Jeśli ktoś choć trochę interesuje się motoryzacją, zapewne spotkał się ze stwierdzeniem, że silnik „pracuje w cyklu Atkinsona”. Co to takiego, jak działa i jakie są zalety oraz wady takiego rozwiązania?
Silnik pracujący w cyklu Atkinsona to specyficzna konstrukcja silnika spalinowego, która wykazuje unikalne cechy w zakresie efektywności termicznej. Nazwa tego silnika pochodzi od Jamesa Atkinsona, brytyjskiego inżyniera, który wprowadził kluczowe modyfikacje do jego konstrukcji w 1882 roku.
Na czym polega cykl Atkinsona? Czym się różni od cyklu Otta?
Silnik pracujący w cyklu Atkinsona różni się od tradycyjnych silników o zapłonie iskrowym poprzez specyficzne zmiany w cyklu pracy. Kluczową cechą jest asymetria w fazach sprężania i rozprężania, co oznacza, że tłok porusza się w górę (sprężanie) krócej niż w dół (rozprężanie). To stanowi główną różnicę w porównaniu do tradycyjnych silników o zapłonie iskrowym. Jaka jest wobec tego główna różnica cyklu Atkinsona względem cyklu Otto?
Podobnie jak w silniku pracującym w cyklu Otta, mieszanka paliwowo-powietrzna jest zasysana do cylindra poprzez opuszczanie tłoka, który tworzy podciśnienie. Następnie tłok podnosi się, sprężając mieszankę. Jednak w silniku pracującym w cyklu Atkinsona zawór ssący zamyka się nieco później, bo chwilę po rozpoczęciu suwu sprężania. Tym sposobem pewna ilość mieszanki jest cofana z powrotem do kolektora ssącego, w związku z czym jej sprężanie wymaga mniejszego nakładu energii, a to zmniejsza wewnętrzne straty silnika. W efekcie powstaje mniejsza ilość gazów spalinowych, która jest w stanie rozprężyć się przed przejściem w fazę wydechu, przekazując niemal całą energię na tłok.
Silniki pracujące w cyklu Atkinsona cechuje tzw. asymetria w ruchu tłoka. W trakcie fazy sprężania tłok porusza się do góry na krótszy dystans niż w tradycyjnych silnikach, wobec tego można mówić o skróceniu suwu sprężania przy jednoczesnym zwiększeniu jego efektywności. Ta asymetria zwiększa sprawność termiczną, ponieważ zmniejsza straty energii związane z rozprężaniem spalin. Dzięki tym zmianom w cyklu pracy, silnik pracujący w cyklu Atkinsona jest bardziej efektywny w konkretnych warunkach, co czyni go atrakcyjnym wyborem dla pojazdów hybrydowych, zwłaszcza w kontekście nieustannej walki producentów o jak najniższe zużycie paliwa.
Cykl Atkinsona – zalety i wady
Zalety:
- Wyższa sprawność termiczna. Te silniki osiągają zazwyczaj wyższą sprawność termiczną w porównaniu do tradycyjnych silników o zapłonie iskrowym.
- Niższe zużycie paliwa. Dzięki efektywności termicznej, silniki te mogą być bardziej ekonomiczne w zużyciu paliwa.
Wady:
- Mniejsza moc. Te Atkinsona często generują mniejszą moc w porównaniu do tradycyjnych silników, co może wpływać na osiągi pojazdu.
- Potrzeba wsparcia. W celu zrekompensowania mniejszej mocy, niektóre pojazdy wyposażone w silniki pracujące w cyklu Atkinsona korzystają z technologii hybrydowej, łącząc się z silnikiem elektrycznym.
Cykl Atkinsona. Gdzie ma zastosowanie?
Ze względu na swoją zdolność do osiągania wyższej sprawności termicznej, silniki pracujące w cyklu Atkinsona są często wykorzystywane w celu poprawy efektywności paliwowej pojazdów. Tego typu silniki są szczególnie efektywne w warunkach miejskich, gdzie pojazdy często poruszają się z niskimi prędkościami, a cykle zatrzymań i ruszeń są częste i powszechne. W tych warunkach silniki pracujące w cyklu Atkinsona mogą działać w optymalnym zakresie, osiągając lepszą sprawność termiczną niż tradycyjne silniki. Poniżej przedstawiamy kilka głównych obszarów zastosowania tych silników:
Pojazdy hybrydowe. Silniki pracujące w cyklu Atkinsona są często elementem rozwoju technologii hybrydowej. Inżynierowie pracują nad ulepszeniem konstrukcji silników, integrując je z nowoczesnymi systemami zarządzania energią, aby maksymalizować korzyści z hybrydowego układu napędowego. Silniki pracujące w cyklu Atkinsona są powszechnie stosowane jako jednostki napędowe w samochodach hybrydowych, zwłaszcza w tzw. hybrydach równoległych, w których silnik spalinowy ma wsparcie ze strony jednostki elektrycznej zawsze, gdy jest taka potrzeba. Spotkamy je m.in. w hybrydowych modelach Toyoty.
Systemy stop-start. Silniki pracujące w cyklu Atkinsona są często stosowane w połączeniu z systemami stop-start, które automatycznie wyłączają silnik podczas postoju pojazdu, a następnie ponownie go uruchamiają, gdy kierowca przyśpiesza. W tym kontekście tego typu silniki mogą skutecznie działać w warunkach częstych rozruchów i zatrzymań, co przekłada się na oszczędność paliwa.
Cykl Atkinsona – podsumowanie
Reasumując, zastosowanie silnika pracującego w cyklu Atkinsona w pojazdach hybrydowych przyczynia się do redukcji zużycia paliwa i emisji spalin, co jest istotnym krokiem w kierunku bardziej zrównoważonej motoryzacji. Silniki te są szczególnie skuteczne w środowisku miejskim, gdzie częste hamowania i ruszania sprzyjają ich specyficznym cechom pracy.
Redakcja poleca:
