Ciclo Atkinson
O motor ciclo de Atkinson é um tipo de motor a combustão inventado por James Atkinson em 1882. O ciclo de Atkinson foi projetado para dar prioridade à eficiência ao invés da potência e é usado em modernos carros híbridos.
Projeto
Originalmente os motores de pistão do tipo ciclo Atkinson permitem que os tempos de admissão, compressão, expansão, e exaustão dos motores de quatro tempos ocorram em uma única volta do virabrequim e foi projetado dessa maneira para evitar algumas patentes que cobriam motores ciclo de Otto. O desenho único do motor, com ligações mecânicas complexas entre apoios e o virabrequim do ciclo Atkinson, resultou num motor cuja taxa de expansão é diferente da taxa de compressão. Na prática, o período de expansão é maior que o de compressão, o que resulta numa eficiência térmica melhor que a média dos motores a pistão tradicionais. Enquanto o desenho original com a idéia de Atkinson não passa de uma curiosidade histórica, alguns motores modernos estão se utilizando de tempo de abertura de válvulas diferenciados, que imitam o efeito da redução da compressão e o aumento da expansão, notando sensível melhoria no consumo de combustível. São motores de 4 tempos, que precisam de duas voltas no virabrequim para completar um ciclo e não apenas uma volta como os Atkinson. Entretanto, são chamados de Atkinson pela maneira como são modificados visando a eficiência na transformação energética.
Ciclo termodinâmico Ideal
Ao lado, temos a imagem do ciclo Atkinson ideal, que consiste das seguintes operações:
- 1-2 Compressão isentrópica ou compressão reversível e adiabática (isto é, compressão sem transferência de calor)
- 2-3 Aquecimento isocórico (Qp)
- 3-4 Aquecimento isobárico (Qp')
- 4-5 Expansão isentrópica
- 5-6 Resfriamento isocórico (Qo)
- 6-1 Resfriamento isobárico (Qo')
Motores ciclo Atkinson modernos
Recentemente, o ciclo Atkinson vem sendo usado para descrever motores ciclo de Otto com modificações específicas no tempo de abertura de válvulas. No caso em questão, as válvulas de admissão se mantém abertas além do normal o que permite um fluxo reverso do ar admitido de volta ao coletor de admissão, o que resulta numa compressão efetiva menor (já que parte da mistura que deveria estar sendo comprimida está escapando do cilindro livremente ao invés de estar sendo comprimida pelo pistão) mas a taxa de expansão não é modificada. Isso na prática significa que a taxa de compressão é menor que a taxa de expansão. O calor gerado pela explosão do combustível aumenta a pressão, forçando o pistão a mover pela expansão do volume dentro da câmara para além do volume quando a compressão se iniciou. O objetivo dos motores Atkinsons modernos é fazer que a pressão na câmara de combustão no fim do ciclo de expansão seja igual à pressão atmosférica. Dessa maneira, pode se dizer que se transformou toda a energia possível, obtida no processo de combustão. Para cada parte de ar, quanto maior a taxa de expansão, maior a energia que será convertida para energia mecânica utilizável, o que resulta em um motor mais eficiente. A desvantagem do ciclo Atkinsons de quatro tempos em relação aos motores ciclo Otto é sua reduzida potência relativa. Devido à menor quantidade de mistura admitida, os motores ciclo Atkinsons não conseguem produzir a mesma potência que um motor ciclo Otto do mesmo tamanho que consegue aspirar muito mais ar.
Motores de quatro tempos que utilizam as mesmas modificações de abertura de válvulas que os motores ciclo Atkinsons, mas são equipados com um compressor mecânico para diminuir a perda de potência relativa são conhecidos como motores Ciclo_Miller.
Veículos que atualmente utilizam motores ciclo Atkinsons
Enquanto um motor Ciclo_Otto modificado usando o ciclo Atkinson provê uma economia considerável de combustível, há em contrapartida uma significante perda de potência específica ao comparar com um motor quatro tempos normal. [1] Se a demanda por mais potência for intermitente, ela pode ser adicionada por um motor_elétrico durante o período de maior demanda. Essa é a base do carro com motor de combustão e motor elétrico, conhecido como carro_híbrido. Ambos os motores podem ser usados independentemente ou combinados, para prover de maneira mais eficiente possível a entrega dessa energia para movimentar o veículo.
Atualmente, existem em produção, vários veículos que utilizam os motores ciclo Atkinson. Os vendidos no Brasil são:
- Ford Fusion Hybrid elétrico, tração dianteira, taxa de compressão de 12.3:1
- Mercedes S400 Blue Hybrid elétrico, tração traseira.
- Toyota Prius híbrido_elétrico, tração dianteira, taxa de compressão de 13.0:1
Veja também
Referências
- ↑ Heywood, John B. Internal Combustion Engine Fundamentals, pp. 184-186.
Links externos (em inglês)
- Animation of Atkinson Cycle Engine Essa animação mostra um motor ciclo Atkinson real, que se utiliza de complexos mecanismos para conseguir diferentes relações de admissão/compressão, expansão e exaustão. Entretando, a ilustração mostra o motor com uma configuração para gerar 4 relações iguais. Para alterar as relações, o pivô mais à direita deveria ter sido posicionado mais abaixo. Dessa maneira, possibilitaria movimentação mais angular enquanto o link com a roda se movimenta para cima, resultando uma maior expansão.
- Modified Atkinson Cycle Engine: Uma alternativa com tempo de válvulas variável para aumentar o torque em baixas rotações nos motores modificados para ciclo Atkinson.
- Comparison of Prime Movers Suitable for USMC Expeditionary Power Sources, Oak Ridge National Laboratory
- Libralato Engines - desenvolvimento do motor ciclo Atkinson rotativo.
- Rotary Atkinson cycle engine - mais detalhes do motor rotativo e comparações com os motores Wankel.
- The Prius's Not So Secret Gas-Mileage Secrets - explicações sobre a utilização do motor ciclo Atkinson no Prius com o objetivo de economia de combustível.