Quelltext der Seite Miller-Kreisprozess

Der '''Miller-Kreisprozess''' (auch '''Miller-''Zyklus''''') für [[Verbrennungsmotor]]en ist benannt nach dem [[Erfinder]] [[Ralph Miller (Erfinder)|Ralph Miller]], der sich 1957 einen [[Ventiltrieb]] [[patent]]ieren ließ, bei dem das Einlassventil sehr ''früh'', noch während des Ansaugtaktes schließt.<ref name="Basshuysen" /> Die Füllung und der Verdichtungsenddruck wird dadurch verkleinert, das Verdichtungs- und damit das Expansionsverhältnis bleibt jedoch gleich. Dies bewirkt beim [[Miller-Motor]] eine Steigerung des [[Thermodynamischer Kreisprozess|thermodynamischen]] [[Wirkungsgrad]]es durch bessere Ausnutzung der [[Expansionsmaschine|Expansionsenergie]] im Arbeitstakt. Der Miller-Kreisprozess ist eine Adaption des [[Atkinson-Kreisprozess]]es für Motoren mit einfachem [[Kurbelwelle|Kurbeltrieb]].

== Grundlagen ==
[[Bild:4StrokeEngine Ortho 3D Small.gif|mini|[[Viertaktmotor|Viertaktzyklus]] eines ideal-typisch langsam laufenden [[Ottomotor]]s: 1:&nbsp;„Ansaugen“ ➝ 2:&nbsp;„Verdichten“ ➝ 3:&nbsp;„Expandieren“ ➝ 4:&nbsp;„Ausschieben“
real&nbsp;schnell laufend bleibt nach Takt&nbsp;1 der [[Einlassventil|Einlass]] über den [[Totpunkt|UT]] hinaus geöffnet, um mehr Zeit zum Einströmen der [[Frischladung]] zu lassen, während der [[Kolben]] bereits zum Verdichten ansetzt. ➯&nbsp;Beim [[Miller-Motor]] muss man sich den Einlass-Schluss (Es) etwa bei 45–90°&nbsp;[[Kurbelwinkel]] ''vor'' UT vorstellen, woraus der verminderte [[Liefergrad]] resultiert.|300x300px]]

Beim Miller-Kreisprozess wird beim Ansaughub das Einlassventil deutlich vor Erreichen des unteren [[Totpunkt|Totpunktes (UT)]] geschlossen, so dass auch ohne [[Drosselklappe (Motor)|Drosselung]] nur relativ wenig [[Frischladung]] (Gemisch oder bei [[Direkteinspritzung]] Luft) in den Zylinder gelangt und der untere Totpunkt mit Unterdruck durchlaufen wird (verminderter [[Liefergrad]]). Je nach Konzept wird das geometrische [[Verdichtungsverhältnis]] beibehalten (verringerte [[Klopfen (Verbrennungsmotor)|Klopfneigung]], weniger [[Stickoxid]]bildung)<ref>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.</ref> oder erhöht (weitere Steigerung des [[Wirkungsgrad]]es).<ref>''Der neue 2,0-l-R4-TFSI-Motor von Audi.'' MTZ 05/2016, S. 16–23. {{ISSN|0024-8525}} 10814.</ref>

=== Verdichtungsverhältnis & Effizienz ===
Wenn das [[Verdichtungsverhältnis]] entsprechend höher gewählt wird, herrscht durch die geringere Frischladung nach dem Verdichtungshub (im oberen Totpunkt OT) gleicher Druck, wie sonst bei vollständiger Ladung: Ohne den kritischen Verdichtungsenddruck zu verändern, wird so weniger Gemisch verbrannt und dafür dessen geometrisches Expansionsverhältnis vergrößert, so dass der Arbeitshub die [[Expansionsmaschine|Expansionsenergie]] besser ausnutzen kann: Beim Auslass wird weniger ungenutzte Energie (Restdruck) freigesetzt und die reduzierte Abgastemperatur erleichtert technisch die Anwendung eines [[Turbolader]]s, der durch [[Aufladung (Verbrennungsmotor)|Aufladung]] mit [[Ladeluftkühlung]] den Leistungsverlust der verringerten Zylinderfüllung ausgleichen kann, indem er während des Einlass-Taktes zusätzliches Drehmoment liefert, wo sonst Ansaugarbeit geleistet werden müsste.

