artikel

Miller en Atkinson Cycle, varianten op het Otto-principe (1997-07/08)

Techniek

Het Toyota Hybrid System gebruik maakt van een benzinemotor, die werkt volgens de zogenaamde Atkinson Cycle. Wilt u eens uitleggen wat ik mij daarbij moet voorstellen en wat is het verschil met de Miller Cycle?

Miller was een Deen van geboorte die in 1915 naar Amerika ging. Hij werkte met verbrandingsmotoren bij Ingersoll-Rand, American Locomotive Company en Worthington Pump and Machinery Company.

Bij zijn laatste werkgever (Nordberg Manufacturing Co) werkte hij als hoofdingenieur op de Four Cycle Division, de viertakt afdeling zogezegd. Ook bij Nordberg volgde het ene patent op het andere. In juli 1947 hield Miller een voordracht, daarbij stelde hij een gewijzigde Otto-cyclus voor.

Miller wilde de effectieve compressieverhouding (dat is de verhouding tussen het cilindervolume bij het sluiten van de inlaatklep en het volume in het BDP) verlagen met behoud van een normale lange arbeidsslag. Miller stelde voor de inlaatklep voor het ODP te sluiten en de geometrische compressieverhouding hoog te houden. in combinatie met drukvulling ontstaat er dan een cyclus die een hoog rendement heeft zonder verlies aan prestaties. Uiteraard is het ook mogelijk de inlaatklep later dan gebruikelijk te sluiten om de effectieve compressieslag te verkleinen.

Sinds Millers patent en voordracht is er op vele plaatsen in de wereld onderzoek gedaan aan motoren die volgens de Miller-cyclus werken.

James Atkinson (1846-1914) was een Engelsman die de mening was toegedaan dat het rendement van een verbrandingsmotor wordt verhoogd als het gas zo ver mogelijk kan expanderen. In 1885 toonde hij zijn ‘Differential’ motor op de uitvindersbeurs te Londen. Twee zuigers in eenzelfde cilinder werden via een ingenieus stelsel van tuimelaars door een krukas aangedreven. De zuigers doorliepen in één krukasomwenteling de vier fasen van de viertaktcyclus. Slechts één van de zuigers bracht de verbrandingskracht over op de krukas dus was het geen echte tegenzuigermotor zoals bijvoorbeeld de driecilinder zeszuiger tweetakt Commer-motor van de jaren vijftig.

Atkinson had de constructie zo ontworpen dat de expansieslag tweemaal zo lang was als de inlaatslag. Deze expansieslag duurde één kwart van de tijd die een gewone viertaktmotor bij hetzelfde krukastoerental nodig heeft. De cilinder was voorzien van poorten die via veerbelaste kleppen vers gas toelieten of uitlaatgas afvoerden. Een jaar later bouwde Atkinson de ‘Cycle’ motor met één zuiger per cilinder, nog steeds met een ultra lange expansieslag, 1,8 maal langer dan die van de inlaat. Er werden er meer dan duizend van gebouwd in Engeland en Amerika. Er was een klepbediening met nokken.

Atkinson kreeg veel erkenning voor zijn zuinige, stabiel lopende motor. In 1888 leverde de ééncllinder motor met een boring van 190,5 mm en een slag van 235 mm 9,7 pk (7,1 kW) bij 131 t/min. De gemiddelde effectieve druk bedroeg 3,2 bar.

Toen Otto’s patent voor de viertaktmotoren in 1890 verliep, begon ‘iedereen’ dit type motor te bouwen. Deze motor kon veel meer toeren draaien dan die van Atkinson want de ‘armen- en benenwinkel’ wilde niet al te snel bewegen.

Reageer op dit artikel