Neue Zylinderabschaltung bringt noch mehr Einsparpotenzial

Auf dem Wiener Motorensymposium vom 27. bis 28. April 2017 präsentierte Delphi zusammen mit dem Unternehmen Tula Technology ein serienreifes Zylinderabschaltsystem, das je nach Motor acht bis 15 Prozent Kraftstoff und CO2-Emissionen einspart. Dynamic Skip Fire (DSF) verfügt Angaben zufolge über die erste wirkliche vollvariable Zylinderdeaktivierungstechnik.

Durch die Regelstrategie und die Vollvariabilität sollen bei der  Zylinderabschaltung keine Geräusche und Vibrationen und auch keine rauer Lauf im Motor auftreten. Wie hoch die Einsparpotenziale von DSF ohne Beeinträchtigung der Laufruhe selbst bei Downsizing-Motoren sind, zeigten die beiden Unternehmen beim Wiener Motorensymposium an einem Demofahrzeug. Fast noch interessanter ist jedoch die Aussage der Entwickler, dass nur 40 € Investitionen pro eingespartem Prozent Kraftstoff notwendig seien. Damit ist DSF sicher eine der attraktivsten Spritspartechniken der nahen Zukunft.

Die DSF-Regeltechnik
Um die Einsparungen zu erzielen berechnet die Steuereinheit vor jedem einzelnen Zündvorgang zylinderselektiv, ob ein Zylinder deaktiviert wird oder ob ein regulärer Arbeitstakt vorgesehen ist. In die Entscheidung, welcher Zylinder als nächstes zündet, bezieht DSF eine Reihe von Parametern ein: etwa die Lastanforderung seitens des Fahrers, das aktuelle NVH-Verhalten (Geräusch, Vibration, Rauheit) des Motors sowie die Frequenzen und Amplituden, die den Schwingungskomfort im Fahrzeug beeinträchtigen könnten.

Außerdem ist die Zündfolge variabel. Sie wird ständig an die Fahrdynamik angepasst, sodass der Motor immer im Leistungsoptimum läuft, da dadurch Pumpverluste verringert und zugleich die thermische Effizienz des Triebwerks verbessert wird. Diese Regelstrategie ermöglicht auch neue Verbrennungskonzepte und somit die Erschließung weiterer Effizienzpotenziale.

Beispielsweise kann die zylinderselektive Regelung für blitzschnelle Drehmomentangleichungen sorgen, insbesondere bei Teillastbetrieb. Ein weiterer Vorteil von DSF ist die Deaktivierung aller Zylinder im Schiebebetrieb, was erstens die Pumpverluste minimiert und ein längeres Ausrollen ermöglicht und zweitens das Risiko vermindert, dass unverbrannter Kraftstoff in den Katalysator gelangt und dort Schäden verursacht.

10 Prozent Kraftstoffeinsparung – als Mildhybrid sogar bis 20 Prozent möglich
Fahrtests mit dem Demo-Fahrzeug, das über einen 1,8-l-Vierzylinder-Ottomotor mit Turboaufladung verfügt, haben gezeigt, dass der Kraftstoffverbrauch in den gängigen Messzyklen (wie etwa NEFZ, WLTC, US Combined, JC08) um bis zu 10 Prozent geringer ausfällt, so Delphi. Um zu zeigen wie sich die Effizienz eines Mildhybridautos verbessern ließe, arbeiten beide Ingenieurteams an einem weiteren entsprechenden Demonstrator. Durch die Kombination von Mildhybrid und DSF erwarten die Entwickler Kraftstoffeinsparungen von bis zu 20 Prozent.

Doch nicht nur bei Mildhybri oder Downsizing ist die neue Tecdhnologie zum Zylinderabschalten interessant , sondern natürlich auch in größeren Motoren. So ist Angaben zufolge die Serienproduktion eines V8-Motors mit DSF bereits in Planung, während Delphi und Tula eine Vierzylinderapplikation von DSF zusammen mit einem Autohersteller vorantreiben.

So funktioniert die Abschaltung
Als Hardware für die Zylinderabschaltung setzt Delphi auf Rollenschlepphebel, die über einen Hebelarm von der Nockenwelle angesteuert werden. Da die Nockenwelle drei verschiedene Nockengeometrien aufweist, sind unterschiedliche Ventilerhebungen darstellbar. Diese Technik ist erprobt, langlebig und baut sehr kompakt. Bei Drehzahlen von bis zu 3000/min ist die volle Deaktivierung eines Zylinders innerhalb einer Nockenwellenumdrehung möglich, ohne dass dabei hohe und reibungsfördernde Ventilfederkräfte erforderlich sind.

Details zur Arbeitsweise von DSF finden sich in der Animation hier.