Atkinson-cyclus: wat het is en hoe deze motoren werken

atkinson cyclus

James Atkinson ontwierp in 1882 een motor op basis van de benzine- of Otto-cyclusmotor. Het oorspronkelijke doel was om viertaktbenzinemotoren te kunnen produceren zonder het patent te hoeven betalen, aangezien ze gebaseerd waren op wat bekend staat als Atkinson-cyclus. Hoewel het niet veel relevantie had in de autosector en tot nu toe bijna een historische anekdote bleef...

Met de komst van hybride motoren en het belang van motor efficiëntie van verbranding is de Atkinson-cyclus na vele jaren op de achtergrond opnieuw de hoofdrolspeler geworden. En het is dat deze motoren efficiënter zijn dan de conventionele Otto-cyclus, omdat ze hogere compressieverhoudingen bereiken. Dat maakt het beter thermodynamische prestaties, hoewel de benzine sterk gecomprimeerd is en eerder ontploft (iets negatiefs).

Hoe werkt een Atkinson Cycle-motor?

Atkinson-cyclus

De Atkinson-cyclusmotoren Ze werken met dezelfde brandstof als de Otto-cyclus, namelijk conventionele benzinemotoren. Bovendien zijn het ook verbrandingsmotoren, en ze komen in verschillende slagen, zoals de normale, en zelfs wat meer "exotische" zoals de vijftakt Atkinson-cyclusmotor. Die laatste is in feite een 3-cilinder motor waarvan er 2 in 4 tijden werken en de derde werkt met uitlaatgassen.

Het verschil in Atkinson-cyclusmotoren is dat: ze zijn efficiënter, omdat ze beter omgaan met brandstof, waardoor ze betere verbruikscijfers kunnen bieden (ten koste van minder vermogen in vergelijking met de Otto). Wat betreft de cyclus zelf, het verschil zit in de compressiefase, ongeveer in het midden ervan.

In die fase blijven de inlaatkleppen open door een speciale nokkenas die profiteert van verliezen veroorzaakt door compressie van het mengsel in de motorcilinder.

Dat wil zeggen, de vier fasen van 4-takt motor ze zouden hetzelfde zijn: inlaat, compressie, expansie en uitlaat, maar bij compressie wordt het sluiten van de inlaatklep vertraagd. Het voordeel is dat het de energie vermindert die nodig is om het lucht-brandstofmengsel in de cilinder te comprimeren en de compressieverhouding met ongeveer 50% verandert in vergelijking met een Otto-cyclusmotor.

In de compressiefase van de Atkinson-cyclusmotor zijn er: compressieverhoudingen van ongeveer 8:1​ Dit is zo omdat berekeningen voor deze relatie rekening gehouden vanaf het moment dat de inlaatklep sluit, terwijl de verhouding voor expansie 13:1 is. Deze asymmetrie bevordert enerzijds het vullen van de cilinders en vermindert anderzijds de verliezen veroorzaakt door terugvloeiing van gas.

Zoals ik al eerder heb vermeld, is het vermogen van een Atkinson-cyclusmotor lager dan die van een conventionele benzinemotor. De efficiëntie maakt het echter mogelijk dat in combinatie met een elektromotor, zoals in de hybride voertuigen, ja, het compenseert om Atkinson-cyclusmotoren te hebben.

Merken die de Atkinson Cycle hebben gebruikt

Toyota-motor

Atkinson-cyclusmotoren worden steeds populairder bij merken die benzinemotoren combineren met elektrische motoren in hun hybride voertuigen. Sommige erkende merken die dit type architectuur gebruiken zijn:

Honda

Het Japanse bedrijf Honda, is een van de grote fabrikanten die Atkinson-cyclusmotoren heeft omarmd voor sommige van zijn hybride modellen. Een model dat er momenteel gebruik van maakt is bijvoorbeeld de Hond CR-V. Andere modellen op de lijst zijn de hybride Accord of de Fit.

doorwaadbare plaats

De populaire Amerikaanse autofabrikant, en de ideologen van het kettingwerk, hebben ook Atkinson-cyclusmotoren voor hybrides gebruikt, zoals het geval is bij de Ford C-Max, Ford Escape, Fusion of de Maverick.

Mazda

Het andere bedrijf in Japan dat ook de stap heeft genomen om hybride motoren te implementeren met gedeeltelijk elektrische en gedeeltelijk Atkinson-cyclusbenzine is Mazda. Het merk staat al bekend om het nemen van risico's in zijn motoren, bijvoorbeeld door exotische ontwerpen als de wankelmotor in sommige modellen toe te passen. En hij heeft het ook met deze anderen gedaan in sommige versies van zijn Mazda6.

