Cycle Atkinson

Cycle d'Atkinson

Le cycle d'Atkinson est un cycle thermodynamique utilisé dans un moteur à explosion. Il a été inventé par James Atkinson en 1882. Ce cycle, qui utilise une détente plus grande que la compression, améliore le rendement au prix d'une puissance plus faible. Il est utilisé dans les voitures hybrides modernes.

Conception

Figure 1: Cycle d'Atkinson

Le moteur à cycle d'Atkinson original permettait l'admission, la compression, l'explosion et l'échappement en un seul tour de vilebrequin. Il était conçu pour contourner les brevets de Nikolaus Otto. Du fait de la conception particulière du vilebrequin, le taux de détente est supérieur au taux de compression, ce qui améliore le rendement du moteur par rapport à un cycle de Beau de Rochas conventionnel. Bien que la conception du moteur Atkinson ne soit désormais plus qu'une curiosité, le cycle thermodynamique avec détente prolongée retrouve de nos jours une certaine popularité du fait de son meilleur rendement.

Cycle thermodynamique idéal

Le cycle Atkinson ideal est composé de:

1. Compression adiabatique
2. Apport de chaleur à volume constant.
3. détente adiabatique.
4. restitution de la chaleur à pression constante.

Moteur à quatre temps à cycle Atkinson

Le cycle Atkinson peut aussi faire référence à un moteur à quatre temps dans lequel la soupape d'admission est maintenue ouverte au delà du point mort bas pour permettre l'éjection d'une partie du mélange précédemment admis. Le taux de compression est réduit (du fait qu'une partie de l'air est éjectée au lieu d'être comprimée) mais le taux de détente est inchangé. Ce qui veut dire que le taux de détente est plus élevé que le taux de compression. L'objectif du cycle Atkinson est d'abaisser autant que possible la pression de fin de détente, afin de récupérer un maximum d'énergie mécanique.

L'inconvénient principal d'un moteur à quatre temps à cycle Atkinson est sa puissance réduite par rapport à un cycle de Beau de Rochas classique car il admet moins d'air et donc moins de combustible.

Ce type de fonctionnement auquel on ajoute un compresseur à l'admission constitue le cycle de Miller.

Moteur rotatif à cycle d'Atkinson

Moteur rotatif à cycle d'Atkinson

Le cycle d'Atkinson peut être utilisé dans un moteur rotatif. Dans cette configuration on peut à la fois accroitre la puissance et le rendement par rapport à un cycle de Beau de Rochas. Ce type de moteur comporte un cycle moteur par tour, tout en offrant la différence de taux de compression et de détente propre au cycle d'Atkinson. Les gaz d'échappement sont évacués du moteur par de l'air comprimé de balayage. Cette modification du cycle d'Atkinson permet l'utilisation de carburants tels que le diesel ou l'hydrogène. Voir les liens externes pour plus d'information.

Véhicules utilisant le cycle d'Atkinson

Toyota Prius 2004 NHW20

Dans un véhicule hybride, la puissance de pointe plus faible du moteur à cycle d'Atkinson^[1] est compensée par un appoint temporaire de puissance par le moteur électrique. C'est le principe de base de la transmission des voitures hybrides à cycle d'Atkinson. Le/les moteurs électriques peuvent être utilisés indépendamment ou en parallèle avec le moteur à cycle d'Atkinson afin d'obtenir la puissance désirée.

Véhicules utilisant le cycle d'Atkinson:

• Toyota Prius automobile hybride avec un taux de compression (purement géométrique) de 13.0:1
• Ford Escape hybride/Mercury Mariner/Mazda Tribute automobile hybride 4X2 et 4X4 avec un taux de compression de 12.4:1
• Toyota Camry hybride automobile hybride avec un taux de compression de 12.5:1
• Chevrolet Tahoe hybride automobile hybride 4X4 avec un taux de compression de 10.8:1

Notez que le taux de compression défini ci-dessus ne correspond qu'à la course physique du piston du point mort bas au point mort haut, alors que la compression réelle dépend du moment ou la soupape d'admission se ferme.

Références

1. ↑ John B Heywood 'Internal Combustion Engine Fundamentals' p184-186

Liens externes

• (en) Animation of Atkinson Cycle Engine - Notez que cette animation montre le moteur Atkinson original, qui utilise un embiellage complexe pour permettre les différentes courses de compression et de détente. Cependant, l'illustration présente des courses identiques. Pour modifier les courses, le point de rotation à droite (celui qui lie la structure à la bielle verte) doit être descendu par rapport à la structure. Ceci permet plus de mouvement angulaire lorsque la bielle tourne,donnant une course plus courte pour l'admission que pour la détente. De fait, un point de rotation coulissante permettrait de changer le ratio des courses en continu.
• (en) Modified Atkinson Cycle Engine: distribution variable alternative augmentant le couple à bas régime sur un moteur à cycle d'Atkinson.
• (en) COMPARISON OF PRIME MOVERS SUITABLE FOR USMC EXPEDITIONARY POWER SOURCES, Oak Ridge National Laboratory
• (en) Rotary Atkinson cycle engine Page Internet comportant des détails et des comparaisons avec les moteurs Wankel et conventionnels.
• (en) The Prius's Not So Secret Gas-Mileage Secrets Bref essai sur l'usage du cycle d'Atkinson dans la Toyota Prius afin d'améliorer le rendement.

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