Dynamic Skip Fire: Die einzigartige Zylinderabschaltung

Autoren

Dr. M. Younkins, Dr. A. Tripathi, Dr. J. Serrano, J. Fuerst BSME MBA, Tula Technology, San Jose, USA; Dr.-Ing. H.-J. Schiffgens, Dr. J. Kirwan, W. Fedor BSME MS, Delphi, Bascharage, Luxembourg / Troy / Rochester, USA

Jahr

2017

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 802

Zusammenfassung

Was wäre, wenn jedes Arbeitsspiel eines Verbrennungsmotors unter optimalen Verbrauchsbedingungen ablaufen würde? Was wäre, wenn in Echtzeit jedes dieser Arbeitsspiele vorausberechnet werden kann, um die exakte Drehmomentanforderung für eine Fahrzeuganwendung zu erfüllen? Tulas Dynamic Skip Fire (DSF) Technologie stellt diese Kombination zur Verfügung. DSF entscheidet in Echtzeit vor jedem Arbeitsspiel ob der Zylinder aktiviert (fire) oder abgeschaltet (skip) werden soll, je nachdem ob das Drehmoment erforderlich ist oder nicht. Durch die dynamische Vorausberechnung der Arbeitsspiele wird der Motor nahe dem optimalen Wirkungsgrad betrieben und die Ladungswechselverluste entfallen weitgehend dadurch kann der Verbrauch signifikant verbessert werden. Die Herausforderung eines solchen Konzeptes ist es, die Drehschwingungen des Antriebsstranges zu vermeiden, die durch Drehmomentschwankungen bei niedrigen Frequenzen verursacht werden. Tulas DSF ist eine Lösung für diese Herausforderung. Durch eine konsequente Entwicklungsarbeit ist es Tula gelungen eine Software basierte Lösung zu Verfügung zu stellen, die die kritischen Frequenzen und Amplituden vermeidet. DSF ermöglicht ein komfortables Fahrverhalten in Verbindung mit einer Verbrauchsreduzierung von 8 bis 15 Prozent, ohne eine negative Beeinflussung anderer limitierter Emissionen. Zudem ist DSF eine kostengünstige und robuste Lösung zur Einhaltung von globalen Emissionszielen mit Kosten unterhalb von 40 Euro pro 1 % Punkt Verbrauchsreduzierung. Die Vorausberechnung der Verbrennung vor jedem Arbeitsspiel durch eine effiziente, Millisekunden genaue Drehmomentenberechnung, ermöglicht einen Gangwechsel ohne eine Spätverstellung der Zündung. Des Weiteren stellt DSF, aufgrund des deutlich höheren Einlaßsystemdruckes, ein hohes Beschleunigungsdrehmoment zur Verfügung. Die Deaktivierung aller Einlass- und Auslassventile während der Schubphase minimiert den Kraftstoffverbrauch zur Aufheizung des Katalysators, dies führt gleichzeitig zu einer verbesserten Energierückgewinnung während der Schubphase durch die Vermeidung von Ladungswechselverluste. Die Serieneinführung von DSF bei größeren Motoren steht kurz bevor und die Entwicklungsarbeiten an einem 1,8 l 4 Zylindermotor GTDI gemeinsam mit Delphi sind kurz vor dem Abschluss. Eine zukünftige Verbindung von DSF mit einem Hybridantrieb (idealerweise 48V) erschließt durch aktives Ausgleichen der Drehschwingungen, ein weiteres Verbrauchsreduzierungpotenzial ohne zusätzliche Kosten.