DPMA - Erfinderaktivitäten 2006/2007

6.4. Zylinderabschaltung
Um einem möglichst optimalen Gesamtantrieb zu erhalten,
genügt es nicht, den Verbrennungsmotor eines
konventionellen Antriebs unverändert zu übernehmen [3].
Durch den zusätzlichen elektrischen Antrieb kann der
Verbrennungsmotor kleiner dimensioniert („Downsizing“)
und/oder auch einfacher konzipiert werden, denn er muss
nicht mehr alleine den gesamten Leistungsbereich optimal
abdecken. Ein Ansatz zur Optimierung des
Gesamtaggregates ist die sog. Zylinderabschaltung.
Hierbei wird zeitweise nur ein Teil der Zylinder des
Verbrennungsmotors aktiv betrieben und der andere Teil
der Zylinder wird deaktiviert. Im einfachsten Fall kann dies
durch Abschalten der Kraftstoffzufuhr zu den betreffenden
Zylindern erfolgen. Um die maximal mögliche
Wirkungsgradverbesserung zu erreichen, müssen
zusätzlich die Ein- und Auslassventile deaktiviert werden,
wodurch unnötige Pumpverluste vermieden werden. Durch
die Abschaltung einzelner Zylinder können die
verbleibenden Zylinder bei erhöhter Last und damit in
einem verbrauchsgünstigeren Betriebsbereich betrieben
werden (General Motors: DE 10 2004 049 688 A1). Die
Zylinderabschaltung wird auch in herkömmlichen
Fahrzeugen, insbesondere bei großvolumigen Motoren mit
hoher Zylinderzahl, eingesetzt [6].
In Figur 7 sind für verschiedene Motorbauarten (Reihen-,
V-Motor) mögliche Konfigurationen einer
Zylinderabschaltung dargestellt. Die leeren bzw. grau
gefüllten Kreise stellen hierbei die befeuerten bzw. die
abgeschalteten Zylindergruppen dar. Während der
Zylinderabschaltung selbst kann zusätzlich in
vorgegebenen Zeitabständen zwischen den
Zylindergruppen hin- und hergeschaltet werden, so dass
jede Zylindergruppe abwechselnd aktiviert und deaktiviert
wird. Durch diese Maßnahme kann eine zu starke
Auskühlung des Katalysators verhindert werden (siehe
auch 6.1.).
Normalerweise erfolgt die Abschaltung bei jedem zweiten
Zylinder in der Zündfolge. Der Betrieb mit
Zylinderabschaltung ist jedoch mit einem unrunden
Motorlauf verbunden, der zu zusätzlichen Schwingungen
im Antriebsstrang führt, die vom Fahrer als sehr
unangenehm empfunden werden und auch mechanische
Probleme verursachen können. Hier kann mit Hilfe des
vorhandenen Elektromotors (Starter-Generator), der mit
dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, eine aktive
Dämpfung der Drehschwingungen bewirkt werden.
R4
R6
V8
V12
Figur 7: mögliche Konfigurationen einer Zylinderabschaltung für
unterschiedliche Motortypen.
Zu diesem Zweck wird aus einer Ungleichförmigkeit der
erfassten Motordrehzahl eine Störgröße des
Drehmoments abgeleitet und aus dieser eine
Führungsgröße (Soll-Gegenmoment) für die Regelung des
Starter-Generators generiert (Siemens: DE 199 39 250
A1).
Auch der Start des Verbrennungsmotors und das
Einkuppeln sollen im Fahrbetrieb möglichst unbemerkt
erfolgen. Auch hier wird der Starter-Generator eingesetzt,
um Drehzahlabweichungen zu kompensieren, die
insbesondere während des Einkuppelns auftreten (Suzuki:
DE 10 2004 002 705 A1, Figur 8).
Die Entscheidung, ob zur Regelung der Drehzahl vom
Starter-Generator ein Drehmoment aufgenommen oder
ein zusätzliches Drehmoment abgegeben werden soll,
erfolgt abhängig vom vorliegenden Betriebszustand.
Beispielsweise kann es sinnvoll sein, bei Kaltstarts, bei
niedrigem Ladestand der Batterie, bei gleichzeitigem
Betrieb der Klimaanlage oder beim Laden von
Unterdruckspeichern den Starter-Generator als Generator
und andererseits als Elektromotor zu betreiben (Ford: DE
102 21 035 A1).
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