Atkinson-Zyklus
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Der Atkinson-Zyklus ist eine '''spezielle Ventilsteuerung''', bei der die Einlassventile erst sehr spät schließen und dadurch der Verdichtungstakt nicht am unteren Totpunkt des Kolbens, sondern später beginnt. | Der Atkinson-Zyklus ist eine '''spezielle Ventilsteuerung''', bei der die Einlassventile erst sehr spät schließen und dadurch der Verdichtungstakt nicht am unteren Totpunkt des Kolbens, sondern später beginnt. | ||
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Bei diesem Verfahren erfolgt eine höhere Ausnutzung der Verbennungsenergie und eine Reduzierung der Schadstoffemission. | Bei diesem Verfahren erfolgt eine höhere Ausnutzung der Verbennungsenergie und eine Reduzierung der Schadstoffemission. | ||
Version vom 1. Juli 2008, 14:24 Uhr
Der Motor der Prius 1 und 2 ist ein Saugmotor mit sequenzieller Saugrohreinspritzung. Er arbeitet im Atkinson-Zyklus.
Der Atkinson-Zyklus ist eine spezielle Ventilsteuerung, bei der die Einlassventile erst sehr spät schließen und dadurch der Verdichtungstakt nicht am unteren Totpunkt des Kolbens, sondern später beginnt.
Bei einem normalen Ottomotor endet der Ansaugtakt, wenn sich der Kolben am unteren Totpunkt befindet. Nach Schließen des Einlassventils beginnt mit der Kolbenbewegung nach oben der Verdichtungstakt. Durch das noch geöffnete Einlaßventil strömt Luft heraus. Die Verdichtung setzt erst ein, wenn das Einlassventil schließt.
Dieses Verfahren bringt den Vorteil, dass im Gegensatz zum Ottomotor Kompressions- und Expansionsverhältnis unterschiedliche Werte annehmen können. Dies entschärft den bestehenden Zielkonflikt zwischen Kompressions- und Expansionsverhältnis. Während das Kompressionsverhältnis technischen Grenzen unterliegt, wird für eine optimale Verbrennung ein möglichst großes Expansiosnverhältnis angestrebt. Das Expansionsverhältnis beträgt beim Motor des Prius etwas 13:1, während bei der Verdichtung nur ein Verhältnis von etwa 7:1 wirksam wird.
Bei diesem Verfahren erfolgt eine höhere Ausnutzung der Verbennungsenergie und eine Reduzierung der Schadstoffemission.
Durch die intelligente Steuerung des Öffnungs- und Schließzeitpunktes des Einlassventils durch Verstellung der Nockenwelle VVTi kann der Beginn des Kompressionstaktes optimal an die Betriebsbedingungen des Motors angepasst werden.
Nachteile des Betriebes im Atkinson-Zyklus sind eine vergleichsweise niedrige maximale Motordrehzahl und ein im unteren Drehzahlbereich relativ geringe Drehmoment, was einen Einsatz als ausschließlichen Antrieb in einem Auto nahezu ausschließt. Um diesen Nachteil zu umgehen, müsste man mit sehr großen Hubräumen arbeiten, welche den Verbrauchsvorteil dann aber wieder zunichte machen würden. Der Atkinson-Motor braucht eine relativ hohe Drehzahl, um Leistung abgegeben zu können, ohne in die Gefahr zu laufen, dabei abgewürgt zu werden. Als Teil eines Hybridantriebes können diese Nachteile dagegen vom Elektromotor ausgeglichen werden, sodass der geringere Treibstoffverbrauch voll zum Tragen kommen kann.
James Atkinson entwickelte 1886 (also 10 Jahre nach Nikolaus A. Ottos Ottomotor) diese Technologie mit damals einer bereits 10% höheren Leistung bei gleichem Hubraum. Das Atkinson-Verfahren wurde viel später von dem US-Ingenieur Ralph Miller modifiziert. Es konnte sich aus den oben genannten Gründen aber nicht auf breiter Front durchsetzen und blieb ein Exot. Möglicherweise erlebt es jetzt in Hybridantrieben eine Renaissance.
Der sogenannte Atkinson-Miller-Zyklus ist ein Expansionszyklus zur Abkühlung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bei aufgeladenen Motoren und hat nichts mit dem beim Prius verwendeten Atkinson-Zyklus zu tun. Der Motor des Prius arbeitet ohne Aufladung.
Die neuen (größeren) Lexus-Modelle nutzen eine kombinierte Saugrohr- und Direkteinspritzung und werden nicht im Atkinson-Zyklus betrieben.
