CICLO ATKINSONEl ciclo Atkinson se desprende del ciclo Otto para ofrecer mayor eficiencia en detrimento de la potencia teniendo aplicacin en los automviles hbridos. Se lo suele denominar de cinco tiempos: admisin, reflujo de gases de admisin, compresin, expansin y escape. El rendimiento trmico de un motor de este tipo tambin depende de la relacin de compresin, proporcin entre los volmenes mximo y mnimo de la cmara de combustin que suele ser de 8:1 hasta 11:1 en la mayora de los motores Otto actuales. Se pueden utilizar relaciones mayores, como de 12: 1, aumentando as la eficiencia del motor, pero este diseo requiere la utilizacin de combustibles de alto ndice de octanos para evitar la detonacin. El rendimiento de un motor Otto de 4 tiempos es algo inferior al rendimiento alcanzado por los motores Diesel, que llegan a valores del 30 al 45%, debido a su mayor relacin de compresin.En todo motor de combustin interna alternativo convencional las vlvulas de admisin, que permiten el ingreso la mezcla de aire y combustible, se cierran cuando el pistn comienza la compresin. En el ciclo Atkinson se retrasa el cierre de las vlvulas de admisin, retornando parte de la mezcla ya admitida al conducto de admisin la que luego es aprovechada en el siguiente ciclo. Sintetizando, la carrera de compresin es ms corta que la carrera de expansin y de esta forma se aprovecha mejor la energa liberada durante la combustin de la mezcla. Al haber menos masa activa en el cilindro, la potencia es inferior al de un motor Otto de la misma cilindrada, pero la eficiencia termodinmica del Atkinson es ms alta por lo que disminuye el consumo.Debido a que los motores ciclo Atkinson gastan menos y dan menos potencia, son motores especiales para aplicaciones hbridas. El motor elctrico servido de bateras de Li aporta la potencia que falta segn la necesidad y as combinan una entrega de potencia buena con un consumo realmente bajo.La experiencia de Toyota indica que su eficiencia estara entre un 12% y un 14% sobre el mismo motor funcionando con ciclo Otto con una relacin de compresin en el orden de 8:1 y una relacin de expansin que podra alcanzar 13:1. La razn de que ambas sean diferentes siendo el recorrido del pistn idntico al subir y al bajar es que la relacin de compresin se empieza considerar desde que se cierran las vlvulas de admisin y la mezcla comienza a comprimirse, mientras que la expansin se realiza con las vlvulas cerradas hasta el final de la carrera. La consecuencia de esta asimetra es que, al final de cada ciclo de expansin en un motor Atkinson, la presin dentro del cilindro es aproximadamente igual a la presin atmosfrica por lo que casi toda la presin ha sido transformada en movimiento y la expansin del gas ya no puede empujar ms. En un motor Otto convencional estndar cuyas relaciones de compresin y expansin son iguales, sobra presin en el ciclo de expansin ya que los gases producto de la combustin se encuentran por encima de la presin atmosfrica incluso hasta el final de la carrera de expansin. Debido a ello el ciclo Atkinson es ms eficiente pero menos potente.Por lo descripto podemos decir que la sobrepresin que normalmente se pierde por el escape en un ciclo Otto, se ver notablemente reducida al permitirle una expansin ms amplia en el Atkinson siendo la razn de su mayor eficiencia. En ciertos diseos al tener una relacin de compresin baja, los regmenes de trabajo (rpm) son menores por lo que la mquina estar sometida a menores esfuerzos siendo ms duradera y a su vez ser relativamente liviano.El rgimen mximo de giro se ve sensiblemente reducido, prcticamente al nivel de un diesel, con mximos en el orden de las 5.000 rpm lo que lo limita.Tambin la potencia especfica obtenida a partir de la cilindrara total del motor, es bastante baja porque slo se aprovecha una parte de la cilindrada total en la fase de compresin. Su uso en los hbridos implica combinarlo con una transmisin de variador continuo que le permite al motor funcionar en el rgimen ptimo de RPM con el apoyo de un motor elctrico que suple los picos de demanda de potencia cuando el motor de combustin es superado. Como el motor funciona siempre casi a plena carga y con un margen de revoluciones no muy amplio, un conjunto formado por un engranaje planetario, que tiene tres elementos: un engranaje central (sol) con unos satlites que giran alrededor de l; y una