De Atkinson-cyclus in de praktijk. Atkinson-cyclusmotor

2024 Auteur: Erin Ralphs | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-02-19 18:13

ICE wordt al een eeuw in auto's gebruikt. Over het algemeen heeft hun werkingsprincipe geen grote veranderingen ondergaan sinds de start van de productie. Maar aangezien deze motor een groot aantal tekortkomingen heeft, stoppen ingenieurs niet met het bedenken van innovaties om de motor te verbeteren. Laten we een van hen bekijken, die de Atkinson-cyclus wordt genoemd. Tegenwoordig kun je horen dat het in sommige machines wordt gebruikt. Maar wat is het en hoe wordt de motor er beter van?

Atkinson-cyclus

Nikolaus Otto, een ingenieur uit Duitsland, stelde in 1876 een cyclus voor bestaande uit:

• inlaat;
• compressie;
• slag;
• release.

En tien jaar later ontwikkelde de Engelse uitvinder James Atkinson het. Als we echter de details hebben begrepen, kunnen we de Atkinson-cyclus volledig origineel noemen.

Verbrandingsmotoren zijn kwalitatief verschillend. De krukas heeft immers versprongen bevestigingspunten, waardoor wrijvingsenergieverlies wordt verminderd en de compressieverhouding wordt verhoogd.

Het heeft ook andere gasdistributiefasen. Bij een conventionele motor sluit de zuiger onmiddellijk na het passeren van het dode punt. De Atkinson-cyclus heeft een ander schema. Hier is de slag aanzienlijk langer, omdat de klep slechts halverwege de zuiger sluit tot het bovenste dode punt (waar volgens Otto al compressie plaatsvindt).

Theoretisch is de Atkinson-cyclus ongeveer tien procent efficiënter dan Otto. Het werd echter lange tijd niet in de praktijk gebruikt vanwege het feit dat het alleen bij hoge snelheden in de bedrijfsmodus kan functioneren. Daarnaast is er een mechanische supercharger nodig, waarmee dit alles wel eens de “Atkinson-Miller-cyclus” wordt genoemd. Het bleek echter dat bij hem de voordelen van de betreffende ontwikkeling verloren gingen.

Daarom werd in personenauto's zo'n Atkinson-fiets in de praktijk bijna nooit gebruikt. Maar in hybride modellen, zoals de Toyota Prius, begonnen fabrikanten het zelfs in serie te gebruiken. Dit werd mogelijk door de specifieke werking van dit soort motoren: bij lage snelheid beweegt de auto door elektrische tractie en pas bij acceleratie schakelt hij over op een benzinemotor.

Gasdistributie

De eerste Atkinson-cyclusmotor had een omvangrijk gasdistributiemechanisme dat veel lawaai maakte. Maar toen ze, dankzij de ontdekking van de Amerikaan Charles Knight, in plaats van de gebruikelijke bediende kleppen speciale spoelen begonnen te gebruiken in de vorm van een paar hulzen die tussen de cilinder en de zuiger waren aangebracht, stopte de motor bijna met het maken van geluid. Echter, de complexiteithet gebruikte ontwerp was vrij duur, maar bij prestigieuze automerken waren autobezitters bereid te betalen voor dergelijk gemak.

Al in de jaren dertig werd een dergelijke verbetering echter opgegeven, omdat de motoren van korte duur waren en het verbruik van benzine en olie te hoog was.

Motorontwikkelingen in deze richting zijn zelfs vandaag de dag bekend - misschien kunnen ingenieurs de tekortkomingen van het Charles Knight-model wegwerken en profiteren van de voordelen.

Universeel model van de toekomst

Momenteel ontwikkelen veel fabrikanten universele motoren, die het vermogen van benzinemotoren combineren met uitstekende tractie en efficiëntie van dieselmotoren.

In dit opzicht bewijst het feit dat benzinemotoren met directe brandstofinjectie een hoge compressieverhouding hebben bereikt van ongeveer dertien tot veertien eenheden (voor dieselmotoren is dit niveau iets meer dan zeventien tot negentien) succesvolle stappen in deze richting. Ze werken zelfs op dezelfde manier als compressieontstekingsunits. Alleen het werkmengsel mag kunstmatig in brand worden gestoken met een kaars.

In experimentele modellen is de compressie zelfs nog hoger - tot vijftien of zestien eenheden. Maar tot zelfontbranding bereikt het niveau niet. In plaats daarvan wordt de bougie uitgeschakeld tijdens een constante beweging, waardoor de motor overschakelt naar een dieselachtige modus en minder brandstof verbruikt.

Verbranding wordt geregeld door elektronica, die aanpassingen maakt afhankelijk van externe omstandigheden.

De ontwikkelaars beweren datdeze motor is zeer zuinig. Er is echter niet genoeg onderzoek gedaan voor massaproductie.

Variabele compressieverhouding

De indicator is erg belangrijk. Vermogen, efficiëntie en zuinigheid zijn immers direct afhankelijk van een hoge compressieverhouding. Het kan natuurlijk niet onbeperkt worden verhoogd. Daarom staat de ontwikkeling al enige tijd stil. Anders bestond er kans op ontploffing, wat tot motorschade zou kunnen leiden.

Deze indicator wordt vooral weerspiegeld in supercharged-motoren. Ze warmen immers sterker op en daarom is het percentage van de kans op ontploffing hier veel hoger. Daarom moet de compressieverhouding soms worden verlaagd, wat natuurlijk het rendement van de motor vermindert.

Idealiter zou de compressieverhouding soepel moeten veranderen, afhankelijk van de bedrijfsmodus en belasting. Er waren veel ontwikkelingen, maar ze zijn allemaal te ingewikkeld en te duur.

Legendarische Saab

Saab behaalde de beste resultaten toen het in 2000 een vijfcilindermotor op de markt bracht, die met een volume van 1,6 liter ongeveer tweehonderdvijfentwintig paarden produceerde. Deze prestatie lijkt vandaag de dag nog steeds ongelooflijk.

De motor is in tweeën gedeeld, waarbij de delen scharnierend met elkaar verbonden zijn. De krukas, drijfstangen en zuigers bevinden zich onder en de cilinders met koppen bovenaan. De hydraulische aandrijving kan het monoblock met cilinders en koppen kantelen, waardoor de compressieverhouding verandert wanneer de aandrijfcompressor wordt ingeschakeld. Ondanks alle effectiviteit,ontwikkeling moest ook worden uitgesteld vanwege de hoge bouwkosten.

Makkelijker en toegankelijker

We kunnen dus concluderen dat de Atkinson-cyclusmotor een belangrijke rol heeft gespeeld bij de verbetering van het motormechanisme in de toekomst. Het lijkt erop dat op elkaar gebaseerde verbeteringen de verbrandingsmotor uiteindelijk naar de optimale bedrijfsmodus zullen leiden.