Как работи ДВГ по цикъла на Аткинсън

Бензиновите двигатели обикновено работят по цикъла на Ото – стандартният четиритактов или двутактов горивен процес, който задвижва човечеството от известно време насам. Въпреки че двигателите обикновено разчитат на логиката „всмукване, сгъстяване, запалване и изпускане“, съществуват фини вариации около тази концепция, които често остават незабелязани, но отключват няколко ключови предимства.

 
  
 
  
Цикълът на Аткинсън е една от тези вариации. Вероятно сте чували да се споменава в контекста на хибридните модели на Toyota и Honda. 

Връщайки се към цикъла на Аткинсън, всичко започва, когато британският инженер Джеймс Аткинсън осъзнава, че четиритактовият Ото процес може да бъде подобрен. По-конкретно, неговият модифициран цикъл се фокусира върху повишаването на термичната ефективност. Въпреки че Аткинсън не създава моментално най-добрия двигател на всички времена, идеята да се постигне повече, докато се консумира значително по-малко гориво, си е струвала усилията. 
Въпреки че изпълнението на Аткинсън – той използвал сложна многозвенна мотовилка за постигане на променлива дължина на хода на буталото – е било пълен провал, основният принцип не е.

Как работи цикълът на Аткинсън

Просто казано, при двигател с цикъл на Аткинсън всмукателният клапан се затваря едва когато буталото е завършило 20-30% от своя такт на сгъстяване. Това изтласква част от гориво-въздушната смес обратно във всмукателния колектор. Докато двигателите на Ото имат идентични степени на сгъстяване и разширение, двигателите на Аткинсън имат много по-висока степен на разширение спрямо тяхната степен на сгъстяване.

 
  
 
  
Разбиране на цикъла на Аткинсън и защо се използва

Представете си едноцилиндров двигател с работен обем 500 куб. см, работещ по цикъла на Аткинсън. Буталото тръгва нагоре, но всмукателният клапан стои отворен. Буталото физически минава част от разстоянието, но не сгъстява нищо, защото въздухът бяга обратно навън. Клапанът се затваря късно – когато в цилиндъра ефективно са останали да кажем 300 куб. см смес. Едва тогава започва истинското сгъстяване до 50 куб. см., което означава, че степента на сгъстяване на двигателя е около 6:1, но степента на разширение става 10:1. Това е така, защото след запалването сместа се разширява от 50 куб. см до пълните 500 куб. см. Ако същият двигател работеше по цикъла на Ото, както степента на сгъстяване, така и степента на разширение щяха да бъдат 10:1.

Работейки по цикъла на Аткинсън, двигателят запазва малко от всмукания заряд за следващия горивен цикъл, което подобрява общия разход на гориво и намалява вредните емисии. Това обаче означава, че двигателят ще демонстрира по-слаба динамика, особено що се отнася до въртящия момент. Ето защо производителите обикновено комбинират двигател с цикъл на Аткинсън с електромотор.

 
  
 
  
Приложение в хибридите

Електромоторът може да се намеси в ситуации с ниска скорост, където двигателят с вътрешно горене се затруднява. Но когато нуждата от въртящ момент е относително малка, например при поддържане на скорост на магистрала – двигателят може да задвижва колелата, без да разчита на батерията или електромотора.

Модерните хибриди са толкова добри в това, че едва забелязвате превключването между електричество и вътрешно горене. Въпреки това си струва да се отбележи, че този горивен цикъл не е ограничен само до хибридните задвижващи системи. Някои съвременни двигатели са способни да превключват между цикъл на Ото и цикъл на Аткинсън в реално време.