Hyundai

La hyndai Motor Company is een van de Zuid-Koreaanse autofabrikanten die ook motoren gebruikt in verschillende van zijn bekendste hybride modellen, zoals de Sonata, Elantra, Grandeur, Ioniq of de Palisade.

Lexus

Toyota is een van de Japanse merken die zich vanaf het begin sterk heeft ingezet voor hybrides en Atkinson-cyclusmotoren, en dit is ook duidelijk te zien aan zijn high-end merk: Lexus. Onder de modellen die het gebruiken zijn de CT 200h-serie, ES 300h, GS 450h, RC F, GS F, HS 250h, IS 200t, NX, RX 450h of de hybride LC.

Toyota

Toyota het gebruikt ze ook in zijn voertuigen, als aanvulling op zijn hybride motoren. Enkele voorbeelden van dit Japanse merk zijn te vinden in de Camry, Avalon, Highlander, Prius, Yaris, Auris, Tacoma, RAV4, Sienna, Venza en C-HR hybriden.

anderen

ook daar andere merken die Atkinson-cyclusmotoren hebben gebruikt in sommige van hun modellen, zoals het geval van KIA, Mercedes, Subaru, Renault, Nissan, Mitsubishi, Infinity, Chevrolet en Chrysler...

Voor- en nadelen van de Atkinson-cyclus

motor, zuigers en cilinders

Natuurlijk zijn Atkinson-cyclusmotoren geen wondermiddel, ze hebben ook hun nadelen. hier kun je zien de voor- en nadelen van deze motoren:

  • Voordelen:
    • Ze vereisen minder mechanische belasting, wat betrouwbaarheidsproblemen kan verminderen en de levensduur van componenten kan verlengen.
    • Het rendement is hoger. Volgens Toyota is er tussen de 12 en 14% efficiëntie bereikt ten opzichte van een motor met dezelfde kenmerken die op de Otto-cyclus draait.
    • Het brandstofverbruik wordt verminderd.
    • De productiekosten zijn ook laag, vergelijkbaar met die van een conventionele benzinemotor, en goedkoper dan het produceren van een dieselmotor.
    • Omdat het nog steeds benzinemotoren zijn, zijn ze stiller, lichter en hebben ze een lagere uitstoot dan diesel.
  • Nadelen:
    • Ze hebben minder vermogen, omdat ze het lucht-brandstofmengsel minder comprimeren. Dat wil zeggen, de stuwkracht op de zuigerkop op het moment van het springen van de vonk is lager dan die van conventionele motoren.
    • Ze hebben een lagere maximale toerentallimiet, aangegeven op 5000 RPM, gezien hun timing-instellingen.
    • Het heeft een complexere technologie nodig in termen van kleppen en nokkenas.
    • Het specifieke vermogen dat uit de totale cilinderinhoud van de motor wordt gehaald, is vrij laag. U vindt 1.8 cc Atkinson-cyclusmotoren met vermogens van 98CV of bijna 100CV.

Echter, in een voertuig met hybride motor die nadelen doen er niet toe, aangezien de kracht voornamelijk uit de elektromotor komt. En trouwens, hybrides met dit soort configuraties gebruiken meestal een continu variabele transmissie (CVT) die de motor te allen tijde op een optimaal toerental houdt en samenwerkt met de elektromotor.

Zijn Atkinson-motoren betrouwbaar?

betrouwbaarheid van de motor

Wanneer we het hebben over een ogenschijnlijk nieuwe technologie zoals de Atkinson Cycle-motor, ondanks het feit dat deze eeuwen geleden is gemaakt, zijn veel wantrouw de betrouwbaarheid en van de levensduur die deze motoren kunnen hebben. Fabrikanten kunnen echter zeer goede eigenschappen bereiken, omdat ze praktisch gebaseerd kunnen zijn op conventionele benzineontwerpen.

Bovendien, voor meer gemoedsrust voor mensen die een hybride met een benzinemotor met Atkison-cyclus gaan aanschaffen, zeg dat Het zijn doorgaans zeer betrouwbare motoren., omdat de lagere mechanische belasting betekent dat de motorcomponenten minder worden belast en langer meegaan. Dus ja, ze zijn betrouwbaar.

