Zylinderabschaltung

Die Zylinderabschaltung ist eine Spartechnik, die einen Teil des Motors vorübergehend stilllegt, wenn nicht die volle Leistung benötigt wird, und die ruhenden Zylinder sofort wieder zuschaltet, sobald der Fahrer beschleunigen möchte. Ziel ist es, den alten Zielkonflikt zu überbrücken: Einerseits sollen genügend Zylinder für kräftige Leistung vorhanden sein, andererseits erzeugen diese Zylinder einen hohen Verbrauch, wenn sie kaum gebraucht werden, etwa bei gemächlicher Fahrt. Hersteller vermarkten die Technik unter Namen wie Active Fuel Management, Multi-Displacement System oder Cylinder on Demand.

Die zugrunde liegende Ineffizienz, die sie bekämpft, sind die Drosselverluste des gedrosselten Ottomotors. Bei geringer Last ist die Drosselklappe nahezu geschlossen, und jeder Zylinder muss die Luft mühsam an dieser Verengung vorbeisaugen, was bei jedem Ansaugtakt Energie kostet. Werden etwa vier Zylinder eines V8 abgeschaltet, müssen die verbleibenden vier härter arbeiten, um dieselbe Leistung zu erbringen, sodass sich ihre Drosselklappe weiter öffnet und die Drosselverluste sinken. Jeder arbeitende Zylinder läuft dann näher an seinem Wirkungsgradoptimum, und der Kraftstoffverbrauch kann im realen Betrieb um einige Prozent zurückgehen.

Mechanisch wird die Abschaltung erreicht, indem an den gewählten Zylindern sowohl die Einspritzung als auch die Ventilbetätigung gestoppt werden. Das Steuergerät schaltet die Einspritzventile ab und legt vor allem spezielle hydraulische Tassenstößel oder schaltbare Kipphebel still, sodass Ein- und Auslassventile geschlossen bleiben. Bei geschlossenen Ventilen wirkt die eingeschlossene Luft als Gasfeder, die bei der Verdichtung Energie aufnimmt und sie bei der Expansion größtenteils wieder abgibt, sodass der abgeschaltete Zylinder mit minimalem Verlust mitläuft, statt Luft zu pumpen. Der Übergang dauert nur einige Zehntel Millisekunden und ist auf bestimmte Punkte im Arbeitsspiel abgestimmt, sodass der Fahrer nichts als einen nahtlosen Wechsel spürt.

Die Idee ist nicht neu; frühe Versuche wie der Cadillac V8-6-4 der frühen 1980er-Jahre scheiterten an der langsamen Elektronik jener Zeit und brachten der Technik einen schlechten Ruf ein. Modernes Motormanagement und schnell schaltende Magnetventile haben sie zuverlässig und kultiviert gemacht, und sie findet sich heute über die gesamte Bandbreite, von großen amerikanischen V8, die auf vier Zylindern laufen, bis zu kompakten aufgeladenen Vierzylindern, die bei geringer Last auf zwei zurückgehen, und sogar in Verfahren, die reihum wechseln, welche Zylinder ruhen, um Verschleiß und Wärme zu vergleichmäßigen.

Die größten konstruktiven Herausforderungen sind Schwingungen und Laufkultur, da der Lauf auf weniger Zylindern gröbere Zündabstände und Resonanzen mit sich bringen kann; die Hersteller begegnen dem mit aktiven Motorlagern, Ausgleichsmaßnahmen und Geräuschkompensation über die Audioanlage. Bedenken bestehen auch hinsichtlich ungleichmäßiger thermischer Belastung und der Ölkontrolle in den ruhenden Zylindern. Die Technik arbeitet mit anderen Sparmaßnahmen wie der Start-Stopp-Automatik zusammen und steht konzeptionell im Wettbewerb mit dem einfachen Einbau eines kleineren, hubraumreduzierten Turbomotors, der einen ähnlichen Verbrauch von vornherein erreicht.