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Zylinderabschaltung

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Akronym: ZAS

Definition: die Abschaltung einzelner Zylinder eines Hubkolbenmotors bei geringem Leistungsbedarf

Englisch: cylinder cut-off, cylinder disconnection

Kategorien: Fahrzeuge, Kraftmaschinen und Kraftwerke

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 31.12.2014; letzte Änderung: 18.10.2015

Die von einem Hubkolben-Verbrennungsmotor erzeugte Leistung lässt sich dem Bedarf entsprechend reduzieren. Im Falle eines Ottomotors, der gebräuchlichen Form des Benzinmotors, erfolgt dies mithilfe einer Drosselklappe, die die Zufuhr des Kraftstoff-Luft-Gemischs vermindert. Hierdurch treten leider unweigerlich so genannte Drosselverluste auf, die den Wirkungsgrad des Motors verringern.

Die betroffenen Zylinder werden in aller Regel nicht wirklich stillgelegt, sondern lediglich inaktiviert.

Eine der technischen Möglichkeiten, um dieses Problem zu reduzieren, ist die Technik der Zylinderabschaltung. Dies bedeutet, dass im Teillastbetrieb ein Teil der Zylinder inaktiviert wird. Im Prinzip wäre es am besten, die betroffenen Zylinder mechanisch abzukoppeln, sodass dort keinerlei Reibungsverluste mehr auftreten. Dies wäre jedoch technisch sehr aufwendig und durch die mögliche Energieeinsparung kaum zu rechtfertigen. Deswegen erfolgt die Zylinderabschaltung in aller Regel so, dass man lediglich die Kraftstoffzufuhr der betroffenen Zylinder unterbindet und ihre Ventile immer geschlossen hält, sodass Gaswechselverluste vermieden werden. Die noch aktiven Zylinder werden mit entsprechend höherer Leistung betrieben, d. h. mit weit geöffneter Drosselklappe, sodass die Drosselverluste sehr klein werden.

Diese Methode kann besonders dann eingesetzt werden, wenn ohnehin eine vollvariable Ventilsteuerung und eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzung verwendet werden. Allerdings wird der Motorlauf dadurch weniger “rund”, d. h. es entstehen verstärkte Vibrationen, wenn nur noch wenige Zylinder arbeiten. Deswegen wurde diese Technik anfangs vor allem bei Motoren mit sechs oder mehr Zylindern angewandt.

Im Detail ist die Zylinderabschaltung eine komplizierte Angelegenheit.

Abhängig vom genauen Zeitpunkt, in dem die Abschaltung eines Zylinders vorgenommen wird, verbleibt im Zylinder entweder Abgas oder auch Frischluft. In jedem Fall wirkt im Zylinder eine Art von Gasfeder, und im Zuge der Kolbenbewegung treten erhebliche Oszillationen des internen Drucks auf. Wenn Frischluft im Zylinder ist, sind diese Druckschwankungen wesentlich geringer; dafür kann das Starten des Zylinders danach erschwert werden; am ehesten gelingt dies bei einem Direkteinspritzer. Übrigens muss auch sicher vermieden werden, dass durch einen Unterdruck im Zylinder Motoröl angesaugt wird. Außerdem sollte ein Ruckeln des Motors beim Beginn oder Ende der Zylinderabschaltung vermieden werden. Insgesamt ergibt sich eine Reihe keineswegs trivialer Anforderungen, die eine sorgfältige Optimierung der Motorsteuerung und oft auch andere begleitende Maßnahmen notwendig macht.

Die Zylinderabschaltung wird heutzutage von etlichen Fahrzeugherstellern praktiziert, um den Kraftstoffverbrauch und die klimaschädlichen CO2-Emissionen zu reduzieren – inzwischen oft auch bei Vierzylindermotoren. Es werden unterschiedliche Bezeichnungen hierfür verwendet, beispielsweise dynamisches Downsizing, temporäres Downsizing oder cylinder on demand.

Im Falle bestimmter Hybridantriebe kann es sogar vorkommen, dass alle Zylinder gleichzeitig abgeschaltet werden und der Antrieb nur noch über den Elektromotor erfolgt. Sonst arbeiten normalerweise mindestens noch zwei Zylinder.

Die manchmal verwendete Bezeichnung dynamisches Downsizing ist eine nicht ganz angemessene Bezeichnung für die Zylinderabschaltung. Zwar wird der tatsächlich genutzte Hubraum dem momentanen Leistungsbedarf entsprechend reduziert. Jedoch liegt kein Downsizing in dem Sinne vor, dass ein kleinerer Motor die gleiche maximale Leistung erbringen könnte.

Siehe auch: Drosselverluste, Hubkolbenmotor, Ottomotor, Hybridantrieb, Ventile beim Hubkolbenmotor
sowie andere Artikel in den Kategorien Fahrzeuge, Kraftmaschinen und Kraftwerke

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