Motor. Razlike između Ottovog i Atkinsonovog ciklusa
Već neko vrijeme sve je češći izraz "Atkinsonov motor ekonomskog ciklusa". Što je to ciklus i zašto smanjuje potrošnju goriva?
Najčešći četverotaktni benzinski motori danas rade na takozvanom Ottovom ciklusu, koji je krajem XNUMX. stoljeća razvio njemački izumitelj Nikolaus Otto, dizajner jednog od prvih uspješnih klipnih motora s unutarnjim izgaranjem. Bit ovog ciklusa čine četiri takta izvedena u dva okretaja radilice: usisni hod, takt kompresije, radni hod i ispušni hod.
Na početku usisnog hoda otvara se usisni ventil kroz koji se uvlačenjem klipa uvlači smjesa zraka i goriva iz usisnog razvodnika. Prije početka takta kompresije, usisni ventil se zatvara i klip koji se vraća u glavu komprimira smjesu. Kada klip dosegne svoj vršni položaj, smjesa se zapali električnom iskrom. Nastali vrući ispušni plinovi se šire i potiskuju klip, prenoseći na njega svoju energiju, a kada je klip što dalje od glave, ispušni ventil se otvara. Takt ispuha započinje povratnim klipom koji gura ispušne plinove iz cilindra u ispušni razvodnik.
Nažalost, ne koristi se sva energija u ispušnim plinovima tijekom takta snage za guranje klipa (i, preko klipnjače, za okretanje koljenastog vratila). Oni su još uvijek pod visokim tlakom kada se ventil za izdisaj otvori na početku takta izdisaja. O tome možemo saznati kada čujemo buku koju stvara automobil s pokvarenim ispušnim loncem – nastaje zbog oslobađanja energije u zrak. Zbog toga su tradicionalni benzinski motori učinkoviti samo oko 35 posto. Kad bi bilo moguće povećati hod klipa u radnom hodu i iskoristiti ovu energiju ...
Ova ideja došla je do engleskog izumitelja Jamesa Atkinsona. Godine 1882. projektirao je motor u kojem je, zahvaljujući složenom sustavu potiskivača koji povezuju klipove s radilicom, radni hod bio duži od kompresijskog. Kao rezultat toga, na početku ispušnog udara tlak ispušnih plinova bio je praktički jednak atmosferskom tlaku, a njihova energija je u potpunosti iskorištena.
Uredništvo preporučuje:
Ploče. Vozači čekaju revoluciju?
Domaći načini zimske vožnje
Pouzdana beba za malo novca
Pa zašto se Atkinsonova ideja nije koristila šire i zašto motori s unutarnjim izgaranjem koriste manje učinkovit Otto ciklus više od jednog stoljeća? Dva su razloga: jedan je složenost Atkinsonovog motora, a drugi - i što je još važnije - što manje snage prima od jedinice zapremnine.
No, kako se sve više pažnje posvećivalo potrošnji goriva i utjecaju motorizacije na okoliš, ostala je upamćena visoka učinkovitost Atkinsonovog motora, posebice pri srednjim brzinama. Njegov koncept pokazao se izvrsnim rješenjem, posebice u hibridnim vozilima, u kojima elektromotor nadoknađuje nedostatak snage, posebno potrebne pri startanju i ubrzavanju.
Zato je modificirani motor Atkinsonovog ciklusa korišten u prvom masovno proizvedenom hibridnom automobilu, Toyoti Prius, a potom i u svim ostalim hibridima Toyote i Lexusa.
Što je modificirani Atkinsonov ciklus? Ovo pametno rješenje učinilo je da Toyotin motor zadrži klasičan, jednostavan dizajn konvencionalnih četverotaktnih motora, a klip prijeđe istu udaljenost pri svakom taktu, efektivni hod je duži od takta kompresije.
Zapravo, treba reći drugačije: učinkovit ciklus kompresije je kraći od radnog ciklusa. To se postiže odgađanjem zatvaranja usisnog ventila, koji se zatvara ubrzo nakon početka takta kompresije. Tako se dio mješavine zraka i goriva vraća u usisni razvodnik. To ima dvije posljedice: količina ispušnih plinova koja nastaje pri sagorijevanju je manja i može se u potpunosti proširiti prije početka ispušnog takta, prenoseći svu energiju na klip, a manje energije je potrebno za komprimiranje manje smjese, što smanjuje unutarnje gubitke motora. Koristeći ovo i druga rješenja, pogonski motor Toyote Prius četvrte generacije uspio je postići toplinsku učinkovitost od čak 41 posto, što je prije bilo dostupno samo kod dizelskih motora.
Ljepota rješenja je u tome što kašnjenje u zatvaranju usisnih ventila ne zahtijeva velike strukturne promjene – dovoljno je koristiti elektronički kontrolirani mehanizam za promjenu vremena ventila.
I ako je tako, je li moguće i obrnuto? Pa naravno; prirodno! Motori s promjenjivim radnim ciklusom proizvode se već neko vrijeme. Kada je potražnja za snagom niska, kao što je pri vožnji na ležernim cestama, motor radi po Atkinsonovom ciklusu za nisku potrošnju goriva. A kada je potrebna najbolja izvedba - od prednjih svjetala ili pretjecanja - prebacuje se na Otto ciklus, koristeći svu dostupnu dinamiku. Ovaj 1,2-litreni turbo motor s izravnim ubrizgavanjem koristi se na primjer u Toyoti Auris i novom gradskom SUV-u Toyote C-HR. Isti dvolitreni motor koristi se na Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t i RC 200t.
