Le moteur à cycle Atkinson est un type de moteur à combustion interne alternatif inventé par James Atkinson en 1882. Il s'agit pratiquement d'un moteur à cycle Otto courant, mais avec un vilebrequin modifié pour une plus grande efficacité au détriment d'une réduction de la puissance. .
L'objectif du cycle Atkinson était de concurrencer le cycle Otto sans enfreindre aucun brevet. Le moteur Atkinson a un meilleur rendement mais est moins puissant que le moteur Otto.
Dans sa version d'origine, le cycle Atkinson nécessite une seule rotation du vilebrequin pour terminer un cycle de fonctionnement, en gardant inchangées les phases du moteur à cycle Otto : admission, compression, détente (phase utile) et refoulement.
Cependant, grâce à une géométrie particulière du mécanisme de vilebrequin, la course de détente est supérieure à la course de compression, ce qui permet au moteur d'avoir des performances thermodynamiques supérieures par rapport au cycle Otto.
Comment fonctionne le moteur Atkinson ?
Le cycle Atkinson peut également être appliqué aux moteurs rotatifs avec une augmentation conséquente de la puissance et de l'efficacité par rapport au cycle Otto.
Ce type de moteur conserve une phase active par tour de vilebrequin, ainsi que les différentes compressions et expansions de volume du cycle Atkinson d'origine.
Pendant une partie de la phase de compression, les soupapes d'admission qui régulent la quantité de mélange entrant restent ouvertes. Ceci est réalisé en concevant l'arbre à cames d'une manière spéciale pour tirer parti des pertes dues à la compression du mélange dans le cylindre du moteur.
A la fin de la phase de détente et au début de la phase d'échappement, la pression interne du cylindre est quasiment la même que la pression atmosphérique. Dans un cycle Otto, cette pression est légèrement plus élevée car une partie de la force de poussée du piston est utilisée.
Pendant la course ascendante du piston, le collecteur d'admission se remplit. Pendant cette partie de la course, la pression augmente et favorise le remplissage des autres cylindres. De cette façon, les pertes d'énergie dues au reflux gazeux sont réduites.
Les gaz d'échappement sont expulsés du moteur par de l'air comprimé, cette modification du cycle Atkinson permet l'utilisation de carburants alternatifs tels que l'hydrogène et le diesel.
Pourquoi le cycle d'Atkinson est-il confondu avec le cycle de Miller ?
Aujourd'hui le terme "cycle Atkinson" est utilisé à tort pour décrire un moteur normal à cycle Otto dans lequel différentes courses de compression et de détente sont obtenues en agissant sur l'ouverture/fermeture des soupapes d'admission. Ce cycle correspond au cycle de Miler plutôt qu'au cycle d'Atkinson.
Dans le cycle de Miller, en maintenant la vanne d'admission ouverte pour un angle de rotation plus important que la normale, l'effet est obtenu soit par un reflux de l'air aspiré vers le conduit d'aspiration, soit par une fermeture anticipée de la vanne pendant la phase d'aspiration.
Dans les deux cas, l'effet est de réduire le remplissage du cylindre, et donc le taux de compression, sans modifier la course. La course de détente est donc supérieure à la compression "actuelle". Il en résulte une baisse de la pression et de la température des fumées à la fin de la phase de détente.
Par conséquent, en théorie, plus de chaleur est convertie en travail mécanique augmentant l'efficacité du cycle.
Utilisation du cycle Atkinson dans les moteurs hybrides
Très souvent ce cycle est confondu avec le cycle de Miller. Le cycle de Miller ne nécessite qu'une variation du temps d'alimentation, tandis que le cycle d'Atkinson nécessite une structure de manivelle particulière.
Pour cette raison, de nombreux véhicules électriques hybrides qui combinent le moteur électrique avec un moteur à cycle Miller sont confondus avec les moteurs Atkinson. En fait, dans tous les cas, il s'agit d'un moteur à quatre temps commun avec la soupape d'admission retardée.
Quelques exemples de modèles présentant ces caractéristiques sont la Honda Jazz 2013, la Toyota Prius, la Toyota Auris hybride, la Toyota Yaris hybride, la Lexus CT200h, la Lexus iS et la Ford escape.