Juan CHR
Forero Experto
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Alguno habéis oido o leído que el motor de gasolina que lleva nuestro coche y en general, todos los híbridos de Toyota, utiliza un sistema que se denomina ciclo de Atkinson, y lo que quiero explicaros es que es eso y en que consiste.
No voy a incidir mucho en ello, pero hubo un ingeniero llamado Atkinson a finales del siglo XIX que inventó un motor de gasolina que hacía los cuatro tiempos solo en una vuelta de cigüeñal, en vez de en las dos que tienen los motores Otto que son los más usados. No tuvo mucho éxito, el sistema utilizaba dobles o triples bielas, y ahí se quedó. Pero la idea de utilizar una relación de compresión distinta a la de expansión permaneció, y se denomina ciclo de Atkinson.
Para explicar lo que es un ciclo de Atkinson, lo primero es relacionar los 4 tiempos del ciclo de un motor de explosión:
Los ciclos más importantes son el 2 Compresión y 3 Expansión, los otros se limitan a rellenar o expulsar la mezcla y los residuos.
Es lógico pensar en que ambos ciclos, el 2 y el 3 el recorrido que hace el pistón en el cilindro es el mismo, y como en ambos las válvulas están cerradas, la relación de compresión y expansión (diferencia entre el espacio libre que hay en el pistón cuando está más arriba y cuando está más abajo) en ambos ciclos es la misma. A eso se le llama ciclo Otto.
Pero imaginaros que hacemos una pequeña modificación. Y la hacemos en el tiempo 2 Compresión. En vez de cerrar la/s válvula/s de admisión según sube el pistón para comprimir la mezcla y dejarlo completamente cerrado para que sea más efectiva, dejo que se cierre más tarde.
Por consiguiente, al no estar el cilindro cerrado completamente, una parte de la mezcla, vuelve hacia atrás a la cámara de mezclas. Como consecuencia, hay menos mezcla que explosionar y la relación de compresión disminuye, porque se empieza a contar esa relación a partir de que se haya cerrado todas las válvulas, no desde abajo con toda la carrera. Hemos conseguido una relación de compresión distinta a la de expansión, que de paso se deja como está.
Cuando se produce la explosión y por tanto la expansión, se quema menos gasolina, y como consecuencia de la explosión, se produce una presión que ejerce una fuerza sobre la superficie del pistón, y esa fuerza se transmite a una biela y de aquí a un cigüeñal y ya tenemos el par (fuerza * diámetro cigüeñal, corregido según ángulo de incidencia de la fuerza).
Importante es saber que la presión que ejerce la explosión sobre el pistón en el motor de explosión va de más a menos según el pistón hace un recorrido descendente y disminuye porque va aumentando el volumen disponible para el gas según baja el pistón (Presión y volumen son inversamente proporcionales). En el ciclo Atkinson la presión al final del tiempo 3 Expansión es idéntica a la atmosférica, mientras que en el ciclo Otto es mayor que la atmosférica. Lo que indica que en el ciclo Atkinson hemos aprovechado al máximo la explosión y en el Otto hubiera habido más margen, si el cilindro hubiese permitido bajar más el pistón.
Así de sencillo es la diferencia, es una actuación en el árbol de levas que permite retrasar el cierre de las válvulas de admisión en el ciclo de compresión. No hay otros cambios. Menos mezcla menos gasto.
Vamos con las ventajas primero.
¿Porque no lo tienen TODOS los coches?
Obvio, porque no da la potencia para esa cilindrada. Y eso es hoy en día un argumento de ventas, sobre todo que se están poniendo de moda motores más pequeños sobre alimentados que dan mucha potencia.
¿Porque solo se encuentra en híbridos?
Sencillo. Hay un motor eléctrico que complementa las carencias del motor térmico. Hay que considerar un coche híbrido como un sistema que combina de los dos motores. El problema que tenemos es que si como consecuencia de una prolongada subida nos quedamos sin batería de fuerza es cuando notamos esa falta de potencia del motor térmico. Pero son pocas veces, y todo sea por un consumo contenido.
En el Lexus NX/ Toyota RAV4 ese problema no se da porque su motor térmico es de 190 cv, pero gasta más.
En fin, ha sido una aproximación muy por encima, y estoy a vuestra disposición para responder a alguna cuestión, así como para debatir sobre esto.
No voy a incidir mucho en ello, pero hubo un ingeniero llamado Atkinson a finales del siglo XIX que inventó un motor de gasolina que hacía los cuatro tiempos solo en una vuelta de cigüeñal, en vez de en las dos que tienen los motores Otto que son los más usados. No tuvo mucho éxito, el sistema utilizaba dobles o triples bielas, y ahí se quedó. Pero la idea de utilizar una relación de compresión distinta a la de expansión permaneció, y se denomina ciclo de Atkinson.
