Dynamic Skip Fire verspricht mehr Effizienz und Laufruhe

×

Der Autozulieferer Delphi Automotive und Tula Technology, ein Unternehmen aus dem Silicon Valley, haben eine Technik für die dynamische Zylinderabschaltung vorgestellt. Das System Dynamic Skip Fire (DSF) soll über eine vollvariable Zylinderdeaktivierungstechnik verfügen, die aufgrund ihrer Regelstrategie im Motor keine Geräusch, Vibration oder Rauheit auftreten lasse. Mit DSF ließe sich je nach Motor 8 bis 15 Prozent Kraftstoff einsparen.

Wie die Ingenieure des Automobilzulieferers wissen, deaktiviert die herkömmliche Zylinderabschaltung bei Ottomotoren, entweder über eine feste Gruppe von Zylindern oder durch die sogenannte rollende Abschaltung, prinzipiell immer nur in zwei Modi: Vollmotor oder Teilmotor. So werde immer nur ein geringer Teil des tatsächlichen Einsparpotenzials der Zylinderabschaltung genutzt und der sprunghafte Übergang zwischen den beiden Zuständen schaffe Komforteinbußen. 

Das DSF-Prinzip

Anders sei die von Delphi integrierte Dynamic Skip Fire(DSF)-Technik von Tula. Die softwarebasierte Lösung ermögliche einen vollvariablen Hubraum, das heißt es kommen alle Betriebsarten, zwischen "alle Zylinder aktiviert" und "alle Zylinder abgeschaltet", vor. DSF entscheide in Echtzeit vor jedem Arbeitsspiel, ob der Zylinder aktiviert (fire) oder abgeschaltet (skip) werden soll. Dadurch ergibt sich eine unregelmäßige und sich dauernd verändernde Zündreihenfolge. In die Entscheidung, welcher Zylinder als nächstes gezündet wird, beziehe DSF eine Reihe von Parametern mit ein: etwa die Lastanforderung seitens des Fahrers, das aktuelle NVH-Verhalten (Geräusch, Virbration) des Motors sowie die Frequenzen und Amplituden, die den Schwingungskomfort im Fahrzeug beeinträchtigen könnten.

Die Regelstrategie soll auch neue Verbrennungskonzepte und somit die Erschließung weiterer Effizienzpotenziale ermöglichen. Beispielsweise könne die zylinderselektive Regelung für sehr schnelle Drehmomentangleichungen sorgen, während ein hoher Saugrohrdruck einen schnellen Drehmomentaufbau bewirke, insbesondere bei Teillastbetrieb. Ein weiterer Vorteil von DSF sei die Deaktivierung aller Zylinder im Schiebebetrieb, was erstens die Pumpverluste minimiere und ein längeres Ausrollen ermögliche, zweitens das Risiko vermindere, dass unverbrannter Kraftstoff in den Katalysator gelangt und dort Schäden verursacht.

Demo-Fahrzeug mit DSF-Technik auf dem Wiener Motorensymposium

Die Technik hat der Zulieferer in Wien während des Motorensymposiums anhand eines fahrbereiten Demonstrationsfahrzeugs mit einem aufgeladenen 1,8-l-Vierzylinder-Ottomotor veranschaulicht. Im Aggregat kam außerdem ein direktes Einspritzsystem sowie ein Motorsteuergerät (beide von Delphi) mit integrierten DSF-Algorithmen zum Einsatz. Als Hardware für die Zylinderabschaltung hat Delphi auf Rollenschlepphebel gesetzt, die über einen Hebelarm von der Nockenwelle angesteuert werden. Da die Nockenwelle drei verschiedene Nockengeometrien aufweist, seien unterschiedliche Ventilerhebungen darstellbar gewesen. Bei Drehzahlen von bis zu 3000/min sei die volle Deaktivierung eines Zylinders innerhalb einer Nockenwellenumdrehung möglich, ohne dass dabei hohe und reibungsfördernde Ventilfederkräfte erforderlich seien. Fahrtests mit dem Demonstrator hätten laut Delphi gezeigt, dass das NVH-Verhalten des DSF-Prototypmotors und des Serienmotors im gesamten Frequenzbereich vergleichbar seien. Allerdings falle der Kraftstoffverbrauch des DSF-Prototypmotors in den gängigen Messzyklen (wie etwa NEFZ, WLTC, US Combined, JC08) um bis zu 10 Prozent geringer aus, erklärt Delphi.

DSF und 48-Volt-Mildhybrid

Beide Ingenieurteams arbeiten derzeit an einem weiteren Demonstrator, der die Vorteile von DSF mit denen eines Mildhybridantriebs kombinieren soll. Wenn dieses Konzept vollständig umgesetzt ist, erwarten die Entwickler Kraftstoffeinsparungen von bis zu 20 Prozent. Die Serienproduktion eines V8-Motors mit DSF  stehe vor dem Beginn, heißt es. Delphi und Tula treiben auch eine Vierzylinderapplikation von DSF mit einem OEM weiter voran.