Verlängerte Expansion

Der Motorprozess mit verlängerter Expansion verspricht hohe Wirkungsgrade. In einem gemeinsamen Forschungsvorhaben der FVT und der BMW AG wurde das Thema für die Anwendung am Pkw-Ottomotor untersucht.

Am Ende des Expansionshubes eines Kolbenmotors herrscht teilweise noch beträchtlicher Druck im Brennraum, der im Normalfall ungenutzt durch die Auslassventile abgebaut wird. Gelänge es, den Kolben an dieser Stelle weiter expandieren zu lassen, könnte man ohne zusätzlichen Kraftstoff mehr Arbeit gewinnen und somit den Wirkungsgrad - deutlich - steigern. Diese Idee bezeichnet man als verlängerte Expansion. Diese nutzt die Vorteile hoher Expansionsverhältnisse und umghet die Nachteile hoher Verdichtungsverhältnisse (wie Klopfen, Wärmeübergang, Spitzendruck, Emissionen).

 

Die verlängerte Expansion kann entweder durch ein spezielles Triebwerk erreicht werden (Atkinson-Prinzip), oder durch veränderte Einlassteuerzeiten (Miller-Verfahren).

In einem mehrjährigen, umfangreich angelegten Forschungsprojekt wurde bei der FVT in Zusammenarbeit mit der BMG AG in München das Thema verlängerte Expansion intensiv untersucht. In einer anfänglichen Konzeptstudie, bei der ohne EInschränkung Wärmekraftmaschinen für Pkw-Antriebe bewertet wurden, stellte sich der Kolbenmotor mit verlängerter Expansion als das günstigste Konzept heraus.

In weitere Folge wurde dieser Ansatz mit Simulationen im Detail bewertet, und aufgrund der vielverpsrechenden Ergebnisse als Prototyp aufgebaut (die Konstruktion des Prototypen erfolgt im Haus bei der Abteilung Konstruktion und Auslegung).

 

Bei den folgenden Messungen, die durch umfangreiche Simulationen und grundlegenden  theoretischen Arbeiten zum Motorprozess begleitet wurden, konnte ein Wirkungsgradgewinn von 7 %-Punkten nachgewiesen werden. Dies gilt für den ottomotorischen, stöchiometrischen Betrieb für Pkw-übliche Hubräume und Abgasturboaufladung. Es konnte auch gezeigt werden, dass das verwandte Miller-Verfahren prinzipbedingt nur etwa die Häfte dieses Vorteils erreichen kann. Das Miller-Verfahren wurden parallel sowohl messtechnisch als auch rechnerisch in gleicher Art und Weise bewertet.