corona de dentado interior en la que engranan los satlites permite arrancar en marcha lenta y luego ir a gran velocidad. A uno de estos elementos de la caja arriba descripta est acoplado el motor de combustin interna, al otro un generador elctrico y el otro es solidario con las ruedas del vehculo siendo la forma de trabajo de los hbridos. A medida que el mvil se acelera, el generador elctrico opone menos resistencia y su giro aumenta. Si las bateras no intervienen en la aceleracin, toda la fuerza de la que dispone el vehculo es suministrada por el motor trmico pudiendo llegar a las ruedas tambin a travs del motor elctrico, alimentado por el generador, o bien directamente desde el motor de combustin, si el generador no acta.Estas soluciones son imprescindibles para dar practicidad real a un motor de ciclo Atkinson apuntalando la razn por la cual los modelos convencionales Atkinson no hibridados no se han aplicado en los vehculos al producir una conduccin muy anmica en relacin a la cilindrada que desplazan.Retomando la descripcin, el momento del cierre de la vlvula de admisin determina la cantidad de mezcla que permanece en el interior del cilindro y el comienzo del tiempo de compresin. La menor cantidad de mezcla comprimida se traduce en menores prestaciones.Descripcin del ciclo en sus etapas1. Admisin: con la vlvula de admisin abierta el pistn desciende desde el PMS aspirando hacia el interior del cilindro la mezcla de aire - combustible, con la mariposa de gases ms abierta lo que reduce la resistencia al descenso del pistn.2. Reflujo de admisin: al llegar el pistn al PMI se mantiene abierta la vlvula de admisin y empieza el pistn a subir expulsando hacia el mltiple de admisin parte de la mezcla admitida y minimiza la resistencia al ascenso del pistn.3. Compresin: en cierto momento de la carrera de ascenso del pistn se cierra la vlvula de admisin comenzando la compresin de la mezcla explosiva.4. Explosin: unos grados antes de que el pistn llegue al PMS salta la chispa en la buja iniciando la explosin que genera la fuerza que hace descender luego al pistn.5. Escape: cuando llega el pistn al punto al PMI se abre la vlvula de escape y el ascenso de pistn expulsa los gases quemados por el sistema de escape. En el PMS se cierra la vlvula de escape, abre la de admisin y comienza un nuevo ciclo.El momento en que la vlvula de admisin cierra segn el recorrido ascendente del pistn es determinado por la distribucin de fase variable en funcin de las condiciones de marcha y RPM.Cabe hacer notar que en algunos diseos, la relacin de compresin es ms alta que en un motor de cuatro tiempos Otto.(ver video N1 MOTOR NAFTERO CICLO ATKINSON)En los vehculos hbridos tanto el motor de gasolina como el elctrico pueden mover independientemente o en conjunto el coche. El arreglo tcnico de los dos motores permite que la mayor parte de las veces que funciona el motor de combustin lo haga en el margen ptimo para el ciclo Atkinson. Al solicitar mximas prestaciones el motor trabajar a ms RPM, es decir en zonas de menor rendimiento del ciclo Atkinson.A continuacin se ilustra el modelo hibrido de Toyota con algunos datos tcnicos.

El Toyota Prius tiene dos motores. Un motor de gasolina de 1,5 litros, con 78 CV de potencia mxima a 5.000 rpm secundado por un motor elctrico, con una potencia mxima equivalente a 68 CV (50 kW) y cuando los dos trabajan al unsono, se logra una potencia total de unos 111 CV. El par mximo est en el orden de los 400 Nm.

CICLO MILLER

Comentario:

Cabe hacer notar que el ciclo Miller aporta similares beneficios utilizando la misma estrategia que el Atkinson truncado y utiliza un compresor para aumentar la presin de los gases que quedan en la cmara de combustin y aumentar as la potencia del motor. Es decir, cuando el pistn inicia la carrera ascendente y la vlvula de admisin contina abierta, los gases son empujados contra la presin existente en el colector de admisin, que en el caso de un motor de ciclo Atkinson es la presin atmosfrica y en el caso de un motor de ciclo Miller es la presin generada por el compresor.

DESARROLLO TERICO DEL EN EL CICLO ATKINSONEste ciclo se caracteriza por prolongar la expansin hasta valores cercanos a la presin atmosfrica por lo que debe contar con una carrera de expansin ms larga que la de compresin y han sido varias las soluciones mecnicas desarrolladas. (ver video N2)