Motor. Rozdiely medzi Ottovým a Atkinsonovým cyklom
Už nejaký čas sa výraz „motor s Atkinsonovým ekonomickým cyklom“ stáva čoraz bežnejším. Čo je to za cyklus a prečo znižuje spotrebu paliva?
Najbežnejšie štvortaktné benzínové motory dnes pracujú na takzvanom Ottovom cykle, ktorý na konci XNUMX storočia vyvinul nemecký vynálezca Nikolaus Otto, konštruktér jedného z prvých úspešných piestových spaľovacích motorov. Podstatu tohto cyklu tvoria štyri zdvihy vykonávané v dvoch otáčkach kľukového hriadeľa: sací zdvih, kompresný zdvih, pracovný zdvih a výfukový zdvih.
Na začiatku sacieho zdvihu sa otvorí sací ventil, cez ktorý sa zatiahnutím piestu nasáva zmes vzduchu a paliva zo sacieho potrubia. Pred začiatkom kompresného zdvihu sa sací ventil uzavrie a piest vracajúci sa do hlavy stláča zmes. Keď piest dosiahne svoju maximálnu polohu, zmes sa zapáli elektrickou iskrou. Vzniknuté horúce výfukové plyny expandujú a tlačia na piest, odovzdávajú mu svoju energiu a keď je piest čo najďalej od hlavy, otvorí sa výfukový ventil. Výfukový zdvih začína spätným piestom, ktorý tlačí výfukové plyny von z valca do výfukového potrubia.
Žiaľ, nie všetka energia vo výfukových plynoch sa pri silovom zdvihu spotrebuje na tlačenie piestu (a cez ojnicu na otáčanie kľukového hriadeľa). Pri otvorení výdychového ventilu na začiatku výdychového zdvihu sú stále pod vysokým tlakom. Môžeme sa o tom dozvedieť, keď počujeme hluk, ktorý vydáva auto s pokazeným tlmičom – je to spôsobené uvoľňovaním energie do ovzdušia. To je dôvod, prečo sú tradičné benzínové motory účinné len asi 35 percent. Ak by bolo možné zvýšiť zdvih piestu v pracovnom zdvihu a využiť túto energiu ...
Tento nápad prišiel k anglickému vynálezcovi Jamesovi Atkinsonovi. V roku 1882 skonštruoval motor, v ktorom bol vďaka zložitému systému tlačníkov spájajúcich piesty s kľukovým hriadeľom zdvih dlhší ako kompresný. Vďaka tomu sa na začiatku výfukového zdvihu tlak výfukových plynov takmer rovnal atmosférickému tlaku a ich energia bola plne využitá.
Redakcia odporúča:
Dosky. Vodiči čakajúci na revolúciu?
Domáce spôsoby zimného jazdenia
Spoľahlivé dieťa za málo peňazí
Prečo sa teda Atkinsonova myšlienka nerozšírila a prečo už viac ako storočie využívajú spaľovacie motory menej efektívny Ottov cyklus? Dôvody sú dva: jedným je zložitosť Atkinsonovho motora a druhým – a čo je dôležitejšie – menší výkon, ktorý dostáva z objemovej jednotky.
Keďže sa však stále viac dbalo na spotrebu paliva a vplyv motorizácie na životné prostredie, pamätalo sa na vysokú účinnosť Atkinsonovho motora najmä v stredných otáčkach. Jeho koncept sa ukázal ako vynikajúce riešenie najmä v hybridných vozidlách, v ktorých elektromotor kompenzuje nedostatok výkonu, potrebný najmä pri rozjazdoch a akcelerácii.
Preto bol motor s upraveným Atkinsonovým cyklom použitý v prvom sériovo vyrábanom hybridnom aute Toyota Prius a potom vo všetkých ostatných hybridoch Toyota a Lexus.
Čo je upravený Atkinsonov cyklus? Vďaka tomuto šikovnému riešeniu si motor Toyota zachoval klasický, jednoduchý dizajn konvenčných štvortaktných motorov a piest prejde rovnakú vzdialenosť pri každom zdvihu, pričom efektívny zdvih je dlhší ako kompresný zdvih.
V skutočnosti by sa to malo povedať inak: efektívny kompresný cyklus je kratší ako pracovný cyklus. Dosahuje sa to oneskorením zatvárania sacieho ventilu, ktorý sa zatvára krátko po začiatku kompresného zdvihu. Časť zmesi vzduchu a paliva sa tak vracia späť do sacieho potrubia. To má dva dôsledky: množstvo výfukových plynov produkovaných pri ich spaľovaní je menšie a je schopné úplne expandovať pred začiatkom výfukového zdvihu, pričom všetku energiu prenesie na piest a menej energie je potrebné na stlačenie menšieho množstva zmesi, ktorá znižuje vnútorné straty motora. Použitím tohto a ďalších riešení bola štvrtá generácia motora hnacieho ústrojenstva Toyota Prius schopná dosiahnuť tepelnú účinnosť až 41 percent, ktorá bola predtým dostupná len pre dieselové motory.
Krása riešenia spočíva v tom, že oneskorenie zatvárania sacích ventilov si nevyžaduje veľké konštrukčné zmeny – stačí použiť elektronicky riadený mechanizmus na zmenu časovania ventilov.
A ak áno, je to možné a naopak? No, samozrejme; prirodzene! Motory s premenlivým pracovným cyklom sa vyrábajú už nejaký čas. Keď je dopyt po výkone nízky, napríklad pri jazde na pokojných cestách, motor beží v Atkinsonovom cykle, čím sa znižuje spotreba paliva. A keď sa požaduje najlepší výkon – od predných svetiel alebo predbiehania – prepne sa na Ottov cyklus s využitím všetkej dostupnej dynamiky. Tento 1,2-litrový preplňovaný motor s priamym vstrekovaním sa používa napríklad v Toyote Auris a novom mestskom SUV Toyota C-HR. Rovnaký dvojlitrový motor je použitý v modeloch Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t a RC 200t.
