Atkinsonov ciklus: 20 posto kompresijskog hoda ventili ostaju otvoreni, pa se smanjuju usisni gubici, a ostaje cijeli ekspanzijski hod, što povećava koristan rad, performanse i učinkovitost

Koncept kojeg je Mazda uvela 1993., benzincem Skyactiv dovela je do krajnjih granica. Kompresijski omjer 14:1, kakvog koristi Mazdin Skyactiv, u benzinskom motoru nije moguć, jer bi prije dolaska klipova u GMT i paljenja svjećica došlo do nekontroliranih detonacija.

No, moguć je ‘trikom’, uz zadržavanje otvorenih usisnih ventila prvih 20 posto hoda kompresije. Četverotaktni motor rad troši u tri takta, a korisni rad dobiva samo u trećem, ekspanzijom u postupku izgaranja. Najveći je problem u drugom taktu…

Tada motor radi kao kompresor, trošeći velike količine energije, koja se povećava proporcionalno kompresijskom omjeru. Američki konstruktor James Atkinson je 1882. došao na ideju kako smanjiti gubitke i povećati učinkovitost klipnog motora, što je 1957. usavršio Ralph Miller.

Efekti štednje mogući su bez smanjenja broja cilindara i problema s uravnoteženjem, uz precizno podešavanje faze usisnih ventila, visok kompresijski omjer, turbulenciju usisnog zraka koja poboljšava izgaranje, povrat ispušnih plinova (EGR) hlađenih vodom i radilicu pomaknuta u odnosu na centar klipa, radi smanjenja bočnih sila i trenja u cilindrima.

Razvodni mehanizam ’srce’ je koncepcije jer omogućava podešavanje faze ventila i Atkinsonov ciklus. Razlika prema klasičnom autu samo je u drugom taktu. Kad klip prijeđe 20 posto ukupnog hoda usisni se ventili zatvaraju i počinje kompresija. Ostala su tri takta jednaka.

Tom koncepcijom podešeni 4-cilindraši Toyota i Mazda bez turbopunjača i obujmom 1.5 prkose trendu 3-cilindarskog ‘downsizinga’ obujma 1.0. Mazda je ovaj koncept uvela 1993. u modelu Xedos 9, a Toyota ga koristi od 1997. u hibridnom hitu Prius.

Kasnijim zatvaranjem usisnih ventila omogućava se smanjenje realnog radnog obujma koji u drugom taktu troši rad na komprimiranje usisne smjese. Potom se u trećem (radnom) taktu koristi cjelokupni obujam, jer plinovi ekspandiraju uzduž 100 posto hoda, povećavajući koristan rad i učinkovitost.

Dakle, usisni su gubici kao u motoru 1.2, a koristan rad kao u 1.5. Do savršenstva je sve razrađeno u novim benzinskim motorima tvrtki Toyota i Mazda. Ravnomjernije opterećenje omogućava smanjenje gabarita i mase vitalnih dijelova, što dodatno smanjuje otpore trenja i inercijske sile te povećava učinkovitost motora.

Toyota za benzinske (otto) motore koristi kompresijski omjer 13,4:1, a Mazda 14:1, zbog korištenja neizravnog Multipoint ubrizgavanja.