Könnte ich den modernen Atkinson-Zyklus auf einem Benzinmotor mit variabler Ventilsteuerung implementieren?

Also habe ich etwas über den Atkinson-Zyklus gelernt .

Aufgrund meiner begrenzten Forschung scheint es mir möglich zu sein, die Vorteile des modernen Atkinson-Zyklus zu nutzen, wenn ich die Möglichkeit habe, die variable Ventilsteuerung und das Tanken eines Benzinmotors mit einfachem Otto-Zyklus neu abzubilden.

Aufgrund meiner Forschung scheint es, als müssten folgende Dinge angegangen werden:

• Erhöhen Sie die Dauer des Einlassventilhubs
• Reduzieren Sie die eingespritzte Kraftstoffmenge, um die AFRs dort zu halten, wo sie sein sollten

Fragen

• Gibt es noch etwas, das berücksichtigt werden muss? Müsste man den Funkenvorschub modifizieren?
• Was ist mit den Auswirkungen auf Emissionsminderungsmechanismen wie AGR?
• Sind Hardwareänderungen erforderlich?

Theoretisch könnte man durch variable Ventilsteuerung zu einem modernen Atkinson-Zyklus gelangen, dies hängt jedoch von der Genauigkeit des betreffenden Systems ab. Es hängt auch davon ab, ob der Motor zwischen einem regulären Otto-Zyklus und dem Atkinson-Zyklus hin und her schwanken soll.

In dem Video von Engineering Explained spricht Jason Fenske über einen Weg, um den Atkinson-Zyklus zu erreichen, nämlich das Abbluten eines Teils der Ansaugladung während des Kompressionshubs. Indem Sie zulassen, dass das Einlassventil zu Beginn des Kompressionszyklus geöffnet bleibt, können Sie die Entlüftung durch Rückführung in den Ansaugtrakt zulassen. Der Motor würde nur einen Teil der Ansaugung von Luft / Kraftstoff verbrauchen. Dies kann über eine variable Ventilsteuerung (VVT) erfolgen. Wie gut das VVT-System entworfen und implementiert ist, bestimmt, wie gut dies erreicht wird.

Nach Überprüfung und Analyse variabler Ventilsteuerungsstrategien - acht Vorgehensweisen, veröffentlicht in den Proceedings der Institution of Mechanical Engineers, Teil D: Journal of Automobile Engineering, 218 (10), pg. 1179-1200 sind die Ventilereignisse eines typischen Ottomotors (SI):

• Einlassventilöffnung (IVO) Das Einlassventil öffnet und die Luft-Kraftstoff-Ladung wird in den Zylinder gesaugt, wenn sich der Kolben vom oberen Totpunkt (OT) nach unten bewegt. Es geht weiter, bis der Kolben seinen unteren Totpunkt (BDC) erreicht. Im Allgemeinen erfolgt das Öffnen des Einlassventils bei etwa 10 Grad vor dem oberen Totpunkt während des Auslasshubs. Das Öffnen des Einlassventils repräsentiert den Beginn des Einlasshubs sowie den Beginn der Überlappung von Einlass- und Auslassventil.

• Auslassventil schließen (EVC) Das Auslassventil schließt, wenn die meisten verbrannten Gase in den Auslasskrümmer ausgestoßen wurden. Dies ist das Ende des Abgashubs sowie das Ende der Ventilüberlappung. Das Schließen des Auslassventils erfolgt bei etwa 10 Grad nach OT während des Einlasshubs.

• Schließen des Einlassventils (IVC) Das Schließen des Einlassventils repräsentiert das Ende des Einlasshubs und den Beginn des Kompressionshubs. Das Einlassventil schließt während des Kompressionshubs bei etwa 50 Grad nach dem oberen Totpunkt.

• Auslassventilöffnung (EVO) Das Öffnen des Auslassventils repräsentiert das Ende des Expansionshubs und den Beginn des Auslasshubs. Die Öffnung des Auslassventils erfolgt bei etwa 60 Grad vor dem oberen Totpunkt.

