Szerző: Dr. Nagyszokolyai Iván
Azt mondtuk, hogy az „Otto-motor sem egyszerű”. Ahhoz, hogy kis fogyasztású legyen és nyomatékos, át kell alakulnia. Lehet, hogy már nem az Otto-körfolyamat szerint kell működnie?

Ez biztosan nem így van, hiszen a tiszteletből Nicolaus August Otto-ról elnevezett motor, a szikragyújtású motor sem az Otto-ról nevet kapott körfolyamat szerint működik. A felső holtponti izochor hőközlés (a rendszer fajlagos térfogata nem változik) kivitelezhetetlen. Mind az Otto-, mind a dízelmotor valóságos állapotváltozása közel azonos „rugóra” jár, legjobban a Seiliger-Sabathe termodinamikai körfolyamattal írható le.

Néhány éve Japánból, de máshonnan is jöttek a hírek, hogy egyes gyártók négyütemű motorjai Atkinson vagy Miller ciklus szerint dolgoznak. Jól hangzik, kicsit rejtélyes, a vevő figyelmét felkelti, talán egyeseket egy lépéssel közelebb hozza a vételhez. A hibridek motorjainak előszeretettel adták ezen nevek egyikét.

Az Atkinson ciklusban (szívó motornál), vagy a Miller ciklusban (feltöltött motornál a szívószelep zárásának szöghelyzete a hagyományos 4–ütemű motor szívószelep zárásához képest jelentősen késleltetett. Maximális értéke az AHP után 100 – 105 °ft. A hibridek a maximális késleltetést alapjáraton, motorindításnál, hideg motornál „vetik be”. Részterhelésen 5 –10 °ft értékkel visszahúzzák.

Miért Atkinson az, amelyiket annak neveznek és miért Miller a másik? A gyártók adnak ugyan hozzá némi magyarázatot, de arról nem szólnak, honnan is erednek a megnevezések. Arról már hamarabb szólnak, hogy miért előnyös: a fogyasztást lehet az „új” eljárásokkal csökkenteni. Mi különbözteti meg ténylegesen az Atkinson ciklust a Miller ciklustól? Talán ezt sem tisztázták az egyes gyártók marketingesei, mert keverik rendesen.

Ezek után nézzük meg, kik állnak az régi-új ciklusneveknek mögött? Atkinson és Miller valós személyek, mérnökök, nagyszerű mérnökök, feltalálók voltak; koruk belső égésű motortechnikai problémáira dolgoztak ki megoldásokat.

James Atkinson (1846 -1914) angol mérnök, aki a belső égésű négyütemű motorhoz egy olyan forgattyús mechanizmust konstruált 1882-ben, melynél a szívó- és kompresszió-löket 1,78-szor rövidebb, mint a munka- és kipufogó-löket. Az így megvalósított működési folyamatot az eredeti Atkinson ciklusú belső égésű motornak nevezzük. Ezzel az eljárással az akkori Otto-motor hatásfokát lehetett jelentősen növelni. A British Gas Engine cég több, mint ezer ilyen elvű, forgattyús mechanizmusú stabil motort épített 1886 és 1893 között. James Atkinsont 1889-ben, a Franklin Institute javaslatára, John Scott díjjal tüntették ki, melyet korának legnagyobb felfedezői kaptak.

Ralph Miller dán származású amerikai mérnök 1957-ben szabadalmaztatta a később róla elnevezett belső égésű motor – akár 2-, akár 4-ütemű, dízel vagy Otto-motor – működési folyamatot. Kétütemű feltöltéses dízel- és gázmotoroknál tudta szelepvezérléssel az égési csúcsnyomást, a motor mechanikai terhelését úgy csökkenteni, hogy közben a motor középnyomását jelentősen növelte. Találmányát a Nordberg Manufacturing Co. Milwaukee (USA) vette meg és az ezzel az eljárással működő motorjait "Supairthermal" motornak nevezte. 

Miller többféle megoldást is javasolt, illetve valósított meg. Feltöltött motoroknál a szívószelep alsó holtpont előtti (korai) zárásával korlátozta a friss töltetet és így a töltet az alsó holtpontig tartó részlöketben még hűlni is tud. Az eredeti Miller szabadalom tartalmaz a hengerfejben egy "compression control valve" (CCV) dekompresszor szelepet. Ez egy lefúvó szelep, hasonló a motorkerékpár motorok indítását segítő dekompresszor szelephez. A CCV szelep vezérelt, szükség szerinti ereszt ki töltetet a kompresszió ütemben a hengertérből.

A Miller eljárás feltöltött motorokhoz illesztett, ennyiben különbözik a szívómotorhoz készített Atkinson eljárástól.

„Ma sem az eredeti Atkinson, sem az eredeti Miller eljárással motor nem készül!”

A Toyota legújabb motorja, motorcsaládja – alig egy hete adott hírt róla a gyártó – szintén Atkinson ciklus szerint működik, immár önálló erőforrásként. A korábbi „Atkinson” motorok hibrid erőátviteli rendszerben dolgoztak.

Az azonban tovább vihető gondolat mindkét eljárásból, hogy – mint említettük, és itt műszakilag nem részletezzük – ha a valós kompresszióviszony és a valós expanzióviszony eltér, a kompresszióviszony a kisebb, azzal a motor hatásfoka növelhető, csökkenti az égési csúcshőmérsékletet és csúcsnyomást, ezzel többek között csökkenti a nitrogénoxid képződést, Otto-motor esetén mérsékli a kopogásos égés fellépésének veszélyét.

Ma mindezt úgy érik el, hogy a szívószelep zárásának szöghelyzetét a kívánt hatásnak megfelelően késleltetik, jóval az AHP utánra teszik, s így állítják be a valós kompresszióviszony értékét. Az ábra több motorüzem-állapotra mutat egy ilyen vezérlést. Ma mindeni gyártó ezzel éri el a kívánt hatást. Tehát napjainkban az Atkinson-nak nevezett ciklus és a Miller-ciklus tulajdonképpen azonos. Különbséget tehetünk úgy a kettő között, hogy a szívómotoroknál alkalmazott késleltetett szívószelep zárási technikát Atkinson ciklusnak, feltöltött motornál (turbó vagy mechanikus feltöltés) alkalmazott késleltetett szívószelep vezérléses ciklust pedig Miller eljárásnak, Miller ciklusnak nevezzük.

(Sorozatunkat folytatjuk a veszteségcsökkentés lehetőségeivel)

Dr. Nagyszokolyai Iván
az Autótechnika főszerkesztője

A témához kapcsolódó további szakmai cikkek az Autótechnika folyóiratban, illetve a http://autotechnika.hu oldalon olvashatóak.)