Motor. Diferenzas entre os ciclos de Otto e Atkinson

Desde hai algún tempo, o termo "motor de ciclo económico Atkinson" volveuse cada vez máis común. Que é este ciclo e por que reduce o consumo de combustible?

Os motores de gasolina de catro tempos máis comúns hoxe en día funcionan no chamado ciclo Otto, desenvolvido a finais do século XIX polo inventor alemán Nikolaus Otto, o deseñador dun dos primeiros motores alternativos de combustión interna exitosos. A esencia deste ciclo consiste en catro tempos realizados en dúas revolucións do cigüeñal: a carreira de admisión, a de compresión, a de traballo e a de escape.

Ao comezo da carreira de admisión, ábrese a válvula de admisión, a través da cal a mestura aire-combustible é extraída do colector de admisión retraendo o pistón. Antes do inicio da carreira de compresión, a válvula de admisión péchase e o pistón que volve á cabeza comprime a mestura. Cando o pistón alcanza a súa posición máxima, a mestura é acesa por unha chispa eléctrica. Os gases de escape quentes resultantes se expanden e empurran o pistón, transfiríndolle a súa enerxía, e cando o pistón está o máis lonxe posible da cabeza, ábrese a válvula de escape. A carreira de escape comeza co pistón de retorno empuxando os gases de escape fóra do cilindro para entrar no colector de escape.

Desafortunadamente, non toda a enerxía dos gases de escape se usa durante a carreira de potencia para empurrar o pistón (e, a través da biela, para xirar o cigüeñal). Aínda están baixo alta presión cando se abre a válvula de exhalación ao comezo da carreira de exhalación. Podemos aprender sobre isto cando escoitamos o ruído que fai un coche cun silenciador roto: é causado pola liberación de enerxía ao aire. É por iso que os motores de gasolina tradicionais son só un 35 por cento de eficiencia. Se fose posible aumentar a carreira do pistón na carreira de traballo e utilizar esta enerxía ...

Esta idea veulle ao inventor inglés James Atkinson. En 1882, deseñou un motor no que, grazas a un complexo sistema de empurradores que conectan os pistóns co cigüeñal, a carreira de potencia era máis longa que a de compresión. Como resultado, ao comezo da carreira de escape, a presión dos gases de escape era case igual á presión atmosférica e a súa enerxía utilizouse por completo.

Os editores recomendan:

Placas. Condutores agardando unha revolución?

Formas caseiras de conducir no inverno

Bebé fiable por pouco diñeiro

Entón, por que a idea de Atkinson non foi utilizada máis amplamente, e por que os motores de combustión interna usan o ciclo Otto menos eficiente durante máis dun século? Hai dúas razóns: unha é a complexidade do motor Atkinson e a outra -e máis importante- a menor potencia que recibe dunha unidade de cilindrada.

Porén, a medida que se prestaba cada vez máis atención ao consumo de combustible e ao impacto da motorización no medio ambiente, recordouse a alta eficiencia do motor Atkinson, especialmente a velocidades medias. O seu concepto resultou ser unha excelente solución, sobre todo nos vehículos híbridos, nos que o motor eléctrico compensa a falta de potencia, especialmente necesaria á hora de arrancar e acelerar.

É por iso que o motor de ciclo Atkinson modificado utilizouse no primeiro coche híbrido producido en serie, o Toyota Prius, e despois en todos os demais híbridos de Toyota e Lexus.

Que é un ciclo de Atkinson modificado? Esta solución intelixente fixo que o motor Toyota conservase o deseño clásico e sinxelo dos motores convencionais de catro tempos, e o pistón percorre a mesma distancia en cada carreira, sendo a carreira efectiva máis longa que a de compresión.

De feito, debe dicirse doutro xeito: o ciclo de compresión efectivo é máis curto que o ciclo de traballo. Isto conséguese atrasando o peche da válvula de admisión, que se pecha pouco despois do inicio da carreira de compresión. Así, parte da mestura de aire-combustible volve ao colector de admisión. Isto ten dúas consecuencias: a cantidade de gases de escape que se produce ao queimar é menor e é capaz de expandirse por completo antes do inicio da carreira de escape, transferindo toda a enerxía ao pistón, e é necesaria menos enerxía para comprimir menos mestura, o que reduce as perdas internas do motor. Usando esta e outras solucións, o motor de propulsión Toyota Prius de cuarta xeración foi capaz de acadar unha eficiencia térmica de ata o 41 por cento, antes só dispoñible para motores diésel.

A beleza da solución é que o atraso no peche das válvulas de admisión non require grandes cambios estruturais: é suficiente usar un mecanismo controlado electrónicamente para cambiar a sincronización da válvula.

E se é así, é posible e viceversa? Ben, claro; naturalmente! Hai tempo que se producen motores de ciclo de traballo variable. Cando a demanda de enerxía é baixa, como cando se conduce por estradas tranquilas, o motor funciona co ciclo Atkinson para un baixo consumo de combustible. E cando se require o mellor rendemento -desde faros ou adiantamentos- pasa ao ciclo Otto, utilizando toda a dinámica dispoñible. Este motor turbo de 1,2 litros de inxección directa utilízase no Toyota Auris e no novo SUV urbano Toyota C-HR, por exemplo. O mesmo motor de dous litros úsase nos Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t e RC 200t.