Cykl Atkinsona - na czym on polega i czy oszczędza paliwo?

Cykl Atkinsona - na czym on polega i czy oszczędza paliwo?

17 Sty 2017, 13:46

Od pewnego czasu coraz częściej napotykamy określenie "silnik pracujący w oszczędnym cyklu Atkinsona". Na czym polega ten cykl i dlaczego zmniejsza zużycie paliwa?

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.
Image
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...

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.

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.

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.
Image
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: Lexus, Toyota
Redakcja
Forum Samochodowe
Redakcja
Redakcja
Awatar użytkownika
 
Posty: 2719
Zdjęcia: 9745
Rejestracja: 18 Cze 2012, 12:53
Prawo jazdy od: 12 03 1998
Auto: Audi A4 B6

Re: Cykl Atkinsona - na czym on polega i czy oszczędza paliwo?

17 Sty 2017, 14:06

Honda Jazz, też ma silnik pracujący w obu cyklach.
yeti65
Stały forumowicz
 
Posty: 2106
Rejestracja: 12 Gru 2014, 15:08
Miejscowość: Zegrze Pd
Prawo jazdy od: 29 11 1984
Przebieg/rok: 30tys. km
Auto: Lancer 2014, Vitara 2017
Silnik: 1,6 117KM 1,6 120KM
Paliwo: Benzyna
Typ: Sedan/Limuzyna
Skrzynia biegów: Manualna
Rok produkcji: 2014

Re: Cykl Atkinsona - na czym on polega i czy oszczędza paliwo?

17 Sty 2017, 15:29

yeti65 napisał(a):Honda Jazz, też ma silnik pracujący w obu cyklach.
Który to silnik 1.5 i-VTEC 88KM? Napiszesz coś więcej?
Kacper
Forumowicz VIP
 
Posty: 6789
Zdjęcia: 3346
Rejestracja: 19 Maj 2006, 22:41
Miejscowość: Warszawa - okolice
Prawo jazdy od: 14 09 1997
Auto: Volvo S40
Silnik: 2.0 140KM
Paliwo: Benzyna + LPG
Typ: Sedan/Limuzyna
Skrzynia biegów: Manualna
Rok produkcji: 1999

Re: Cykl Atkinsona - na czym on polega i czy oszczędza paliwo?

17 Sty 2017, 16:09

Nowy jazz, konkretów nie mam, tylko to - 1m40s

[Aby zobaczyć film musisz być zalogowany na forum » zaloguj się]



I jeszcze taki stary artykuł wygrzebałem
http://moto.wp.pl/kat,23681,title,Honda-ma-byc-najoszczedniejsza,wid,14056526,wiadomosc.html
yeti65
Stały forumowicz
 
Posty: 2106
Rejestracja: 12 Gru 2014, 15:08
Miejscowość: Zegrze Pd
Prawo jazdy od: 29 11 1984
Przebieg/rok: 30tys. km
Auto: Lancer 2014, Vitara 2017
Silnik: 1,6 117KM 1,6 120KM
Paliwo: Benzyna
Typ: Sedan/Limuzyna
Skrzynia biegów: Manualna
Rok produkcji: 2014

Re: Cykl Atkinsona - na czym on polega i czy oszczędza paliwo?

17 Sty 2017, 16:28

Ciekawe, ale 5 litrów w ruchu miejskim przy takiej dynamicznej jeździe to trochę ciężko mi w to uwierzyć nawet przy takim małym silniku i masie auta. Dodatkowo wygląda na to że silnik ma odłączane dwa z czterech cylindrów podczas pracy na wolnych obrotach i być może podczas jazdy przy małym obciążeniu tak jak to było w układzie VCM w Hondzie Odyssey.

Czyli cykl Atkinsona plus odłączane cylindry dają większą sprawność silnika i mniejsze zużycie paliwa :)
Kacper
Forumowicz VIP
 
Posty: 6789
Zdjęcia: 3346
Rejestracja: 19 Maj 2006, 22:41
Miejscowość: Warszawa - okolice
Prawo jazdy od: 14 09 1997
Auto: Volvo S40
Silnik: 2.0 140KM
Paliwo: Benzyna + LPG
Typ: Sedan/Limuzyna
Skrzynia biegów: Manualna
Rok produkcji: 1999

Re: Cykl Atkinsona - na czym on polega i czy oszczędza paliwo?

