منتشر شده در 29 آبان 1403 ساعت 16:30
یکی از راهکار های افزایش بهره وری در خودرو ها استفاده از چرخه اتکینسون است. در این مطلب می خواهیم به بررسی چرخه اتکینسون بپردازیم.
سیکل اتکینسون که برای افزایش بهره‌وری و کاهش مصرف سوخت در موتورهای درون‌سوز توسعه یافته، نقشی کلیدی در فناوری خودروهای مدرن، به‌ویژه خودروهای هیبریدی ایفا میکند. اما این چرخه چگونه کار میکند و چرا در برخی خودروها ترجیح داده می‌شود؟ در این مطلب، ابتدا به معرفی و بررسی کامل سیکل آتکینسون پرداخته و سپس مزایا و معایب آن را برسی میکنیم .
چرخه اتکینسون چیست؟
سیکل آتکینسون یکی از طراحی‌های خاص در موتورهای درون‌سوز است که برای افزایش بازده حرارتی و کاهش مصرف سوخت معرفی شده است. این چرخه توسط جیمز آتکینسون، مهندس بریتانیایی، در سال ۱۸۸۲ طراحی شد تا با استفاده بهینه‌تر از انرژی سوخت، هدررفت انرژی در فرایند احتراق کاهش یابد. ویژگی اصلی این چرخه نسبت انبساط بیشتر از نسبت تراکم است که با تغییر در زمان‌بندی سوپاپ‌ها ممکن می‌شود.
در چرخه اتکینسون، سوپاپ مکش برای مدت طولانی‌تری باز می‌ماند و باعث می‌شود بخشی از مخلوط سوخت و هوا پیش از شروع تراکم به منیفولد مکش بازگردد. این امر موجب کاهش حجم واقعی تراکم می‌شود، اما حجم انبساط همچنان حفظ یا حتی افزایش می‌یابد. در نتیجه، گازهای حاصل از احتراق انرژی بیشتری آزاد می‌کنند، که باعث افزایش بازده حرارتی موتور می‌شود. این طراحی، هرچند بازده سوخت را بهبود می‌بخشد، اما تأثیر مستقیمی بر توان و گشتاور موتور در شرایط مختلف دارد.
در دور موتور پایین، موتورهای چرخه اتکینسون به دلیل کاهش حجم تراکم مؤثر، گشتاور کمتری تولید می‌کنند. باز ماندن طولانی تر سوپاپ مکش باعث می‌شود انرژی پتانسیل مخلوط سوخت و هوا در این مرحله کمتر باشد، که نتیجه آن کاهش توان تولیدی در دورهای پایین است. این امر به‌ویژه در خودروهای غیرهیبریدی که به گشتاور بالا در این محدوده نیاز دارند، نقطه‌ضعف محسوب می‌شود. با این حال، در خودروهای هیبریدی، این مشکل با استفاده از موتورهای الکتریکی جبران می‌شود، چرا که موتور الکتریکی می‌تواند گشتاور لحظه‌ای بالایی را فراهم کند و نیاز خودرو در شرایط شروع حرکت یا شتاب‌گیری در سرعت‌های پایین را برآورده سازد.
در دور موتور بالا، سیکل آتکینسون عملکرد بهتری دارد. نسبت انبساط بیشتر به موتور اجازه میدهد انرژی بیشتری از گازهای احتراق استخراج کند، که این امر بازده کلی را افزایش میدهد. با این وجود، به دلیل کاهش حجم تراکم، توان خروجی نهایی همچنان کمتر از موتورهایی است که از چرخه‌های دیگر استفاده می‌کنند. بنابراین، موتورهای آتکینسون در شرایطی که نیاز به توان و گشتاور مداوم در دورهای بالا دارند، مانند رانندگی در بزرگراه‌ها، عملکردی بهینه‌تر دارند.
