Was ist Dynamic Skip Fire?

Dynamic Skip Fire ist eine Strategie zur Steuerung der Zylinderdeaktivierung bei Verbrennungsmotoren. Ein ähnliches Konzept ist Dynamic Motor Drive für Elektromotoren. Die Vorteile der Systeme kompakt erklärt. 

Dynamic Skip Fire (DSF) ist eine dynamische Zylinderabschaltung für Verbrennungsmotoren. Ein spezieller Algorithmus entscheidet abhängig vom Fahrzustand in Echtzeit, welche Ein- und Auslassventile aktiviert oder deaktiviert werden. Dabei spielt nicht nur die Leistungsabfrage, sondern auch das aktuelle Schwingungsverhalten des Motors eine Rolle. Entwickelt wurde das Konzept von Zulieferer Delphi und dem IT-Spezialisten Tula.

Durch die Reduzierung der Ladungswechselverluste bei Teillast soll das System zu einer deutlichen Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs führen, wie Tula Technology im Artikel Weiterentwickelte Zylinderabschaltung mit Miller-Verfahren (Seite 60) aus der MTZ 5-2019 erklärt und erläutert im Detail: "Software-Algorithmen werden eingesetzt, um die einzelnen Zylinder von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel zu zünden oder zu deaktivieren. DSF betreibt den Motor durch einen ständig angepassten Anteil der gezündeten Arbeitsspiele (Zünddichte) wirkungsgradoptimal, bei gleichzeitiger Einhaltung strenger Serienvorgaben an Geräusch, Vibrationen und Rauheit (Noise, Vibration, Harshness, NVH)". 

Die Zylinderabschaltung durch DSF lässt sich konstruktiv mit allen Ventiltriebskonzepten umsetzen. DSF erschließt auch zusätzliche Vorteile durch Synergien mit Mildhybridsystemen und Miller-Brennverfahren. DSF hat sich bereits bei Ottomotoren im Großserieneinsatz bewährt, hat aber auch Vorteile für Dieselmotoren, um die CO₂- und NO_x-Emissionen zu reduzieren. Tula und FEV haben die Vorteile der DSF-Technik für Dieselmotoren, auch dDSF-Technik genannt, anhand einer ausführlichen Simulationsstudie für verschiedene Motortypen und Testzyklen untersucht, wie sie im Artikel Weniger Emissionen und Verbrauch bei Dieselmotoren durch dynamische Zylinderabschaltung aus der MTZ 7-8-2020 darlegen. Dazu wurde, basierend auf einer vollständigen Antriebsstrangplattform, ein entsprechendes Berechnungsmodell entwickelt.

eDSF und mDSF

Kombiniert mit einem 48-V-Mildhybridsystem wird DSF zu eDSF, was zu einer zusätzlichen Verbrauchsreduzierung  führen soll, erklärt Tula im Artikel CO2-Reduzierung durch dynamische Zylinderabschaltung aus der MTZ 4/2019. Durch eDSF werden folgende drei Synergien mit dem Mildhybridsystem möglich: eine Vergrößerung des DSF-Betriebsbereichs durch Drehmomentglättung sowie Drehmomentunterstützung und eine verbesserte Energierückgewinnung während der Verzögerung.

mDSF ist ein Konzept, dass die Zylinderdeaktivierung mit dem Miller-Verfahren kombiniert. Dadurch könnten die CO₂-Emissionen im Zyklus um zehn bis zwölf Prozent reduziert werden. mDSF soll eine verbesserte Kontrolle der Drehmomentverläufe des Verbrennungsmotors ermöglichen. Dadurch ließen sich das NVH-Verhalten optimieren und gleichzeitig der Wirkungsgrad erhöhen. 

Auch eine Kombination von mDSF mit eDSF ist möglich. Als emDSF kann das System bei Mildhybridsystemen eingesetzt werden.

Dynamic Motor Drive

Ähnlich wie das Konzept von Dynamic Skip Fire, das in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor zum Tragen kommt, setzt Tula Technology das Konzept Dynamic Motor Drive (DMD) beim elektrischen Antriebsstrang ein. Dynamic Motor Drive ist ein Steuerungskonzept für Elektromotoren, das die Effizienz verbessern und gleichzeitig die Abhängigkeit von Seltenerdmagneten verringern soll. Bei einer Synchron-Reluktanz-Maschine (SynRM) habe man den Wirkungsgrad im Niedriglastbereich um bis zu 10 % verbessern können, was bei den aktuellen Annahmen zu einem Gewinn von 2,5 % im WLTP-Zyklus führe. "Obwohl DMD konzeptionell ähnlich wie Dynamic Skip Fire (DSF) bei Verbrennungsmotoren funktioniert, ermöglicht die Flexibilität der Motorsteuerung DMD eine weitaus breitere algorithmische Auswahl als dies mit DSF möglich ist", so Tula Technology im Artikel Effizienzsteigerung von E-Motoren mit Dynamic Motor Drive (Seite 37) aus der MTZ 6-2022.