A benzinmotorok többsége a jó öreg Otto-ciklus szerint dolgozik: ez az a klasszikus négyütemű (vagy kétütemű) égésfolyamat, ami már jó ideje mozgásban tartja az emberiséget. Bár a működés lényege leegyszerűsítve a „szív, sűrít, gyújt, kipufog” négyesére épül, vannak a koncepciónak olyan finom variációi, amelyek felett gyakran átsiklunk (vagy egyszerűen figyelmen kívül hagyjuk őket), pedig komoly előnyöket rejtegetnek.
Ilyen az Atkinson-ciklus is. A kifejezést valószínűleg már hallottad a hibrid Toyoták és Hondák kapcsán. (Léteznek Miller-ciklusú motorok is, de az már egy másik történet.)
De kanyarodjunk vissza az Atkinsonhoz. A sztori a 19. század végén indult, amikor egy James Atkinson nevű brit mérnök rájött, hogy az Otto-féle négyüteműn lehetne még csiszolni. A célkeresztben a termikus hatásfok javítása állt.
Régi találmány
Bár Atkinson nem alkotta meg rögtön minden idők legjobb motorját, az alapötlet – többet elérni kevesebb üzemanyag elégetésével – mindenképpen megért egy próbát. És ne feledjük, mindez az 1800-as évek végén történt! Bár Atkinson eredeti mechanikai kivitelezése – egy bonyolult, többtagú hajtókaros megoldással variálta a lökethosszt – kész rémálomnak bizonyult, maga az elv zseniális volt.
“Ez a korai megoldás azon alapul, hogy a lökethosszt mechanikus megoldással, a hajtókarhoz csatlakozó több elemből és csapágyból álló szerkezettel módosítja. Az összetett mechanizmus a főtengelyt olyan módon hajtja meg, hogy a motor négy üteme, vagyis a dugattyú két oda-vissza mozgása alatt fordul egyet a főtengely, illetve ezalatt játszódik le az ehhez csatolt lökethossz-módosító mechanizmus mozgásának egy teljes periódusa.”
Nem volt egyszerű az alapötlet
Szerencsére a mérnökök rájöttek, hogy lehet ugyanezt a hatást sokkal egyszerűbben elérni: a modern Atkinson-ciklusú motorban a szívószelep csak akkor zár be, amikor a dugattyú már megtette a sűrítési ütem 20-30%-át.
Ezzel a beszívott keverék egy részét gyakorlatilag visszatolja a szívócsőbe. Így a lehetségesnél kisebb mennyiségű keverék marad az égéstérben, a munkavégzés során tehát kevesebb potenciál marad kiaknázatlanul.
Míg a hagyományos Otto-motoroknál a sűrítési és a tágulási arány megegyezik, az Atkinsonnál a tágulási arány a sűrítésihez képest lényegesen nagyobb.
Képzeljünk el egy 500 köbcentis, egyhengeres, Atkinson-ciklusú motort. Tegyük fel, hogy a gép kb. 300 köbcentinyi levegő-üzemanyag keveréket használ fel (mivel a többit visszaküldi a szívórendszerbe), majd ezt sűríti össze 50 köbcentire.
Ez azt jelenti, hogy a sűrítési viszony valahol 6:1 körül alakul, a tágulási arány viszont 10:1 lesz. Hogy miért? Mert a gyújtás után a keverék 50 köbcentiről tágul vissza az 500 köbcentis lökettérfogatra. Ha ugyanez a motor Otto-ciklusban működne, mindkét érték 10:1 lenne.
A Toyota már az ötödik generációnál jár a hibrid hajtáslánccal, aminek egyik alapja az Atkinson-ciklusú belső égésű motor
Hatékony, de gyenge
Jól látszik tehát, hogy az Atkinson-ciklussal a motor tulajdonképpen „megspórol” egy kis töltetet a következő körre, ami javítja az összfogyasztást és csökkenti a károsanyag-kibocsátást. Ennek azonban ára van: a motor teljesítménye, és különösen a nyomatéka vérszegényebb lesz. Pontosan ezért párosítják a gyártók előszeretettel villanymotorral ezeket az egységeket.
Ha félretesszük a hibridekkel kapcsolatos tévhiteket, be kell látnunk: ez a párosítás egyszerűen logikus. A villanymotor (vagy motorok) pont ott segítenek be, ahol a benzines szenved: alacsony sebességnél.
Igazán egy hibrid rendszerben tud kiteljesedni a technika
Ám amikor kicsi a nyomatékigény – mondjuk autópályás vitorlázásnál –, a belső égésű motor vígan viszi az autót anélkül, hogy az akkura vagy a villanymotorra támaszkodna. A modern hibridek ezt már olyan finoman csinálják, hogy észre sem vesszük, mikor váltanak áram és benzin között.
Zárásként érdemes megjegyezni: az égési ciklus variálása nem csak a hibridek kiváltsága, léteznek olyan modern motorok is, amelyek képesek valós időben váltogatni az Otto és az Atkinson üzemmód között.
