Die Forderung nach einer fortwährenden Senkung des Kraftstoffverbrauches heutiger automobiler Antriebe stellt für die Industrie eine große Herausforderung dar. Vor allem die Wirkungsgradsteigerung der Verbrennungskraftmaschine ist, neben effizienzsteigernden Maßnahmen wie Hybridisierung und alternativen Antriebskonzepten, von besonderer Bedeutung. Ein vielversprechender Ansatz dafür ist die Realisierung eines im Verhältnis zum Kompressionshub verlängerten Expansionshubes. Gesamttriebwerk mit Serien-Zylinderkopf.

Die Forschungen umfassten die konzeptionelle Auslegung und Konstruktion des Triebwerkes, die thermodynamische und mechanische Entwicklung, sowie experimentelle Untersuchungen am gefeuerten Motorprüfstand. Thermodynamische Auslegungen zeigten die Notwendigkeit eines variablen Ventiltriebes zur Verbesserung des Wirkungsgrades über den gesamten Betriebsbereich auf. Der Expansionshub des Prototypen beträgt ca. das Doppelte des Kompressionshubes. Unterschiedliche Betriebspunkte an der Volllast sowie in der Teillast wurden unter Verwendung verschiedener Steuerzeiten und Ventilhubverläufe untersucht. Bei Verwendung eines Ventiltriebes mit fixen Steuerzeiten steht dem deutlich gesteigerten Wirkungsgrad an der Volllast ein moderater Teillastwirkungsgrad gegenüber. Variabilitäten im Ventiltrieb ermöglichen speziell mit dem Konzept der erweiterten Expansion eine deutliche Anhebung des Teillastwirkungsgrades. Mit den experimentellen Untersuchungen konnten die Simulationsergenisse bestätigt werden.

Neben der Analyse des Brennverlaufes und Ladungswechsels in der Volllast und Teillast sowie der Einflüsse des Betriebsverhaltens auf den Verbrauch wurde das Potenzial einer Zylinderabschaltung untersucht.

Zusammenfassend weist der über die Kurbeltriebskinematik realisierte Atkinsonprozess in Kombination mit einem variablen Ventieltrieb ein hohes Wirkungsgradpotenzial über den gesamten Betriebsbereich auf.