Atkinson, Miller, B-cyclusproces: wat het werkelijk betekent

VTG-turbocompressoren in VW-motoren zijn eigenlijk gemodificeerde dieselmotoren.

Atkinson- en Miller-cycli worden altijd geassocieerd met verhoogde efficiëntie, maar er is vaak geen verschil tussen beide. Misschien is het niet logisch, omdat beide veranderingen neerkomen op een fundamentele filosofie - het creëren van verschillende compressie- en expansieverhoudingen in een viertaktbenzinemotor. Aangezien deze parameters geometrisch identiek zijn in een conventionele motor, lijdt de benzinemotor aan het gevaar van kloppende brandstof, waardoor de compressieverhouding moet worden verlaagd. Als echter op welke manier dan ook een hogere expansieverhouding zou kunnen worden bereikt, zou dit resulteren in een hoger niveau van "uitpersen" van de energie van de expanderende gassen en zou de efficiëntie van de motor toenemen. Het is interessant om op te merken dat noch James Atkinson, noch Ralph Miller, puur historisch gezien, hun concepten creëerden op zoek naar efficiëntie. In 1887 ontwikkelde Atkinson ook een gepatenteerd complex krukmechanisme bestaande uit verschillende elementen (overeenkomsten zijn tegenwoordig te vinden in de Infiniti VC Turbo-motor), die bedoeld was om Otto's patenten te omzeilen. Het resultaat van complexe kinematica is de implementatie van een viertaktcyclus tijdens één omwenteling van de motor en een andere zuigerslag tijdens compressie en expansie. Vele decennia later wordt dit proces uitgevoerd door de inlaatklep langer open te houden en bijna zonder uitzondering toegepast in motoren in combinatie met conventionele hybride aandrijflijnen (zonder de mogelijkheid van externe elektrische oplading), zoals die van Toyota en Honda. Bij middelhoge tot hoge snelheden is dit geen probleem omdat de binnendringende stroom traagheid heeft en als de zuiger naar achteren beweegt, compenseert deze de retourlucht. Bij lage snelheden leidt dit echter tot onstabiele motorwerking en daarom worden dergelijke eenheden gecombineerd met hybride systemen of gebruiken ze de Atkinson-cyclus niet in deze modi. Om deze reden worden atmosferische kleppen en inlaatkleppen conventioneel beschouwd als de Atkinson-cyclus. Dit is echter niet helemaal juist, want het idee om verschillende graden van compressie en expansie te realiseren door het regelen van de klepopeningsfasen is van Ralph Miller en werd gepatenteerd in 1956. Zijn idee is echter niet gericht op het bereiken van meer efficiëntie en het verlagen van de compressieverhouding en het bijbehorende gebruik van brandstoffen met een laag octaangehalte in vliegtuigmotoren. Miller ontwerpt systemen om de inlaatklep eerder te sluiten (Early Intake Valve Closure, EIVC) of later (Late Intake Valve Closure, LIVC), en om het gebrek aan lucht te compenseren of om ervoor te zorgen dat de lucht terugkeert naar het inlaatspruitstuk, de compressor is gebruikt.

Het is interessant op te merken dat de eerste dergelijke asymmetrische fasemotor, die op een latere draait, gedefinieerd als het "Miller-cyclusproces", is gemaakt door Mercedes-ingenieurs en is gebruikt in de 12-cilinder compressormotor van de W 163-sportwagen sinds 1939. voordat Ralph Miller zijn test patenteerde.

Het eerste productiemodel dat de Miller-cyclus gebruikte, was de Mazda Millenia KJ-ZEM V6 uit 1994. De inlaatklep sluit later en voert een deel van de lucht terug naar de inlaatspruitstukken, waarbij de compressieverhouding praktisch verminderd is en een Lysholm mechanische compressor wordt gebruikt om de lucht vast te houden. De uitzettingsverhouding is dus 15 procent groter dan de compressieverhouding. Verliezen veroorzaakt door luchtcompressie van de zuiger naar de compressor worden gecompenseerd door het verbeterde uiteindelijke rendement van de motor.

Zeer late en zeer vroege sluitstrategieën hebben verschillende voordelen in verschillende modi. Bij lage belasting heeft later sluiten als voordeel dat het een wijder open gasklep geeft en een betere turbulentie handhaaft. Naarmate de belasting toeneemt, verschuift het voordeel naar eerdere sluiting. Dit laatste wordt echter minder effectief bij hoge snelheden vanwege onvoldoende vultijd en hoge drukval voor en na de klep.

Audi en Volkswagen, Mazda en Toyota

Momenteel worden vergelijkbare processen gebruikt door Audi en Volkswagen in hun 2.0 TFSI (EA 888 Gen 3b) en 1.5 TSI (EA 211 Evo) apparaten, onlangs vergezeld door de nieuwe 1.0 TSI. Ze gebruiken echter een voorsluitende inlaatkleptechnologie waarbij de uitzettende lucht wordt gekoeld nadat de klep eerder sluit. Audi en VW noemen het proces de B-cyclus, naar de ingenieur van het bedrijf, Ralph Budak, die de ideeën van Ralph Miller verfijnde en toepaste op turbomotoren. Met een compressieverhouding van 13:1 is de werkelijke verhouding ongeveer 11,7:1, wat op zich al extreem hoog is voor een motor met elektrische ontsteking. De hoofdrol in dit alles wordt gespeeld door het complexe klepopeningsmechanisme met variabele fasen en slag, dat vortex bevordert en zich aanpast aan de omstandigheden. In B-cyclusmotoren wordt de injectiedruk verhoogd tot 250 bar. Microcontrollers regelen een soepel proces van faseverandering en overgang van B-proces naar normale Otto-cyclus onder hoge belasting. Bovendien gebruiken de 1,5- en 1-litermotoren snel reagerende turboladers met variabele geometrie. Gekoelde voorgecomprimeerde lucht zorgt voor betere temperatuuromstandigheden dan directe sterke compressie in een cilinder. In tegenstelling tot Porsche's hightech BorgWarner VTG-turbocompressoren die worden gebruikt voor krachtigere modellen, zijn de eenheden met variabele geometrie van VW die door hetzelfde bedrijf zijn gemaakt, praktisch licht gewijzigde turbines voor dieselmotoren. Dit is mogelijk vanwege het feit dat, vanwege alles wat tot nu toe is beschreven, de maximale gastemperatuur niet hoger is dan 880 graden, dat wil zeggen iets hoger dan die van een dieselmotor, wat een indicator is voor een hoog rendement.

Japanse bedrijven verwarren terminologiestandaardisatie nog meer. In tegenstelling tot andere Mazda Skyactiv-benzinemotoren, heeft de Skyactiv G 2.5 T een turbocompressor en werkt hij over een breed scala van belastingen en toerentallen in de Miller-cyclus, maar Mazda induceert ook een cyclus waarin hun atmosferische Skyactiv G-motoren werken.Toyota gebruikt een 1.2 D4 -T (8NR-FTS) en 2.0 D4-T (8AR-FTS) in hun turbomotoren, maar Mazda, aan de andere kant, definieert ze als hetzelfde voor al zijn atmosferische motoren voor hybride en nieuwe generatie Dynamic Force-modellen . met atmosferische vulling als “werk aan de Atkinson-cyclus”. In alle gevallen is de technische filosofie hetzelfde.