Atkinson, Miller, B-Zyklus-Prozess: Was es wirklich bedeutet
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VTG-Turbolader in VW-Motoren sind eigentlich modifizierte Dieselmotoren.
Atkinson- und Miller-Zyklen werden immer mit Effizienzsteigerung in Verbindung gebracht, oft gibt es aber keinen Unterschied zwischen ihnen. Vielleicht macht es keinen Sinn, weil beide Änderungen auf eine grundlegende Philosophie hinauslaufen - die Schaffung unterschiedlicher Kompressions- und Expansionsverhältnisse in einem Viertakt-Ottomotor. Da diese Parameter bei einem konventionellen Motor geometrisch identisch sind, besteht beim Benziner die Gefahr des Kraftstoffklopfens, was eine Reduzierung des Verdichtungsverhältnisses erforderlich macht. Wenn jedoch auf irgendeine Weise ein höheres Expansionsverhältnis erreicht werden könnte, würde dies zu einem höheren "Auspressen" der Energie der expandierenden Gase führen und den Wirkungsgrad des Motors erhöhen. Interessanterweise haben rein historisch gesehen weder James Atkinson noch Ralph Miller ihre Konzepte auf der Suche nach Effizienz entwickelt. 1887 entwickelte Atkinson auch einen patentierten komplexen Kurbelmechanismus, der aus mehreren Elementen besteht (Ähnlichkeiten finden sich heute im Infiniti VC Turbo-Motor), der Ottos Patente umgehen sollte. Das Ergebnis einer komplexen Kinematik ist die Umsetzung eines Viertaktzyklus während einer Motorumdrehung und eines weiteren Kolbenhubs während der Kompression und Expansion. Viele Jahrzehnte später wird dieser Vorgang durch längeres Offenhalten des Einlassventils durchgeführt und fast ausnahmslos in Motoren in Kombination mit konventionellen Hybridantrieben (ohne die Möglichkeit der externen elektrischen Aufladung) wie denen von Toyota eingesetzt und Honda. Bei mittleren bis hohen Geschwindigkeiten ist dies kein Problem, da die Eindringströmung Trägheit hat und bei der Rückwärtsbewegung des Kolbens die Rückluft kompensiert. Bei niedrigen Drehzahlen führt dies jedoch zu einem instabilen Motorbetrieb, weshalb solche Einheiten mit Hybridsystemen kombiniert werden oder den Atkinson-Zyklus in diesen Modi nicht verwenden. Aus diesem Grund werden Saug- und Einlassventile herkömmlicherweise als Atkinson-Zyklus betrachtet. Das ist jedoch nicht ganz richtig, denn die Idee, durch Steuerung der Ventilöffnungsphasen unterschiedliche Kompressions- und Expansionsgrade zu realisieren, stammt von Ralph Miller und wurde 1956 patentiert. Seine Idee zielt jedoch nicht auf eine höhere Effizienz, eine Absenkung des Verdichtungsverhältnisses und den entsprechenden Einsatz von niederoktanigen Kraftstoffen in Flugzeugtriebwerken ab. Miller entwickelt Systeme, um das Einlassventil früher (Early Intake Valve Closure, EIVC) oder später (Late Intake Valve Closure, LIVC) zu schließen sowie den Luftmangel auszugleichen oder die Luft zurück zum Ansaugkrümmer, Kompressor, zu halten wird eingesetzt.
Interessant ist, dass der erste auf einem späteren, als „Miller-Zyklus-Verfahren“ bezeichnete, phasenverschobene Motor von Mercedes-Ingenieuren entwickelt und im 12-Zylinder-Kompressormotor des Sportwagens W 163 eingesetzt wurde seit 1939. bevor Ralph Miller seinen Test patentieren ließ.