17 Sty 2017, 16:36

Przy dynamicznej jeździe, pracuje w cyklu Otta, więc już nie będzie taka oszczędna. Zresztą dynamiczna jazda nie idzie w parze z oszczędnością.
A oprócz tego jest możliwość wykupić dodatkową gwarancję na 5lat(co żadną nowością nie jest), albo na 300tys km co już jest ewenementem.
A odłączane 2 cylindry to ja mam też w lancerze i myślę, że to lepsze rozwiązanie niż start-stop. W normalnej jeździe raczej nie ma to zastosowania, chyba, że toczysz się 70km/h na 5-ce, albo 50 na 4-ce, wtedy komputer pokazuje chwilowe spalanie poniżej 3l/100km, ale wtedy absolutnie droga nie może biec pod górę(nawet minimalnie) :mrgreen:
yeti65
Stały forumowicz
 
Posty: 2106
Rejestracja: 12 Gru 2014, 15:08
Miejscowość: Zegrze Pd
Prawo jazdy od: 29 11 1984
Przebieg/rok: 30tys. km
Auto: Lancer 2014, Vitara 2017
Silnik: 1,6 117KM 1,6 120KM
Paliwo: Benzyna
Typ: Sedan/Limuzyna
Skrzynia biegów: Manualna
Rok produkcji: 2014
  • Ciekawe publikacje motoryzacyjne

    Chika Kako i Lexus zmieniają reguły gry Chika Kako i Lexus zmieniają reguły gry
    Chika Kako należy do najbardziej inspirujących kobiet w branży motoryzacyjnej. Stanowisko głównego inżyniera zajęła jako pierwsza kobieta nie tylko w Lexusie, ale w całej Japonii. To kobieta, która zmieniła ...
    Mazda3 hatchback Mazda3 hatchback
    Nowa Mazda3 hatchback zadebiutowała 26 czerwca równocześnie w kilku miejscach na całym świecie. Tysiące dziennikarzy, blogerów i przedstawicieli mediów społecznościowych wzięło udział w szeregu uroczystych ...

  • Re: Cykl Atkinsona - na czym on polega i czy oszczędza paliwo?

    17 Sty 2017, 16:51

    yeti65 napisał(a):Przy dynamicznej jeździe, pracuje w cyklu Otta, więc już nie będzie taka oszczędna.
    Dokładnie ale wnioskując z filmiku kolega miał problem z uzyskaniem tak wysokiego spalania 5L/100km w mieście.

    yeti65 napisał(a):300tys km co już jest ewenementem
    To jest dobre :)

    Z tymi odłączanymi cylindrami to faktycznie tak jest musi być też odpowiedni zakres momentu w Nm spełniony. Czytałem że w Odyssey nawet do 130km/h na autostradzie można liczyć na odłączanie cylindrów, ale pewnie musi być trasa bez wzniesień nawet delikatnych tak jak piszesz.
    Kacper
    Forumowicz VIP
     
    Posty: 6789
    Zdjęcia: 3346
    Rejestracja: 19 Maj 2006, 22:41
    Miejscowość: Warszawa - okolice
    Prawo jazdy od: 14 09 1997
    Auto: Volvo S40
    Silnik: 2.0 140KM
    Paliwo: Benzyna + LPG
    Typ: Sedan/Limuzyna
    Skrzynia biegów: Manualna
    Rok produkcji: 1999

    Re: Cykl Atkinsona - na czym on polega i czy oszczędza paliwo?

    17 Sty 2017, 16:56

    Kacper napisał(a):Dokładnie ale wnioskując z filmiku kolega miał problem z uzyskaniem tak wysokiego spalania 5L/100km w mieście.

    Zależy od trasy, jeżeli nie stoi w korkach i nie ma za wiele świateł, to i w mieście można uzyskać niskie spalanie.
    yeti65
    Stały forumowicz
     
    Posty: 2106
    Rejestracja: 12 Gru 2014, 15:08
    Miejscowość: Zegrze Pd
    Prawo jazdy od: 29 11 1984
    Przebieg/rok: 30tys. km
    Auto: Lancer 2014, Vitara 2017
    Silnik: 1,6 117KM 1,6 120KM
    Paliwo: Benzyna
    Typ: Sedan/Limuzyna
    Skrzynia biegów: Manualna
    Rok produkcji: 2014