Der Otto-Zyklus und der Atkinson–Zyklus sind zwei verschiedene Konzepte für den Betrieb eines Viertaktverbrennungsmotors. Der Unterschied liegt im Funktionsprinzip, in der Verwendung von Luft- und Kraftstoffgemischen sowie infolge des Betriebs.
Der Otto-Zyklus, der 1876 von Nicholas Otto entwickelt wurde, ist der gebräuchlichste Motortyp, der in Autos verwendet wird. Es gibt jeweils nur vier Takte: Ansaugen, Komprimieren, Arbeiten und Freisetzen von Abgasen. Luft und Kraftstoff werden im Ansaugkrümmer gemischt und dann in den Zylinder geleitet, wo sie durch den Kolben komprimiert werden. Dann wird anstelle der Zündkerze ein Elektromotor eingeschaltet, der das Gemisch in Brand setzt. Durch die Ausdehnung durch Gorenje bewegt sich der Kolben nach unten und es wird eine nützliche Arbeit durchgeführt.
Auf der anderen Seite weist der Atkinson-Zyklus, der 1882 von James Atkinson kreiert wurde, einige Unterschiede zum Otto-Zyklus auf. Hier wird das Prinzip des atmosphärischen Drucks verwendet, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu komprimieren. Dazu wird ein spezieller Mechanismus namens Atkinson cycle Mechanism verwendet, der das Einlassventil nach der Hälfte seines Hubs ausschaltet, als dass eine längere Kompression der Mischung erzeugt wird. Dies ermöglicht einen höheren Wirkungsgrad, erhöht jedoch die Betriebszeit und reduziert die Motorleistung.
Zusammenfassend haben der Otto-Zyklus und der Atkinson-Zyklus ihre Vor- und Nachteile, und ihre Wahl hängt von den Vorlieben und Anforderungen an die Motoreffizienz ab. Der Otto-Zyklus liefert eine höhere Leistung, verbraucht aber mehr Kraftstoff, während der Atkinson-Zyklus eine höhere Wirtschaftlichkeit bietet, aber eine geringere Leistung aufweist.
Was sind die Unterschiede zwischen dem Otto-Zyklus und dem Atkinson-Zyklus?
Der Hauptunterschied zwischen dem Otto-Zyklus und dem Atkinson-Zyklus besteht in der Zusammenstellung des Zylinderlaufs:
| Otto-Zyklus | Atkinson-Zyklus |
|---|---|
| Negative Kompression | Übergangsprozeß |
| Kompression | Kompression |
| Zündung und Expansion | Kompression |
| Ausgabe | Erweiterung |
Im Otto-Zyklus wird nach dem Einlassen und Komprimieren des Gasbrennstoffs eine Zündung durchgeführt, die Gasausdehnung und -freisetzung erfolgt, danach beginnt ein neuer Zyklus. Im Atkinson-Zyklus tritt nach dem Einlassen und Komprimieren des Gasbrennstoffs ein transienter Prozess auf, komprimiert, komprimiert das Gas in der inneren Kammer, dehnt sich aus und gibt die Gase frei, wonach ein neuer Zyklus beginnt.
Otto- und Atkinson-Zyklen haben ihre Vor- und Nachteile, ihre Wahl hängt von den Bedürfnissen und Anforderungen eines bestimmten Motors ab. Otto-Zyklen bieten in der Regel eine bessere Leistung und eine schnelle Entwicklung des Kraftmoments, während Atkinson-Zyklen durch erhöhte Effizienz einen besseren Kraftstoffverbrauch bieten. Darüber hinaus haben Atkinson-Zyklen in der Regel weniger Emissionsprodukte, was sie umweltfreundlicher macht.
Beschreibung und Funktionsweise des Otto-Zyklus
Der Otto-Zyklus besteht aus vier Phasen: Saug-, Kompressions-, Arbeits- und Freisetzungsphasen.
Während der Ansaugphase bewegt sich der Kolben vom oberen Totpunkt (OT) nach unten und öffnet die Einlassventile. Zu diesem Zeitpunkt wird das Gemisch aus Kraftstoff und Luft in den Zylinder eingespritzt.
Dann kommt die Kompressionsphase, in der der Kolben angehoben wird, indem die Einlassventile geschlossen und das Kraftstoff-Luft-Gemisch komprimiert werden. Der Druck und die Temperatur des Gemisches steigen an, wodurch es beim Einspritzen eines Zündkerzenfunks entzündet wird.
Die dritte Phase ist die Arbeitsphase, dies ist die Verbrennungsphase der Mischung. Nach der Zündung verbrennt das Gemisch und erzeugt einen hohen Druck im Zylinder. Dieser hohe Druck treibt den Kolben an, der das Drehmoment an der Kurbelwelle liefert.
Der Otto-Zyklus ist für die meisten Benzinmotoren universell einsetzbar. Es bietet hohe Effizienz und Leistung bei niedrigen Emissionen.
Beschreibung und Funktionsweise des Atkinson-Zyklus
Das Funktionsprinzip des Atkinson-Zyklus unterscheidet sich vom Otto-Zyklus dadurch, dass die Ausdehnung der Arbeitsladung durch eine erhöhte Luftkompression erfolgt. Im Gegensatz zum Otto-Zyklus, bei dem Kompression und Expansion im gleichen Rücklauf des Kolbens (der sogenannte Atkinson-Hub) stattfinden, wird dies im Atkinson-Zyklus in zwei verschiedene Züge unterteilt.
Im Atkinson-Zyklus erfolgt zunächst ein Rückschlag des Kolbens, wodurch das Luft-Kraftstoff-Gemisch komprimiert wird. Der Kolben bewegt sich dann vorwärts und öffnet die Auslassventile und die Abgase treten aus. Danach wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch recycelt, wodurch die nichtflüchtigen Bestandteile des Gemisches reduziert werden können. Dann erfolgt die Verbrennungsphase des Gemisches, nach der der Zeuge des Kolbenhubs die Abgasfreigabephase einsetzt.
Der Hauptvorteil des Atkinson-Zyklus ist seine hohe Effizienz und die Bewertung der Leistungsfähigkeit des Atkinson-Zyklus. Aufgrund des einzigartigen Kompressions- und Erweiterungsschemas der Arbeitsladung bietet dieser Motor einen geringeren Kraftstoffverbrauch und eine geringere Umweltverschmutzung.
