Atkinson-Zyklus: Was es ist und wie diese Motoren funktionieren

James Atkinson entwarf 1882 einen Motor auf Basis des Benzin- oder Ottomotors. Ursprüngliches Ziel war es, Viertakt-Ottomotoren herstellen zu können, ohne das Patent bezahlen zu müssen, da sie auf dem sogenannten basierten Atkinson-Zyklus. Obwohl es im Automobilbereich keine große Relevanz hatte und bis heute fast eine historische Anekdote blieb...

Mit dem Aufkommen von Hybridmotoren und der Bedeutung von Motoreffizienz der Verbrennung ist der Atkinson-Zyklus nach vielen Jahren im Hintergrund wieder zum Protagonisten geworden. Und es ist, dass diese Motoren effizienter sind als der herkömmliche Otto-Zyklus, da sie höhere Verdichtungsverhältnisse erreichen. Das macht es besser Thermodynamische Leistung, obwohl das Benzin stark komprimiert wird und früher explodiert (etwas Negatives).

Wie funktioniert ein Atkinson-Zyklus-Motor?

Die Motoren im Atkinson-Zyklus Sie arbeiten mit dem gleichen Kraftstoff wie der Otto-Zyklus, also herkömmliche Benzinmotoren. Darüber hinaus sind sie auch Verbrennungsmotoren, und es gibt sie in mehreren Takten, wie die normalen, und sogar einige "exotischere" wie der Fünftakt-Atkinson-Zyklus-Motor. Letzterer ist im Grunde ein 3-Zylinder-Motor, bei dem 2 in 4-Zeiten arbeiten und der dritte mit Abgasen arbeitet.

Der Unterschied bei Atkinson-Zyklusmotoren besteht darin Sie sind effizienter, da sie den Kraftstoff besser ausnutzen, wodurch sie bessere Verbrauchswerte bieten können (auf Kosten von weniger Leistung im Vergleich zum Otto). Was den Zyklus selbst betrifft, liegt der Unterschied in der Kompressionsphase, etwa in der Mitte.

In dieser Phase bleiben die Einlassventile durch eine spezielle Nockenwelle geöffnet nutzt Kompressionsverluste aus des Gemisches im Motorzylinder.

Das heißt, die vier Phasen von 4-Takt-Motor Sie wären gleich: Einlass, Kompression, Expansion und Auslass, aber bei Kompression wird das Schließen des Einlassventils verzögert. Der Vorteil besteht darin, dass die zum Verdichten des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Zylinder benötigte Energie reduziert und das Verdichtungsverhältnis im Vergleich zu einem Ottomotor um etwa 50 % verändert wird.

In der Kompressionsphase des Atkinson-Zyklus-Motors gibt es Kompressionsverhältnisse von etwa 8:1. Das ist weil Berechnungen für diese Beziehung ab dem Schließen des Einlassventils berücksichtigt, während das Expansionsverhältnis 13:1 beträgt. Diese Asymmetrie begünstigt einerseits die Füllung der Flaschen und reduziert andererseits die Verluste durch Gasrückflüsse.

Wie ich bereits erwähnt habe, ist die Leistung eines Atkinson-Motors geringer als bei einem herkömmlichen Benzinmotor. Seine Effizienz ermöglicht jedoch die Kombination mit einem Elektromotor, wie in der Hybridfahrzeuge, ja, es gleicht aus, Atkinson-Motoren zu haben.

Marken, die den Atkinson-Zyklus verwendet haben

Atkinson-Motoren werden immer beliebter bei Marken, die Benzinmotoren in Kombination mit Elektromotoren in ihren Hybridfahrzeugen verwenden. Etwas anerkannte Marken die diese Art von Architektur verwenden, sind:

Honda

Das japanische Unternehmen Honda, ist einer der großen Hersteller, der Atkinson-Motoren für einige seiner Hybridmodelle verwendet hat. Ein Modell, das es derzeit verwendet, ist beispielsweise der Hond CR-V. Andere Modelle auf der Liste wären der Hybrid Accord oder der Fit.

Ford

Der populäre amerikanische Autohersteller und die Ideologen des Kettenwerks haben auch Atkinson-Motoren für Hybride verwendet, wie es bei der der Fall ist Ford C-Max, Ford Escape, Fusion oder der Maverick.

