Praca silnika - czym różni się cykl Atkinsona od cyklu Otto

Od pewnego czasu coraz częściej napotykamy się określeniem "silnik pracujący w oszczędnym cyklu Atkinsona". Na czym polega ten cykl? Co odróżnia go od bardziej rozpowszechnionego cyklu Otto?

Cykl Otto

Stosowane najczęściej w samochodach czterosuwowe silniki benzynowe pracują w tak zwanym cyklu Otto. Zasada ta została opracowana pod koniec XIX wieku przez niemieckiego wynalazcę Nikolausa Otto, konstruktora jednych z pierwszych udanych tłokowych silników spalinowych. Istotą tego cyklu są składające się nań cztery suwy, wykonywane podczas dwóch obrotów wału korbowego: suw ssania, suw sprężania, suw pracy i suw wydechu.

Na początku suwu ssania otwiera się zawór ssący, przez który pod wpływem cofającego się tłoka z kolektora dolotowego zasysana jest mieszanka paliwowo-powietrzna. Przed rozpoczęciem suwu sprężania zawór ssący zamyka się i powracający w stronę głowicy tłok dokonuje sprężenia mieszanki. Gdy tłok dochodzi do szczytowego położenia, pod wpływem iskry elektrycznej następuje zapłon mieszanki. Powstałe w ten sposób gorące gazy spalinowe rozprężając się popychają tłok, przekazując mu swoją energię i gdy tłok maksymalnie oddali się od głowicy, otwiera się zawór wydechowy. Rozpoczyna się suw wydechu, w którym powracający tłok wypycha spaliny z cylindra do kolektora wydechowego.

Przeczytaj: Jak dobrać amortyzatory do auta, kiedy je wymienić

Niestety, nie cała energia spalin jest wykorzystywana podczas suwu pracy do popychania tłoka (i, za pośrednictwem korbowodu, obracania wału korbowego). W chwili otwarcia zaworu wydechowego na początku suwu wydechu mają one jeszcze wciąż duże ciśnienie. Możemy się o tym przekonać, słysząc hałas powodowany przez samochód z zepsutym tłumikiem – jego powodem jest właśnie uciekająca w powietrze energia. Dlatego właśnie sprawność tradycyjnych silników benzynowych to zaledwie około 35 procent.

Cykl Atkinsona

James Atkinson - twórca cyklu Atkinsona postawił na wydłużoną drogę tłoka w suwie pracy. Anglik w 1882 roku skonstruował silnik, w którym dzięki skomplikowanemu układowi popychaczy łączących tłoki z wałem korbowym, suw pracy był dłuższy od suwu sprężania. Dzięki temu w momencie rozpoczęcia suwu wydechu ciśnienie gazów spalinowych było już właściwie równe atmosferycznemu, a ich energia w pełni wykorzystana.

Sprawdź: Jak samemu wykryć usterkę zawieszenia auta - porada

Dlaczego pomysł Atkinsona nie zyskał szerszego zastosowania, a silniki spalinowe przez ponad stulecie korzystały z mniej wydajnego cyklu Otto? Przyczyny są dwie: jedna to złożona budowa silnika Atkinsona, a druga – i ważniejsza – mniejsza moc, którą silnik taki uzyskuje z jednostki pojemności skokowej.

Cykl Atkinsona w hybrydach

Gdy jednak zaczęto zwracać coraz większą uwagę na zużycie paliwa oraz wpływ motoryzacji na środowisko naturalne, przypomniano sobie o wysokiej sprawności silnika Atkinsona, znakomitej zwłaszcza w średnim zakresie obrotów. Jego koncepcja okazała się doskonałym rozwiązaniem zwłaszcza w samochodach hybrydowych, w których niedobór mocy, potrzebnej zwłaszcza podczas ruszania i przyspieszania, kompensowany jest przez silnik elektryczny. Dlatego właśnie silnik pracujący w zmodyfikowanym cyklu Atkinsona znalazł zastosowanie w samochodach hybrydowych.

Toyota jako pierwsza zaczęła stosować w seryjnie produkowanych autach hybrydowych zmodyfikowany cykl Atkinsona. Na czym polega taki zmodyfikowany cykl? Mimo iż silnik zachowuje klasyczną, prostą budowę konwencjonalnych silników czterosuwowych, a w każdym z suwów tłok pokonuje taką samą drogę, efektywny suw pracy jest dłuższy od suwu sprężania (efektywny suw sprężania jest krótszy od suwu pracy). Osiągnięto to dzięki opóźnieniu zamknięcia zaworu ssącego, który zamyka się chwilę po rozpoczęciu suwu sprężania. W ten sposób część mieszanki paliwowo-powietrznej jest cofana do kolektora ssącego. Ma to dwojakie konsekwencje: ilość gazów spalinowych powstałych z jej spalenia jest mniejsza i jest w stanie rozprężyć się całkowicie przed rozpoczęciem suwu wydechu, przekazując całą energię tłokowi, a sprężanie mniejszej ilości mieszanki wymaga mniejszej ilości energii, co zmniejsza wewnętrzne straty silnika.

Bądź na bieżąco z motoryzacją. Polub nas na Facebooku