Es gibt acht verschiedene Strategien, die auf VVT angewendet werden können:

1. Spätes Schließen des Einlassventils (LIVC)
2. Frühes Schließen des Einlassventils (EIVC)
3. Späte Öffnung des Einlassventils (LIVO)
4. Frühes Öffnen des Einlassventils (EIVO)
5. Spätes Schließen des Auslassventils (LEVC)
6. Frühes Schließen des Auslassventils (EEVC)
7. Späte Öffnung des Auslassventils (LEVO)
8. Frühes Öffnen des Auslassventils (EEVO)

Nur einige davon sind speziell für die Durchführung eines Atkinson-Zyklus bestimmt. Jede Typvariante hat Vor- und Nachteile. Das wichtigste, von dem Jason spricht, ist LIVC. Einige der Vor- und Nachteile von LIVC sind:

Vorteile:

• Verbessert den volumetrischen Wirkungsgrad (VE) bei höheren Motordrehzahlen aufgrund des Gemisches. Der hohe Durchflussimpuls lädt den Zylinder weiter auf, obwohl der Kolben nach oben fährt.
• Verringerte Pumpverluste bei Teillastbedingungen und geringere NOx-Emissionen bei nur geringem Drehmomentverlust.

Nachteile:

• Reduziert den VE bei niedrigeren Motordrehzahlen, da der Ansaugkrümmer und der Zylinderdruck bei UT gleich sind.
• Klopfneigung bei niedrigeren Motordrehzahlen aufgrund eines fetteren Gemisches und einer geringeren Luft-Kraftstoff-Dichte. Dies verringert die Flammengeschwindigkeit und verbessert somit das Klopfen.
• Die Implementierung erfordert normalerweise eine erhöhte mechanische Komplexität.

Einige der Möglichkeiten, wie LIVC implementiert werden kann, sind:

• Zusätzliche Nockenwellen oder Nockenwellen, die bei unterschiedlichen Motordrehzahlen betätigt werden.
• Nockenwellenphaseneinstellung, die die Ventilsteuerung bei verschiedenen Motordrehzahlen ändert.

Laut dem Papier verlangen LIVC-Motoren im Vergleich zu herkömmlichen Motoren mehr Zündfunkenvorschub:

... vor allem bei Teillasten, da das Gemisch ausreichend Zeit hat, sich selbst zu entzünden. Durch Vorschieben des Funkens kann eine Selbstentzündung vermieden werden. Der maximale Druck im Zylinder von LIVC-Motoren war niedriger als bei herkömmlichen Motoren. Dies liegt daran, dass die Menge an effektivem Gemisch, die nach dem Ansaugtakt für die Verbrennung übrig bleibt, bei LIVC-Motoren geringer ist.

Was das AGR-Ventil betrifft, kann es bei ausreichender Ventilüberlappung leicht beseitigt werden. Dies ist eine der Methoden, die bei neueren Performance-Engines verwendet werden. Es lässt sich leicht in die Nockenwelle einbauen. Wenn der Auspuff beim Öffnen des Einlasses länger offen gehalten wird und sich der Kolben für den Einlasshub nach unten bewegt, erfolgt eine Umkehrung und der Auslass wird zurück in den Zylinder gesaugt. Das Endergebnis ist das gleiche wie beim Öffnen der AGR und ermöglicht das Zurücksaugen des Abgases in den Einlass. Besser noch, mit dem LIVC-Ansatz, um einen Atkinson-Zyklus zu erreichen, wird NOx aufgrund des Temperaturabfalls im Zylinder auf natürliche Weise reduziert.

Ein besserer Weg, um diese Art von System zu implementieren, kann die Verwendung des Koenigsegg FreeValve seinTechnologie. Diese Technologie verwendet einen nockenfreien Ansatz, indem die Ventile mit einer pneumatischen / hydraulischen Lösung betätigt werden. Alles ist computergesteuert, was bedeutet, dass die Ventile nach Belieben geöffnet und geschlossen werden können. Die Öffnungs- / Schließereignisse können auch im laufenden Betrieb geändert werden, wenn der Motor läuft, um eine höhere Effizienz zu erzielen. Damit bleibt der Motor nicht mit einem oder möglicherweise zwei verschiedenen Nockenprofilen hängen. Es können so viele Profile und Änderungen des Ereigniszeitpunkts vorgenommen werden, wie für eine effizientere Engine erforderlich sind. Es könnte leicht möglich sein, einen Motor zu erhalten, der von einem regulären Otto-Zyklus bei langsameren Motordrehzahlen und vom Atkinson-Zyklus bei höheren Motordrehzahlen profitieren kann. Besser noch, wenn der Computer lernen kann, was erforderlich ist, um das Beste aus allem herauszuholen, ist dies möglicherweise nur das Ticket für eine rundum fantastische Motorkombination.