این ویژگی‌ها باعث می‌شود موتورهای سیکل آتکینسون بیشتر برای شرایطی مناسب باشند که بازده سوخت و کاهش آلایندگی اولویت بالاتری نسبت به توان و گشتاور بالا داشته باشند. این موتورها در خودروهای هیبریدی مانند تویوتا پریوس، با ترکیب مزایای موتور الکتریکی، عملکردی ایده‌آل ارائه می‌دهند. در سرعت‌های پایین و ترافیک شهری، موتور الکتریکی وظیفه تولید گشتاور را بر عهده دارد و بازده بالای سیکل آتکینسون به کاهش مصرف سوخت کمک میکند. در سرعت‌های بالا نیز، این سیکل با بهره‌وری انرژی بیشتر از گازهای احتراق، مصرف سوخت را به حداقل می‌رساند.
به دلیل ماهیت طراحی، چرخه اتکینسون کمتر برای خودروهای با کاربری سنگین یا کاربردهایی که نیاز به گشتاور بالا در تمام محدوده‌های دور موتور دارند، مناسب است. اما در خودروهای خانوادگی، اقتصادی و هیبریدی که تمرکز بر کاهش مصرف سوخت و آلایندگی است، یکی از بهترین گزینه‌ها محسوب می‌شود. ترکیب این طراحی با فناوری‌های مدرن، مانند سیستم‌های زمان‌بندی متغیر سوپاپ، نیز می‌تواند عملکرد آن را بهبود بخشیده و کاربرد آن را گسترده‌تر کند.
شاید الان بپرسید خوب این سیکل چه تاثیری بر روی پیکاپ KMC T9 دارد ؟با توجه به اینکه این موتور از سیکل اتکینسون استفاده میکند در دور موتور های بالا توان گشتاور خود را ارائه میدهد که این برای یک پیکاپ که استفاده آفرودی یعنی در مسیر های شن‌نوردی و تپه‌های ماسه‌ای، مسیرهای باز و سریع (مانند مسیرهای بیابانی)، عبور از رودخانه‌های کم‌عمق با جریان قوی، مناسب تر است.
مزایا و معایب چرخه اتکینسون
یکی از مهم‌ترین مزایای این سیکل، افزایش بازده حرارتی و کاهش مصرف سوخت است. این ویژگی به‌ویژه در خودروهای هیبریدی که بازده سوخت و کاهش آلایندگی از اولویت‌های اصلی هستند، به کار می‌آید. علاوه بر این، طراحی سیکل آتکینسون منجر به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شود که نقش مهمی در حفاظت از محیط‌زیست ایفا میکند.
اما این سیکل معایب خود را نیز دارد. کاهش توان و گشتاور در دور موتور پایین، یکی از اصلی‌ترین نقاط ضعف آن است. این محدودیت باعث می‌شود موتورهای سیکل آتکینسون برای خودروهایی که نیاز به شتاب سریع یا قدرت بالا دارند، مناسب نباشند.
استفاده از سیکل اتکینسون در خودرو های فول بنزینی باعث می شود حساسیت به پدال گاز پایین بیاید و شتاب گیری انها در شروع به حرکت کند تر شود،در کل سرگاز کمتری دارند.
همچنین، استفاده از این سیکل نیازمند زمان‌بندی دقیق سوپاپ‌ها و طراحی پیشرفته‌تر موتور است که ممکن است هزینه‌های تولید را افزایش دهد.
سیکل آتکینسون به‌عنوان یک نوآوری مهندسی، تحولی در بهره‌وری موتورهای احتراقی است. هرچند محدودیت‌هایی در توان و گشتاور دارد، اما با توجه به کاهش مصرف سوخت و آلایندگی، به‌ویژه در ترکیب با فناوری‌های هیبریدی، به یکی از گزینه‌های محبوب در طراحی موتور ها تبدیل شده است. آینده این سیکل، با همه گیری بیشتر خودرو های هیبرید و بهبود طراحی‌ها، می‌تواند از انچه که هست گسترده تر شود.
source