Atkinson-Kreisprozess

Die nach dem Atkinson-Kreisprozess arbeitende Variante des Viertaktmotors wurde von James Atkinson (1846–1914) im Jahre 1882 unter anderem zur Umgehung der Otto-Patente sowie zur Steigerung des Wirkungsgrades erfunden. Mit diesem Prozess ermöglicht man im Vergleich zum Otto-Prozess eine theoretisch höhere Effizienz (Wirkungsgrad) auf Kosten der Leistung.

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Der Atkinson-Prozess unterscheidet sich vom Otto-Prozess durch einen Unterschied des Kompressionsverhältnisses im Vergleich zum Expansionsverhältnis. In modernen Atkinson-Motoren erreicht man dies durch ein sehr spätes Schließen des Einlassventils, das bis in den Verdichtungstakt hinein offen gehalten wird. Während sich der Kolben aus dem unteren Totpunkt heraus wieder nach oben bewegt strömt das Frischgas auf Grund seiner Trägheit noch weiter in den Zylinder ein. Durch das späte Schließen des Einlassventils über den unteren Totpunkt des Kolbens hinaus reduziert sich das effektive Verdichtungsverhältnis und erlaubt, kombiniert mit einem vergrößerten Takt- und/oder verringerten Verbrennungsraum-Volumen, ein gegenüber dem Verdichtungsverhältnis höheres Expansionsverhältnis unter Beibehaltung eines normalen Kompressionsdrucks. Durch den längeren Takt können Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Ausschiebetakt eines Viertaktmotors mit einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle ausgeführt werden. Dies ist wünschenswert für gute Verbrauchswerte, da das Verdichtungsverhältnis in einem fremdgezündeten Motor durch die Oktanzahl des verwendeten Treibstoffs begrenzt wird, während ein höheres Expansionsverhältnis einen längeren Arbeitstakt und damit eine Reduktion der im Abgas verschwendeten Wärme mit sich bringt. Das Resultat ist ein theoretisch effizienterer Motor.

Ein Nachteil des Atkinson-Zyklus ist das 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 abgeben zu können, ohne Gefahr zu laufen, dabei abgewürgt zu werden. Doch die obere Drehzahl ist beim Betrieb im Atkinsonzyklus begrenzt und liegt unter der, welche bei Ottomotoren üblich ist. Als Teil eines Hybridantriebes können diese Nachteile dagegen vom Elektromotor ausgeglichen werden, sodass der geringere Treibstoffverbrauch voll zum Tragen kommen kann.

In einem modernen Atkinson-Motor sitzt das schwere Schwungrad auf der Nockenwelle, die mit dem Kolben über einen Pendelexenter angeschlossen ist. Dadurch ergibt sich die gleiche Übersetzung von Kolbenbewegung und Nockenwelle wie beim Ottomotor von 2:1. Dies führt allerdings zu ungleich ungünstigeren Gewichtsverhältnissen und Abmessungen. Dafür sind die Ventilsteuerungen gleich und völlig frei wählbar. Mit veränderten Ventilsteuerungszeiten zwecks alternativ Wirkungsgrad- oder Leistungserhöhung wurde seit der Erfindung des Verbrennungsmotors, auch von Otto selbst, experimentiert. Auch die Ladeluftkühlung beim sogenannten „Miller-Prozess“ ist sicherlich auf Anglisierung der Erfindungsansprüche zurückzuführen.

Der sogenannte „Z„-Motor ist von dem Übersetzungsverhältnis von Nocken- und Kurbelwelle aus betrachtet ein Zweitaktmotor. Da aber alle “Takte“ eines Viertaktmotors vorhanden sind, könnte man ihn auch als solchen bezeichnen. Es ist ein aufgeladener Motor mit sehr hoher Vorverdichtung und Ladeluftkühlung. Es ist auch sinnvoll, ihn als eigene Entwicklung zu betrachten.

Aktuelle Varianten

  Ein aktuelles Fahrzeug, das einen Motor nach diesem Prizip verwendet, ist der Toyota Prius (im Bild rechts), der dank des Expansionsverhältnisses von 13:1, Klopfregelung und verstellbarer Einlassventile mit normalem Superbenzin, Normalbenzin oder sogar Ethanol betrieben werden kann. Ein weiterer Hersteller eines von einem Atkinson-Motor angetriebenen Fahrzeugs ist Mazda, der diesen Motortyp zusammen mit einem stufenlosen CVT-Getriebe in den Fahrzeugtyp Mazda 2 bzw. Mazda Demio verbaut.

Siehe auch

• Otto-Prozess
• Miller-Prozess
• Wankelmotor
• Millermotor