Vom Drei- zum Zweizylinder

Der kompakte 1,0-l-Eco-Boost-Turbomotor ist Ford zufolge der erste Dreizylinder weltweit, bei dem die kraftstoffsparende Zylinderabschaltung zum Einsatz kommt. Ingenieure von Ford entwickelten in Zusammenarbeit mit dem Zulieferer Schaeffler die Zylinderabschaltung für dieses Aggregat. Damit haben sie die teils verbreitete Meinung widerlegt, an einem Dreizylinder sei eine Zylinderabschaltung nicht praktikabel. Ford hingegen betont: Auch in einem Dreizylinderaggregat lässt sich die zeitweise Verringerung des Brennraumvolumens darstellen, ohne die Laufruhe zu gefährden.

Im Schubbetrieb sind nur zwei Zylinder aktiv

Immer, wenn nur geringe Motorleistung erforderlich ist – etwa im Schubbetrieb oder bei gleichmäßigem Rollen –, stoppt die Zylinderabschaltung automatisch die Benzineinspritzung sowie die Ventilbetätigung des ersten Zylinders. Das Ab- und Anschalten des Zylinders erfolgt innerhalb von nur 14 ms und damit 20 mal schneller als ein menschlicher Lidschlag. Da Ford diese Technologie mit speziellen Lösungen zum Ausgleich von Vibrationen kombiniert, soll die Zylinderabschaltung für die Insassen praktisch unmerklich ablaufen. Das gilt auch, wenn sich der deaktivierte Zylinder wieder zuschaltet. Dem Autobauer zufolge erfolgt das ruckfrei.

Neben der Kraftstoffabschaltung gehen mit der Zylinderabschaltung auch geringere Reibung und Pumpverluste innerhalb des Motors einher. Zum Potenzial der Zylinderabschaltung für den Dreizylindermotor sagt Denis Gorman, Antriebsstrangingenieur bei Ford: Wir sehen in der Zylinderabschaltung ein Kraftstoff- und damit auch Emissionseinsparpotenzial von bis zu sechs Prozent.

Technische Umsetzung

So einfach das Konzept klingt, so anspruchsvoll gestaltete sich die technische Umsetzung. Beispielsweise muss die Abschaltung auch bei bis zu 4.500/min arbeiten. In diesem Drehzahlbereich öffnen und schließen die Ventile fast 40 mal pro Sekunde.

Das Abschalten selbst erfolgt über einen per Öldruck angesteuerte spezielle Ventil-Kipphebel, welche die Verbindung zwischen Nockenwelle und den Ventilen des ersten Zylinders unterbrechen. Für die Berechnung des Abschaltzeitpunkts zieht das Steuergerät unter anderem das Drehzahlsignal, die Drosselklappenstellung und den Lastzustand heran.

Um Platz im Zylinderkopf für die neuen Ölkanäle und die spezielle Ventilbetätigung zu schaffen, kommt ein neuartiges, aus einem Teil gefertigtes Nockenwellenmodul zum Einsatz. Zudem hat Ford die Kröpfung der Kurbelwelle, das Schwungrad, die Kupplung und die Riemenscheibe modifiziert. Alles Maßnahmen, die zur gleichen Laufkultur wie beim Basistriebwerk ohne Zylinderabschaltung führen sollen.

Dafür verfügt die neu entwickelte Riemenscheibe über exakt berechnete Unwuchten zum Kontern der Motorvibrationen. Interessant sind auch die Aufgaben des neu entwickelten Zweimassenschwungrads und der vibrationsdämpfenden Kupplungsscheibe. Beide Komponenten unterdrücken die Schwingungen, zu denen es im niedrigen Drehzahlbereich und im Zweizylinderbetrieb kommt. Weitere Anpassungen zugunsten maximaler Laufruhe waren bei den Motoraufhängungen, den Antriebswellen und den Büchsen der Radaufhängung erforderlich.

Und was ist mit der Dauerhaltbarkeit? Um diese zu gewährleisten und damit sich durch die Zylinderabschaltung entstehende, größere Kräfte nicht negativ auswirken, sind Komponenten wie der Nockenwellenantrieb modifiziert und die Kipphebel in einem neuartigen Spritzgussverfahren gefertigt.

Mit Federeffekt

Neben den konstruktiven Maßnahmen für die Laufruhe trägt auch der Federeffekt bei abgeschaltetem Zylinder dazu bei, dass es mit nur zwei aktiven Zylindern nicht schüttelt und rüttelt. Denn ist das System aktiv und sind somit die Ein- und Auslassventile geschlossen, kann das Gasgemisch im Brennraum nicht mehr entweichen. Bewegt sich jetzt der Kolben nach oben, kommt es zu einem Art Federeffekt, der mithilft, die auf die drei Zylinder wirkenden Kräfte auszubalancieren.

Zudem werden auf diese Weise die Temperaturen innerhalb des abgeschalteten Brennraums hochgehalten – was die Effizienz der Verbrennung erhöht, wenn der Zylinder wieder aktiviert wird. ts