Miller-Kreisprozess

Der Miller-Kreisprozess (benannt nach dem Erfinder Ralph Miller, der sich dieses Prinzip 1947 patentieren ließ) bezeichnet eine spezielle Steuerung des Ventiltriebs, bei dem das Einlassventil "zu spät" schließt. Das Verdichtungsverhältnis ist daher geringer als das Expansionsverhältnis. Dies bewirkt eine Wirkungsgradsteigerung bei 4-Takt-Verbrennungsmotoren. Die Minderung der Verdichtung und damit die niedrigere Brenntemperatur verringert zudem die Stickoxidproduktion. Der Miller-Zyklus ist eine Adaption des Atkinson-Zyklus für normale Kurbelwellenmotoren.

Grundlagen

Viertaktzyklus eines Ottomotors, der Takt 1 ist im Millerzyklus verlängert.

Nach dem Ansaugen wird das Einlaßventil erst geschlossen, wenn sich der Kolben schon wieder um ein Drittel nach oben bewegt hat, wodurch etwas Luft wieder aus dem Zylinder in den Ansaugtrakt geschoben wird^[1]. Es befindet sich also weniger Luft oder Gemisch im Zylinder, als hineinpassen würde. Der Vorteil besteht nun darin, dass die geometrische Verdichtung vergrössert werden kann, ohne den Verdichtungsdruck zu erhöhen. Der Arbeitshub (Expansionsvolumen), bezogen auf die Kraftstoffmenge (Gemischladung), wird dadurch grösser als in einem normalen Motor. Damit wird mehr Expansionsenergie genutzt und der Kraftstoff effizienter verbraucht. Zudem wird der Widerstand durch die geringere Verdichtungsarbeit reduziert. Ebenfalls reduziert wird die Verbrennungshöchsttemperatur, was einen geringeren Kühlaufwand ermöglicht. Die kühlere Abgastemperatur erleichtert die Anwendung eines Turboladers. Ein mechanischer Luftlader würde zwar wieder den Widerstand bei der Aufladung vergrössern, es bleibt mittels Ladeluftkühler aber beim insgesamt geringeren Verdichteraufwand. Die Aufladung gleicht auch den Leistungsverlust durch die unvollständige Zylinderfüllung aus.

Aufgrund der Unterteilung des Kompressionstaktes spricht man auch vom 5-Takt-Motor.

Der Miller-Prozess wurde mit den inzwischen verfügbaren variablen Ventilsteuerungen realisiert.

Anwendung

• 2010 stellte der Hersteller Nissan einen 1,2-l-Dreizylinder-Motor mit der Bezeichnung HR12DDR vor, der mit Eaton-TVS-Kompressor und Millerzyklus 98 PS leistet. Den Zyklus erreicht er über seine variable Ventilsteuerung, weitere Effizienzmaßnahmen umfassen Direkteinspritzung und Start-Stopp-System.^[2][3] Der Motor befindet sich im Sommer 2010 noch in der Erprobungsphase.
• 2008 bot der Hersteller Mazda im Mazda2 einen 1,3-l-DOHC-Vollaluminium-Motor 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.
• Der aktuelle Toyota Prius arbeitet ebenfalls nach dem Atkinson-Prozess.
• Auch der neue Mercedes S 400 Hybrid arbeitet nach dem Atkinson-Prinzip^[4].

Atkinson-Prozess

Der Atkinson-Prozess arbeitet mit demselben Effekt, löst ihn aber anders aus. Er hat seinen Ursprung in einer Patentumgehung. 1882 entwickelte James Atkinson einen Verbrennungsmotor, der nicht von Patenten Nikolaus Ottos abhängig sein sollte. Hierzu fertigte er eine Kurbelwelle, mit der alle vier Takte innerhalb einer Kurbelwellenumdrehung anstelle der im Ottomotor üblichen zwei durchgeführt werden. Da die Kurbelwelle hierzu zwei Aufwärtsbewegungen der Kolben bewirken muß, konnte er diese unterschiedlich lang gestalten (vgl Video ab 1:40). Dies nutzte er zum geringeren Verdichtungs- und längeren Expansionshub. Dieser Zyklus wurde daraufhin nach ihm benannt. Erst 1947 wendete Miller dann denselben Effekt auf Motoren mit heute üblicher Kurbelwelle an. Er nutzte die Ventilsteuerung, genauer deren spätes Schließen, zur Erreichung der niedrigeren Kompression. Die heutigen Hybridmotoren nutzen also genaugenommen keinen Atkinson-, sondern den Millerzyklus.

Literatur

• 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

• Millermotor

Einzelnachweise

1. ↑ Miller-Prinzip
2. ↑ Nissan Miller-Motor
3. ↑ Neuer Dreizylinder-Benzinmotor für den Nissan Micra micrafanpage.de vom 3. August 2010, aufgerufen am 20. September 2010
4. ↑ Daimler.com!: S 400 HYBRID: CO2-Champion mit effizientem Hybridantrieb, Pressemitteilung vom 11. Mai 2009

Weblinks

• Mazda’s Miller cycle engine drops the supercharger, Artikel im Automotive Engineer, Juni 2007
• Mazda Develops New Naturally-Aspirated MZR 1.3L Miller-cycle Engine, Pressemitteilung von Mazda, 31. Mai 2007