Alko kalkulačka
Jaké.auto Informace o autech podle značky a modelu

Atkinsonův cyklus: Vítané zpoždění

Ladislav Čermák Ladislav Čermák 15. 3. 2015 • 02:24
4
50
Jednu z cest k uskromnění pístového spalovacího motoru vymyslel v roce 1882 anglický vynálezce James Atkinson. Moderní aplikace se její principy dočkaly ve značně modifikované podobě.

Ač byl původní motiv jeho konání prostý, totiž vyhnout se patentům na tzv. Ottův cyklus (v něm se expanzní poměr rovná kompresnímu), dodnes užívaný většinou pístových motorů, podařilo se Jamesi Atkinsonovi výrazně zvýšit účinnost spalovacích jednotek dosažením rozdílu mezi oběma poměry. Sice za cenu snížení specifického výkonu, ovšem přínosy vyšší účinnosti převážily.

Zatímco Angličan svou myšlenku rovnou na několik pokusů realizoval s pomocí poměrně složité mechaniky, z níž zejména tzv. diferenciální motor je opravdovou lahůdkou, moderní motoráři jeho myšlenku adaptovali na běžný pístový motor jednodušším, avšak nikoliv méně efektivním způsobem.

Moderní motory s Atkinsonovým cyklem jsou zpravidla konvenční atmosféricky plněné zážehové jednotky, aplikované tam, kde nevadí jejich nižší specifický výkon. Typickým teritoriem pro ně jsou hybridní automobily, kde kilowattový deficit dožene asistence elektromotoru a motor se odvděčí velmi nízkou reálnou spotřebou, zejména při nižší a střední zátěži.

Vtip spočívá v pozdějším uzavření sacího ventilu, který tak ulehčuje pístu rozběh na počátku kompresní fáze. Část směsi se vrací do sacího potrubí a expanzní poměr získává navrch nad kompresním, což vede k vyšší účinnosti. Cílem je stav, kdy na konci expanze je tlak na píst roven atmosférickému – znamená to totiž dokonalé využití energie. Když se dané množství zápalné směsi díky většímu expanznímu poměru změní ve větší porci energie, znamená to, že byla lépe využita.

Protože kýžený efekt zároveň potřebuje účinnou regulaci, mají moderní atkinsonovské motory plynule proměnné časování (přinejmenším sacích) ventilů, schopné měnit překrytí otevření s výfukovými, a zároveň na volnoběh a při vysokých otáčkách umějí přepínat na za této situace vhodnější Ottův cyklus.

Bohaté zkušenosti s nimi má hlavně Toyota, která je aplikuje už do třetí generace svých paralelních hybridů, a to i u značky Lexus. Atkinsonova cyklu je ovšem schopen i osmiválec o objemu 5,0 litru v modelu RC F (viz AT 05/15). Používají jej u svých aut ale i jiní výrobci, například Honda, Kia a Ford.

Toyota v současné době dokončila vývoj nové generace motorů s vylepšeným řízením variabilního časování VVT-iE/iW s elektrickým aktuátorem. Loni jej premiérově aplikovala i do konvenční Toyoty Aygo, přičemž musela technologickými finesami, například upraveným tvarem sacích kanálů vyvolávajícím vertikální víření a zvýšenou statickou kompresí vyřešit hlavní omezení Atkinsonových motorů, tedy omezený tah v nízkých a středních otáčkách. První ale byla Honda, která Angličanův cyklus aplikovala u motoru 1.8 i-VTEC už v roce 2007 v civiku.

Ford by zase rád u budoucích motorů EcoBoost vyřešil další omezení tohoto principu – zhoršenou aerodynamickou účinnost kvůli směsi vypouštěné na počátku komprese do sacího potrubí proti směru nasávané masy. Pomohl si elegantním trikem – dočasným pootevřením výfukového ventilu na pomezí sání a komprese místo sacího. Odměnou za složitější technologické řešení a mírné snížení termodynamické účinnosti má být výhodnější průběh vnitřní aerodynamiky

a také chlazení spalovacího prostoru, které by mohlo eliminovat potřebu denox katalyzátoru a snížit potřebnou kapacitu chladicího okruhu.

