Silniki, które są montowane w zdecydowanej większości samochodów opierają się na założeniach pracy przedstawionych przez Nicolausa Otto. Cykl pracy takiego silnika opiera się na czterech suwach: ssania, sprężania, pracy, wydechu.
Piąty suw tłoka nie istnieje
O pięciu suwach pracy silnika wspominała w materiałach promocyjnych w latach dziewięćdziesiątych Mazda reklamując swój silnik V6 o pojemności 2,3 cm3 pracujący w obiegu Millera. Pod koniec ubiegłej dekady firma Ilmor Engineering zajmująca się m.in. produkcją silników dla sportu, pod mianem wynalezienia piątego suwu ogłosiła swoje rozwiązanie z dodatkowym tłokiem zwiększającym długość fazy rozprężenia. Faktycznie więc piąty suw tłoka nie istnieje.
Jak działa dodatkowy tłok?
Silnik firmy Ilmor posiada dwa tłoki pracujące w układzie czterosuwowym oraz jeden tłok, który wykonuje tylko suw rozprężania i wydechu. W momencie, gdy właściwy, mały tłok rozpoczyna standardową fazę wydechu, spaliny poprzez specjalny kanał przedostają się do cylindra, w którym pracuje większy tłok. Ten tłok znajduje się wtedy w fazie rozprężania. Następnie wytłacza spaliny już do kolektora wylotowy. Oszczędność energii potrzebnej do pracy tłoków ma wynikać z niższego ciśnienia w dodatkowym cylindrze, a co za tym idzie mniejszych oporów podczas wydalenia gazów z standardowo napełnionych cylindrów.
Jak pracuje silnik w obiegu Atkinsona i Millera?
Zobacz też: Czy nowoczesne silniki trzeba jeszcze docierać?
Silnik pracujący w obiegu Atkinsona ma być rozwiązaniem zmniejszającym ilość potrzebnej energii do ruchu tłoka podczas suwu sprężania, czyli „ściskania” mieszanki paliwowo-powietrznej (w przypadku wtrysku pośredniego) lub powietrza (w przypadku wtrysku bezpośredniego) w cylindrze. Efekt taki uzyskano poprzez wydłużenie czasu otwarcia zaworów dolotowych, skracając czas sprężania. Zawory dolotowe zamykają się, gdy tłok wykonał już pewien ruch w drodze do górnego martwego położenia.
Obieg Atkinsona-Millera można przedstawić następująco:
1. Zawory dolotowe otwierają się, tłok przemieszcza się z górnego martwego położenia (GMP) w dolne martwe położenie (DMP) – suw ssania;
2. Następnie znajduje się w DMP i wykonuje ruch w górę;
3. W pewnym momencie tego suwu zawory dolotowe zamykają się i rozpoczyna się faktyczne sprężanie powietrza;
4. Następuje suw pracy, czyli po zapłonie mieszanki tłok przemieszcza się z GMP do DMP;
5. Następuje otwarcie zaworów wylotowych i suw wydechu.
Rozwiązanie zaproponowane przez Atkinsona ma jednak pewne wady. Silnik posiada mniejszą jednostkową moc z jednego litra pojemności. Dzieje się tak dlatego, że część powietrza, które mogło być użyte w cyklu pracy, cofa się ponownie do kolektora dolotowego. Takie silniki znalazły jednak obecnie zastosowanie. Stosuje je Toyota do napędów hybrydowych (Toyota Prius, Lexus CT200h), w których ważniejsza od mocy, jest sprawność, a co za tym idzie – energooszczędność. W przypadku tych samochodów jest on wykorzystywany do doładowywania ogniw, natomiast podczas dynamicznej jazdy jest tylko uzupełnieniem silnika elektrycznego.
Zobacz też: Jakie są najczęstsze usterki silnika?
Założenia silnika z obiegiem Millera również bazują na skróceniu suwu sprężania. Jednak jest to rozwinięcie, które miało na celu samodzielne zastosowanie oszczędniejszych silników w samochodzie bez straty mocy. Taki stan został osiągnięty przez zwiększenie ciśnienia w kolektorze dolotowym. Znane rozwiązania proponowane dotychczas przez producentów (Mazdę, Nissana) opierają się na mechanicznej sprężarce, która jest wstanie zapewnić zwiększony stopień sprężania mimo krótszego suwu, w którym sprężanie następuje.