У звичайному бензиновому двигуні конструктори намагаються отримати хороший баланс потужності, моменту та економічності. Гібрид дозволяє піти іншим шляхом: зробити двигун внутрішнього згоряння менш «сильним» у певних режимах, зате значно ефективнішим.
Саме тому Toyota та багато інших виробників використовують у гібридах принцип циклу Аткінсона.
Що відбувається з впускним клапаном
У сучасній реалізації впускний клапан залишається відкритим довше, ніж у звичайному циклі Отто. Поршень уже починає рух угору, але частина суміші ще повертається у впускний колектор.
Фактичний об’єм суміші, який реально стискається, стає меншим за геометричний робочий об’єм циліндра.
При цьому такт розширення залишається довгим, і двигун встигає забрати більше енергії з гарячих газів.
Чому це підвищує ефективність
Менше енергії втрачається з вихлопом, а частина насосних втрат знижується. Двигун краще перетворює теплоту згоряння на механічну роботу.
Але є компроміс: у циліндр фактично потрапляє менше повітря, тому максимальний момент і потужність при тому самому об’ємі падають.
Для звичайного автомобіля це могло б зробити мотор млявим.
Електромотор закриває слабке місце
Гібрид має електромотор, який якраз дуже сильний на низьких обертах. Він миттєво додає момент під час старту й розгону, коли двигун Аткінсона почувався б найслабше.
Тому ДВЗ можна оптимізувати не під максимальну реакцію, а під економічність.
Система в цілому отримує і швидкий старт, і низьку витрату пального.
Чому це ідеальна пара для гібрида
У традиційному автомобілі один двигун повинен робити все: рушати, швидко розганятися, їхати трасою й працювати в заторі. У гібриді ці задачі можна розподілити.
Електромотор бере на себе режими, де бензиновий двигун неефективний, а ДВЗ працює там, де його тепловий ККД найкращий.
Тому цикл Аткінсона став одним із фундаментальних секретів успіху гібридів: він навмисно жертвує частиною самостійної потужності двигуна, бо знає, що поруч завжди є електромотор, який допоможе саме тоді, коли це потрібно.
У сучасних гібридах фази газорозподілу можуть змінюватися настільки гнучко, що двигун частково переходить між поведінкою, близькою до Отто, і більш вираженим режимом Аткінсона залежно від навантаження.
Це ще один приклад того, як гібридизація дозволяє оптимізувати ДВЗ під ефективність. Електромотор бере на себе миттєву реакцію, стартер, частину гальмування та короткі піки потужності, а бензиновий мотор може спокійніше працювати в своїй найвигіднішій зоні.
У гібридній системі двигун Аткінсона часто запускається й вимикається набагато частіше за звичайний ДВЗ. Тому стартером фактично служить потужний електромотор-генератор, який робить запуск майже непомітним. Це ще одна причина, чому такий цикл особливо добре працює саме в електрифікованій силовій установці.
Ще один плюс — можливість довше тримати дросель відкритим і регулювати фактичне наповнення циліндра фазами клапанів. Це зменшує насосні втрати, які особливо помітні в бензиновому двигуні на частковому навантаженні. Саме тому цикл Аткінсона так добре працює в міських гібридних режимах.