Schematisch dargestellt ist hier der deutlich kompliziertere Aufbau eines Viertaktmotors nach dem von James Atkinson im Jahr 1882 erfundenen Prinzip. Die Kurbelwelle, die dann auch das Drehmoment weiter an die Kupplung bzw. das Getriebe gibt, ist jeweils rechts vom eigentlichen Motor angeordnet.

Deutlich wird das Atkinson-Prinzip, wenn man die höhere Stellung des Kolbens am Ende des Ansaugtaktes links mit der tieferen am Ende des Arbeitstaktes rechts anschaut. Durch die komplizierte Mechanik wird ein geringeres Verdichtungs- gegenüber dem Expansionsverhältnis erreicht.

Nimmt man also einen bestimmten Weg des Kolbens zum Verdichten als gegeben an, so ist der Weg des gleichen Kolbens während des Arbeitstaktes länger, sprich, der untere Totpunkt ist tiefer angeordnet. Die (neue) Kurbelwelle zieht das untere Ende des Pleuel stärker nach rechts, als sie es vorher nach links gedrückt hat.

Und wozu macht man das? Es geht darum, die Energie des verbrannten Gases länger und damit effizienter zu nutzen. Im Diagramm oben ist der längere Hub während der Expansion gegenüber dem kürzeren in der Ladeschleife darunter deutlich erkennbar. Es ist der Restdruck am Ende des Arbeitstaktes, der hier noch etwas länger auf den Kolben wirkt.

Als Folge davon gelangt das Abgas auch mit einem geringeren Druck in den Auslasskanal. Eine bessere Ausnutzung der dem Kraftstoff innerwohnenden Energie spart Sprit. Als dann der Dieselmotor erfunden worden war, hat man das Prinzip auch bei diesem für möglich gehalten. Aber durchgesetzt hat es sich bei beiden Motorbauarten wegen des komplizierten Kurbeltriebs nie.

Das 1947 zum Patent angemeldete Motorenkonzept von Ralph Miller benutzt das Prinzip von Atkinson ohne dessen komplizierten Aufbau. Erst richtig zum Durchbruch verholfen hat diesem Prinzip die Firma Toyota. Zunächst einmal ging es darum, nicht den Expansionsteil zu verlängern, sondern den Verdichtungsteil zu verkürzen.

Das lässt sich sehr viel einfacher durch die Ventilsteuerung realisieren, nämlich durch ein späteres Schließen des Einlassventils. Leider wird das oft so dargestellt, als wäre eine geringere Verdichtung nun genau das, worauf die Menschheit gewartet hätte. Dabei könnten auch weniger begabte Tuner ein Lied von der höheren Leistung durch höhere Verdichtung singen.

Wie löst sich der Konflikt auf? Schaut man sich die Daten des Prius II an, dann entdeckt man neben einer variablen Ventilsteuerung eine Verdichtung von 13 : 1, was für die Zeit um 2000 herum schon ein Novum darstellte. Spätestens ab jetzt muss man die tatsächliche von der geometrischen Verdichtung trennen. Mit der Angabe scheint also erstere gemeint zu sein.

Damit kommt der Motor immer noch an seine Klopfgrenze, auch wenn ihm etwas Kompression weggenommen wird. Allerdings erreicht er nicht die volle mögliche Füllung in diesem Fall eines Motors mit 1,8 Liter Hubraum. Damit kann sich das verbrannte Gas im Zylinder länger ausdehnen als in einem normalen Motor dieser Größe.

Allerdings wirkt er in den Bereichen schlaff, in denen er quasi mit weniger Hubraum arbeitet. Und da kommt die Hybridtechnik ins Spiel, deren Elektromotor ihm dann zu einer sportlicheren bzw. normalen Gangart verhelfen kann. Effektiver, aber noch komplizierter wird es durch die variable Übersetzung zwischen Verbrennungsmotor und variablem Antrieb, denn der muss nicht umständlich herunterschalten.

Möglich ist es sogar, auf die Anreicherung des Verbrenners teilweise zu verzichten, die ja ansonsten diesen Motortyp schon fast seit seiner Geburt bei jedem Gasgeben begleitet. Und dann ist da noch die variable Ventilsteuerung, die dem Motor z.B. bei Volllast die entsprechende Leistungsfähigkeit zurückgeben kann. Dann hat die Phase mit dem geringen Verbrauch natürlich ihr Ende gefunden.

Aber so fährt man eine Toyota Prius auch nicht. Bleibt man maßvoll, so ist durch das Atkinson/Miller-Konzept ein deutlicher Unterschied zu Benziner-Kollegen zu spüren, wovon man ja normalerweise bei der größeren Masse eines Hybridantriebs z.B. auf der Autobahn eher das Gegenteil annehmen würde.

Es sind also zwei weitere Elemente neben der längeren Expansion im Arbeitstakt, die dem Atkinson/Miller-Prinzip die Aufmerksamkeit der Motorenbauer verschafften, der variable Ventiltrieb und die damit verbundene Änderung der Verdichtung während des Motorlaufs.

Hinzu kam dann noch die Hybridtechnik, deren E-Motor dem Verbrenner half, dem unteren Drehzahlbereich trotz Spritersparnis in einer einigermaßen sportiven Art zu entkommen. Es ist fraglich, ob dabei die längere Expansion den Hauptanteil an Ersparnis darstellt, oder dieser Anteil dem Ganzen nur ie Namen der beiden Erfinder verleiht.

Es gibt auch schon Bemühungen, z.B. von Mazda, die variable Verdichtung etwas mehr in den Vordergrund zu rücken, indem man das Prinzip in die Nähe des Dieselmotors rückt. Nicht ganz zu Unrecht, solange man nicht von einer sogenannten 'Kompressionszündung' spricht und den Motor als 'DiesOtto' bezeichnet.

Nein, die Fremdzündung bleibt. Relativ neu ist die Möglichkeit der Regelung in der Nähe der Klopfgrenze, wo noch einmal ein deutliches Sparpotential zu holen gewesen wäre, hätte nicht die E-Mobilität (vermutlich) alle Weiterentwicklungen des Verbrennungsmotors gestoppt. Man muss wissen, dass hier die Entwicklungszeiten wesentlich länger sind als bei Karosserien.

Fast alle früheren Versuche, z.B. die mechanischer Art, die Verdichtung während der Fahrt zu ändern, haben abenteuerliche Möglichkeiten offenbart. Saab schrieb damals, man hielte bei kaltem Motor Verdichtungen bis zu 26 : 1 für möglich. Und auch die Variationen innerhalb der Betriebszustände eines warmen Motors sind vermutlich vielfältig.

Allerdings muss bei klopfender Verbrennung schnell gehandelt werden und das kann vermutlich nur die Zündung. Die muss also das Klopfen durch Verstellung in Richtung 'Spät' schlagartig beenden, und darf dabei natürlich den Spritkonsum nicht signifikant erhöhen. Die Ventilsteuerung zieht dann möglichst rasch nach.