Atkinsonův cyklus – spalovací cyklus s prodlouženou expanzí

Princip

U klasického Ottova cyklu jsou kompresní a expanzní zdvih shodně dlouhé. Atkinsonův cyklus oproti tomu zkracuje efektivní kompresi a ponechává plnou délku expanze, takže pracovní plyny stihnou předat pístu více energie, než je vypustí výfukový ventil.^[1] V původní konstrukci Jamese Atkinsona z roku 1882 toho bylo dosaženo složitým klikovým mechanismem, který během jediné otáčky klikového hřídele provedl všechny čtyři zdvihy s různou délkou.^[1]

V dnešních motorech se stejného efektu dosahuje mnohem jednodušeji: sací ventil zůstává otevřený i během počátku kompresního zdvihu, takže část nasáté směsi je vytlačena zpět do sacího potrubí. Efektivní kompresní poměr je tím nižší než geometrický, zatímco expanzní poměr zůstává plný.^[2] Toyota popisuje, že tento efekt v současných motorech zajišťuje především variabilní časování ventilů, které mění okamžik otevření a zavření ventilů podle zatížení.^[4]

Účinnost a kompromisy

Hlavní výhodou je vyšší tepelná účinnost a nižší spotřeba paliva při ustálené jízdě ve srovnání se srovnatelným motorem pracujícím v Ottově cyklu.^[2] Motor čtvrté generace Toyoty Prius se stal jedním z prvních sériových benzinových motorů, který dosáhl tepelné účinnosti kolem 40 %, zatímco běžné zážehové motory přemění na pohyb obvykle jen 25 až 30 % energie paliva.^[2]

Daní za úspornost je nižší měrný výkon a slabší moment v nízkých otáčkách, protože do válce se ve skutečnosti dostane méně směsi. Právě proto se Atkinsonův cyklus prosadil hlavně v hybridech: chybějící tah v nízkých otáčkách doplňuje elektromotor, který poskytuje okamžitý moment, zatímco spalovací jednotka pracuje v nejúspornějším režimu.^[1]

• Delší expanze než komprese = více práce z jednoho spálení.^[3]
• Nižší efektivní kompresní poměr snižuje riziko klepání motoru.^[3]
• Nižší výkon na litr objemu oproti Ottovu cyklu.^[5]

Využití u výrobců

Atkinsonův cyklus je dnes spojený především s hybridními pohony. Vozy Toyota a Lexus jej používají napříč hybridní nabídkou – průkopníkem byl Toyota Prius, dále jej nesou modely jako Toyota Corolla, Toyota Yaris, Toyota RAV4 nebo Toyota C-HR.^[4] Stejný princip využívají i benzinové jednotky hybridního systému e:HEV značky Honda.^[3]

Příbuzným řešením je Millerův cyklus, tedy v podstatě Atkinsonův cyklus doplněný přeplňováním, které kompenzuje ztrátu výkonu. Tuto cestu zvolila například Mazda u motorů s vyšší účinností.^[5] Snaha o co nejvyšší tepelnou účinnost přes pozdní zavírání ventilů úzce souvisí s technologiemi variabilního časování ventilů, jako jsou VTEC a i-VTEC u značky Honda.^[3]