Kategorie

Co to jest cykl Atkinsona w silniku spalinowym?

Co to jest cykl Atkinsona w silniku spalinowym?
Co to jest cykl Atkinsona w silniku spalinowym?
Tomasz Korniejew
Co to jest cykl Atkinsona w silniku spalinowym? Co kryje się pod tym enigmatycznym stwierdzeniem i dlaczego ma to wpływ na ograniczenie zużycia paliwa?

Na początku był cykl Otto

Reklama

Najbardziej dziś rozpowszechnione czterosuwowe silniki benzynowe pracują w tak zwanym cyklu Otto, opracowanym pod koniec XIX wieku 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.

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 procent. Gdyby tak dało się wydłużyć drogę tłoka w suwie pracy i tę energię wykorzystać...

Zobacz też: Jak długo należy rozgrzewać silnik?

Co to jest cykl Atkinsona?

Na taki właśnie pomysł wpadł angielski wynalazca James Atkinson. W 1882 roku skonstruował on 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.

Zobacz też: Jakie mogą być przyczyny spadku mocy silnika?

Reklama

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, 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 pierwszym seryjnie produkowanym samochodzie z napędem hybrydowym – Toyocie Prius, a potem i wszystkich innych hybrydach marek Toyota i Lexus.

Zobacz też: Polski wynalazek SmogKiller, czy to działa?

Na czym polega zmodyfikowany cykl Atkinsona?

Otóż dzięki sprytnemu rozwiązaniu udało się spowodować, że mimo iż silnik Toyoty 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.

Właściwie należało by powiedzieć inaczej: 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. Stosując to i inne rozwiązania, w przypadku silnika wchodzącego w skład układu napędowego czwartej generacji Toyoty Prius udało się osiągnąć sprawność cieplną aż 41 procent, do tej pory osiągalną jedynie dla silników wysokoprężnych.

Piękno 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.

A skoro można w ten sposób, czy nie dałoby się i odwrotnie? Oczywiście, że tak! Od pewnego czasu produkowane są 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. Taki silnik o pojemności skokowej 1,2 litra, z bezpośrednim wtryskiem paliwa i turbodoładowaniem, napędza na przykład Toyotę Auris i nowego miejskiego SUV-a Toyota C-HR. Analogiczna dwulitrowa jednostka wykorzystywana jest w Lexusach IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t i RC 200t, zapewniając im świetne osiągi przy niższym, niż się można spodziewać, zużyciu paliwa i minimalnej emisji niepożądanych substancji.

Źródło: Materiały Toyoty

Chcesz dowiedzieć się więcej, sięgnij po nasze publikacje
KOMPLET: VAT zmiany od 1 lipca 2021 + JPK_VAT +  VAT w e-commerce
KOMPLET: VAT zmiany od 1 lipca 2021 + JPK_VAT + VAT w e-commerce
Tylko teraz
99,00 zł
119,70
Przejdź do sklepu
Źródło: INFOR
Czy ten artykuł był przydatny?
tak
nie
Dziękujemy za powiadomienie
Jeśli nie znalazłeś odpowiedzi na swoje pytania w tym artykule, powiedz jak możemy to poprawić.
UWAGA: Ten formularz nie służy wysyłaniu zgłoszeń . Wykorzystamy go aby poprawić artykuł.
Jeśli masz dodatkowe pytania prosimy o kontakt

Komentarze(0)

Uwaga, Twój komentarz może pojawić się z opóźnieniem do 10 minut. Zanim dodasz komentarz -zapoznaj się z zasadami komentowania artykułów.
    QR Code

    © Materiał chroniony prawem autorskim - wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu za zgodą wydawcy INFOR PL S.A.

    Moto
    1 sty 2000
    24 lip 2021
    Zakres dat:
    Zapisz się na newsletter
    Zobacz przykładowy newsletter
    Zapisz się
    Wpisz poprawny e-mail

    Emisja CO2: samochody coraz bardziej eko! Hybrydy szczególnie

    Emisja CO2: samochody w zeszłym roku wyemitowały aż o 12 proc. mniej dwutlenku węgla. I co ciekawe, metodą do osiągnięcia celu okazały się hybrydy.

    Nowy DS 4 jest już w Polsce. Ile kosztuje francuska awangarda?

    Nowy DS 4 został oficjalnie pokazany w Polsce. Na razie nad Wisłę dotarły wyłącznie wersje pokazowe. Już dziś poznaliśmy jednak cennik auta.

    Likwidacja szkody z polis upadłych zakładów ubezpieczeń

    Likwidacja szkody z polis upadłych zakładów ubezpieczeń: Kto wypłaca pieniądze? Na czym polega? O czym pamiętać? O tym wszystkim opowiemy dziś.

    Czy UFG zawsze wykryje brak OC?

    Czy UFG zawsze wykryje brak OC? Odpowiedź brzmi... tak. Nie zawsze jednak od razu zorientuje się, że samochód nie miał obowiązkowej polisy.

    Brak OC: regres oznacza dla kierowcy... problemy!

    Brak OC: regres sprawi, że sprawca może zapłacić za szkodę... z własnej kieszeni. Kiedy i na jakiej zasadzie działa regres?