Gleiche [[Motorleistung]] erfordert aber beim [[Miller-Motor]] prinzipiell größeren Hubraum, weil die höhere Effizienz mit einer niedrigeren spezifischen [[Hubraumleistung]] verbunden ist.

=== Motorsteuerung ===
Um für [[Fahrzeugmotor]]en eine [[Quantitätsregelung]] des Drehmoments über weite Drehzahlbereiche zu ermöglichen, wird der Miller-Kreisprozess heute meist mit [[variable Ventilsteuerung|variabler Ventilsteuerung]] realisiert, da die verlustreiche klassische Steuerung mit [[Drosselklappe (Motor)|Drosselklappe]] ohnehin dem Ziel der Effizienzsteigerung widerspricht. Bei einem [[Miller-Motor]] mit fester Ventilsteuerung nehmen (anders als beim [[Atkinson-Motor]]) mit wachsender Drehzahl der [[Liefergrad]] und das Drehmoment stark ab, was den Einsatzbereich einschränkt, aber etwa als Pumpen-Motor eine einfache Selbstregelung bewirkt.

== Anwendung ==
* Seit 1997 nutzt ''[[Toyota]]'' den Miller-Zyklus im ''[[Toyota Prius]]''. 2014 kamen mit dem ''8AR-FTS'' im [[Lexus NX|''Lexus NX 200t'']], dem ''2UR-GSE'' im [[Lexus RC|''Lexus RC-F'']] und dem ''1NR-FKE'' im ''[[Toyota Yaris]]'' die ersten Motoren auf den Markt, die mit Toyotas [[variable Ventilsteuerung|variabler Ventilsteuerung]] ''VVT-iE'' sowohl im Miller-Zyklus als auch im normalen Otto-Zyklus arbeiten können.

* 2008 bot der Hersteller ''[[Mazda]]'' im ''[[Mazda2]]'' einen 1,3-l-[[Miller-Motor]] mit [[OHC-Ventilsteuerung|zwei obenliegenden]] Nockenwellen an. Hierbei wird jedoch kein [[Kompressor]] eingebaut, sondern ein [[stufenloses Getriebe]] ([[Continuously variable transmission|CVT]]). Der [[Motorenbenzin|Benzin]][[verbrauch]] soll sich von 5,2 Liter/100&nbsp;km auf 4,4 Liter/100&nbsp;km verringern ([[japan]]ischer Verbrauchszyklus, da nur dort verfügbar).

* Der ''[[Mazda Xedos 9]]'' arbeitete nach dem eng verwandten modifizierten [[Atkinson-Kreisprozess]].

* 2009 stellte ''[[Mercedes]]'' seinen S&nbsp;400 [[Hybrid]] vor, der den modifizierten Atkinson-Zyklus nutzt.<ref>{{Internetquelle |url=http://media.daimler.com/dcmedia/0-921-614216-49-1205360-1-0-0-0-0-0-11702-0-0-1-0-0-0-0-0.html |werk=daimler.com |hrsg=[[Daimler AG]] |titel=S 400 HYBRID: CO2-Champion mit effizientem Hybridantrieb |datum=2009-05-11 |abruf=2019-10-27 |archiv-url=https://archive.today/20120712072207/http://media.daimler.com/dcmedia/0-921-614216-49-1205360-1-0-0-0-0-0-11702-0-0-1-0-0-0-0-0.html |archiv-datum=2012-07-12}}</ref>

