Vierzylinder-Ottomotor-Konzept mit Zylinderabschaltung von IAV

Auf dem 35. Internationalen Wiener Motorensymposium vom 8. bis 9. Mai präsentierte Engineering-Dienstleister IAV Erprobungsergebnisse eines Konzeptes zur Kraftstoffeinsparung an Ottomotoren: Bei dem vorgestellten Vierzylindermotor lassen sich bei geringer Last zwei Zylinder abschalten und komplett vom Antrieb trennen, so dass sich die Reibung deutlich reduziert. Zudem arbeiten die verbleibenden Zylinder mit einem deutlich höheren Wirkungsgrad. Dieses Prinzip der Zylinderzuschaltung lässt sich auch auf Motoren mit anderen Zylinderzahlen übertragen – es ist umso wirkungsvoller, je mehr Zylinder und Hubraum der Motor hat.

IAV Demontiertes Hydraulikmodul mit Nebenwelle und Kupplung

IAV Demontiertes Hydraulikmodul mit Nebenwelle und Kupplung

Nach Simulationen läuft der erste Prototyp mit 1,6 Litern Hubraum und 125 kW Leistung seit Anfang 2013 fast ununterbrochen und erfolgreich auf dem Prüfstand. Dabei erweist er sich im Zweizylinderbetrieb mit 0,8 Litern Hubraum bei kleinen Drehzahlen und Lasten als äußerst sparsam: Im Vergleich zum Basismotor hat der „I2+2-Motor“ im NEFZ einen um fast 14 Prozent geringeren Kraftstoffverbrauch.

Das Prinzip der Zylinderzuschaltung ist nicht auf Vierzylinder-Motoren beschränkt: Es lässt sich auf Sechs- oder Achtzylindermotoren übertragen. „Insbesondere für große Motoren mit mehr als vier Zylindern ist die Zylinderzuschaltung sehr attraktiv“, erklärt Dr. Heiko Neukirchner, Fachbereichsleiter für Antriebskonzepte bei IAV. „Denn bei gleichem Fahrleistungsbedarf arbeitet der Motor häufiger mit reduziertem Hubraum und schöpft das Einsparpotenzial optimal aus.“ Hinzu kommen Vorteile bei der Akustik und den Schwingungen: Wegen der höheren Zündfrequenz von Drei- und Vierzylinder-Triebwerken im Vergleich zu einem Zweizylinder lassen sich übliche Komfort-Zielsetzungen einfacher erreichen.

Die anspruchsvollste Komponente des neuen Motorkonzeptes ist die Kupplung, die bei Bedarf den zweiten Teilmotor zuschaltet. Eine Lamellenkupplung übernimmt zunächst das Hochschleppen der beiden abgeschalteten Zylinder. Sie wird durch ein Hydraulikmodul mit Druckspeicher betätigt, das in den Motorölkreislauf integriert ist. Die Drehzahlangleichung des zuzuschaltenden Teiltriebwerks erfolgt durch eine Schlupfregelung, die eine schnellstmögliche Einstellung der Synchronposition bei minimaler Drehzahldifferenz garantiert. Den Formschluss beider Teiltriebwerke stellt schließlich eine Überbrückungskupplung her, die in die Konstruktion integriert ist. Die Messungen ergaben eine maximale Umschaltzeit von 0,4 Sekunden und einen robusten Prüfstandsbetrieb aller Komponenten über viele Test-Monate hinweg.

IAV Nebenwelle und Kupplung des Motors

IAV Nebenwelle und Kupplung des Motors

Um den Zuschaltvorgang zu unterstützen, haben die IAV-Entwickler einen Riemen-Starter-Generator in den I2+2-Motor integriert. Das 48 Volt-System erlaubt – unabhängig von der Betriebsart – elektrisches Boosten und ermöglicht zudem Komfortfunktionen wie Standklimatisierung und Zuheizung.

Im Moment entwickelt IAV das Konzept des Zuschaltmotors weiter – mit dem Ziel, Reibung und zusätzliches Gewicht des zweiten Teiltriebwerks weiter zu verringern. „Zu diesem Zweck bietet beispielsweise die Anordnung der Kupplung zwischen beiden Teilkurbelwellen Vorteile“, so Neukirchner. „Zudem ist es möglich, die Versorgung der beiden Teiltriebwerke mit Öl und Kühlwasser zu trennen und bedarfsgerecht zu steuern.“ Derzeit führt IAV Gespräche mit potenziellen Kunden und plant die baldige Erprobung des Zuschaltkonzeptes in einem Versuchsfahrzeug.

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