Na pana Atkinsona tak budeme zřejmě vzpomínat ještě dlouho...

James Atkinson (1846–1914): Jak se vyhnout patentu

Vynálezce z britského Hampsteadu se zabýval zdokonalením spalovacího motoru a zkonstruoval čtyřdobý pístový motor, v němž se všechny pracovní cykly díky asistenci složitého klikového mechanismu odehrají během jediné otáčky klikové hřídele (viz obrázek). Hlavním přínosem je ale diferenciální dvoupístový motor, narušující rovnováhu mezi kompresním a expanzním poměrem, opět s pomocí složité mechaniky. Za svou činnost byl Atkinson v roce 1889 oceněn medailí Johna Scotta. Jím vynalezený princip adaptovali novodobí konstruktéři a momentálně jsou jeho nápady považovány za perspektivní cestu ke zvýšení obecně nevalné účinnosti pístového spalovacího motoru.

technika video autotip technika video autotip

Další aplikace Atkinsonova cyklu: Millerův cyklus

Dohnat ztráty dynamické komprese měla kombinace s mechanickým přeplňováním, prakticky nasazená Mazdou na šestiválci 2.3 v modelu Xedos 9. Princip, vymyšlený Američanem Ralphem Millerem v roce 1947, vykázal výrazné zlepšení měřitelných parametrů, avšak narazil na složitost a náročnost takového řešení. To se ostatně potvrdilo i Mazdě, která svůj experiment už nikdy nezopakovala a ještě dlouho čelila kritice zákazníků konfrontovaných s extrémními cenami oprav motoru.

technika video autotip technika video autotip

Související články

Témata
17. 3. 2015 19:54
Re: Nissan
I Honda tohoto využívala u VTEC-E (a postupně v mnoha dalších iteracích tohoto systému než zavedla Atkinsona). Jela v podstatě jen na 12 ventilů, jeden ze sacích se otevřel jen na 10%, což vytvořilo víření v prostoru u svíčky. Směs se tak nahromadila jen nahoře, bylo možné zapálit extrémně chudou směs (v oblasti svíčky však dostatečně bohatou) a ty motory mohly mít pak nižší spotřebu. Údajně to měly mít i další motory jako 1,6 v Civicu 7G a některé verze motoru K20.
Avatar - pelikoš
17. 3. 2015 10:40
Re: Nissan
tohle všechno vím jen mně stále uniká to co jsi napsal.jak může stoupnout spotřeba po přidání přeplňování
17. 3. 2015 08:53
Re: Nissan
Jak jsem napsal, cílem je řízení množství směsi. Kdybys tu směs nechal promíchat, bude příliš chudá. Buď bys musel přidat palivo, nebo ubrat vzduch. Používá se to při nízké zátěži. Používají to, co vím, i jiné značky (tedy mimo skupinu VW).

Jak toho využívají u motorů, které mají vedle FSI i MPI, nevím.
17. 3. 2015 08:24
Re: Nissan
Zvláštní, měl jsem za to, že je nejlepší mít směs ve spalovacím prostoru co možná nejhomogennější.
16. 3. 2015 22:56
Re: Nissan
To záleží. Například (T)FSI umí za určitých podmínek vstřikovat těsně před zážehem, jak ostatně říká označení (FSI = Fuel Stratified Injection). Cílem je, aby směs byla jen v prostoru kolem svíčky a zbytek byl prakticky jen vzduch (můžeš tak řídit množství směsi, aniž bys musel změnit množství vzduchu ve válci). Normálně se palivo vstřikuje už během sání, pokud vím.

Bazar

Kupte nebo prodejte auto za nejlepší ceny
Vložit inzerát Zobrazit nabídku