Mazda

Die andere Firma in Japan, die ebenfalls den Schritt unternommen hat, Hybridmotoren mit teils Elektro- und teils Atkinson-Zyklus-Benzin zu implementieren, ist Mazda. Die Marke ist bereits dafür bekannt, mit ihren Motoren Risiken einzugehen und zum Beispiel in einigen Modellen so exotische Designs wie den Wankelmotor zu übernehmen. Und er hat es auch mit diesen anderen in einigen Versionen seines Mazda6 gemacht.

Hyundai

La Hyundai Motor Company ist ein weiterer südkoreanischer Autohersteller, der auch Motoren in mehreren seiner bekanntesten Hybridmodelle wie Sonata, Elantra, Grandeur, Ioniq oder Palisade verwendet.

Lexus

Toyota ist eine der japanischen Marken, die sich von Anfang an am stärksten für Hybride und Atkinson-Zyklus-Motoren engagiert hat, was sich auch in seiner High-End-Marke zeigt: Lexus. Zu den Modellen, die es verwenden, gehören die CT 200h-Serie, ES 300h, GS 450h, RC F, GS F, HS 250h, IS 200t, NX, RX 450h oder der Hybrid LC.

Toyota

Toyota Es verwendet sie auch in seinen Fahrzeugen als Ergänzung zu seinen Hybridmotoren. Einige Beispiele dieser japanischen Marke finden sich in den Hybriden Camry, Avalon, Highlander, Prius, Yaris, Auris, Tacoma, RAV4, Sienna, Venza und C-HR.

Weitere KFZ-Pakete

También existieren andere Marken die in einigen ihrer Modelle Atkinson-Motoren verwendet haben, wie im Fall von KIA, Mercedes, Subaru, Renault, Nissan, Mitsubishi, Infinity, Chevrolet und Chrysler...

Vor- und Nachteile des Atkinson-Zyklus

Natürlich sind Atkinson-Motoren keineswegs ein Allheilmittel, sie haben auch ihre Nachteile. hier sieht man die Vor- und Nachteile dieser Motoren:

• Vorteil:
  • Sie erfordern weniger mechanische Beanspruchung, was Zuverlässigkeitsprobleme reduzieren und die Lebensdauer der Komponenten verlängern kann.
  • Der Wirkungsgrad ist höher. Laut Toyota wurden im Vergleich zu einem Motor mit den gleichen Eigenschaften im Otto-Zyklus zwischen 12 und 14 % Wirkungsgrad erreicht.
  • Der Kraftstoffverbrauch wird reduziert.
  • Auch die Produktionskosten sind ähnlich wie bei einem konventionellen Benzinmotor niedrig und günstiger als bei einem Dieselmotor.
  • Als Benziner sind sie leiser, leichter und schadstoffärmer als Diesel.
• Nachteile:
  • Sie haben weniger Leistung, weil sie das Luft-Kraftstoff-Gemisch weniger verdichten. Das heißt, die Schubkraft auf den Kolbenboden im Moment des Überspringens des Funkens ist geringer als bei herkömmlichen Motoren.
  • Sie haben eine untere maximale Drehzahlgrenze, die aufgrund ihrer Timing-Einstellungen bei 5000 U / min markiert ist.
  • Es braucht eine komplexere Technologie in Bezug auf seine Ventile und Nockenwelle.
  • Die spezifische Leistung, die aus dem gesamten Hubraum des Motors erreicht wird, ist recht gering. Sie finden 1.8-cm³-Atkinson-Motoren mit Leistungen von 98 PS oder fast 100 PS.

Allerdings in einem Fahrzeug mit Hybrid-Motor Diese Nachteile spielen keine Rolle, da die Kraft hauptsächlich vom Elektromotor kommt. Übrigens verwenden Hybride mit dieser Art von Konfigurationen normalerweise ein stufenloses Getriebe (CVT), das den Motor jederzeit auf einem optimalen Drehzahlbereich hält und mit dem Elektromotor zusammenarbeitet.

Sind Atkinson-Motoren zuverlässig?

Wenn es um eine scheinbar neue Technologie wie den Atkinson-Zyklus-Motor geht, obwohl er vor Jahrhunderten entwickelt wurde, viele misstrauen der Zuverlässigkeit und von der Nutzungsdauer, die diese Motoren haben können. Hersteller können jedoch sehr gute Qualitäten erzielen, da sie sich praktisch an herkömmliche Benzinkonstruktionen anlehnen können.