Das erste Serienmodell, das den Miller-Zyklus verwendete, war der 6er Mazda Millenia KJ-ZEM V1994. Das Einlassventil schließt später, wodurch ein Teil der Luft mit einem gewissen Kompressionsgrad zu den Ansaugkrümmern zurückgeführt wird, und ein mechanischer Kompressor Lysholm wird verwendet, um die Luft zu halten. Somit ist das Expansionsverhältnis 15 Prozent größer als das Kompressionsverhältnis. Verluste, die durch Kompression von Luft vom Kolben zum Kompressor verursacht werden, werden durch einen verbesserten endgültigen Motorwirkungsgrad ausgeglichen.
Strategien mit sehr späten und sehr frühen Abschlüssen haben in verschiedenen Modi unterschiedliche Vorteile. Bei niedrigen Lasten hat ein späteres Schließen den Vorteil, dass eine breitere Drosselklappe bereitgestellt wird und bessere Turbulenzen aufrechterhalten werden. Mit zunehmender Last verschiebt sich der Vorteil in Richtung eines früheren Schließens. Letzteres wird jedoch bei hohen Geschwindigkeiten aufgrund unzureichender Füllzeit und eines großen Druckabfalls vor und nach dem Ventil weniger effektiv.
Audi und Volkswagen, Mazda und Toyota
Ähnliche Verfahren verwenden Audi und Volkswagen derzeit in ihren 2.0 TFSI (EA 888 Gen 3b) und 1.5 TSI (EA 211 Evo) Geräten, zu denen kürzlich der neue 1.0 TSI hinzugekommen ist. Sie verwenden jedoch eine vorschließende Einlassventiltechnologie, bei der die expandierende Luft abgekühlt wird, nachdem das Ventil früher schließt. Audi und VW nennen das Verfahren den B-Zyklus nach dem Ingenieur Ralph Budak des Unternehmens, der die Ideen von Ralph Miller verfeinerte und auf Turbomotoren anwendete. Bei einem Verdichtungsverhältnis von 13:1 beträgt das tatsächliche Verhältnis etwa 11,7:1, was für einen Fremdzündungsmotor an sich schon extrem hoch ist. Die Hauptrolle bei all dem spielt ein komplexer Ventilöffnungsmechanismus mit variablen Phasen und Hub, der Wirbel fördert und sich den Bedingungen anpasst. Bei B-Zyklus-Motoren wird der Einspritzdruck auf 250 bar erhöht. Mikrocontroller steuern einen reibungslosen Prozess des Phasenwechsels und des Übergangs vom B-Prozess zum normalen Otto-Zyklus unter hoher Last. Darüber hinaus verwenden die 1,5- und 1-Liter-Motoren schnell ansprechende Turbolader mit variabler Geometrie. Gekühlte vorverdichtete Luft bietet bessere Temperaturbedingungen als eine direkte starke Verdichtung in einem Zylinder. Anders als die Hightech-Turbolader BorgWarner VTG von Porsche, die für leistungsstärkere Modelle verwendet werden, handelt es sich bei den variablen Geometrieaggregaten von VW um praktisch leicht modifizierte Turbinen für Dieselmotoren. Dies ist möglich, da die maximale Gastemperatur aufgrund aller bisher beschriebenen 880 Grad nicht überschritten wird, dh etwas höher als die eines Dieselmotors, was ein Indikator für eine hohe Effizienz ist.
Japanische Unternehmen verwechseln die Standardisierung der Terminologie noch mehr. Im Gegensatz zu anderen Mazda Skyactiv-Benzinmotoren ist der Skyactiv G 2.5 T turboaufgeladen und arbeitet im Miller-Zyklus über einen weiten Last- und Drehzahlbereich, aber Mazda induziert auch einen Zyklus, in dem ihre Skyactiv G-Saugmotoren arbeiten.Toyota verwendet einen 1.2 D4 -T (8NR-FTS) und 2.0 D4-T (8AR-FTS) in ihren Turbomotoren, aber Mazda definiert sie andererseits für alle seine Saugmotoren für Hybrid- und Dynamic Force-Modelle der neuen Generation als gleich . mit atmosphärischer Füllung als "Arbeit am Atkinson-Zyklus". In allen Fällen ist die technische Philosophie dieselbe.
