Przełomowe rozwiązania w silnikach nie dotyczą tylko hybryd i elektryków
W dzisiejszym świecie wiele uwagi poświęca się samochodom hybrydowym i elektrycznym, ale większość z nas i tak jeździ autami z tradycyjnymi silnikiem spalinowym. Inżynierowie nie osiadają jednak na laurach, czego przykładem są przełomowe silniki działające w zmiennym cyklu Otta/Atkinsona.
Silniki spalinowe stosowane w znacznej większości współczesnych aut działają w parciu o tzw. cykl Otta. Nicolaus Otto zaprezentował go światu w 1876 roku, choć w istocie już 22 lata wcześniej w innym regionie pojawił się bardzo podobny patent.
Dziś spalinowy silnik czterosuwowy jest tak popularny, że stosuje się go nie tylko w autach, ale i w w wielu innych typach pojazdów, w tym również motocyklach. Nazwa silnika bierze się z czterech faz działania.
Choć współczesne silniki są niesamowicie skomplikowanymi konstrukcjami, to zasadę ich działania można rozbić na niezmienne od lat czynniki pierwsze.
W silniku zachodzą cztery fazy. Pierwsza to ssanie, w której tłok przesuwa się do dołu, a w cylindrze tworzy się podciśnienie zasysające do wnętrza mieszankę paliwowo-powietrzną. Następnie tłok przesuwa się do góry, a w cylindrze następuje sprężanie mieszanki prowadzącej do jej zapłonu i spalenia. Na skutek „wybuchu” tłok zostaje wyrzucony w dół z wielką siłą (faza trzecia), po czym rozpędzony znów zaczyna się unosić i wypychać gazy spalinowe przez zawór wydechowy (faza czwarta).
Powyższy opis dotyczy klasycznego silnika, choć obecnie stosuje się wiele wariacji na jego temat, takie jak np. silniki wysokoprężne, czy takie z wtryskiem paliwa.
Cykl Otta nie jest jedyny i producenci aut dobrze o tym wiedzą.
Świat byłby nudny, gdyby w każdej dziedzinie istniał tylko jeden standard, prawda? Dlatego też producenci aut stale szukają nowszych, lepszych i bardziej wydajnych sposobów działania silnika.
Przez jakiś czas próbowano tworzyć auta oparte o silniki z obrotowym trójkątnym tłokiem, poruszającym się w środku cylindra tworząc zmiennokształtne komory. Jedynym silnikiem tego typu, który wszedł do masowej produkcji, był silnik Wankla. Ten rodzaj napędu miał wielu fanów, ale ostatecznie zrezygnowano z jego stosowania w motoryzacji w 2012 roku.
Pomysłem, który ma większe szanse na powodzenie, jest silnik pracujący w oparciu o cykl Atkinsona. To rozwiązanie jest bardziej efektywne, a jednocześnie pozytywnie wpływa na długowieczność silnika. Sprawność podzespołów jest większa, a zużycie paliwa oraz emisja spalin są niższe. Silnik ma jednak swoje wady, bowiem nie sprzyja uzyskiwaniu dużej mocy maksymalnej.
Widać to na przykładzie pojemności i mocy. Napędy Atkinsona są stosowane w wielu modelach Toyoty, m.in. w hybrydowym Priusie, Aurisie i Yarisie. Są one wyposażone w napędy Hybrid Synergy Drive. Przykładowo, silnik 1.8 l zamontowany w Priusie generuje 142 Nm i moc 98 KM. To wyniki, które bardziej pasują do jednostki o pojemności 1.5 l. To jednak celowy zabieg inżynierów.
Silnik Atkinsona powstał z uwagi na pewien problem występujący w klasycznym silniku Otta. W tym drugim spaliny opuszczające tłok mają bardzo wysoką temperaturę i spore ciśnienie, co oznacza, że część energii bezproduktywnie ulatnia się wraz z nimi. Cykl Atkinsona jest lekarstwem na tę przypadłość, bowiem stosuje on „niesymetryczne” fazy. Stopień rozprężania nie jest równy stopniowi sprężania. Są one regulowane poprzez pracę zaworów, które poruszają się inaczej niż w cyklu Otta.
Większa moc czy mniejsze spalanie? A właściwie dlaczego mam wybierać?
Bardzo ciekawym rozwiązaniem jest silnik o zmiennym cyklu pracy, wykorzystujący w zależności od potrzeb cykle Atkinsona i Otta. Zmiana między trybami może zachodzić płynnie. Do spokojnej jazdy może być wykorzystywany cykl Atkinsona, który ma mniejszą moc, ale jednocześnie niższe spalania i większą „łaskawość” dla komponentów. Jeśli potrzebujesz mocy, jednostka napędowa przechodzi w tryb Otta.
Takie rozwiązanie zaproponowała Toyota, choć obecnie jest ono stosowane tylko w dwóch modelach Lexusa: RC-F oraz NX 200t. jest to rozwiązanie unikatowe w skali świata.
Jednostki napędowe to fascynujący element motoryzacji. Choć w dzisiejszych czasach świat zachwyca się napędami hybrydowymi i elektrycznymi, to tak naprawdę tylko nieliczni decydują się na auto z takim silnikiem. Zdecydowana większość z nas nadal używa jednostek spalinowych. Wobec tego bardzo cieszy fakt, że ten rodzaj silnika również nie stoi w miejscu, a inżynierowie stale go rozwijają proponując nowe pomysły.
