Jak działa silnik w cyklu Otto – Atkinsona, czyli dwa nowe Lexusy
0 Flares 0 Flares ×

Lexus RC-F zadebiutował w 2014 roku podczas salonu samochodowego w Genewie i trafił do sprzedaży jesienią ubiegłego roku. Został wyposażony w 5- litrowy silnik V8 o mocy 477 KM i 530 Nm momentu obrotowego, co czyni go najmocniejszym samochodem z ośmiocylindrowym motorem stworzonym kiedykolwiek przez Lexusa. Dodatkowo producent zdecydował się na zastosowanie w tym silniku ciekawego układu. Cyklu Otto – Atkinson. Cóż to takiego?

Jak działa cykl Otto – Atkinson?

Silniki z zapłonem iskrowym wykorzystują czterosuwowy cykl pracy opracowany pod koniec dziewiętnastego wieku przez niemieckiego inżyniera samouka – Nikolaus Otto. Konstruktor ten wywodził z rodziny, która niewiele miała wspólnego z mechaniką. Jego ojciec był rolnikiem i równocześnie prowadził urząd pocztowy. Nie dziwi więc, że Otto pacholęciem będąc odebrał nauki, które miały ukierunkować go na handel. Tak się jednak nie stało i w wieku 30 lat rozpoczął pierwsze eksperymenty z silnikami czterosuwowymi. Rok później zbudował swój pierwszy silnik benzynowy, następnie jeszcze przed ukończeniem czterdziestego roku życia założył z Eugenem Langenem (wynalazcą cukru w kostkach) fabrykę silników.

Od 1969 roku założona przez nich firma nazywa się Fabryka Silników Benzynowych Deutz. Wspólnie konstruują pierwszy silnik czterosuwowy ze sprężoną mieszanką paliwową, który do dnia dzisiejszego stanowi podwaliny pod budowę silników spalinowych o zapłonie iskrowym.

Co więcej w 1884 roku Otto wynalazł elektryczny zapłon dla swoich silników. Wtedy pojawił się stwierdzenie Cykl Otto. Składa się on z czterech procesów składowych – suw ssania, suw sprężania, zapłon paliwa i suw pracy, suw wydechowy.

Cykl rozpoczyna się suwem ssania, a więc ruchem tłoka ze skrajnego górnego położenia w cylindrze, co powoduje, że mieszanka paliwowo-powietrzna zostaje wciągnięta do cylindra przez otwarty zawór ssawny i kiedy tłok przekroczy dolne skrajne położenie zawór zostaje zamknięty i następuje suw sprężania. Tłok poruszając się w górę spręża mieszankę paliwowo – powietrzną (oba zawory ssawny i wydechowy są zamknięte)i następuje zapłon, który powoduje, że tłok zostaje „odepchnięty” w dolne położenie przez rozprężające się gazy spalinowe – nazywamy to suwem pracy. Ostatnim suwem w cyklu jest suw rorpężania, który polega na wytłoczenie z cylindra gazów spalinowych przez zawór wydechowy do układu wydechowego. Po osiągnięciu skrajnego górnego położenia przez cylinder zawór wydechowy zostaje zamknięty, a zawór ssący otwarty i cykl zaczyna się od nowa.

Lexus RC F

Lexus RC F / fot. Piotr Rejowski

Powyższe rozwiązanie jest proste i genialne, ale bardzo niewydajne. Przyjmuje się bowiem, że wydajność silnika spalinowego wynosi około 30 – 40 proc. co oznacza, że ponad połowa wyprodukowanej energii idzie na straty. Tak doszliśmy do Jamesa Atkinsona.

James Atkinson urodził się w 1846 roku i jemu w przeciwieństwie do wyżej wspomnianego Otto udało się zdobyć tytuł inżyniera i w 1882 roku opatentował cykl Atkinsona. Anglikowi udało się znacznie poprawić wydajność paliwową silnika o zapłonie iskrowym i pracy w cyklu Otto dzięki jednej, niewielkiej modyfikacji.

James pozostawił nienaruszone cztery podstawowe etapy cyklu Otto, ale zaproponował, żeby skok tłoka podczas suwu pracy i wydechu był nieco większy niż w suwach ssania i pracy. Udało się to osiągnąć dzięki skomplikowanej budowie układu korbowo – tłokowego. Nie dziwi więc, że nie znalazł poklasku wśród konstruktorów i inwestorów. Budowa złożonego mechanizmu była zbyt kosztowna. Porzucono więc to rozwiązanie i zapomniano o nim na kilkadziesiąt lat.

Lexus NX 200t

Lexus NX 200t / fot. Piotr Rejowski

Na szczęście znaleziono tańsze i prostsze rozwiązanie. Okazało się, że wystarczy ingerencja w fazy rozrządu! W połowie lat 90- tych inżynierowie Toyoty wpadli na pomysł, aby wykorzystać pomysł Atkinsona w konstrukcjach hybrydowych. Porzucono jednak pierwotną konstrukcje anglika wprowadzając rozwiązanie polegające na czasowym opóźnieniu zamknięcia zaworu ssącego podczas suwu sprężania. Stało się to możliwe dzięki nowej technologii, niedostępnej w czasach Jamesa Atkinsona – chodzi o zmienne fazy rozrządu.

Silnik spalinowy

Wprowadzana właśnie przez japońskich inżynierów technologia hybrydowa okazała się być idealnym środowiskiem na zaadaptowanie cyklu Atkinsona.

