Miller-, Atkinson- und Otto-Zyklus: Worin unterscheiden sie sich?

Der Miller-Zyklus, der Atkinson-Zyklus und der Otto-Zyklus unterscheiden sich deutlich in der Aufladung und der Effizienz. Wissen Sie, welcher davon heute der beste ist?

Seit die ersten Fahrzeuge mit Hubkolben-Verbrennungsmotoren, kurz HKVM, auf den Markt kamen, haben sie sich stetig weiterentwickelt, und es sind sogar neue Varianten entstanden, die darauf abzielen, die Leistung der betreffenden Fahrzeuge zu verbessern.

Zunächst ist es wichtig, daran zu erinnern, dass sich Hubkolben-Verbrennungsmotoren nach der Anzahl der Zylinder, deren Anordnung und sogar nach der Art des Zyklus einteilen lassen. Heute wollen wir etwas weiter gehen und erklären, worin die drei gängigsten Zyklen in modernen Automobilen bestehen. Es handelt sich um den Miller-Zyklus, den Atkinson-Zyklus und den Otto-Zyklus. Worin unterscheiden sie sich?

Worin besteht der Otto-Zyklus und wodurch unterscheidet er sich?

Der Otto-Zyklus hat vier Takte, und sein Ziel ist es, chemische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Der erste Schritt heißt Ansaugen. Hier bewegt sich der Kolben vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt und füllt den Zylinder mit dem Gemisch aus Luft und Benzin.

Die zweite Phase, das Verdichten, besteht darin, dass sich der Kolben vom unteren zum oberen Totpunkt bewegt und dabei das Gemisch verdichtet. Wenn der Kolben die obere Position erreicht, wird das Gemisch durch den Funken der Zündkerze gezündet.

Der dritte Schritt, das Arbeiten, besteht darin, dass die zuvor erzeugte Kraft den Kolben wieder in seine Ausgangsposition nach unten drückt und so mechanische Energie erzeugt. Die vierte Phase, das Ausstoßen, besteht darin, dass der Motor die Verbrennungsgase ausstößt. Damit diese Bewegung wirksam abläuft, müssen die Mechanismen synchronisiert sein, vor allem beim Öffnen und Schließen der Ventile.

Beim Otto-Zyklus öffnen sich in der ersten Phase die Ventile und lassen das Gemisch einströmen; in der zweiten schließt sich das Einlassventil, und das Auslassventil bleibt geschlossen. In der dritten Phase sind beide Ventile geschlossen, während in der vierten Phase nur das Auslassventil öffnet.

Atkinson-Zyklus: Wie funktioniert er?

Der Atkinson-Zyklus ist in seiner Funktionsweise dem Otto-Zyklus ähnlich. Der einzige Unterschied liegt in der Verdichtungsphase. Bei diesem Motortyp bleibt das Einlassventil während eines längeren Abschnitts des Kolbenwegs bis zum oberen Totpunkt geöffnet.

Während sich beim Otto-Zyklus die Einlassventile kurz nach Beginn der Aufwärtsbewegung schließen, verlängert sich diese Zeit beim Atkinson-Zyklus.

Der Miller-Zyklus: Was ist das Besondere?

Motoren mit dem Miller-Zyklus sind wie Motoren mit Atkinson-Zyklus aufgebaut, verfügen jedoch zusätzlich über eine Aufladung. Der Hauptvorteil dieser Motoren ist die höhere Effizienz, was sich in einem geringeren Verbrauch niederschlägt. Da jedoch die Verdichtung im Zylinder verringert wird, sinken auch das Drehmoment und damit die Leistung.

Bei diesem Zyklus wird das Problem des Leistungsmangels teilweise durch die Aufladung gelöst. Der Miller-Zyklus kommt vor allem in Hybridfahrzeugen zum Einsatz, da der fehlende Drehmomentanteil durch einen Elektromotor ausgeglichen wird, der bekanntlich ein sofort verfügbares und recht hohes Drehmoment liefert.

Welche Motorteile sind an den Miller-, Atkinson- und Otto-Zyklen beteiligt?

Zylinder

Dieses Bauteil ist zylindrisch und beherbergt den Kolben. Außerdem nimmt es das Gemisch vor und während der Verdichtung auf.

Kolben

Er bewegt sich auf und ab, um das Gemisch aus Luft und Benzin zu verdichten.

Pleuel

Dieses Bauteil verbindet den Kolben mit der Kurbelwelle.

Kurbelwelle

Über Kolben und Pleuel wandelt sie die Auf- und Abbewegung in eine Drehbewegung um und leitet sie über das Getriebe an die Räder weiter.

Nockenwellen

Sie haben eine sehr charakteristische, eiförmige Form und drehen sich, um die Ventile zu öffnen und zu schließen.

Ventile

Sie lassen die Luft in den Zylinder einströmen.

Zündkerzen

Sie leiten die dritte Phase des Zyklus mit einem Funken ein.