Atkinson-cyclus versus Otto-cyclus

Otto-cyclus versus Atkinson-cyclus

Wat betreft de de vergelijking Tussen de Otto-cyclusmotoren en de Atkinson-cyclusmotoren is de waarheid dat er al genoeg is gezegd, aangezien de eerdere beschrijvingen zijn gemaakt op basis van de verschillen met de Otto-motor. Daarom, als beide paradigma's worden vergeleken:

Sommige huidige motoren staan ​​​​bekend als "semi-Atkinson", aangezien ze van de Otto-cyclus zijn, maar met de mogelijkheid om in sommige gevallen de opening van de kleppen naar behoefte te variëren.
  • Voordelen van de Atkinson Cycle Engine::
    • Ze vereisen minder mechanische belasting, wat de duurzaamheid verhoogt.
    • Het rendement is hoger.
    • Het brandstofverbruik is lager.
  • Voordelen van de Otto-cyclusmotor::
    • Ze hebben meer kracht in dezelfde verplaatsing.
    • De toerenlimieten zijn niet zo beperkt. .
    • Het kleppen- en nokkensysteem is eenvoudiger.
    • Ze hebben geen elektromotor nodig als aanvulling, ze kunnen alleen worden geïmplementeerd.

Atkinson-cyclus versus Miller-cyclus

Miller-cyclus, grafiek

Aan de andere kant is er de molenaar cyclus, een andere variant van de Otto-cyclus zoals de Atkinson. Maar in dit geval wordt een cilinder groter dan normaal gebruikt en wordt de compressieverhouding verbeterd door een mechanische compressor te gebruiken en de openings- en sluitingstijden van de uitlaatkleppen te wijzigen. Met een compressor gebruikt hij ook een intercooler in de inlaat om de lucht te koelen en te voorkomen dat deze uitzet en het werk van de compressor vermindert. De voordelen van deze motoren hebben ook geleid tot het gebruik ervan in sommige krachtcentrales, boten en zelfs auto's zoals de Subaru B5-TPH of de Mazda KJ-ZEM V6.

La comparativa in dit geval laat het met de Atkinson-cyclus de volgende gegevens achter:

  • Voordelen van de Atkinson-cyclusmotor:
    • Efficiëntie en lager verbruik, omdat in de Miller, wanneer de inlaatlucht wordt gecomprimeerd, er meer ruimte is voor de brandstof en deze meer verbrandt met dezelfde cilinderinhoud.
    • Minder inspanning voor compressie.
  • Voordelen van de Miller-cyclusmotor:
    • Hoger vermogen dankzij supercharger/turbo, vergeleken met atmosferische motor van het Atkinson-type.
    • Goede efficiëntie door verminderde compressie en acceptabel verbruik, zeker in vergelijking met de Otto.
    • Het kan ook worden gebruikt in combinatie met elektromotoren, voor hybride auto's, om het lagere koppel te compenseren.

Atkinson-cyclusformules

Ten slotte, met betrekking tot de formules voor de Atkinson-cyclus, als je er een hebt thermische efficiëntie, wordt ook gedefinieerd als de verhouding van arbeid (W) tot warmte-inbreng (QH):

De afbeelding laat zien hoe u de kunt berekenen thermisch rendement met symbool η. Y staat voor de hoeveelheid inputwarmte die uiteindelijk wordt omgezet in werk, in overeenstemming met de eerste wet van de thermodynamica.

En hoe hij restwarmte (Qc) in de omgeving en de som van de arbeid (W) gelijk moet zijn aan de inkomende warmte, kan de formule worden samengevat zoals weergegeven in de afbeelding hierboven.

Aangezien bovendien de bij de verbranding van het brandstof-luchtmengsel met de bougie geabsorbeerde warmte met een vrijwel constant volume wordt geproduceerd, wordt er op dat moment geen werk door of aan de motor verricht, hetgeen I wet van de thermodynamica dicteert  ∆U = ∆Q. Daarom kunnen de ingangs- en uitgangswarmte van de motor worden berekend met:

Q toegang =mc v (T 3 - T 2 )

Q uitgang =mc p (T 4 - T 1 )

Bovendien, volgens de relatie van:

  • Compressie -> V 1 /v 2
  • Uitbreiding -> 4 /v 3

Hieruit volgt dat de constante k is:

K = c p / vs v


Volg ons op Google Nieuws

Wees de eerste om te reageren

Laat je reactie achter

Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *

*

*

  1. Verantwoordelijk voor de gegevens: Miguel Ángel Gatón
  2. Doel van de gegevens: Controle SPAM, commentaarbeheer.
  3. Legitimatie: uw toestemming
  4. Mededeling van de gegevens: De gegevens worden niet aan derden meegedeeld, behalve op grond van wettelijke verplichting.
  5. Gegevensopslag: database gehost door Occentus Networks (EU)
  6. Rechten: u kunt uw gegevens op elk moment beperken, herstellen en verwijderen.