* 2010 stellte ''[[Nissan (Automobilhersteller)|Nissan]]'' einen 1,2-l-Dreizylinder-Motor mit der Bezeichnung ''HR12DDR'' vor, der mit ''Eaton-TVS''-Kompressor und Miller-Zyklus 72&nbsp;kW (98&nbsp;PS) leistet. Den Zyklus erreicht er über seine variable Ventilsteuerung; weitere Effizienz-Maßnahmen umfassen [[Direkteinspritzung]] und [[Start-Stopp-System]].<ref>[http://www.micrafanpage.de/neuer-dreizylinder-benzinmotor-fuer-den-nissan-micra#more-517 ''Neuer Dreizylinder-Benzinmotor für den Nissan Micra.''] In: ''micrafanpage.de''. 3. August 2010, abgerufen am 20. September 2010.</ref> Der Motor befand sich im Sommer 2010 noch in der Erprobungsphase.

* Der 2015 vorgestellte neue ''[[Audi A4]]'' nutzt im 2,0-l-''TFSI''-Ottomotor mit 140&nbsp;kW (190&nbsp;PS) den Miller-Zyklus in bestimmten Betriebszuständen, vor allem bei Teillast. Der Motor wird mittlerweile auch in anderen Modellreihen des Herstellers angeboten.<ref>[https://www.automobil-produktion.de/technik-produktion/fahrzeugtechnik/audis-neuer-2-0-tfsi-dank-neuartigem-brennverfahren-noch-sparsamer-378.html ''Audis neuer 2.0 TFSI – Dank neuartigem Brennverfahren noch sparsamer.''] In: ''automobil-produktion.de''. 7. Mai 2015, abgerufen am 19. Februar 2017.</ref>

== Vergleich von Miller-Zyklus und (modifiziertem) Atkinson-Zyklus ==
Bei modernen Motoren (Otto wie Diesel)<ref name="MTZ0616">''Der neue Sechszylinder-Marinemotor von MAN für Yachten und Arbeitsboote.'' MTZ 06/2016, S. 50–55, {{ISSN|0024-8525}} 10814.</ref> wird unter dem ''modifizierten'' [[Atkinson-Kreisprozess|''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.<ref name="Reif">Konrad Reif (Hrsg.): ''Ottomotor-Management im Überblick''. Springer Fachmedien Wiesbaden 2015, Abschnitt ''Zylinderfüllung''. ISBN 978-3-658-09523-9.</ref><ref name="Basshuysen">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.</ref>
Der Effekt der verminderten [[Frischladung]] ist der gleiche; anders als beim Miller-Zyklus kann man beim Atkinson-Zyklus die Gasdynamik des Ansaugvorgangs nutzen<ref name="Reif" />: Im Gegensatz zum Miller-Zyklus erhöht der Atkinson-Zyklus auch bei fester Ventilsteuerung mit wachsender Drehzahl den Liefergrad und damit das Drehmoment, so dass er sich auch ohne [[Nockenwellenverstellung]] gut einsetzen lässt. Mit etwas Mehraufwand für eine [[variable Ventilsteuerung]] ist der Miller-Zyklus jedoch effizienter.<ref name="MTZ0616" />

== Siehe auch ==
* [[Miller-Motor]]
* [[Atkinson-Motor]]

== Literatur ==
* {{Patent
 |Land = US
 |V-Nr = 2817322
 |Typ = Patent
 |Titel = Supercharged engine
 |A-Datum = 1956-04-30
 |V-Datum = 1957-12-24
 |Erfinder = Ralph Miller
 |DB = Google
}}

== Weblinks ==
* {{Webarchiv | url=http://www.ae-plus.com/Key%20topics/kt-Powertrain-news23.htm | wayback=20091218104626 | text=Mazda’s Miller cycle engine drops the supercharger}}, Artikel im ''Automotive Engineer,'' Juni 2007 (englisch)
* {{Webarchiv | url=http://www2.mazda.com/en/publicity/release/2007/200705/070531.html | wayback=20160528103805 | text=Mazda Develops New Naturally-Aspirated MZR 1.3L Miller-cycle Engine}}, Pressemitteilung von Mazda, 31. Mai 2007 (englisch)

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Thermodynamischer Kreisprozess]]