Atkinson çevrim motorunun çalışma prensibi

Atkinson çevrim motorları, dört zamanlı çevrimleri neredeyse Otto çevrimiyle aynı olan içten yanmalı motorlardır, ancak daha düşük bir güç üretmeleri dezavantajlarıdır. Olumlu yönü ise yakıtı daha iyi değerlendirmeleri ve bunun sonucunda daha iyi tüketim değerlerine ulaşabilmeleridir.

Başlangıçta ve bugünkü işleyişin aksine, Atkinson çevrim motoru dört zamanın tamamını (emme, sıkıştırma, genleşme ve egzoz) krank milinin tek bir turunda gerçekleştiriyordu. Otto çevrim motorlarının aynı zamanları gerçekleştirebilmesi için ise krank milinin iki tur atması gerekir.

Günümüzde bu kavram değişmiştir ve Otto çevrimli bir motor ile Atkinson çevrimli bir motor arasındaki temel fark, sıkıştırma stroku sırasında (yaklaşık yarısı boyunca) emme supapları açık kalmasıdır. Bu, emme eksantriklerinin modifiye edilmesiyle sağlanır ve motorda karışımın sıkıştırılmasından kaynaklanan kayıpların önemli ölçüde azalması avantajını sunar.

Atkinson çevrim motorunun çalışması

Atkinson çevrim motorunda da benzinli bir motorun dört zamanı bulunur; emme, sıkıştırma, patlama ve egzoz gerçekleşir. Ancak bu tip motorlarda emme supabı sıkıştırma işlemi sırasında geç kapanır; bu da gerçek sıkıştırma oranını düşürür, çünkü gerçek sıkıştırma emme supabı kapanana kadar etkin olarak başlamaz. Bu durum, sıkıştırma oranının, geleneksel dört zamanlı Otto çevriminde olduğu gibi supap daha erken kapansaydı olacağının yarısına kadar düşmesine neden olabilir.

Bu değişiklikle birlikte sıkıştırma stroku sırasında (önceden emilmiş hava-yakıt karışımının sıkıştırıldığı an) ve emme supapları açık kaldığı için karışımın bir kısmı emme manifolduna geri döner.

Bir motorun sıkıştırma oranı, sıkıştırma stroku hacmi artı yanma odası hacminin, yanma odası hacmine bölünmesiyle elde edilen orandır.

Sıkıştırma stroku sırasında bu oran 8:1’dir; çünkü emme supabının kapanmasıyla başlar. Genleşme stroku sırasında ise 13:1’dir; bu da supaplar kapalıyken pistonun aşağı doğru hareketine karşılık gelir (işin yapıldığı tek stroktur).

Bu asimetri nedeniyle, çevrim sona erip egzoz supapları açılmak üzereyken, silindirin iç basıncı yaklaşık olarak atmosfer basıncına eşittir; oysa geleneksel bir benzinli motorda biraz daha yüksektir. Yani pistonu aşağı iten kuvvetin tamamı değerlendirilmemiş olur.

Öte yandan, pistonun yukarı doğru çıkan hareketi emme manifoldunu doldurur (emme supaplarının hareketin yaklaşık yarısına kadar açık kaldığını hatırlayalım); bu da içindeki basıncın artmasına yol açar (çünkü bu basınç her zaman atmosferikten düşüktür), bu durum diğer silindirlerin dolumunu kolaylaştırır ve gazların geri akışından kaynaklanan kayıpları en aza indirir.

Atkinson çevrim motorlarının mekanik zorlanması Otto çevrim motorlarına göre daha düşüktür, çünkü sıkıştırma oranları daha düşüktür; bu da mekanizmanın daha uzun ömürlü olmasını sağlar.

Ayrıca, üretim maliyetleri geleneksel bir benzinli motorunkine benzerdir. Ağırlıkları, gürültüleri ve kirletici gaz emisyonları da dizel motorların yüksek maliyet, ağırlık ve gürültüsünden uzaktır.

Atkinson motorlarının dezavantajları

Şimdiye kadar bu motorların yalnızca güçlü yönlerinden bahsettik. Şimdi bu motorların neden hibrit olmayan modellere monte edilmediğini açıklamanın zamanı geldi.

En önemli dezavantaj, daha az miktarda karışımı sıkıştırdıklarından, buji kıvılcım çaktığında pistonun başına uygulanan itme kuvvetinin geleneksel bir motorunkinden daha düşük olmasıdır; bu da daha az güçlü motorlara yol açar. Bunun bir örneği, üçüncü nesil Toyota Prius’un 1.800 cm§h40Fordh41§ motorudur; bu motor yalnızca 100 CV güç geliştirir.

Zamanlamanın yapısı nedeniyle, bu motorların maksimum devir sayısı yaklaşık 5.000 rpm ile sınırlıdır ve özgül güç (hacimden elde edilen güç) düşüktür; bu da bu motorların, daha küçük hacimli bir motorla aynı gücü vermesi anlamına gelir ve sürücüye aracında güç olmadığı hissini verir.

Ancak bir hibrit araçta bu his oluşmaz, çünkü güç hissi elektrik motorundan ve motoru optimum devirlerde tutmakla görevli CVT tipi bir şanzımandan (Sürekli Değişken Şanzıman) gelir.

Açıklamak gerekirse, hibrit bir araçta içten yanmalı motorun işlevi, gaz pedalından ayağımızı çektikten sonra yalnızca eylemsizliğini korumaktır; geri kalanını elektrik motoru üstlenir.

Neden Atkinson çevrimi

Atkinson çevrim motoru, hibrit araçların tanıtılması ve satışa sunulmasıyla yaygınlaştı; bu araçlar bir elektrik motoruyla birlikte içten yanmalı bir motorla çalışır.

Otto çevrimine dayanan Atkinson çevrimi, hibrit araçlarda oldukça yaygın kullanılır, çünkü genel verimliliği artırır ve böylece düşük yakıt tüketimi sağlar. Ancak daha gelişmiş teknolojinin gelmesiyle, mekanizmanın 1882’de James Atkinson tarafından geliştirilen biçimiyle aynı şekilde çalışması için supap zamanlaması değiştirildi.

Bunun sonucunda daha yüksek sıkıştırma oranlarına sahip oluruz; bu da karışımın patlamasını Otto’dan çok daha erken gerçekleştirir ve termodinamik verimi artırır. Daha önce belirttiğimiz gibi, bu, emme supaplarının kapanmasını geciktirerek elde edilir; bu da gazların yeniden silindir odasına akmasına izin verir ve daha yüksek bir sıkıştırma oranı sağlar.

Bu tahrik sistemi konfigürasyonunu şu anda kullanan araçlar arasında Toyota Prius, Ford Escape, Lexus RX 450h, Hyundai Sonata, Chevrolet Volt, KIA Niro, Hyundai Elantra ve KIA Forte ve diğerleri bulunmaktadır; burada Koreli üreticiler, bu motorları giderek daha fazla araçlarında kararlılıkla tercih etmektedir.