выставка 1889 года. В газовом двигателе Charon (четырехтактном) использовался цикл, аналогичный циклу Миллера, но без нагнетателя. Его называют «циклом Харона».

Рой Федден в Бристоле в 1928 году испытал конструкцию двигателя Bristol Jupiter IV с изменяемой синхронизацией замедления, позволяющей части заряда возвращаться во впускной коллектор, чтобы обеспечить устойчивое снижение рабочего давления во время взлета. необходима цитата

Современные конструкторы двигателей осознают потенциальные улучшения топливной эффективности, которые может обеспечить цикл типа Аткинсона.

Преимущества и недостатки цикла Аткинсона

Двигатель Аткинсона имеет несколько преимуществ
, выделяющих его перед остальными ДВС:
1. Снижение топливных потерь. Как говорилось ранее, благодаря изменению длительности тактов, стало возможным сохранять топливо, используя отработанные газы и снижая насосные потери. 2. Маленькая вероятность детонационного сгорания. Степень сжатия топлива уменьшается с 10 до 8. Это позволяет не повышать обороты мотора переключением на пониженную передачу в связи с увеличением нагрузки. Так же вероятность детонационного сгорания меньше из-за выхода тепла из камеры сгорания во впускной коллектор.
3. Маленький расход бензина. В новых гибридных моделях расход бензина равен 4 литра на 100 км.
4. Экономичность, экологичность, высокий КПД.

Но у двигателя Аткинсона есть один существенный недостаток, который не позволял применять его в массовом производстве машин. Из-за невысоких показателей мощности, на маленьких оборотах двигатель может заглохнуть.
Поэтому двигатель Аткинсона очень хорошо прижился на гибридах.

Цикл Отто

Начнем мы с самого главного цикла работы, который используют практически все ДВС в наше время. Назван он в честь Николауса Августа Отто, немецкого изобретателя. Первоначально Отто использовал наработки бельгийца Жана Ленуара. Немного понимания первоначальной конструкции даст эта модель двигателя Ленуара.

Так как Ленуар и Отто не были знакомы с электротехникой, то воспламенение в их прототипах создавалось открытым пламенем, которое через трубку зажигало смесь внутри цилиндра. Главное отличие двигателя Отто от двигателя Ленуара было в размещении цилиндра вертикально, что натолкнуло Отто на использование энергии отработанных газов для поднятия поршня после рабочего хода. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления. И после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Именно полнота использования энергии позволила поднять КПД до умопомрачительных на то время 15%, что превышало эффективность даже паровых машин. Кроме того, такая конструкция позволила использовать в пять раз меньше топлива, что потом привело к тотальному доминированию подобной конструкции на рынке.

Но главная заслуга Отто – изобретение четырехтактного процесса работы ДВС. Это изобретение было сделано в 1877 году и тогда же было запатентовано. Но французские промышленники покопались в своих архивах и нашли, что идею четырехтактной работы за несколько лет до патента Отто описал француз Бо де Рош. Это позволило снизить патентные выплаты и заняться разработкой собственных моторов. Но благодаря опыту, двигатели Отто были на голову лучше конкурентов. И к 1897 году их было сделано 42 тысячи штук.

Но что, собственно говоря, такое цикл Отто? Это знакомые нам со школьной скамьи четыре такта ДВС – впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Все эти процессы занимают равное количество времени, а тепловые характеристики мотора показаны на следующем графике:

Где 1-2 – это сжатие, 2-3 – рабочий ход, 3-4 – выпуск, 4-1 – впуск. КПД такого двигателя зависит от степени сжатия и показателя адиабаты:

, где n – степень сжатия, k – показатель адиабаты, или отношение теплоемкости газа при постоянном давлении к теплоемкости газа при постоянном объеме.

Другими словами – это количество энергии, которую нужно потратить, чтобы вернуть газ внутри цилиндра к прежнему состоянию.

