Kako deluje Atkinsonov motor

Atkinsonovi motori so notranji zgorevalni motorji s štiritaktnim ciklom, ki je v osnovi skoraj enak ciklu Otto, vendar imajo slabost v nekoliko manjši moči. Na pozitivni strani bolje izkoriščajo gorivo, kar omogoča nižjo porabo.

Prvotno, za razliko od današnjega delovanja, je Atkinsonov motor vse štiri takte (sesanje, stiskanje, ekspanzija in izpuh) izvedel v enem obratu kolenastega gredi. Motorji s ciklom Otto za enake takte potrebujejo dva obrata kolenastega gredi.

Danes se je ta koncept spremenil, in glavna razlika med motorjem s ciklom Otto in Atkinsonovim motorjem je v tem, da se med delom kompresijskega takta (približno polovico) sesalni ventili še vedno odprti. To se doseže s spremembo sesalnih krivulj bregastega gredi, s čimer se bistveno zmanjšajo izgube motorja zaradi stiskanja mešanice.

Delovanje Atkinsonovega motorja

Pri Atkinsonovem motorju so prisotni štirje takti bencinskega motorja, in sicer sesanje, stiskanje, vžig in izpuh. Vendar pri tem tipu motorja sesalni ventil v procesu stiskanja zapre pozno, zaradi česar se dejanska kompresija zmanjša, saj se dejansko stiskanje začne šele, ko se sesalni ventil zapre. Zato je lahko to razmerje kompresije tudi za polovico nižje kot pri zgodnejšem zaprtju ventila, kot je to značilno za tradicionalni štiritaktni cikel Otto.

Zaradi te spremembe, med kompresijskim taktom (ko se stisne predhodno nasesana mešanica zraka in goriva) in zaradi tega, ker sesalni ventili ostanejo odprti, se del mešanice vrne v sesalni kolektor.

Kompresijsko razmerje motorja je prostornina zraka v kompresijskem taktu, povečana za prostornino zraka v zgorevalni komori, deljena s prostornino zraka v zgorevalni komori.

Med kompresijskim taktom to razmerje znaša 8:1, saj se začne šteti v trenutku, ko se sesalni ventil zapre, medtem ko je v ekspanzijskem taktu 13:1, kar ustreza gibu bata navzdol pri zaprtih ventilih (edini takt, v katerem se opravi delo).

Zaradi te asimetrije, ko se zaključi delovni cikel in se izpušni ventili pripravljajo na odprtje, je notranji tlak v valju približno enak atmosferskemu tlaku, medtem ko je pri običajnem bencinskem motorju nekoliko višji, kar pomeni, da sila, ki je potiskala bat navzdol, ni bila izkoriščena v celoti.

Hkrati gib bata v njegovem vzponu napolni sesalni kolektor (spomnimo, da sesalni ventili ostanejo odprti približno do polovice gibanja), kar povzroči povečanje tlaka v njem (ker je ta vedno nižji od atmosferskega), kar pospešuje polnjenje drugih valjev in zmanjšuje izgube zaradi povratnega toka plinov.

Mehanska obremenitev Atkinsonovih motorjev je manjša kot pri motorjih s ciklom Otto, ker je njihovo razmerje kompresije nižje, kar zagotavlja daljšo življenjsko dobo mehanike.

Njihova proizvodna cena je podobna ceni običajnega bencinskega motorja. Prav tako sta podobna njihova teža, hrup in emisije onesnaževal, in se tako izognejo visoki ceni, teži in hrupu dizelskih motorjev.

Slabosti Atkinsonovih motorjev

Doslej smo izpostavili le prednosti teh motorjev. Zdaj je čas, da pojasnimo, zakaj se ti motorji ne vgrajujejo v modele, ki niso hibridni.

Glavna slabost je, da se zaradi stiskanja manjše količine mešanice sila potiska na glavo bata v trenutku iskre manjša kot pri običajnem motorju, kar vodi do manj zmogljivih motorjev. Primer je motor 1.800 cm§h40Fordh41§ pri Toyoti Prius tretje generacije, ki razvije le 100 KM.

Zaradi konfiguracije taktov se največje število vrtljajev teh motorjev omeji na približno 5.000 vrtljajev na minuto, specifična moč (moč, pridobljena glede na prostornino) pa je nizka, kar pomeni, da ti motorji dajejo enako moč kot motor z manjšo prostornino, zaradi česar ima voznik občutek, da avtomobil nima dovolj moči.

Vendar pri hibridnem vozilu ta občutek ne nastane, saj moč prihaja iz elektromotorja in menjalnika tipa CVT (kontinuirano variabilni menjalnik), ki skrbi, da motor deluje pri optimalnih vrtljajih.

Da bi bilo jasno: vloga bencinskega motorja v hibridnem vozilu je zgolj ohranjanje vrtenja, ko vozilo preneha pospeševati; ostalo prevzame elektromotor.

Zakaj cikel Atkinson

Atkinsonov motor se je popularizirал po uvedbi in komercializaciji hibridnih vozil, ki delujejo z notranjim zgorevalnim motorjem v kombinaciji z elektromotorjem.

Cikel Atkinson, ki temelji na ciklu Otto, je zelo pogosto uporabljen v hibridnih avtomobilih, ker izboljša splošno učinkovitost in tako zagotavlja nizko porabo goriva. Z razvojem naprednejših tehnologij pa je bil čas delovanja ventilov spremenjen, da bi mehanizem deloval enako kot tisti, ki ga je leta 1882 razvil James Atkinson.

Tako dosežemo višja kompresijska razmerja, zaradi česar se mešanica vname veliko prej kot pri ciklu Otto, kar poveča termodinamični izkoristek. Kot smo omenili že prej, to dosežemo z zakasnitvijo zapiranja sesalnih ventilov, kar omogoča, da se plini vrnejo v zgorevalno komoro, in tako omogoča višje kompresijsko razmerje.

Na seznamu avtomobilov, ki trenutno uporabljajo to konfiguracijo pogona, so med drugim Toyota Prius, Ford Escape, Lexus RX 450h, Hyundai Sonata, Chevrolet Volt, Kia Niro, Hyundai Elantra in Kia Forte, kjer se Korejci odločno zavzemajo za vključitev teh motorjev v vedno več vozil iz svoje ponudbe.