wp

Cykl Atkinsona: wszystko, co należy o nim wiedzieć

Głosuj
Głosuj
Podziel się
Opinie
Cykl Atkinsona: wszystko, co należy o nim wiedzieć
(zdjęcie producenta)

Od pewnego czasu coraz częściej spotyka się określenie "silnik pracujący w oszczędnym cyklu Atkinsona". Na czym polega takie rozwiązanie i czy naprawdę charakteryzuje się umiarkowanym zużyciem paliwa?

Obecnie najbardziej rozpowszechnione są czterosuwowe silniki benzynowe pracujące w tzw. cyklu Otto, opracowanym pod koniec XIX w. przez niemieckiego wynalazcę Nikolausa Otto, konstruktora jednych z pierwszych udanych tłokowych silników spalinowych. Istotą tego cyklu są właśnie składające się nań cztery suwy, wykonywane podczas dwóch obrotów wału korbowego: suw ssania, suw sprężania, suw pracy i suw wydechu.

wp

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.

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 proc. Angielski wynalazca James Atkinson uważał, że należy wydłużyć drogę tłoka w suwie pracy i tę energię wykorzystać. Swój zamiar zrealizował w 1882 r. Skonstruował silnik, w którym dzięki 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.

Dlaczego więc 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. Gdy jednak zaczęto zwracać coraz większą uwagę na zużycie paliwa oraz wpływ motoryzacji na środowisko naturalne, przypomniano sobie o wysokiej sprawności silnika Atkinsona, 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. Rozwiązanie to można było spotkać w pierwszym seryjnie produkowanym samochodzie z napędem hybrydowym – Toyocie Prius.

Zmodyfikowany cykl Atkinsona opiera się na koncepcji, która zakłada klasyczną, prostą budowę konwencjonalnych silników czterosuwowych, a w każdym z suwów tłok pokonuje taką samą drogę, efektywny suw pracy jest dłuższy od suwu sprężania. 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. Stosując to i inne rozwiązania, w przypadku silnika wchodzącego w skład układu napędowego czwartej generacji Priusa udało się osiągnąć sprawność cieplną aż 41 proc., do tej pory osiągalną jedynie dla silników wysokoprężnych.

wp

Zaleta tego rozwiązania polega również na tym, że opóźnione zamykanie zaworów ssących nie wymaga poważnych zmian konstrukcyjnych – wystarczy wykorzystać do tego elektronicznie sterowany mechanizm zmiennych faz rozrządu. Od pewnego czasu produkowane są też silniki o zmiennym cyklu pracy. Gdy zapotrzebowanie na moc jest niewielkie, na przykład podczas spokojnej jazdy szosowej, silnik taki pracuje w cyklu Atkinsona, zużywając niewiele paliwa. Gdy zaś potrzebne są lepsze osiągi – przy ruszaniu ze świateł czy wyprzedzaniu – przechodzi do cyklu Otto, wykorzystując całą dostępną dynamikę.

ll/Wirtualna Polska

**Rosnąca popularność BlaBlaCar jest faktem. Sprawdź, czemu się to opłaca!**

Polub WP Moto
wp
wp
wp
0
komentarze
Głosuj
Głosuj
0
Wow!
0
Ważne
0
Słabe
0
Straszne
Trwa ładowanie
.
.
.