Motorentechnik für Verbrennungsmotoren: Zwölftakt statt Viertakt

FlexWork-Motor

Modell des FlexWork-Motors mit vollvariabler elektrohydraulischer Ventilsteuerung. Bild ZVG Empa

Die Empa hat in den letzten Jahren gemeinsam mit einem externen Hydraulikspezialisten eine vollvariable elektrohydraulische Ventilsteuerung entwickelt, welche sich für Verbrennungsmotoren und andere thermische/pneumatische Maschinen einsetzen lässt.

Vollvariabel bedeutet, dass sowohl der Ventilhub wie auch der Öffnungs- sowie der Schliesszeitpunkt frei eingestellt werden können – und dies sogar von einem Zyklus zum nächsten. Am Verbrennungsmotor eingesetzt gibt diese volle Flexibilität neue Freiheitsgrade für Optimierungen. Beispielsweise lässt sich die Last bei Ottomotoren ohne Drosselklappe und von einem Zyklus zum nächsten einstellen, die Volllast kann optimiert werden und der Motor lässt sich auf verschiedene Treibstoffe "per Software" anpassen.

Die Empa hat den Ventiltrieb an einem Ottomotor aufgebaut und erforscht die Potentiale. Eine Variante der Laststeuerung ist die Zylinderabschaltung. Das heisst, einzelne Zylinder werden im Teillastbereich in hoher Last betrieben, andere werden zugleich ganz abgeschaltet indem alle Ventile geschlossen bleiben. Der plötzliche Übergang vom Betrieb mit allen Zylindern auf den Betrieb mit abgeschalteten Zylindern würde allerdings ungewünschte Drehmomentspitzen mit sich bringen, so dass der Übergang sanft gestaltet werden muss. In heute auf dem Markt befindlichen System ohne vollvariable Ventilsteuerungen werden solche Zylinderabschaltungen durch stark effizienzmindernde Zündeingriffe ausgelöst. Mit der vollvariablen Ventilsteuerung der Empa lassen sich einzelne Zylinder dagegen ohne Effizienzverlust abschalten.

Ebenso wie die vollständige Abschaltung von Zylindern ist es auch möglich, sie seltener zu zünden. So wird aus einem Viertakt-Betrieb, ein Acht- oder Zwölftakt-Betrieb. Im Vergleich zu einem gedrosselten Viertakter arbeitet ein solcher Motor deutlich effizienter.

Quelle: Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt EMPA

1.5.2022