Silnik Atkinsona i silnik Millera to dwa kluczowe rozwiązania konstrukcyjne w dziedzinie motoryzacji, które zrewolucjonizowały podejście do efektywności paliwowej. Choć na pierwszy rzut oka mogą wydawać się podobne, kryją w sobie odmienne mechanizmy działania, prowadzące do wspólnego celu – ograniczenia strat energii i maksymalizacji pracy użytecznej silnika. Zrozumienie ich specyfiki jest kluczowe dla każdego pasjonata motoryzacji oraz dla osób poszukujących oszczędnych i ekologicznych rozwiązań.
Geneza i podstawy działania silnika Atkinsona
Silnik Atkinsona, opatentowany przez Jamesa Atkinsona w 1882 roku, stanowił odpowiedź na problem niskiej efektywności wczesnych silników spalinowych. Jego innowacyjność polegała na zmianie cyklu pracy w porównaniu do tradycyjnego cyklu ottowskiego. W silniku Atkinsona suw pracy jest dłuższy niż suw sprężania. Osiąga się to poprzez zastosowanie specjalnego mechanizmu korbowo-tłokowego, który pozwala na to, aby tłok pokonał większą odległość podczas ekspansji gazów, a mniejszą podczas sprężania. W praktyce oznacza to, że spaliny są rozprężane bardziej niż są sprężane. Taka konstrukcja prowadzi do lepszego wykorzystania energii zawartej w paliwie, co przekłada się na niższe zużycie paliwa.
Zalety i wady silnika Atkinsona
Główną zaletą silnika Atkinsona jest jego wysoka efektywność termodynamiczna. Dzięki dłuższemu suwowi rozprężania, więcej energii jest przekształcane w pracę mechaniczną. Jest to szczególnie widoczne przy częściowym obciążeniu silnika, gdzie jego przewaga nad silnikiem ottowskim jest największa. Ponadto, dzięki mniejszemu sprężaniu wstępnemu, silnik ten generuje mniej hałasu i wibracji, co wpływa na komfort jazdy.
Jednakże, silnik Atkinsona ma również swoje wady. Ze względu na specyficzną konstrukcję mechanizmu korbowego, jego moc jednostkowa jest niższa w porównaniu do silników o tradycyjnym cyklu ottowskim o tej samej pojemności skokowej. Wymaga to często zastosowania większej pojemności lub dodatkowego wsparcia, na przykład w postaci silnika elektrycznego w układach hybrydowych. Dodatkowo, koszt produkcji takiego silnika może być wyższy ze względu na skomplikowany mechanizm.
Silnik Millera – ewolucja z myślą o turbodoładowaniu
Silnik Millera, rozwinięty przez Ralpha Millera w połowie XX wieku, bazuje na koncepcji silnika Atkinsona, ale wprowadza znaczące modyfikacje, szczególnie w kontekście turbodoładowania. Kluczową różnicą jest sposób sterowania zaworami. W silniku Millera zawór ssący jest zamykany wcześniej niż w tradycyjnym silniku, a nawet wcześniej niż w silniku Atkinsona. To sprawia, że podczas suwu sprężania tłok porusza się w górę w zamkniętej przestrzeni, ale sprężanie właściwe rozpoczyna się dopiero w momencie, gdy tłok jest już w górnej części cylindra.
Mechanizm działania silnika Millera
Dzięki wcześniejszemu zamknięciu zaworu ssącego, suw ssania jest krótszy od suwu pracy. W silniku Millera, zwłaszcza w wersji z turbodoładowaniem, nadmiar powietrza wtłaczany przez turbosprężarkę jest w stanie częściowo się rozprężyć w cylindrze, zanim tłok osiągnie dolne martwe położenie. Następnie, gdy tłok zaczyna się poruszać w górę, zawór ssący jest już zamknięty, a właściwe sprężanie odbywa się na mniejszej objętości. Proces ten ma na celu zmniejszenie strat związanych z nagrzewaniem się powietrza podczas sprężania, co jest typowym problemem w silnikach turbodoładowanych. Dodatkowo, dzięki temu rozwiązaniu, możliwe jest zwiększenie stopnia sprężania bez ryzyka spalania stukowego, co przekłada się na wyższą efektywność.
Zastosowania i korzyści silnika Millera
Silnik Millera zyskał popularność, szczególnie w samochodach hybrydowych, gdzie jego wysoka efektywność energetyczna jest niezwykle cenna. Często jest łączony z kompresorem lub turbosprężarką, co pozwala na osiągnięcie lepszych parametrów mocy i momentu obrotowego, jednocześnie zachowując niskie zużycie paliwa. Przykładem mogą być samochody marki Mazda, które z powodzeniem stosują tę technologię. Silniki te charakteryzują się płynną pracą i redukcją emisji szkodliwych substancji, co czyni je atrakcyjnym wyborem w dobie rosnących wymagań ekologicznych.
Porównanie silnika Atkinsona i Millera
Zarówno silnik Atkinsona, jak i silnik Millera kładą nacisk na efektywność paliwową, ale osiągają to poprzez nieco inne modyfikacje cyklu pracy. Silnik Atkinsona skupia się na wydłużeniu suwu rozprężania w stosunku do suwu sprężania, co jest osiągane przez specyficzną konstrukcję mechanizmu korbowego. Silnik Millera natomiast modyfikuje proces sprężania poprzez wcześniejsze zamknięcie zaworu ssącego, co jest szczególnie korzystne w połączeniu z turbodoładowaniem.
W praktyce, silnik Millera jest często postrzegany jako ewolucja silnika Atkinsona, zaprojektowana z myślą o lepszej współpracy z systemami doładowania. Oba rozwiązania mają na celu ograniczenie strat energii, co przekłada się na oszczędność paliwa i mniejszą szkodliwość dla środowiska. Wybór między tymi dwoma typami silników zależy od konkretnych zastosowań i priorytetów producenta, takich jak nacisk na maksymalną efektywność przy częściowym obciążeniu (przewaga Atkinsona) czy też optymalizacja pracy z doładowaniem (przewaga Millera).
