Il ciclo Atkinson è utilizzato da Toyota sin dal 1997, quando uscì la Prius 1a serie (mai importats in Italia. Grazie a dio, perché era più brutta della morte).
Il motore Atkinson prende il nome dal suo inventore, l'ingegnere scozzese James Atkinson, che lo realizzò sul finire dell'ottocento.
La particolarità del motore sta nel fatto che la corsa di espansione è più lunga della corsa di compressione: ciò fa sì che il gas "spinge" più a lungo sul pistone. Cioè a pari quantità di miscela introdotta si ottiene più lavoro rispetto al ciclo Otto o Diesel.
Maggior lavoro a parità di quantità di fluido vuol dire maggior rendimento.
Per poter realizzare due corse differenti durante la rotazione dell'albero motore, il motore Atkinson funziona con un manovellismo particolare, del tutto differente dal semplice albero a gomiti cui siamo avvezzi.
Non potendo utilizzare l'Atkinson con le usuali architetture del motore (ed essendo l'originale manovellismo inadatto agli alti regimi), l'ingegnere americano Miller ne realizzò, neglli anni 40 del novecento, un adattamento ai motori "normali": chiudendo con molto ritardo la valvola di aspirazione rispetto al punto morto inferiore, il pistone in risalita spinge fuori parte della miscela aspirata, così, una volta chiusasi la valvola, risuta una corsa di compressione più corta rispetto alla corsa di espansione. O, vista simmetricamente, una corsa di espansione più lunga della corsa di compressione.
Et voilà: si realizza un Atkinson senza la complicazione del manovellismo originale (anche se non altrettanto efficiente dato che la differenza tra le due corse non può essere molta, invece sull'Atkinson originale mi pare che la corsa di espansione fosse il doppio di quella di compressione).
Il ciclo Miller è quello che viene effettivamente utilizzato in quei motori comunemente detti Atkinson, quindi anche sui motori Toyota.
In realtà sul motore Toyota manca il compressore volumetrico in origine previsto da Miller allo scopo di recuperare la potenza perduta a causa della minor quantità di miscela utilizzata (invece p.es. il motore della Nissan 1.2DIG-S è un Miller "vero").
Infatti poiché parte della miscela viene espulsa dal cilindro (torna nel condotto di aspirazione), la potenza erogata dal motore sarà minore, pur se erogata con un rendimento più alto.
Ciò inoltre comporta che a rigor di logica la cilindrata del motore Miller non dovrebbe essere definita come il volume geometrico del cilindro, dato che per definizione la cilindrata è la quantità di fluido elaborata nel ciclo termodinamico.
Nei motori Otto e Diesel aspirati è così perché la quantità di fluido elaborata corrisponde effettivamente al volume geometrico del cilindro, ma nel Miller no (e neanche nei motori turbo, visto che il turbo serve a far entrare più miscela).
Per la cronaca il Toyota 1.5 sarebbe circa un 1200cc, mentre il 1.8 sarebbe un 1450cc.
Il rendimento dunque è così elevato grazie al miglior sfruttamento dell'espansione dei gas.
Quanto ai numeri: il motore 1500 ha un consumo specifico di 230gr/kWh e la benzina ha un potere calorifico di 12.2kWh/kg, quindi se non sbaglio i conti il rendimento è r=(1000/12.2)/230*100=35.6%, mentre il 1800 ha un consumo specifico di 220gr/kWh, per cui il rendimento è 37.3%.
Oggi i migliori TD hanno rendimenti prossimi al 40%, quindi leggermente superiori; hanno il vantaggio però che il rapporto di compressione è molto più elevato che nei motori a benzina e ciò aumenta il rendimento, inoltre il gasolio ha una densità energetica circa il 10% superiore alla benzina.
Il rendimento dell'Atkinson-Miller è però comunque molto vicino, da qui i consumi simili a quelli del diesel. Nel caso Toyota l'aggiunta del sistema ibrido fa sì che in molte circostanze essi siano anche migliori.
