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1.4 TSI: Zylinderabschaltung im Vierzylinder

Bei niedriger und mittlerer Last legt der 1.4 TSI vorübergehend zwei Zylinder still. Automobilhersteller Volkswagen führt die Zylinderabschaltung (ZAS) in einem aufgeladenen Vierzylindermotor ein. Somit haben nicht nur der neue V8-Saugmotor von AMG oder auch der neue V8 aus den Audi S-Modellen eine Zylinderabschaltung, sondern auch der 1.4 TSI von VW. Nur, dass die ZAS laut Konzern in diesem Fall weltweit erstmals an Großserien-Vierzylinder-TSI-Motoren zum Einsatz kommt. Debütieren wird der neue 1.4 TSI mit ZAS Anfang 2012.

Die ZAS wird immer dann aktiv, wenn die Drehzahl des 1.4 TSI zwischen 1400 1/min und 4000 1/min sowie das Drehmoment zwischen 25 und 75 Newtonmeter liegt. Im EU-Verbrauchszyklus sei dies immerhin bei nahezu 70 Prozent der zurückzulegenden Strecke der Fall.

Volkswagen erklärt die Funktionsweise des Systems folgendermaßen: Zuerst werden die Brennräume noch einmal mit Luft gefüllt. Dieser Frischgaseinschluss führt zu einem minimalen Druck im Zylinder und einem entsprechend niedrigen Energieaufwand. Anschließend schließt das System die Ein- und Auslassventile der Zylinder zwei und drei. Der Motor zündet pro Kurbelwellenumdrehung nur noch einmal. Die Kolben der deaktivierten Zylinder werden nun von der Kurbelwelle geschleppt. In den beiden aktiven Zylindern erhöht sich dagegen der Wirkungsgrad, weil sich die Betriebspunkte zu höheren Lasten hin verlagern. Das Schließen der Ventile erfolgt über eine komplexe Aktuatorik: Auf der Ein- und der Auslassnockenwelle sitzen je zwei verschiebbare Hülsen, die so genannten Nockenstücke, auf speziellen Verzahnungen. Sie sind für die acht Ventile des zweiten und dritten Zylinders zuständig. Jedes Nockenstück trägt an seinen Enden je zwei unterschiedliche Profile nebeneinander. Ein herkömmliches Vollprofil und einen so genannten Nullhubnocken. Die Vollprofile betätigen im Vierzylinderbetrieb die Rollenschlepphebel und über sie die Ventile. Sie verhalten sich also wie ganz konventionelle Nocken. Die Nullhubnocken wiederum rotieren über den Schlepphebeln. Sie betätigen sie nicht, die Ventilfedern halten die Ventile geschlossen. Gleichzeitig legt das Motormanagement die Einspritzung still. In die Außenseiten der rotierenden Nockenstücke sind spiralförmige Nuten eingefräst, über die sich die Hülsen blitzschnell um einige Millimeter auf den Wellen verschieben lassen. Bekommen elektromagnetische Aktuatoren in der Zylinderkopfhaube durch die Motorsteuerung ein Signal, greifen zwei integrierte Metallstifte von außen in die Nuten ein und bringen sie in Endposition. Von federbelasteten Kugeln werden die Nockenstücke schließlich arretiert. Sobald der Fahrer kräftig Gas gibt, schalten sich die Zylinder zwei und drei wieder zu.

Alle mechanischen Umschaltvorgänge sollen dabei innerhalb einer halben Nockenwellenumdrehung ablaufen. Je nach Drehzahl dauere sie 13 bis 36 Millisekunden. Flankierende Eingriffe an Zündung und Drosselklappe sollen sie glätten.

Der Automobilhersteller nutzt die Informationen des Gaspedalsensors, um zu erkennen, wie der Fahrer unterwegs ist. Ergebe sich aus ihnen ein ungleichmäßiges Muster - etwa bei einer Fahrt im Kreisverkehr oder bei sportlicher Gangart auf der Landstraße - unterbleibe die Abschaltung. Alle Komponenten der Zylinderabschaltung sollen gemeinsam knapp drei Kilogramm wiegen. Aktuatoren, Nockenwellen und Lagerrahmen seien in die Zylinderkopfhaube integriert. Zwei Wälzlager sollen die Reibung der Wellen verringern.

Im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) reduziert die Zylinderabschaltung den Verbrauch des 1.4 TSI um 0,4 Liter pro 100 Kilometer, gibt das Unternehmen an. Daraus ergibt sich ein CO2-Äquivalent von acht Gramm pro Kilometer. Rechne man die Start-Stopp-Funktion mit ein, die den Motor im Leerlauf deaktiviere, addiere sich der Einspareffekt auf etwa 0,6 Liter pro 100 Kilometer. Die größten Effekte soll die neue Technologie bei konstanter Fahrt mit moderatem Tempo erzielen. Bei 50 km/h im dritten oder vierten Gang ergebe sich eine Einsparung von nahezu einem Liter auf 100 Kilometer. Bei 70 km/h im fünften Gang beispielsweise gehe der Verbrauch immer noch um 0,7 Liter pro 100 Kilometer zurück. Alle Verbrauchswerte und Fahrleistungen sind jedoch derzeit noch Prognosen.

Lediglich dann, wenn der Fahrer im Display der Multifunktionsanzeige den Momentanverbrauch abfrage, erhalte er den Zweizylinder-Status angezeigt. Auch mit zwei Zylindern soll der 1.4 TSI sehr leise und vibrationsarm laufen.

Der neue 1.4 TSI, von einem Turbolader unter Druck gesetzt, leistet 103 Kilowatt. Von 1500 1/min bis 4000 1/min stemmt er unter Last 250 Newtonmeter Drehmoment auf die Kurbelwelle. Das TSI-Brennverfahren - die Benzin-Direkteinspritzung plus Turboaufladung - mache die Technologie der Zylinderabschaltung in der heutigen Form erst möglich, weil es Komplikationen beim Gaswechsel ausräume, die bei Saugrohreinspritzern auftreten würden. Ebenfalls werde die Erfüllung der künftigen EU6 Abgasnorm mit diesem neuen TSI möglich.
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