Sprit-Sparen: Cracks nutzen alle Kniffe

 Die Cracks im Motorenbau nutzen viele Kniffe, um den Sprit-Verbrauch zu drosseln. Eine neue Methode präsentierten jetzt Ingenieure des Zulieferers Schaeffler mit der Erweiterung der vollvariablen elektro-hydraulischen Ventilsteuerung „UniAir“. Sie kombinierten die sogenannten „Atkinson“- und „Miller“-Verfahren im Otto-Motor-Betrieb. Ergebnis: Der Verbrauch sinkt bis zu zehn Prozent. Seit 2009 arbeitet das System in Motoren von Fiat Chrysler, ab 2016 setzt laut Schaeffler ein weiterer europäischer Autohersteller auf diese Technik.

Die Projekt-Ingenieure stellten die Anwendungstauglichkeit der Kombination erstmals auf dem zehnten internationalen Schaeffler-Kolloquium in Baden-Baden vor. So wird etwa das Sprit-Sparen mit dem Atkinson-Effekt erzielt, wenn das Einlassventil am Anfang des Verdichtungstaktes noch offen bleibt und der Kolben einen Teil des angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches wieder in das Ansaugrohr zurückdrückt. Das Miller-Verfahren knausert mit Benzin, wenn das Einlassventil extrem früh schließt – noch während des Ansaugens. Das Sparen mit den jeweiligen Verfahren geschieht bei unterschiedlichen Betriebspunkten des Motors.

Stufenvariable Steuerung[foto id=“509287″ size=“small“ position=“right“]

Und wie wird das im Motorbetrieb verwirklicht? Das geschieht in der Regel mit schaltbaren mechanischen Ventiltrieben, die in der Lage sind, mindestens zwei unterschiedliche Ventilerhebungen darzustellen. Durch das Umschalten zwischen den Nockenprofilen sind diese schaltbaren Systeme lediglich in der Lage, entweder mit dem Atkinson- oder mit dem Miller-Verfahren zu arbeiten, mit beiden jedoch nicht. Wird die „stufenvariable“ Steuerung von Hubdauer und Hubhöhe ersetzt durch eine „vollvariabel“, sind beide Verfahren im Motorbetrieb anzuwenden. Das schafft das vollvariable UniAir, das seit 2009 in mehr als 500 000 Serienmotoren arbeitet.

Das elektro-hydraulische Ventiltriebsystem steuert Einlass- wie Auslassventile der Zylinder im Gegensatz zu den mechanischen Systemen in Hubdauer und Hubhöhe gleichermaßen völlig unabhängig. Die jetzt vorliegende Weiterentwicklung von UniAir ist beim Ringen um sparsame und umweltfreundliche Antriebe von hohem Wert, weil ihre erweiterten Funktionen einen Motorbetrieb bei jeder Last mit niedrigem Benzinverbrauch gewährleisten.

Fährt nun ein Auto im Stadtverkehr, also im Niedriglastbetrieb, werden mit UniAir Ventilhub-Verläufe beim Motor verwirklicht, die nicht mit mechanischen variablen Ventiltrieben zu realisieren sind. Es kombiniert mit der Funktion „Hybridlift“ spätes Öffnen des Einlassventils mit einem frühen Schließen. Und mit „Multilift“ öffnet und schließt das Einlassventil innerhalb des Ansaugtaktes zweimal, was bei geringer Motordrehzahl und niedriger bis mittlerer Last zu einer optimalen Gemischaufbereitung führt und so den Verbrauch im Stadtverkehr senkt.

Und wo bleiben Atkinson und Miller?[foto id=“509288″ size=“small“ position=“left“]

Die Verfahren werden mit UniAir problemlos im Motorbetrieb integriert. Die Anwendungstauglichkeit haben Ingenieure von Continental und Schaeffler gemeinsam in einem Vorentwicklungs-Projekt untersucht. Dazu wurde ein ohnehin mit UniAir ausgerüsteter 1,4-Liter-Serienmotor nur durch Änderung der Motorsteuerung auf die entsprechende Prozessführung hin optimiert. Die Untersuchungsergebnisse zeigen ein erhebliches Verbrauchspotenzial.

So hatte der optimierte Benzin-Motor im Miller-Verfahren (Einlassventil schließt vor Ende des Ansaugtakts) bei mittlerer Last und 2 000/min in etwa 90 km/h einen um 4,4 Prozent reduzierten spezifischen Benzinverbrauch gegenüber dem Serienmotor. Bei etwas mehr Druck im Zylinder und identischer Drehzahl sinkt durch das Schließen des Einlassventils nach Beginn des Verdichtungstaktes (Atkinson) der Verbrauch um 4,6 Prozent. Bei einer typischen Autobahnfahrt bei 3 000/min mit etwa 150 km/h und wiederum etwas erhöhten Zylinderdruck führte der Atkinson-Zyklus zu einem Verbrauchsvorteil von 4,6 Prozent.

Das einzelne Sprit-Sparen in den unzähligen Betriebspunkten des Motorkennfeldes bringt den Sparerfolg: den deutlich reduzierten Kraftstoff-Verbrauch. Und mit UniAir lässt sich das verwirklichen. Nicht allein im EU-Testzyklus, sondern auch im Alltagseinsatz. Ob für Fahrten in der Stadt und auf der Autobahn, die Autofahrer werden weniger tanken müssen. Die Cracks von Continental und Schaeffler rechnen, dass sich so der Sprit-Verbrauch bis zu zehn Prozent verringern lässt.