Motor. Otto és Atkinson ciklusok közötti különbségek
Egy ideje egyre gyakoribb az "Atkinson gazdaságos ciklusú motor" kifejezés. Mi ez a ciklus, és miért csökkenti az üzemanyag-fogyasztást?
A manapság legelterjedtebb négyütemű benzinmotorok az úgynevezett Otto-cikluson működnek, amelyet a XNUMX. század végén Nikolaus Otto német feltaláló, az egyik első sikeres dugattyús belsőégésű motor tervezője fejlesztett ki. Ennek a ciklusnak a lényege a főtengely két fordulatában végrehajtott négy löket: a szívólöket, a kompressziós löket, a munkalöket és a kipufogólöket.
A szívólöket elején kinyílik a szívószelep, amelyen keresztül a dugattyú visszahúzásával beszívják a levegő-üzemanyag keveréket a szívócsőből. A kompressziós löket megkezdése előtt a szívószelep bezárul, és a fejbe visszatérő dugattyú összenyomja a keveréket. Amikor a dugattyú eléri a csúcshelyzetét, a keveréket elektromos szikra meggyújtja. A keletkező forró kipufogógázok kitágulnak és lökdösik a dugattyút, energiáját átadva neki, és amikor a dugattyú a lehető legtávolabb van a fejtől, kinyílik a kipufogószelep. A kipufogólöket azzal kezdődik, hogy a visszatérő dugattyú kinyomja a kipufogógázokat a hengerből a kipufogócsonkba.
Sajnos a kipufogógázokban lévő energiát nem használják fel az erőlöket során a dugattyú tolására (és a hajtórúdon keresztül a főtengely forgatására). Még mindig nagy nyomás alatt vannak, amikor a kilégzőszelep kinyílik a kilégzőlöket elején. Erről akkor tudhatunk meg, amikor meghalljuk a zajt, amit egy elromlott hangtompítós autó kelt – ezt a levegőbe jutó energia okozza. Ez az oka annak, hogy a hagyományos benzinmotorok csak körülbelül 35 százalékos hatásfokúak. Ha lehetséges lenne növelni a dugattyú löketét a munkalöketben, és felhasználni ezt az energiát ...
Ez az ötlet James Atkinson angol feltalálótól származik. 1882-ben olyan motort tervezett, amelyben a dugattyúkat a főtengellyel összekötő összetett tolórendszernek köszönhetően a teljesítménylöket hosszabb volt, mint a kompressziós löket. Ennek eredményeként a kipufogólöket kezdetén a kipufogógázok nyomása gyakorlatilag megegyezett a légköri nyomással, energiájukat teljes mértékben felhasználták.
A szerkesztők javasolják:
Tányérok. Forradalomra váró sofőrök?
Házi készítésű téli vezetési módok
Megbízható baba kevés pénzért
Miért nem alkalmazták tehát szélesebb körben Atkinson ötletét, és miért használják a belső égésű motorok több mint egy évszázada a kevésbé hatékony Otto-ciklust? Ennek két oka van: az egyik az Atkinson-motor bonyolultsága, a másik pedig – és ami még fontosabb – annál kevesebb teljesítményt kap egy lökettérfogat-egységtől.
Mivel azonban egyre nagyobb figyelmet fordítottak az üzemanyag-fogyasztásra és a motorizáció környezetre gyakorolt hatására, az Atkinson-motor nagy hatásfoka jutott eszébe, különösen közepes sebességeknél. Koncepciója különösen a hibrid járművekben bizonyult kiváló megoldásnak, melyben a villanymotor kompenzálja az erőhiányt, különösen az indulásnál és a gyorsításnál.
Éppen ezért a módosított Atkinson-ciklusú motort alkalmazták az első sorozatgyártású hibrid autóban, a Toyota Priusban, majd az összes többi Toyota és Lexus hibridben.
Mi az a módosított Atkinson-ciklus? Ezzel az okos megoldással a Toyota motorja megőrizte a hagyományos négyütemű motorok klasszikus, egyszerű kialakítását, és a dugattyú minden löketnél ugyanazt a távolságot teszi meg, az effektív löket hosszabb, mint a kompressziós löket.
Valójában másképp kell mondani: a hatékony tömörítési ciklus rövidebb, mint a munkaciklus. Ez a szívószelep zárásának késleltetésével érhető el, amely röviddel a kompressziós löket kezdete után zár. Így a levegő-üzemanyag keverék egy része visszakerül a szívócsőbe. Ennek két következménye van: az elégetésekor keletkező kipufogógázok mennyisége kisebb, és a kipufogólöket megkezdése előtt képes teljesen kitágulni, az összes energiát a dugattyúra átadva, és kevesebb energia szükséges kevesebb keverék összenyomásához, ami csökkenti a motor belső veszteségeit. Ezzel és más megoldásokkal a negyedik generációs Toyota Prius erőátviteli motor akár 41 százalékos hőhatékonyságot is tudott elérni, amely korábban csak dízelmotorokból volt elérhető.
A megoldás szépsége, hogy a szívószelepek zárásának késleltetése nem igényel komolyabb szerkezeti változtatásokat – elég egy elektronikusan vezérelt mechanizmus alkalmazása a szelepvezérlés megváltoztatására.
És ha igen, lehetséges-e és fordítva? Hát persze; természetesen! Változó üzemciklusú motorokat gyártanak egy ideje. Ha alacsony az energiaigény, például ha laza utakon vezet, a motor Atkinson-cikluson működik az alacsony üzemanyag-fogyasztás érdekében. Ha pedig jobb teljesítményre van szükség – a fényszóróktól vagy az előzéstől kezdve – az összes rendelkezésre álló dinamikát kihasználva átvált Otto ciklusra. Ezt az 1,2 literes turbófeltöltős, közvetlen befecskendezéses motort például a Toyota Aurisban és az új Toyota C-HR városi SUV-ban használják. Ugyanezt a kétliteres motort használják a Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t és RC 200t.
