Themen:
- Atkinson-Miller-Zyklus
- Die Ursprünge des Atkinson-Miller-Zyklus
Atkinson-Miller-Zyklus:
Motoren mit einem hohen Verdichtungsverhältnis können viel Leistung liefern. Bei geringer Motorlast (Teillast) ist der Motor jedoch ineffizient: Schon bei geringer Last baut sich über dem Kolben ein hoher Druck auf, der zu Ineffizienz führt und daher in diesem Fall unerwünscht ist. Um einen hohen Wirkungsgrad bei Teillast mit höherem Verdichtungsverhältnis zu erreichen, wenden einige Hersteller das Atkinson-Miller-Prinzip an. Die Namen Atkinson und Miller werden manchmal verwechselt und falsch platziert. Im nächsten Kapitel werden die Unterschiede und Gemeinsamkeiten dieser Erfindungen erläutert.
Beim Atkinson-Miller-Prinzip wird das Einlassventil während des Verdichtungstakts bei Teillast (ca. 20 bis 30 Grad Kurbelwellengrad) länger offen gehalten: Die Ansaugluft strömt teilweise zurück zum Ansaugkrümmer. Die Luftmenge über dem Kolben ist nach dem Schließen des Einlassventils viel geringer als bei Motoren, bei denen das Einlassventil am Ende des Ansaughubs schließt. Bei einem geringeren Luftvolumen über dem Kolben muss weniger Luft komprimiert werden (weniger Gegenkraft beim Kompressionshub). Auch die einzuspritzende Kraftstoffmenge ist nun geringer: Weniger Luft bedeutet auch weniger Kraftstoff.
Die Folge eines späteren Schließens des Einlassventils ist ein geringerer Füllstand. Dies geht zu Lasten der Motorleistung, kommt aber insgesamt der Verbrennung zugute. Der Atkinson-Miller-Zyklus ist ideal für Hybridfahrzeuge, da der Verbrennungsmotor nicht mehr die einzige Antriebsquelle ist, sondern vom Elektromotor unterstützt wird oder nur noch zum Laden des Batteriepakets dient (serieller Hybrid). Darüber hinaus kann eine Änderung der Ventilsteuerung bei anderen Betriebsbedingungen als Teillast die Einlassventilsteuerung vorverlegen.
Eine Reihe von Herstellern wenden das Atkinson-Miller-Prinzip auf die Verbrennungsmotoren ihrer Hybridautos an. Dies sind hauptsächlich koreanische und japanische Hersteller: Hyundai, Honda und Kia.
Die folgenden Bilder zeigen das Anzeigediagramm und das PV-Diagramm eines normalen Benzinmotors neben dem des Atkinson-Prinzipmotors. Da beim Atkinson-Prinzip die Verdichtung der Luft erst später im Verdichtungstakt einsetzt, spiegelt sich dies in diesen Diagrammen wider. Die Reduzierung des Kompressionsverlusts erhöht den thermischen Wirkungsgrad.
Der Ursprung des Atkinson-Miller-Zyklus:
Im vorherigen Abschnitt haben wir die Anwendung des Atkinson-Miller-Zyklus besprochen. In der Literatur werden die Namen der Techniken von Atkinson und Miller oft kombiniert, obwohl es sich um zwei separate Erfindungen mit demselben Zweck handelte. Die Geschichte der Atkinson- und Miller-Prinzipien wird im Folgenden beschrieben.
Atkinson: James Atkinson (Großbritannien, 1882) arbeitete an seiner Erfindung, bei der er die Effizienz eines Kolbenmotors durch Vergrößerung des Arbeitshubs steigern konnte. Durch ein komplexes System mit Stangen und Wippmechanismen könnte der Kolbenhub des Arbeitshubs höher sein als der des Ansaughubs.
Die Animation zeigt die vier Takte im bekannten Viertaktverfahren:
- Ansaughub (Einlass, ansaugen)
- Kompressionshub
- Kraftschlag (Ausdehnung, Wehen)
- Auspuffhub (Auspuff, Ausstoßen)
Der Atkinson-Motor wurde seinerzeit nicht weiterentwickelt, da die Konstruktion damals zu komplex war und es zu große Leistungsverluste gab.
Müller: Ralph Miller (USA, 1947) entwickelte die Technik, bei der das Einlassventil später schließt, um den endgültigen Kompressionsdruck zu reduzieren (siehe vorheriges Kapitel). Durch die Änderung der Ventilsteuerzeiten wird das gleiche Ziel wie beim Atkinson-Prinzip erreicht: die Begrenzung des mechanischen Energieverlusts im Kompressionstakt mit weniger Luft. Der Unterschied zwischen dem Atkinson- und dem Miller-Prinzip besteht darin, dass das Atkinson-Prinzip physikalisch unterschiedliche Kompressions- und Krafthübe ausführt und das Miller-Prinzip mit dem Ausgang der Einlassventilsteuerung das gleiche thermodynamische Ergebnis erzielt.
Verwandte Seite:
