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Die Rückkehr der Zylinderabschaltung: Zeitarbeit im Motorblock

Was nicht arbeitet, das verbraucht auch nichts. Vor dem Hintergrund dieses Prinzips findet eine eigentlich alte Idee den Weg zurück in die Motorräume neuer Modelle – die Zylinderabschaltung. Ergänzt wird sie nun aber von reichlich Hightech.

Wenn Hersteller derzeit von ihren neuen Motorgenerationen sprechen, dann klingt das oft, als hätten sie mal wieder das Rad neu erfunden. Im Grunde jedoch nutzen sie häufig Jahrzehnte alte Ideen, um Antworten auf drängende Probleme wie die in Zukunft immer enger werdenden Grenzwerte für den CO2-Ausstoß zu finden. Denn mittlerweile ist der Verbrennungsmotor so ausgereizt, dass jedes Mittel recht ist, um noch Fortschritte zu erzielen.

Einige Zylinder werden nicht mit Kraftstoff versorgt

Eines dieser Mittel, das aktuell den Weg zurück in die Motorräume findet, ist die Zylinderabschaltung. Das Grundprinzip dahinter ist relativ simpel: In der Regel arbeiten in einem Motor alle Zylinder und verbrauchen damit auch Kraftstoff – selbst wenn volle Leistung gar nicht benötigt wird, etwa im Stadtverkehr. Die Lösung besteht darin, dass einige Zylinder gezielt nicht mehr mit Kraftstoff versorgt werden und auch kein Zündvorgang erfolgt. Diese arbeitslosen Kolben werden vorübergehend einfach von der Kurbelwelle mitgeschleppt.

Ende der siebziger Jahre entwickelt

Entwickelt wurde das Prinzip Ende der siebziger Jahre. In Europe jedoch fristete es lange ein Schattendasein – Mercedes nutzte es zum Beispiel ab 1999 vorübergehend, um dem damals angebotenen V12-Motor akzeptablere Trinksitten anzuerziehen. Verbreitet war und ist die Zylinderabschaltung vor allem in den USA, wo sie etwa den V8-Aggregaten von Chrysler und Jeep den Durst nimmt.

"Aktives Zylindermanagement" spart bis zu einem Liter Sprit

Seit einiger Zeit findet die Technik nun den Weg zurück auch zu den europäischen Herstellern – vor allem den deutschen. Audi und Volkswagen setzen darauf, Mercedes-Tochter AMG hat ebenfalls entsprechendes entwickelt. Wer die Erfolgsmeldungen der Autobauer in Zusammenhang mit dieser Technologie liest, der kann nur staunen: Volkswagen verspricht durch das "Aktive Zylindermanagement" im 1.4 TFSI-Motor bis zu einem Liter weniger Verbrauch. Audi will im Biturbo-V8 4.0 TFSI rund fünf Prozent weniger Verbrauch durch die dort "cylinder on demand" genannte Technologie erreicht haben. Noch weiter geht man bei Daimler: Der Roadster SLK 55 AMG soll durch Zylinderabschaltung in Verbund mit weiteren Lösungen sogar 30 Prozent weniger verbrauchen als sein Vorgänger.
 
Hinter den Erfolgsmeldungen verbirgt sich die Tatsache, dass man das Grundprinzip der Zylinderabschaltung nicht einfach aus den alten Zeiten übernommen hat, man kombiniert es vielmehr mit reichlich Hightech. Professor Friedrich Dinkelacker vom Institut für technische Verbrennung der Leibnitz Universität in Hannover zählt die aktuellen Bestrebungen daher auch zu den "Ausreizmaßnahmen" am bis an seine Grenzen entwickelten Verbrennungsmotor.

Wie sieht es mit der Auskühlung aus

Denn die Technik bietet zwar die erwähnten Vorteile, anderseits sorgt sie für Probleme, die gelöst werden müssen. Zum Beispiel Auskühlung, wenn bei einem V-Motor eine Zylinderbank vorübergehend nicht arbeitet. Oder auch die geringere Laufruhe, wenn der Vierzylinder zeitweise als Zweizylinder vor sich hin rumpelt.

Möglichkeiten zum Umschalten

All dem muss mit weiteren technologischen Mitteln entgegengewirkt werden – mit oft teuren und aufwendigen Mitteln. So lässt sich ein Auskühlen, das eventuell beim erneuten Zuschalten erstmal höhere Schadstoffwerte nach sich zieht, vermeiden, indem ein ständiges Wechselspiel veranstaltet wird. "Es gibt die Möglichkeiten, dass man bei den Zylindern umschaltet", erklärt Professor Georg Wachtmeister vom Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen (LVK) der TU München. Kühlt also ein Zylinder ab, wird er wieder zugeschaltet und stattdessen ein anderer stillgelegt.

Audi setzt auf die "Active noise control"

Auch einem eventuell rumpelnden und unangenehm tönenden Lauf der Teilzeit-Maschinen begegnet man mit immer mehr Hightech. Audi etwa setzt auf die "Active noise control", um den verwöhnte V8-Fahrer vor Vierzylinderklang zu bewahren: Vier Mikrofone im Fahrgastraum analysieren das aktuelle Klangbild, eliminieren störende Töne durch gezielten Gegenschall via Soundanlage. Zudem kommen aktive Motorlager zum Einsatz, die Vibrationen ausgleichen sollen.

Rechnet sich der Aufwand

Bei all dem stellt sich laut Professor Dinckelacker die Frage, ob sich der betriebene Aufwand am Ende noch rechnet und durch die Kraftstoffeinsparungen wettgemacht wird.  Was zumindest bezweifelt werden darf. Trotzdem wird derzeit an noch weitaus komplexeren Systemen gearbeitet, um den gewünschten Siegeszug der Zylinderabschaltung zu unterstützten.

Völlige Stilllegung auf Wunsch

So berichtet Georg Wachtmeister von einem aktuellen Forschungsprojekt an der TU München. Dort will man das größte Handicap der bisherigen Systeme ausmerzen. Nämlich dass arbeitslose Kolben immer mitgeschleppt werden müssen, was zu Verschleiß und auch unerwünschter Reibung im Motor führt. Was Wachtmeister plant, das ist die völlige Stilllegung auf Wunsch. Zu diesem Zweck will man Kurbelwelle und Nockenwellen in Abschnitte teilen, die Segmente mit Kupplungen verbinden, so dass einzelne Kolben und auch Ventile quasi auf Knopfdruck komplett ruhen. "Das ist derzeit noch ein reines Forschungsprojekt." Der Wissenschaftler spricht aber davon, dass in zehn Jahren mit praxistauglichen Ergebnissen zu rechnen ist.

Valvetronic verspricht ein Dimmen

So sehr die Teilzeitarbeit der Zylinder derzeit auch im Focus steht, es gibt Hersteller, die sich dem Thema völlig verschließen. BMW setzt seit geraumer Zeit vor allem auf die Valvetronic, also auf eine vollvariable Verstellung der Einlassventile. BMW-Sprecher Bernhard Ederer vergleicht die beiden unterschiedlichen Technologien mit einem Lichtschalter. Der herkömmliche Lichtschalter – dem hier die Zylinderabschaltung entspricht – kennt nur die Zustände ein und aus. Die Valvetronic entspreche eher einem jener Schalter, mit denen sich das Licht stufenlos regulieren beziehungsweise "dimmen" lässt. "Die Valvetronic ermöglicht über den gesamten Drehzahlbereich ein solches ‚Dimmen’. Wir versprechen uns davon einen größeren Nutzen." Man setzt also nicht auf Teilzeitarbeit im Motorraum, sondern eher auf erleichterte Arbeitsbedingungen, damit die mechanische Belegschaft nicht so schnell ins Schwitzen kommt und über Durst klagt.

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8. Oktober 2013
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