Pierwszym modelem, którzy korzystał z technologii Otto – Atkinsona była Toyota Prius w 1997 roku. Pierwszym Lexusem, którzy wykorzystał to rozwiązanie w seryjnej produkcji był model RX 400h z 2005 roku.

Technologia powraca „do łask” po 130 latach

Silnik najnowszego Lexusa RC F również pracuje w cyklu Otto – Atkinsona. Samochód ten jest obecnie uważany za najmocniejszy model w historii marki z silnikiem V8. Z pojemności 5 litrów generuje 477 KM i moment obrotowy na poziomie 530 Nm. W motorze zastosowano zmienne fazy rozrządu, ale całość sterowana jest już nie hydraulicznie, tylko za pomocą sterowników. Dzięki temu inżynierom udało się, aby przejście pomiędzy cyklami spalania było bardziej wydajne w cyklu Atkinsona, a energia dostarczana w cyklu Otto maksymalna.

Czy to się udało? Przyspieszenie od „zera” do 100 km/h zajmuje mu zaledwie 4,5 sekundy, a czas rozpędzania z 80 do 120 km/h to 3,7 sekundy. Jednym słowem jest szybki.

Lexus NX 200t

Lexus NX 200t / fot. Piotr Rejowski

Cykl Otto – Atkinsona można również znaleźć w Lexusie NX 200t. Warto dodać, że sama konstrukcja silnika jest unikatowa na skale światową. To pierwszy na świecie silnik z kolektorem wydechowym zintegrowanym z głowicą chłodzoną cieczą oraz turbosprężarka dwukanałową. Co to oznacza? Oznacza szybsze reagowanie na pracę pedałem gazu, gdyż turbosprężarka ma  krótszy czas zwłoki. Ponadto wysoki moment obrotowy jest dostępny już od niskich prędkości obrotowych silnika. Producent podaje, że 350 Nm jest do naszej dyspozycji w zakresie od 1650 do 4000 obr/min, co pozwala na rozpędzenie NX 200t od „zera” do 100 km/h w czasie 7,1 sekundy. Warto tu dodać, że prędkość maksymalna została ograniczona elektronicznie do 200 km/h.

Napęd przekazywany jest za pomocą automatycznej, sześciostopniowej skrzyni biegów. Do wyboru mamy cztery tryby jazdy: Normal, Sport i Sport+ i Eco. O ile można zaakceptować obecność pierwszych trzech, to tryb Eco w samochodzie o mocy niespełna 240 KM może budzić lekkie zdziwienie. Nie mniej jednak ktoś kto zapragnie poruszać się z dbałością o środowisko i będzie w stanie zaakceptować narzucone przez oprogramowanie ograniczenia (wyraźnie słabsza dynamika) ma taką możliwość.

Lexus RC F

Lexus RC F / fot. Piotr Rejowski

Natomiast w Lexusie RC F rządzą przede wszystkim emocje. Następca modelu IS F został stworzony tylko w jednym celu. Ma stworzyć ze swojego właściciela lepszego kierowcę. W jaki sposób? Jedno słowo: ELEKTRONIKA. Tym razem ta wszechobecna elektronika, setki linijek kodów, niezliczone kilometry kabli, układów scalonych i innych dziwnych urządzeń, których nazw nie znam i nie chcę znać, ma nie tyle nas zmienić lub wyszkolić, ale ułatwić prowadzenie i „podnieść” nas do poziomu wyszkolonych kierowców samochodów sportowych.

Tak więc mamy w tych dwóch przełomowych dla marki modelach  rozwiązanie, które ma nie przymierzając 130 lat. Przykład ten bardzo dobrze pokazuje, że czasami nie warto odkrywać po raz kolejny koła, wystarczy zmodyfikować istniejące rozwiązania, dostosować je do obecnych możliwości inżynieryjnych i budować coraz to wspanialsze samochody. A po kilku godzinach spędzonych za kierownicą RC F i NX mogę uczciwie stwierdzić, że to właśnie są takie auta.

The following two tabs change content below.
Prywatnie wielki miłośnik czterech kółek, ale pojadę również na dwóch lub trzech. Uważam, że nie ma brzydkich i złych samochodów, ale życie jest zbyt krótkie, by jeździć nudnymi modelami.

4 Comments

  1. ~nieznajomy_nikomu

    Witam, mnie ciekawi jedno…. skoro podczas pracy silników spalinowych zostaje wytworzona duża energia i zostaje ona odprowadzona za pomocą cieczy i chłodnicy w w powietrze to czemu inżynierowie nie skonstruują dodatkowego „napędu” wykorzystującego tę energię? np zmodyfikowanego „silnika parowego” ? Pozdrawiam, Mariusz

  2. ~frequentflyer

    Na litość boską, jak można pisać „przez niemieckiego inżyniera samouka – Nikolaus Otto”! Przecież to nazwisko da się – i jest obowiązek – odmieniać jak polskie nazwiska. Zatem przez inżyniera Nikolausa Ottę.
    (Z Otto jest jeszcze taka ciekawostka, że gdyby się trafił ktoś o imieniu Otto i nazwisku Otto – co nie jest w końcu nielegalne – dopełniacz od takiego zawodnika brzmiałby: kogo, czego? Ottona Otty.)

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.

Możesz użyć następujących tagów oraz atrybutów HTML-a: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>