Miller-Kreisprozess

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Der Miller-Kreisprozess ist benannt nach dem Erfinder Ralph Miller, der sich 1957 einen Ventiltrieb patentieren ließ, bei dem das Einlassventil „zu früh“, noch während des Ansaugtaktes schließt[1]. Die Füllung und der Verdichtungsenddruck wird dadurch verkleinert, das Verdichtungs- und damit das Expansionsverhältnis bleibt jedoch gleich. Dies bewirkt eine Steigerung des thermischen Wirkungsgrades bei Verbrennungsmotoren. Der Miller-Zyklus ist eine Adaption des Atkinson-Kreisprozesses für Motoren mit einfachem Kurbeltrieb.

Grundlagen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Viertaktzyklus eines Ottomotors. Im Takt 1 des Millerzyklus wird das Einlassventil früher geschlossen.

Das Einlassventil wird beim Miller-Prozess lange vor Erreichen des unteren Totpunktes beim Ansaughub geschlossen. Es befindet sich also weniger Luft im Zylinder als hineinpassen würde. Je nach Konzept wird das geometrische Verdichtungsverhältnis beibehalten (verringerte Klopfneigung, weniger Stickoxidbildung[2]) oder erhöht (weitere Steigerung des Wirkungsgrades[3]). Wenn das Verdichtungsverhältnis höher gewählt wird als beim normalen Viertakter, herrscht nach dem Verdichtungshub (im oberen Totpunkt OT) gleicher Druck, wie beim normalen Viertakter. Die geometrische Expansion wird so vergrößert, ohne den Verdichtungsenddruck zu erhöhen. Der Arbeitshub (Expansionsvolumen) kann damit mehr Expansionsenergie nutzen als in einem normalen Motor. Die Abgastemperatur wird reduziert und erleichtert die Anwendung eines Turboladers. Die Aufladung mit Ladeluftkühlung kann den Leistungsverlust durch die verringerte Zylinderfüllung ausgleichen, wenn nicht ein hubraumgrößerer Motor erwünscht ist. Der Miller-Prozess wird heute oft mit variablen Ventilsteuerungen realisiert.

Anwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Seit 1997 nutzt Toyota im Prius den Millerzyklus. 2014 kamen mit dem 8AR-FTS im Lexus NX 200t, dem 2UR-GSE im Lexus RC-F und dem 1NR-FKE im Toyota Yaris die ersten Toyota-Motoren auf den Markt, die sowohl im Millerzyklus als auch im normalen Ottozyklus arbeiten können. Hierzu wird die variable Ventilsteuerung VVT-iE genutzt.
  • 2010 stellte der Hersteller Nissan einen 1,2-l-Dreizylinder-Motor mit der Bezeichnung HR12DDR vor, der mit Eaton-TVS-Kompressor und Millerzyklus 72 kW (98 PS) leistet. Den Zyklus erreicht er über seine variable Ventilsteuerung; weitere Effizienzmaßnahmen umfassen Direkteinspritzung und Start-Stopp-System.[4] Der Motor befand sich im Sommer 2010 noch in der Erprobungsphase.
  • 2008 bot der Hersteller Mazda im Mazda2 einen 1,3-l-Motor mit zwei obenliegenden Nockenwellen an, der nach diesem Prinzip arbeitet. Hierbei wird jedoch kein Kompressor eingebaut, sondern ein stufenloses Getriebe (CVT). Der Benzinverbrauch verringert sich von 5,2 Liter/100 km auf 4,4 Liter/100 km (japanischer Verbrauchszyklus, da nur dort verfügbar).
  • Der Mazda Xedos 9 arbeitete nach dem eng verwandten Atkinson-Prozess.
  • Auch der neue Mercedes S 400 Hybrid arbeitet nach dem Atkinson-Prinzip.[5]
  • Der 2015 vorgestellte neue Audi A4 nutzt im 2,0-l-TFSI-Ottomotor mit 140 kW (190 PS) einen Millerzyklus in bestimmten Betriebszuständen, vor allem bei Teillast. Dadurch will Audi, trotz des gegenüber dem Vorgängermotor um 0,2 Liter vergrößerten Hubraums, Verbrauchsvorteile erreichen. Der Motor wird mittlerweile auch in anderen Modellreihen des Herstellers angeboten. [6]

Vergleich Miller- und Atkinson-Zyklus[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei modernen Motoren (Otto wie Diesel[7]) wird unter dem Atkinson-Prozess das sehr späte Schließen des Einlassventils verstanden, also deutlich nach dem unteren Totpunkt (UT), während beim Miller-Zyklus das Einlassventil deutlich vor UT geschlossen wird[8][1]. Anders als beim Miller-Zyklus kann man beim Atkinson-Zyklus die Gasdynamik des Ansaugvorgangs nutzen[8]. Der Atkinson-Zyklus hat im unteren Drehzahlbereich einen geringeren Liefergrad als bei hohen Drehzahlen, was beim Miller-Zyklus umgekehrt ist.[7]. Die übrigen Maßnahmen wie Steuerung der Ansaugluftmenge durch eine variable Ventilsteuerung, Entdrosselung des Ansaugens (Füllung wird durch die Öffungszeit des Ventils statt durch die Drosselklappe bestimmt), Aufladung und Ladeluftkühlung sind gleich.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b Richard van Basshuysen, Fred Schäfer (Hrsg.), "Handbuch Verbrennungsmotor", 8. Auflage 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, Abschnitt 7.10.1.5 "Variable Ventiltriebe", ISBN 978-3-658-10901-1
  2. Günter P. Merker; Rüdiger Teichmann (Hrsg.), "Grundlagen Verbrennungsmotoren", 7. Auflage, Springer Fachmedien Wiesbaden 2014, Abschnitt 7.2 "Innermotorische Schadstoffbildung und -reduktion" ISBN 978-3-658-03194-7
  3. MTZ 05/2016, "Der neue 2,0-l-R4-TFSI-Motor von Audi", S. 16-23, ISSN 0024-8525 10814
  4. Neuer Dreizylinder-Benzinmotor für den Nissan Micra micrafanpage.de vom 3. August 2010, aufgerufen am 20. September 2010.
  5. Daimler.com!: S 400 HYBRID: CO2-Champion mit effizientem Hybridantrieb, Pressemitteilung vom 11. Mai 2009.
  6. automobil-produktion.de: "Audis neuer 2.0 TFSI - Dank neuartigem Brennverfahren noch sparsamer", Meldung vom 7. Mai 2015, abgerufen am 19. Februar 2017
  7. a b MTZ 06/2016 "Der neue Sechszylinder-Marinemotor von MAN für Yachten und Arbeitsboote", S. 50-55, ISSN 0024-8525 10814
  8. a b Konrad Reif (Hrsg.), "Ottomotor-Management im Überblick", Springer Fachmedien Wiesbaden 2015, Abschnitt "Zylinderfüllung", ISBN 978-3-658-09523-9

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]