Para explicar lo que es un ciclo de Atkinson, lo primero es relacionar los 4 tiempos del ciclo de un motor de explosión:
- Admisión. El pistón está arriba, se abren las válvulas de admisión se llena el cilindro según va bajando el pistón
- Compresión. Se cierran las válvulas de admisión y el cilindro en su carrera ascendente aprieta la mezcla, reduciendo el volumen
- Expansión. (A veces se le denomina también de Combustión, pero me quedo con el otro nombre porque a los efectos de lo que hace el pistón, me conviene más). Con la mezcla así comprimida, salta la chispa de la bujía y se produce una explosión en donde la gasolina reacciona con el oxígeno produciendo CO2 y otros gases y que de forma violenta empuja al pistón. En este tiempo es donde se produce el par motor
- Escape. El pistón asciende, empuja los gases, se abre la válvula de escape y esos gases se llevan al tubo de escape (o al turbo, si lo hubiera).
Los ciclos más importantes son el 2 Compresión y 3 Expansión, los otros se limitan a rellenar o expulsar la mezcla y los residuos.
Es lógico pensar en que ambos ciclos, el 2 y el 3 el recorrido que hace el pistón en el cilindro es el mismo, y como en ambos las válvulas están cerradas, la relación de compresión y expansión (diferencia entre el espacio libre que hay en el pistón cuando está más arriba y cuando está más abajo) en ambos ciclos es la misma. A eso se le llama ciclo Otto.
Pero imaginaros que hacemos una pequeña modificación. Y la hacemos en el tiempo 2 Compresión. En vez de cerrar la/s válvula/s de admisión según sube el pistón para comprimir la mezcla y dejarlo completamente cerrado para que sea más efectiva, dejo que se cierre más tarde.
Por consiguiente, al no estar el cilindro cerrado completamente, una parte de la mezcla, vuelve hacia atrás a la cámara de mezclas. Como consecuencia, hay menos mezcla que explosionar y la relación de compresión disminuye, porque se empieza a contar esa relación a partir de que se haya cerrado todas las válvulas, no desde abajo con toda la carrera. Hemos conseguido una relación de compresión distinta a la de expansión, que de paso se deja como está.
Cuando se produce la explosión y por tanto la expansión, se quema menos gasolina, y como consecuencia de la explosión, se produce una presión que ejerce una fuerza sobre la superficie del pistón, y esa fuerza se transmite a una biela y de aquí a un cigüeñal y ya tenemos el par (fuerza * diámetro cigüeñal, corregido según ángulo de incidencia de la fuerza).
Importante es saber que la presión que ejerce la explosión sobre el pistón en el motor de explosión va de más a menos según el pistón hace un recorrido descendente y disminuye porque va aumentando el volumen disponible para el gas según baja el pistón (Presión y volumen son inversamente proporcionales). En el ciclo Atkinson la presión al final del tiempo 3 Expansión es idéntica a la atmosférica, mientras que en el ciclo Otto es mayor que la atmosférica. Lo que indica que en el ciclo Atkinson hemos aprovechado al máximo la explosión y en el Otto hubiera habido más margen, si el cilindro hubiese permitido bajar más el pistón.
Así de sencillo es la diferencia, es una actuación en el árbol de levas que permite retrasar el cierre de las válvulas de admisión en el ciclo de compresión. No hay otros cambios. Menos mezcla menos gasto.
Vamos con las ventajas primero.
- Menos gasto de combustible. Toyota calcula un 12/14 % respecto al mismo motor ciclo Otto
- Menos temperatura del motor, al ser las explosiones de menos mezcla
- Mecánica más duradera, al estar sometida a menos presión y temperatura
- Menos potencia. Fijaros que un motor de 1.800 cc solo da 98CV. Motores más pequeños dan más potencia
- Se alcanzan menos revoluciones, casi a la altura de un diesel
¿Porque no lo tienen TODOS los coches?
Obvio, porque no da la potencia para esa cilindrada. Y eso es hoy en día un argumento de ventas, sobre todo que se están poniendo de moda motores más pequeños sobre alimentados que dan mucha potencia.
¿Porque solo se encuentra en híbridos?
Sencillo. Hay un motor eléctrico que complementa las carencias del motor térmico. Hay que considerar un coche híbrido como un sistema que combina de los dos motores. El problema que tenemos es que si como consecuencia de una prolongada subida nos quedamos sin batería de fuerza es cuando notamos esa falta de potencia del motor térmico. Pero son pocas veces, y todo sea por un consumo contenido.
En el Lexus NX/ Toyota RAV4 ese problema no se da porque su motor térmico es de 190 cv, pero gasta más.
En fin, ha sido una aproximación muy por encima, y estoy a vuestra disposición para responder a alguna cuestión, así como para debatir sobre esto.
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flipo mucho con todo lo que explicas 
