Miller-Kreisprozess

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Der Miller-Kreisprozess (benannt nach dem Erfinder Ralph Miller, der sich dieses Prinzip 1947 patentieren ließ) bezeichnet einen Ventiltrieb, bei dem das Einlassventil im Vergleich zum Otto-Kreisprozess „zu früh“ schließt.[1] Die Luftlademenge und der Verdichtungsenddruck wird dadurch verkleinert, das Verdichtungs- und damit das Expansionsverhältnis bleibt jedoch gleich. Dies bewirkt eine Wirkungsgradsteigerung 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. Das Verdichtungsverhältnis im Millermotor ist höher als beim normalen Viertakter, sodass nach dem Verdichtungshub gleicher Druck herrscht wie beim normalen Viertakter. Die geometrische Expansion wird vergrößert ohne den Verdichtungsdruck 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.[2] 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)

Atkinson-Prozess[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Atkinson-Prozess arbeitet mit demselben Effekt der Expansionssteigerung, aber durch eine geänderte Kolbenmechanik statt geänderter Ventilsteuerung. Er hat seinen Ursprung in der Umgehung der Otto-Patente. 1882 entwickelte James Atkinson einen Verbrennungsmotor, der nicht von Patenten Nikolaus Ottos abhängig sein sollte. Hierzu fertigte er ein Gelenkgetriebe, mit dem alle vier Takte innerhalb einer Kurbelwellenumdrehung anstelle der im Ottomotor üblichen zwei durchgeführt werden. Da die Kurbelwelle hierzu zwei Auf- und Abwärtsbewegungen der Kolben bewirkt, konnte er diese unterschiedlich lang gestalten[4]. Dies nutzte er zum geringeren Verdichtungs- und längeren Expansionshub. Dieser Zyklus wurde daraufhin nach ihm benannt. Erst 1947 wendete Miller dann den gleichen Effekt auf Motoren mit heute üblicher Kurbelwelle an. Er nutzte die Ventilsteuerung, genauer das frühere Schließen des Einlasses, zum Erreichen einer geringeren Füllung und einer höheren Expansion.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Richard van Basshuysen, Fred Schäfer: Handbuch Verbrennungsmotor Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. 3. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2005, ISBN 3-528-23933-6

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Handbuch Verbrennungsmotor: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven.. Springer DE, December 2009, ISBN 978-3-8348-0699-4, S. 517– (Zugriff am 4 November 2012).
  2. Neuer Dreizylinder-Benzinmotor für den Nissan Micra micrafanpage.de vom 3. August 2010, aufgerufen am 20. September 2010.
  3. Daimler.com!: S 400 HYBRID: CO2-Champion mit effizientem Hybridantrieb, Pressemitteilung vom 11. Mai 2009.
  4. Animated Atkinsonmotor Video ab 1:40

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]