Cómo funciona el motor de ciclo Atkinson

Los motores de ciclo Atkinson son motores de combustión interna con ciclos de cuatro tiempos prácticamente iguales a los de ciclo Otto, aunque tienen como desventaja la consecución de una potencia inferior. En el aspecto positivo aprovechan mejor el combustible, pudiendo con ello obtener mejores cifras de consumo.

Originalmente y a diferencia del funcionamiento actual, el motor de ciclo Atkinson realizaba los cuatro tiempos (admisión, compresión, expansión y escape) en una vuelta de cigüeñal. Los motores de ciclo Otto necesitan dos vueltas de cigüeñal para realizar los mismos tiempos.

Actualmente, este concepto se ha modificado y la principal diferencia entre un motor de ciclo Otto y uno de ciclo Atkinson, es que durante una parte de la carrera de compresión (aproximadamente la mitad), las válvulas de admisión permaneces abiertas. Esto se consigue mediante la modificación de las levas de admisión del árbol de levas, ofreciendo la ventaja de que las pérdidas producidas en el motor debidas a la compresión de la mezcla se reducen drásticamente.

Funcionamiento de un motor de ciclo Atkinson

En un motor de ciclo Atkinson se dispone igualmente de los cuatro tiempos de un motor de gasolina, con la admisión, compresión, explosión y escape. No obstante en este tipo de motores se cierra tarde la válvula de admisión durante el proceso de compresión, con lo que disminuye entonces la compresión real, pues la compresión real no comienza de manera efectiva hasta que la válvula de admisión se haya cerrado, provocando con ello que esta relación de compresión pueda ser de incluso la mitad que si la válvula se cerrara antes, tal y como ocurre en un ciclo Otto de cuatro tiempos tradicional.

Con esta modificación, durante la carrera de compresión (momento en que se comprime la mezcla de aire y combustible aspirada previamente) y debido a que las válvulas de admisión permanecen abiertas, parte de la mezcla es devuelta al colector de admisión.

¿Cómo funciona un motor gasolina?

Explicamos el funcionamiento de un motor gasolina atmosférico. Las cuatro fases de su funcionamiento son: Admisión, compresión, explosión y escape.

La relación de compresión de un motor es el volumen de aire de la carrera de compresión más el volumen de aire de la cámara de combustión dividido por el volumen de aire de la cámara de combustión.

Durante la carrera de compresión, esta relación se sitúa en 8:1 pues empieza a contar en el momento en que cierra la válvula de admisión mientras que en la carrera de expansión es de 13:1, que corresponde al recorrido del pistón hacia abajo con las válvulas cerradas (única carrera en que se realiza trabajo).

Debido a esta asimetría, cuando finaliza el ciclo de trabajo y las válvulas de escape se disponen a abrir, la presión interna del cilindro es aproximadamente la presión atmosférica mientras que en un motor de gasolina convencional es ligeramente superior, es decir que no se ha aprovechado toda la fuerza que empujaba el pistón hacia abajo.

A su vez, el recorrido del pistón en su carrera ascendente llena el colector de admisión (recordamos que las válvulas de admisión permanecen abiertas hasta aproximadamente la mitad del recorrido) dando como resultado un aumento de la presión en su interior (pues esta siempre es inferior a la atmosférica) que favorece al llenado de los otros cilindros y minimiza las pérdidas producidas por el reflujo de los gases.

El esfuerzo mecánico de los motores de ciclo Atkinson es inferior a los motores de ciclo Otto debido a que su relación de compresión es inferior, lo que proporciona una mayor duración de la mecánica.

A su vez, su coste de producción es similar al de un motor de gasolina convencional. También su peso, ruido y emisión de gases contaminantes, quedando alejado del elevado coste, peso y ruido de los motores diésel.

Desventajas de los motores Atkinson

Por el momento sólo se han destacado los puntos fuertes de estos motores. Es hora de explicar por qué estos motores no se montan en modelos que no sean híbridos.

La principal desventaja, es que al comprimir menos cantidad de mezcla, la fuerza de empuje sobre la cabeza del pistón en el momento de saltar la chispa es inferior a la de un motor convencional, dando pié a motores menos potentes. Un ejemplo es el motor 1.800 cm3 del Toyota Prius de tercera generación que sólo desarrolla una potencia de 100 CV.

Debido a la configuración de los tiempos, las revoluciones máximas de giro de estos motores, se ve limitada a 5.000 rpm aproximadamente y la potencia específica (potencia obtenida a partir de la cilindrada) es baja lo que implica que estos motores entreguen la misma potencia que un motor de cilindrada inferior proporcionando la sensación al conductor de que su coche no tiene potencia.

Sin embargo, en un vehículo híbrido, esta sensación no se produce pues la sensación de potencia proviene del motor eléctrico y una caja de cambios del tipo CVT (Transmisión por Variador Continuo) que se ocupa de mantener el motor a sus revoluciones óptimas.

Para entendernos, la función de un motor de combustión en un vehículo híbrido solo es mantener su inercia una vez ha dejado de acelerar, del resto, se ocupa el motor eléctrico.

Por qué el ciclo Atkinson

El motor de ciclo Atkinson se popularizó tras la introducción y comercialización de los vehículos híbridos, que quiere decir trabajan con un motor de combustión interna aunado a un motor eléctrico.

El ciclo Atkinson, basado en el ciclo Otto, es muy utilizado en coches híbridos, porque consigue aumentar la eficiencia global y lograr así un bajo consumo de combustible. Pero con la llegada de tecnología más avanzada se modificó el tiempo de las válvulas para lograr que el mecanismo funcionara de la misma forma al que se desarrolló en 1882 por James Atkinson.

Con esto tenemos que tiene relaciones más altas de compresión, lo que logra la explosión de la mezcla mucho antes que el Otto, aumentando el rendimiento termodinámico. Como comentamos con anterioridad, éste se consigue retrasando el cierre de las válvulas de admisión, lo que permite que los gases vuelvan a fluir dentro de la cámara, permitiendo una relación de compresión superior.

En la lista de los coches que actualmente utilizan esta configuración de tren motriz, tenemos al Toyota Prius, Ford Escape, Lexus RX 450h, Hyundai Sonata, Chevrolet Volt, KIA Niro, Hyundai Elantra y KIA Forte, entre otros, donde los coreanos apuestan de forma decidida por la inclusión de los mismos en cada vez más vehículos de su gama.