Atkinson-cyklussen er en modificeret Otto-cyklus af en 4-takts forbrændingsmotor.
Foreslået af den engelske ingeniør James Atkinson for at omgå Nikolaus Ottos patenter .
I 1886 foreslog Atkinson at ændre forholdet mellem Nikolaus Ottos cyklustider. I Atkinson-motoren blev arbejdsslaget (3. slag i Otto-cyklussen) øget på grund af komplikationen af krankmekanismen . I det 19. århundrede modtog motoren ikke distribution på grund af kompleks mekanik.
Brugen af Atkinson-cyklussen i motoren gjorde det muligt at reducere brændstofforbruget og reducere støj under drift på grund af lavere udstødningstryk. Derudover krævede Atkinson-motoren ikke en gearkasse til at drive gasfordelingsmekanismen , da krumtapakslen roterede med halvdelen af frekvensen end i Otto-motoren. En sådan motor er dog dårligt styret af gashåndtaget og giver ved lave omdrejninger et relativt lille drejningsmoment. Derudover er designet af krumtapmekanismen meget mere kompliceret i det. Der var andre varianter af Atkinson-motoren: motorer med modsat bevægende stempler , motorer med et stempel og to krumtapaksler.
James Atkinson gennemgik kritisk det klassiske koncept med Otto-cyklusmotoren og indså, at det kunne forbedres seriøst. Så for eksempel i en Otto-motor ved lav og mellem hastighed med delvist åben gasspjæld, gennem et vakuum i indsugningsmanifolden, arbejder stemplerne i pumpetilstand, hvilket forbruger motorkraft. Dette komplicerer fyldningen af forbrændingskammeret med en frisk ladning af brændstof-luftblandingen. Derudover går en del af energien tabt i udstødningssystemet, da udstødningsgasserne, der forlader motorcylindrene, stadig er under højt tryk.
Ifølge Atkinsons koncept lukker indsugningsventilen ikke, når stemplet er i bundens dødpunkt, men meget senere. Atkinson-cyklussen giver en række fordele.
Atkinson-motoren fungerer i det, der er kendt som den udvidede ekspansionscyklus, hvor energien fra udstødningsgasserne bruges i en længere periode. Dette skaber forudsætningerne for en mere fuldstændig udnyttelse af energien fra udstødningsgasserne og giver en højere effektivitet af motoren .
Den største forskel fra driftscyklussen for en konventionel 4-taktsmotor (Otto-cyklus) er ændringen i varigheden af disse cyklusser. I en traditionel motor er alle 4 takter (indsug, kompression, kraftslag og udstødning) ens i varighed. Atkinson gjorde derimod de første to slag kortere, og de næste to længere, og indså dette ved at ændre længden af stempelslagene. Det menes, at hans modifikation af motoren var 10% mere produktiv end den traditionelle. På det tidspunkt fandt hans opfindelse ikke bred anvendelse, da den havde et stort antal mangler, hvoraf de vigtigste var vanskeligheden ved at implementere denne opfindelse, nemlig at sikre stemplernes bevægelse ved hjælp af den originale krumtapmekanisme.
Senere, i begyndelsen af 1950'erne, var den amerikanske ingeniør Ralph Miller (eng. Ralph miller ) i stand til at løse det samme problem på en anden måde. Kompressionsslaget blev forkortet ved at foretage ændringer i ventilens funktion. Normalt åbner indsugningsventilen ved indsugningsslaget og er allerede lukket før kompressionsslaget. Men i Miller-cyklussen forbliver indsugningsventilen åben i en del af kompressionsslaget. Således fjernes en del af blandingen fra forbrændingskammeret, selve kompressionen starter senere og følgelig er dens grad lavere. Sammenlignet med kompressionsslaget er kraftslaget og udstødningsslaget lange. Det er på dem, at motorens effektivitet afhænger. Kraftslaget skaber kraften til bevægelse, og den lange udstødning bevarer energien fra udstødningsgasserne bedre.
Den anden foranstaltning er betinget opdelt i to dele. En sådan ordning kaldes nogle gange en femtaktsmotor. I den første del er indløbsventilen åben, og blandingen tvinges ud, så lukker den, og først derefter opstår kompression.
På hybridbiler kan Atkinson-motoren bruges, da motoren i dem fungerer i et lille område af hastigheder og belastninger. Men på moderne biler, såsom Toyota Prius , bruger de ikke Atkinson-motoren, men dens forenklede modstykke, bygget på princippet om Miller-cyklussen . Det skal bemærkes, at det nominelle kompressionsforhold på 13:1 for disse motorer ikke svarer til den faktiske, fordi. kompressionen begynder ikke umiddelbart ved begyndelsen af stemplets opadgående slag, men med en forsinkelse skubbes brændstof-luftblandingen (FA) tilbage i nogen tid. Derfor svarer det faktiske kompressionsforhold til de klassiske Otto-cyklus forbrændingsmotorer . Samtidig bliver stemplets nedadgående arbejdsslag længere end normalt, hvorved energien fra ekspanderende gasser bruges med større effektivitet, hvilket øger effektiviteten og reducerer brændstofforbruget. Hybridbilen accelereres af en elmotor, der leverer fuld kraft over et bredt omdrejningsområde.