Motor. Razlike između Ottovog i Atkinsonovog ciklusa
Već neko vrijeme, termin "Atkinsonov motor ekonomskog ciklusa" postaje sve češći. Šta je to ciklus i zašto smanjuje potrošnju goriva?
Najčešći četvorotaktni benzinski motori danas rade na takozvanom Ottovom ciklusu, koji je krajem XX veka razvio nemački pronalazač Nikolaus Otto, dizajner jednog od prvih uspešnih klipnih motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Suštinu ovog ciklusa čine četiri takta koja se izvode u dva okretaja radilice: usisni hod, takt kompresije, radni hod i izduvni hod.
Na početku usisnog hoda otvara se usisni ventil kroz koji se uvlačenjem klipa uvlači mješavina zraka i goriva iz usisne grane. Prije početka takta kompresije, usisni ventil se zatvara i klip koji se vraća u glavu komprimira smjesu. Kada klip dostigne svoj vršni položaj, mješavina se zapali električnom iskrom. Nastali vrući izduvni plinovi se šire i guraju klip, prenoseći mu energiju, a kada je klip što je moguće dalje od glave, izduvni ventil se otvara. Takt ispuha počinje tako što povratni klip gura izduvne plinove iz cilindra u ispušni razvodnik.
Nažalost, ne koristi se sva energija u izduvnim gasovima tokom pogonskog udara za guranje klipa (i, kroz klipnjaču, za rotaciju radilice). I dalje su pod visokim pritiskom kada se ventil za izdisaj otvori na početku izdisajnog hoda. O tome možemo saznati kada čujemo buku koju stvara automobil sa pokvarenim prigušivačem - to je uzrokovano oslobađanjem energije u zrak. Zbog toga su tradicionalni benzinski motori efikasni samo oko 35 posto. Kad bi bilo moguće povećati hod klipa u radnom hodu i iskoristiti ovu energiju...
Ova ideja je došla do engleskog izumitelja Jamesa Atkinsona. Godine 1882. dizajnirao je motor u kojem je, zahvaljujući složenom sistemu potiskivača koji povezuju klipove sa radilicom, radni hod bio duži od takta kompresije. Kao rezultat toga, na početku izduvnog udara pritisak izduvnih plinova bio je praktički jednak atmosferskom tlaku, a njihova energija je u potpunosti iskorištena.
Uredništvo preporučuje:
Ploče. Vozači čekaju revoluciju?
Domaći načini zimske vožnje
Pouzdana beba za malo novca
Pa zašto se Atkinsonova ideja nije koristila šire i zašto motori sa unutrašnjim sagorevanjem koriste manje efikasan Otto ciklus više od jednog veka? Dva su razloga: jedan je složenost Atkinsonovog motora, a drugi - i što je još važnije - što manje snage prima od jedinice zapremine.
Međutim, kako se sve više pažnje poklanjalo potrošnji goriva i uticaju motorizacije na životnu sredinu, ostala je upamćena visoka efikasnost Atkinsonovog motora, posebno pri srednjim brzinama. Njegov koncept se pokazao kao odlično rješenje, posebno kod hibridnih vozila, u kojima elektromotor nadoknađuje nedostatak snage, posebno potrebne pri startovanju i ubrzanju.
Zbog toga je modificirani motor Atkinsonovog ciklusa korišten u prvom masovno proizvedenom hibridnom automobilu, Toyoti Prius, a zatim iu svim ostalim Toyotinim i Lexus hibridima.
Šta je modifikovani Atkinsonov ciklus? Ovo pametno rješenje učinilo je da Toyotin motor zadrži klasičan, jednostavan dizajn konvencionalnih četverotaktnih motora, a klip prelazi istu udaljenost pri svakom taktu, efektivni hod je duži od takta kompresije.
Zapravo, treba reći drugačije: efektivni ciklus kompresije je kraći od radnog ciklusa. To se postiže odlaganjem zatvaranja usisnog ventila, koji se zatvara ubrzo nakon početka takta kompresije. Tako se dio mješavine zraka i goriva vraća u usisnu granu. To ima dvije posljedice: količina izduvnih plinova proizvedenih pri sagorijevanju je manja i može se u potpunosti proširiti prije početka takta izduvnih gasova, prenoseći svu energiju na klip, a manje energije je potrebno za kompresiju manje smjese, što smanjuje unutrašnje gubitke motora. Koristeći ovo i druga rješenja, pogonski motor Toyote Prius četvrte generacije uspio je postići toplinsku efikasnost od čak 41 posto, što je ranije bilo dostupno samo za dizel motore.
Ljepota rješenja je u tome što kašnjenje u zatvaranju usisnih ventila ne zahtijeva velike strukturne promjene - dovoljno je koristiti elektronski kontrolirani mehanizam za promjenu vremena ventila.
I ako jeste, da li je moguće i obrnuto? Pa, naravno; prirodno! Motori sa varijabilnim radnim ciklusom se proizvode već neko vrijeme. Kada je potražnja za snagom niska, kao što je kada se vozite opuštenim putevima, motor radi po Atkinsonovom ciklusu za nisku potrošnju goriva. A kada su potrebne bolje performanse - od farova ili preticanja - prebacuje se na Otto ciklus, koristeći svu dostupnu dinamiku. Ovaj 1,2-litarski turbo motor s direktnim ubrizgavanjem koristi se, na primjer, u Toyoti Auris i novom Toyota C-HR gradskom SUV-u. Isti dvolitarski motor se koristi na Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t i RC 200t.