Транспортные средства с двигателями цикла Аткинсона

Хотя модифицированный поршневой двигатель с циклом Отто, использующий цикл Аткинсона, обеспечивает хорошую топливную экономичность, это происходит за счет более низкой мощности на рабочий объем по сравнению с традиционным четырехтактным двигателем. Если потребность в дополнительной мощности является прерывистой, мощность двигателя может быть дополнена электродвигателем в периоды, когда требуется больше мощности. Это составляет основу гибридной электрической трансмиссии на основе цикла Аткинсона . Эти электродвигатели могут использоваться независимо от двигателя с циклом Аткинсона или в сочетании с ним, чтобы обеспечить наиболее эффективные средства производства желаемой мощности. Эта трансмиссия впервые была запущена в производство в конце 1997 года на Toyota Prius первого поколения .

По состоянию на июль 2021 года во многих трансмиссиях серийных гибридных автомобилей используются концепции цикла Аткинсона, например:

Chevrolet Volt
Chrysler Pacifica (передний привод) подключаемая гибридная модель минивэн
Ford C-Max (передний привод / рынок США) гибридные и подключаемые гибридные модели
Ford Escape / Mercury Mariner / Mazda Tribute electric (передний и полный привод) со степенью сжатия 12,4: 1
Ford Fusion Hybrid / Mercury Milan Hybrid / Lincoln MKZ Hybrid электрический (передний привод) со степенью сжатия 12,3: 1
Подключаемый модуль Honda Accord Hybrid
Honda Accord Hybrid (передний привод)
Подключаемый модуль Honda Clarity Hybrid
Honda Insight (передний привод)
Honda Fit (передний привод) некоторые двигатели 3-го поколения переключаются между циклами Аткинсона и Отто.
Hyundai Sonata Hybrid (передний привод)
Hyundai Elantra Atkinson-модели цикла
Hyundai Grandeur hybrid (передний привод)
Hyundai Ioniq hybrid, подключаемый гибрид (передний привод)
Hyundai Palisade 3,8 л Лямбда II V6 GDi
Infiniti M35h hybrid (задний привод)
Kia Forte 147 л.с. только бензин 2.0 (передний привод)
Kia Niro hybrid (передний привод)
Kia Optima Hybrid Kia K5 hybrid 500h (передний привод) со степенью сжатия 13: 1
Kia Cadenza Hybrid Kia K7 hybrid 700h (передний привод)
Киа Теллурид 3.8 Лямбда II V6 GDi
Kia Seltos 2.0L (передний привод)
Lexus CT 200h (передний привод)
Lexus ES 300h (передний привод)
Lexus GS 450h hybrid electric (задний привод) со степенью сжатия 13: 1
Lexus RC F (задний привод)
Lexus GS F (задний привод)
Lexus HS 250h (передний привод)
Lexus IS 200t (2016)
Lexus NX hybrid electric (полный привод)
Lexus RX 450h hybrid electric (полный привод)
Lexus LC (задний привод)
Mazda Mazda6 (2013 для 2014 модельного года)
Mercedes ML450 Hybrid (полный привод) электрический
Mercedes S400 Blue Hybrid (задний привод) электрический
Mitsubishi Outlander PHEV (2018 для 2021 модельного года, подключаемый гибридный полный привод)
Renault Captur MK2 (PHEV)
Renault Clio MK5 (HEV)
Renault Mégane MK4 (PHEV)
Subaru Crosstrek Hybrid (2018 на 2021 модельный год, полный привод)
Toyota Camry Hybrid electric (передний привод) со степенью сжатия 12,5: 1
Toyota Avalon Hybrid (передний привод)
Toyota Highlander Hybrid (2011 г. и новее)
Toyota Prius hybrid electric (передний привод) со степенью сжатия (чисто геометрической) 13,0: 1
Toyota Yaris Hybrid (передний привод) со степенью сжатия 13,4: 1
Toyota Auris Hybrid (передний привод)
Toyota Tacoma V6 (начиная с 2015 года для 2021 модельного года)
Toyota RAV4 Hybrid (начиная с 2015 года для 2021 модельного года)
Toyota Sienna (2016 для 2021 модельного года, гибридное начало для 2021 модельного года)
Toyota Venza (начало гибрида с 2021 модельного года)
Toyota C-HR Hybrid (2016-настоящее время)