Der Atkinson-Zyklus in der Praxis. Atkinson-Zyklus-Motor

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-02-19 13:34

ICE werden seit einem Jahrhundert in Autos verwendet. Im Allgemeinen hat sich ihr Funktionsprinzip seit dem Produktionsstart nicht wesentlich geändert. Da dieser Motor jedoch eine Vielzahl von Mängeln aufweist, hören die Ingenieure nicht auf, Innovationen zu erfinden, um den Motor zu verbessern. Wenden wir uns einem von ihnen zu, der als Atkinson-Zyklus bezeichnet wird. Heute hört man, dass es in einigen Maschinen verwendet wird. Aber was ist das und wie wird der Motor damit besser?

Atkinson-Zyklus

Nikolaus Otto, ein Ingenieur aus Deutschland, schlug 1876 einen Zyklus vor, bestehend aus:

• Einlass;
• Komprimierung;
• Schlaganfall;
• release.

Und ein Jahrzehnt später entwickelte es der englische Erfinder James Atkinson. Nachdem wir jedoch die Details verstanden haben, können wir den Atkinson-Zyklus als völlig originell bezeichnen.

Verbrennungsmotoren sind qualitativ verschieden. Schließlich hat die Kurbelwelle versetzte Lagerpunkte, wodurch der Reibungsenergieverlust reduziert und das Verdichtungsverhältnis erhöht wird.

Es hat auch andere Gasverteilungsphasen. Bei einem konventionellen Motor schließt der Kolben unmittelbar nach dem Totpunkt. Der Atkinson-Zyklus hat ein anderes Schema. Hier ist der Hub deutlich länger, da das Ventil erst auf halber Höhe des Kolbens bis zum oberen Totpunkt (wo laut Otto bereits Kompression stattfindet) schließt.

Theoretisch ist der Atkinson-Zyklus etwa zehn Prozent effizienter als Otto. In der Praxis wurde es jedoch lange Zeit nicht eingesetzt, da es im Betriebsmodus nur bei hohen Drehzahlen funktionieren kann. Zusätzlich wird ein mechanischer Kompressor benötigt, bei dem das Ganze manchmal als „Atkinson-Miller-Zyklus“bezeichnet wird. Es stellte sich jedoch heraus, dass bei ihm die Vorteile der fraglichen Entwicklung verloren gingen.

Deshalb wurde ein solcher Atkinson-Zyklus in Personenkraftwagen in der Praxis fast nie verwendet. Aber in Hybridmodellen wie dem Toyota Prius begannen die Hersteller, es sogar in Serie zu verwenden. Möglich wurde dies durch den spezifischen Betrieb dieser Motortypen: Bei niedriger Geschwindigkeit bewegt sich das Auto durch elektrischen Antrieb und nur beim Beschleunigen sch altet es auf einen Benzinmotor um.

Gasverteilung

Der erste Atkinson-Motor hatte einen sperrigen Gasverteilungsmechanismus, der viel Lärm machte. Aber als man dank der Entdeckung des Amerikaners Charles Knight anstelle der üblichen betätigten Ventile begann, spezielle Spulen in Form eines Hülsenpaares zu verwenden, die zwischen Zylinder und Kolben angeordnet waren, hörte der Motor fast auf zu lärmen. Allerdings die KomplexitätDas verwendete Design war ziemlich teuer, aber bei renommierten Automarken waren die Autobesitzer bereit, für diesen Komfort zu zahlen.

Doch schon in den 30er Jahren wurde eine solche Verbesserung aufgegeben, weil die Motoren kurzlebig waren und der Benzin- und Ölverbrauch zu hoch war.

Motorenentwicklungen in diese Richtung sind auch heute noch bekannt - vielleicht können Ingenieure die Mängel des Charles-Knight-Modells beseitigen und die Vorteile nutzen.

Universalmodell der Zukunft

Derzeit entwickeln viele Hersteller Universalmotoren, die die Kraft von Benzinern mit der hervorragenden Traktion und Effizienz von Dieselmotoren kombinieren werden.

Diesbezüglich erweist sich die Tatsache, dass Benziner mit Direkteinspritzung ein hohes Verdichtungsverhältnis von etwa dreizehn bis vierzehn Einheiten (bei Dieselmotoren etwas mehr als siebzehn bis neunzehn) erreicht haben, als erfolgreiche Schritte Richtung. Sie arbeiten sogar auf die gleiche Weise wie Kompressionszündungseinheiten. Nur die Arbeitsmischung sollte künstlich mit einer Kerze angezündet werden.

In experimentellen Modellen ist die Komprimierung sogar noch höher - bis zu fünfzehn oder sechzehn Einheiten. Aber bis zur Selbstentzündung wird das Niveau nicht erreicht. Stattdessen sch altet sich die Zündkerze bei konstanter Bewegung aus, sodass der Motor in einen dieselähnlichen Modus wechseln und weniger Kraftstoff verbrauchen kann.

Die Verbrennung wird von einer Elektronik gesteuert, die Anpassungen an äußere Umstände vornimmt.

Die Entwickler behaupten dasDieser Motor ist sehr sparsam. Für die Massenproduktion wurde jedoch nicht genug geforscht.

Variables Kompressionsverhältnis

Der Indikator ist sehr wichtig. Denn Leistung, Effizienz und Wirtschaftlichkeit hängen direkt von einem hohen Verdichtungsverhältnis ab. Natürlich kann es nicht unbegrenzt erhöht werden. Daher steht die Entwicklung seit einiger Zeit still. Andernfalls besteht Explosionsgefahr, die zu Motorschäden führen kann.

Dieser Indikator zeigt sich besonders bei aufgeladenen Motoren. Immerhin erhitzen sie sich stärker, und daher ist der Prozentsatz der Detonationswahrscheinlichkeit hier viel höher. Daher muss manchmal das Verdichtungsverhältnis reduziert werden, was natürlich den Wirkungsgrad des Motors mindert.

Idealerweise sollte sich das Verdichtungsverhältnis je nach Betriebsart und Last stufenlos ändern. Es gab viele Entwicklungen, aber sie sind alle zu kompliziert und teuer.

Legendärer Saab

Die besten Ergebnisse erzielte Saab, als es im Jahr 2000 einen Fünfzylindermotor auf den Markt brachte, der mit 1,6 Liter Volumen etwa zweihundertfünfundzwanzig Pferde produzierte. Diese Leistung scheint auch heute noch unglaublich.

Der Motor ist zweigeteilt, wobei die Teile scharnierartig miteinander verbunden sind. Die Kurbelwelle, Pleuel und Kolben befinden sich unten und die Zylinder mit Köpfen oben. Der hydraulische Antrieb kann den Monoblock mit Zylindern und Köpfen kippen und das Verdichtungsverhältnis ändern, wenn der Antriebskompressor eingesch altet wird. Trotz aller WirksamkeitAuch die Entwicklung musste aufgrund der hohen Baukosten verzögert werden.

Einfacher und zugänglicher

Daher können wir den Schluss ziehen, dass der Atkinson-Zyklus-Motor in Zukunft eine bedeutende Rolle bei der Verbesserung des Motormechanismus gespielt hat. Es scheint, dass aufeinander aufbauende Verbesserungen den Verbrennungsmotor endgültig in die optimale Betriebsweise führen werden.