Motor. Diferències entre els cicles d'Otto i Atkinson

Des de fa un temps, el terme "motor de cicle econòmic d'Atkinson" s'ha tornat cada cop més comú. Què és aquest cicle i per què redueix el consum de combustible?

Els motors de gasolina de quatre temps més comuns avui funcionen amb l'anomenat cicle Otto, desenvolupat a finals del segle XIX per l'inventor alemany Nikolaus Otto, el dissenyador d'un dels primers motors de combustió interna alternatius amb èxit. L'essència d'aquest cicle consisteix en quatre temps realitzats en dues revolucions del cigonyal: la carrera d'admissió, la carrera de compressió, la carrera de treball i la carrera d'escapament.

Al començament de la carrera d'admissió, s'obre la vàlvula d'admissió, a través de la qual la barreja d'aire-combustible s'extrau del col·lector d'admissió mitjançant la retracció del pistó. Abans de començar la carrera de compressió, la vàlvula d'admissió es tanca i el pistó que torna al capçal comprimeix la mescla. Quan el pistó arriba a la seva posició màxima, la mescla s'encén per una espurna elèctrica. Els gasos d'escapament calents resultants s'expandeixen i empenyen el pistó, transferint-li la seva energia, i quan el pistó està el més lluny possible del cap, s'obre la vàlvula d'escapament. La carrera d'escapament comença amb el pistó de retorn empenyent els gasos d'escapament fora del cilindre i cap al col·lector d'escapament.

Malauradament, no tota l'energia dels gasos d'escapament s'utilitza durant la carrera de potència per empènyer el pistó (i, a través de la biela, per girar el cigonyal). Encara estan sota alta pressió quan la vàlvula d'exhalació s'obre al començament de la carrera d'exhalació. Podem aprendre sobre això quan sentim el soroll que fa un cotxe amb un silenciador trencat: és causat per l'alliberament d'energia a l'aire. És per això que els motors de gasolina tradicionals són només un 35 per cent d'eficiència. Si fos possible augmentar la carrera del pistó en la carrera de treball i utilitzar aquesta energia ...

Aquesta idea li va venir a l'inventor anglès James Atkinson. L'any 1882 va dissenyar un motor en el qual, gràcies a un complex sistema d'empenta que connectava els pistons al cigonyal, la carrera de potència era més llarga que la de compressió. Com a resultat, al començament de la carrera d'escapament, la pressió dels gasos d'escapament era pràcticament igual a la pressió atmosfèrica i la seva energia es va utilitzar completament.

Els editors recomanen:

Plaques. Conductors esperant una revolució?

Maneres casolanes de conduir a l'hivern

Bebè fiable per pocs diners

Aleshores, per què la idea d'Atkinson no s'ha utilitzat més àmpliament, i per què els motors de combustió interna utilitzen el cicle Otto menys eficient durant més d'un segle? Hi ha dos motius: un és la complexitat del motor Atkinson i l'altre -i més important encara- com menys potència rep d'una unitat de desplaçament.

Tanmateix, a mesura que es va prestar cada cop més atenció al consum de combustible i a l'impacte de la motorització en el medi ambient, es va recordar l'alta eficiència del motor Atkinson, sobretot a velocitats mitjanes. El seu concepte va demostrar ser una solució excel·lent, sobretot en vehicles híbrids, en què el motor elèctric compensa la manca de potència, especialment necessària a l'hora d'arrencar i accelerar.

És per això que el motor de cicle Atkinson modificat es va utilitzar en el primer cotxe híbrid produït en sèrie, el Toyota Prius, i després en tots els altres híbrids Toyota i Lexus.

Què és un cicle d'Atkinson modificat? Aquesta solució intel·ligent va fer que el motor Toyota mantingués el disseny clàssic i senzill dels motors convencionals de quatre temps, i el pistó recorre la mateixa distància en cada carrera, sent la carrera efectiva més llarga que la carrera de compressió.

De fet, s'ha de dir d'una altra manera: el cicle efectiu de compressió és més curt que el cicle de treball. Això s'aconsegueix retardant el tancament de la vàlvula d'admissió, que es tanca poc després de l'inici de la carrera de compressió. Així, part de la mescla aire-combustible es retorna al col·lector d'admissió. Això té dues conseqüències: la quantitat de gasos d'escapament produïts quan es crema és menor i és capaç d'expandir-se completament abans de l'inici de la carrera d'escapament, transferint tota l'energia al pistó, i es necessita menys energia per comprimir menys mescla, cosa que redueix les pèrdues internes del motor. Utilitzant aquesta i altres solucions, el motor de tren motriu Toyota Prius de quarta generació va aconseguir una eficiència tèrmica de fins a un 41 per cent, abans només disponible amb motors dièsel.

La bellesa de la solució és que el retard en el tancament de les vàlvules d'admissió no requereix grans canvis estructurals; n'hi ha prou amb utilitzar un mecanisme controlat electrònicament per canviar el temps de la vàlvula.

I si és així, és possible i viceversa? Bé, és clar; naturalment! Fa temps que es produeixen motors de cicle de treball variable. Quan la demanda d'energia és baixa, com quan es condueix per carreteres tranquil·les, el motor funciona amb el cicle Atkinson per a un baix consum de combustible. I quan es requereix un millor rendiment -des de fars o avançaments- es passa al cicle Otto, utilitzant totes les dinàmiques disponibles. Aquest motor d'1,2 litres turbo d'injecció directa s'utilitza, per exemple, al Toyota Auris i al nou SUV de ciutat Toyota C-HR. El mateix motor de dos litres s'utilitza al Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t i RC 200t.