Toyota CH-R skrývá pod kapotou technický skvost. Šetří palivo a dává naději na přežití spalovacím motorům

Spalovací motory jsou s námi přes 120 let. První konstrukce dosahuje stáří 145 let. V dávných dobách se spaloval petrolej a dokonce jezdilo i auto na fritovací olej. My si dnes představíme základní dva cykly motoru, které nás doprovází od začátku. Popíšeme si jejich funkci a jednotlivé části motoru.

Spalovací motor a jeho cykly

Čtyřdobý spalovací motor má 4 cykly, sání, komprese, zážeh, výfuk. První, kdo vyrobil čtyřdobý spalovací motor, byl v roce 1876 Nicolaus Otto. Jeho motor neběžel na klasický benzín jak jej známe dnes, ale poháněn byl plynem. V roce 1882 navrhl jiný cyklus James Atkinson, jehož prvotním záměrem bylo vyhnout se patentu Nicolause Otta. Jejich přínos byl tak významný, že cykly byly nakonec po nich pojmenovány.

Ottův cyklus

Jde o děj, kdy v zážehovém spalovacím motoru je ideální tepelný oběh, skládající se z vratných změn. Ottův cyklus popisuje práci tepelného stroje, kde se přívod a odvod tepla uskutečňuje ve velmi krátkém čase. Cyklus se skládá ze čtyř částí:

1. Dochází k adiabatickému stlačení vzduchu. U adiabatického děje neprobíhá tepelná výměna mezi soustavou a okolím. Soustava tedy žádné teplo nepřijímá, ani nevydává. Tento děj musí proběhnout natolik rychle, aby k výměně teplot nedošlo.
2. Následuje jiskra od zapalovací svíčky, která docílí spálení směsi. Spalování probíhá velmi rychle a při konstantním objemu. Tento děj se nazývá izochorický. Všechno dodané (v našem případě) teplo je použito na zvýšení vnitřní energie. Děj může probíhat i obráceně, může tedy teplo odevzdávat.
3. Směs poté adiabaticky expanduje (nedojde k výměně tepla mezi soustavou a okolím, ale dojde ke zvětšení objemu) na základě čehož se píst stlačí směrem dolů.
4. Následuje výfuk a následné sání, kdy dojde k výměně náplně ve spalovací komoře válce. Tento děj je pak také izochorický. V této fázi plyn (tedy shořelá směs) nevykonává žádnou práci.

Takto je ve stručnosti popsán cyklus motoru, kdy dochází ke spálení paliva. Tento cyklus probíhá při zapnutém motoru podle toho, kolik zrovna motor točí otáček. Účinnost Ottova cyklu závisí na nastaveném kompresním poměru. Kompresní poměr znamená poměr mezi množstvím nasátého a stlačeného objemu. U zážehových motorů se pohybuje obvykle v rozmezí 8:1 až 14:1.

Atkinsonův cyklus

Původní motor s Atkinsonovým cyklem navrch v roce 1882 James Atkinson. Jeho výhodou oproti Ottovu cyklu byl fakt, že dosahoval vyšší účinnosti. Odlišností pak byl i pracovní cyklus, kdy během jedné otáčky klikové hřídele proběhly všechny 4 fáze. Kliková hřídel nebyla umístěna přímo pod pístem, ale byla umístěna bokem a spojena kývavou ojnicí. To je sice výhodné, ale mechanizmus na „zpřevodování“ klikové hřídele je podstatně složitější, konstrukčně náročnější a tím zabírá i více místa.

Pojďme si ale vysvětlit, jak Atkinsonův cyklus probíhá v praxi. Vyšší účinnosti dosahuje tím, že motor má jiný kompresní a expanzní poměr než klasický cyklus. Motor s Atkinsonovým cyklem má expanzní poměr větší než kompresní. Tedy delší dobu zůstává otevřený sací ventil. Tím se dostává část náplně zpět a komprese nastává až po uzavření sacího ventilu. Tím se sníží skutečný kompresní poměr a relativně k němu pak zůstává expanzní poměr větší. Dnes je tento cyklus docílen za použití variabilního časování ventilů.

Výhoda kombinace

Kombinací těchto dvou cyklů a za použití přeplňování lze dosáhnout vyšší účinnosti motoru. Tedy využijete více energie z paliva. Například Toyota CH-R s motorem 1,2 turbo umí přepínat mezi Atkinsonovým a Ottovým cyklem. Účinnost spalovacích motorů je přibližně mezi 25 % až 35 %. Tedy 75 % až 65 % energie je nevyužito a přeměněno do formy tepla. To pak následně není využito dále. V rukou inženýrů pak jde o další možnost, jak využít a zachránit vnitřní spalování před nástupem elektromobility.

Jaké znáte automobily poháněné motorem s Atkinsonovým cyklem?

Zdroj: Autorský komentář Filipa Střechovského, Motor1