چرخه اتکینسون (Atkinson Cycle) در موتورهای احتراق داخلی چیست

محمد مهدی تفضلی ۲۸ آذر ۱۳۹۸ | ۱۳:۰۰ تلویزیون |مقالات فنی

چرخه اتکینسون (Atkinson Cycle) در موتورهای احتراق داخلی چیست

دریافت قدرت در موتورهای چهارزمانه طی چهار مرحله مکش، تراکم، احتراق و تخلیه صورت می گیرد. چرخه ای که موتورهای احتراق داخلی طی می کنند و اساس کارشان بر آن بنا شده چرخه اتو (Otto) نام دارد که تقریباً در همه خودروهای چهارزمانه به کار می رود.

در اواخر قرن ۱۹ میلادی «جیمز اتکینسون» مکانیزمی را طراحی کرد که موتور دیفرانسیلی(Differential Engine) نام گرفت.

پس از ۵ سال با طراحی موتور چرخه ای (Cycle Engine)، که معروف ترین موتور طراحی شده توسط جیمز اتکینسون بود، به کار خود ادامه داد. در این موتور از مکانیزم جالبی برای کوتاه کردن دوره تراکم و افزایش دوره انبساط استفاده شده است.

آخرین موتور طراحی شده توسط این مهندس انگلیسی، یوتالایت (Utilite) نام گرفت. طرز کار موتور یوتالایت (Utilite) بسیار شبیه به موتور دوزمانه بود، تنها با این تفاوت که دریچه خروج گاز در این موتور تقریباً در وسط کورس (Stroke) سیلندر قرار دارد.

هر سه طراحی ذکرشده دارای ویژگی خاصی بودند که آن ویژگی خاص تراکم کوتاه (Short Compression) و انبساط طولانی تر (Longer Expansion) نسبت به تراکم بود.
امروز در خودروهایی که از چرخه اتکینسون استفاده می کنند خبری از مکانیزم هایی که در به آن ها اشاره شد نیست، بلکه تفاوتی که موتورهای اتکینسونی با موتورهای چرخه اتو دارند در این است که زمان باز ماندن سوپاپ هوا نسبت به چرخه اتو بیشتر است. این تفاوت سبب می شود مقداری از مخلوط سوخت و هوای واردشده، هنگام شروع تراکم توسط پیستون، از سیلندر و از همان مسیری که وارد شده است خارج شود. به این ترتیب مخلوط سوخت و هوای کمتری مشتعل می شود و به دنبال آن مصرف سوخت نیز کاهش می یابد. به همین علت از این چرخه بیشتر در موتور خودروهای هیبرید (Hybrid) مانند تویوتا پریوس استفاده می شود تا مصرف سوخت را کاهش دهند. قدرت دریافتی در این چرخه حدود ۳۰% کمتر از چرخه اتو است و علت این کاهش قدرت هم خروج مقداری از مخلوط سوخت و هوا هنگام شروع فرآیند تراکم است. هرچه سوخت و هوا کمتر وارد شود نیازبه تراکم (Compression) هم کمتر می شود، پس مقدار انرژی کمتری در مقایسه با چرخه اتو آزاد می شود.
این چرخه علاوه بر این که بیشتر در موتور خودروهای هیبرید مورد استفاده قرار می گیرد، در موتور خودروهای غیرهیبرید نیز مورد استفاده قرار می گیرند. موتور خودروهای غیرهیبریدی ای که از این چرخه بهره می برند طوری طراحی شده اند که می توانند در دو حالت اتو و اتکینسون کار کنند. کار کردن در دو حالت اتو و اتکینسون به این معناست که باتوجه به نیاز خودرو موتور می تواند چرخه مورد نظر را انتخاب کند و باتوجه به آن عمل کند. برای مثال هنگامی که نیاز به قدرت زیادی ندارد از چرخه اتکینسون استفاده می کند تا مصرف سوخت را کاهش دهد و زمانی که نیاز به قدرت و گشتاور احساس می شود از چرخه اتو استفاده می کند تا به قدرت و گشتاور مورد نظر دست یابد. در موتور ۶ سیلندر تاکوما (Tacoma) از این تکنولوژی استفاده شده است.