    Nowy Opel Astra 2021. Wyrazisty design i hybrydy

    Nowy Opel Astra 2021 odsłonił swoją twarz. Niemiecki kompakt otrzymał cyfrowy kokpit, paletę jednostek hybrydowych i nowe reflektory pikselowe.

    Najczęściej kradzione samochody w 2020 roku

    Najczęściej kradzione samochody w 2020 roku w Polsce? Instytut Badań Rynku Motoryzacyjnego Samar przeanalizował dane z CEPiK.

    Nowy Opel Mokka [TEST]: ależ jak on patrzy...

    Nowy Opel Mokka przywitał nas efektownym połączeniem kolorów na nadwoziu i... smutnym spojrzeniem. Nie ma jednak powodów do smutku!

    Zmiany w karach dla kierowców 2021. Co szykuje rząd?

    Zmiany w karach dla kierowców 2021 to szeroki blok zmian w systemie karania prowadzących przedstawiony przez rząd. Co zakłada projekt zmian?

    Wysokość składki OC, punkty karne. Nowy pomysł rządu

    Wysokość składki OC i punkty karne, czyli rząd ma pomysł na kolejny bat na kierowców. Popełniasz dużo wykroczeń, zapłacisz wyższe ubezpieczenie.

    Nowe kary dla pijanych kierowców 2021

    Nowe kary dla pijanych kierowców 2021, czyli pomysł rządu na ograniczenie ilości nietrzeźwych prowadzących na polskich drogach.

    Punkty karne kasowane po 2 latach. Nowy pomysł rządu

    Punkty karne kasowane po 2 latach i więcej punktów karnych w czasie jednej kontroli drogowej. To zmiany dla kierowców, które proponuje rząd.

    Mandaty do 5 tys. zł, czyli rząd ma nowy system kar dla kierowców

    Mandaty do 5 tys. zł - ale też tylko za przekroczenie prędkości. Cięższe przewinienia mogą się skończyć karą sięgającą 30 tys. zł. Oto propozycje zmian.

    Nissan Qashqai 2021: pierwsza jazda japońskim crossoverem

    Nissan Qashqai 2021, czyli mieliśmy okazję po raz pierwszy spotkać się z japońskim crossoverem. I spotkanie to odbyło się na polskim gruncie!

    Przejście dla pieszych przez ścieżkę rowerową

    Przejście dla pieszych przez ścieżkę rowerową - jak powinien zachować się pieszy? Jakie zasady go obowiązują? Sprawdziliśmy to.

    Pieszy idący po drodze dla rowerów. Może?

    Pieszy idący po drodze dla rowerów - w jakich przypadkach taki scenariusz jest możliwy? Prawo stawia kilka warunków. Zaraz o nich opowiemy.

    Kara za brak ciągłości OC. Ile wynosi?

    Kara za brak ciągłości OC, czyli co się stanie gdy kierowca zapomni o przedłużeniu obowiązkowej polisy na samochód? Czeka go kara od UFG.

    Regres ubezpieczeniowy OC, czyli pijany kierowca a wypadek

    Regres ubezpieczeniowy OC sprawia, że pijany kierowca musi zwrócić pieniądze wypłacone przez ubezpieczyciela po wypadku. Co warto o nim wiedzieć?

    Peugeot 208 [Test]: wersja GT, 130-konny benzyniak i automat

    Peugeot 208 wreszcie zawitał przed naszą redakcją. Na to auto czekaliśmy naprawdę długo. Chyba było jednak warto - i to pomimo.... czerwonego lakieru.

    Kierowanie ruchem drogowym podczas robót drogowych

    Kierowanie ruchem drogowym podczas robót drogowych wymaga posiadania przez osobę specjalnych uprawnień. Wiedzieliście o tym?

    Jak zostać kierowcą autobusu?

    Jak zostać kierowcą autobusu? Kierowca musi spełnić kilka warunków i potwierdzić swoje predyspozycje właściwym wpisem w prawie jazdy.

    Na wakacje samochodem po Europie. O czym pamiętać?

    Na wakacje samochodem po Europie? Pamiętaj o limitach prędkości, gęstszej sieci fotoradarów i zdecydowanie droższych mandatach.

    Kradzież katalizatora. Autocasco pokryje koszty?

    Kradzież katalizatora. Autocasco obejmuje takie przypadki? Wszystko zależy od oferty przygotowanej przez firmę. Na co uważać kupując AC?

    Toyota Yaris Cross: start produkcji crossovera we Francji

    Toyota Yaris Cross to nowy crossover japońskiej marki. Auto powstało z myślą o Europie i w Europie będzie produkowane. Co wiadomo o modelu?

    Czy odpowiednie znaki drogowe to krok do redukcji CO2?

    Rozszerzony katalog znaków drogowych ze szczególnym uwzględnieniem pojazdów niskoemisyjnych? Nie, to nie jest projekt Szwajcarów, Holendrów, Niemców czy Szwedów, ale rodzima inicjatywa, która zagwarantuje elektromobilności stałe miejsce w krajowym prawie drogowym.