Sagen Sie das außerdem für mehr Sicherheit für Menschen, die einen Hybrid mit einem Benzinmotor im Atkison-Zyklus erwerben möchten Sie sind in der Regel sehr zuverlässige Motoren., da durch die geringere mechanische Beanspruchung die Motorkomponenten weniger belastet werden und länger halten. Also ja, sie sind zuverlässig.

Atkinson-Zyklus vs. Otto-Zyklus

In Bezug auf der Vergleich Zwischen den Motoren mit Otto-Zyklus und den Motoren mit Atkinson-Zyklus wurde in Wahrheit bereits genug gesagt, da die vorherigen Beschreibungen auf der Grundlage der Unterschiede zum Otto-Motor gemacht wurden. Wenn also beide Paradigmen verglichen werden:

• Vorteile des Atkinson Cycle Engine:
  • Sie erfordern weniger mechanische Beanspruchung, was die Haltbarkeit erhöht.
  • Der Wirkungsgrad ist höher.
  • Der Kraftstoffverbrauch ist geringer.
• Vorteile des Ottomotors:
  • Sie haben mehr Leistung bei gleichem Hubraum.
  • Die Drehzahlgrenzen sind nicht so begrenzt. .
  • Das Ventil- und Nockensystem ist einfacher.
  • Sie benötigen keinen Elektromotor als Ergänzung, sie können allein realisiert werden.

Atkinson-Zyklus vs. Miller-Zyklus

Auf der anderen Seite ist die Müller Zyklus, eine andere Variante des Otto-Zyklus wie der Atkinson. Aber in diesem Fall wird ein Zylinder verwendet, der größer als normal ist, und das Verdichtungsverhältnis wird verbessert, indem ein mechanischer Kompressor verwendet wird und die Öffnungs- und Schließzeiten der Auslassventile geändert werden. Mit einem Kompressor verwendet es auch einen Ladeluftkühler im Einlass, um die Luft zu kühlen und zu verhindern, dass sie sich ausdehnt und die Arbeit des Kompressors verringert. Die Vorteile dieser Motoren haben auch zu ihrem Einsatz in einigen Kraftwerken, Booten und sogar Autos wie dem Subaru B5-TPH oder dem Mazda KJ-ZEM V6 geführt.

La vergleichend in diesem Fall mit dem Atkinson-Zyklus hinterlässt es die folgenden Daten:

• Vorteile des Atkinson-Zyklus-Motors:
  • Effizienz und weniger Verbrauch, da im Miller bei komprimierter Ansaugluft mehr Platz für den Kraftstoff ist und dieser bei gleichem Hubraum mehr verbrennt.
  • Weniger Aufwand für die Kompression.
• Vorteile des Miller-Cycle-Motors:
  • Höhere Leistung durch Aufladung/Turbo im Vergleich zu Atkinson-Saugmotoren.
  • Guter Wirkungsgrad durch Reduzierung der Verdichtung und akzeptabler Verbrauch, erst recht im Vergleich zum Otto.
  • Es kann auch in Verbindung mit Elektromotoren für Hybridautos verwendet werden, um das geringere Drehmoment auszugleichen.

Formeln des Atkinson-Zyklus

Schließlich in Bezug auf die Formeln für den Atkinson-Zyklus, wenn du eine hast thermischen Wirkungsgrad, ist auch definiert als das Verhältnis von Arbeit (W) zu Wärmezufuhr (QH):

Das Bild zeigt, wie man die berechnet thermischer Wirkungsgrad mit Symbol η. Y stellt die Menge an zugeführter Wärme dar, die gemäß dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik schließlich in Arbeit umgewandelt wird.

Und wie er Restwärme (Qc) in der Umgebung und die Summe der Arbeit (W) gleich der ankommenden Wärme sein sollte, kann die Formel wie im obigen Bild dargestellt zusammengefasst werden.

Da außerdem die während der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches mit der Zündkerze absorbierte Wärme in einem nahezu konstanten Volumen erzeugt wird, wird zu diesem Zeitpunkt keine Arbeit von oder an dem Motor verrichtet, was I Hauptsatz der Thermodynamik dicta  ∆U = ∆Q. Daher könnten die Eingangs- und Ausgangswärme des Motors berechnet werden mit:

Q _Eintrag = Mc _v (T ₃ - T ₂ )

Q _Ausgang = Mc _p (T ₄ - T ₁ )

Darüber hinaus gemäß der Beziehung von:

• Komprimierung –> V ₁ / V ₂
• Erweiterung –> V ₄ / V ₃

Daraus folgt, dass die Konstante k ist:

κ = c _p / vs. _v