Unabhängige Studien belegen die Vorteile der Zylinderabschalt-Technologie von Jacobs Vehicle Systems

25. Februar 2020
Jacobs Vehicle Systems – Technologie für die Deaktivierung von Zylindern

Dass die Zylinderabschalttechnologie von Jacobs den Kraftstoffverbrauch und den Emissionsausstoß von Heavy-Duty-Dieselmotoren senkt, hatte Jacobs bereits in eigenen umfangreichen Tests nachgewiesen – nun wurde dies auch in einer unabhängigen Studie der US Environmental Protection Agency bestätigt.

BLOOMFIELD, CT, USA – Die neuartige Technologie zur Zylinderabschaltung (CDA, Cylinder Deactivation) unterbindet das Öffnen der Ein- und Auslassventile und wurde nun von einem international renommierten Forschungsinstitut mit finanzieller Förderung der US Environmental Protection Agency (EPA) unter die Lupe genommen. Für die Tests zur Evaluierung von Kraftstoffeffizienz und Emissionen wurde CDA in einen 13-Liter-Motor von Navistar eingebaut.

Die Tests ergaben eine fünfprozentige Senkung des Kraftstoffverbrauchs in einem Hochleistungs-Prüfzyklus nach FTP (Federal Test Procedure: US-amerikanischer Prüfzyklus) bei höheren Abgastemperaturen und der Aufrechterhaltung der Nachbehandlungstemperaturen. Um die Leistungsfähigkeit der CDA-Technologie zu demonstrieren, wurde diese unter CARB (California Air Resources Board) Low-Load-Zyklus-Bedingungen getestet. Es stellte sich heraus, dass die Zylinderdeaktivierungstechnologie die Abgastemperaturen erhöht und dadurch die Stickoxid (NOx)-Emissionen um 86 % reduziert werden. Der CO2-Ausstoß und der Kraftstoffverbrauch wurden außerdem um 12 % gesenkt. Die katalytische Umwandlung der schädlichen Stickoxide stieg von 48 % (Ausgangswert) auf 95 % mit CDA. Weitere umfangreiche Testergebnisse werden im April auf dem SAE World Congress (Detroit, 21.-23. April 2020) vorgestellt.

Im November 2018 gab die EPA im Rahmen ihrer „Cleaner Trucks" Initiative bekannt, dass eine weitere Senkung der Stickoxid-(NOx)-Werte notwendig sei. Die derzeitigen NOx-Richtlinien für Lkw, verabschiedet im Jahr 2010, werden voraussichtlich durch neue und verschärfte Vorschriften ersetzt werden.

Es ist zu erwarten, dass die künftigen Richtlinien der Emissionsmessung unter realen Fahrbedingungen größeres Gewicht geben, vergleichbar mit den veränderten Messverfahren für PKW in Europa und den USA in den letzten Jahren. Die Labortests dienten daher vor allem dazu, herauszufinden, in welchem Ausmaß sich die Stickoxid-Emissionen durch CDA unter realen Fahrbedingungen während Schwachlastfahrzyklen senken lassen. Dazu gehörten Kaltstarts, häufige Schwachlastzyklen und Leerlaufbedingungen, die aufgrund des kalten Nachbehandlungssystems typischerweise die höchsten Emissionen verursachen. Gleichzeitig wurden auch CO2-Reduzierungen gemessen.

Die CDA Zylinderdeaktivierungstechnologie von Jacobs senkt nicht nur den Kraftstoffverbrauch und dadurch die Treibhausgasemissionen. Sie reduziert auch den Stickoxid-Ausstoß durch höhere Abgastemperaturen in den Arbeitszylindern, die für eine optimale selektive katalytische Reduktion (Selective Catalytic Reduction, SCR) erforderlich sind. Hierdurch können auch im Schwachlastbetrieb die erforderlichen hohen Nachbehandlungstemperaturen aufrechterhalten werden. CDA beschleunigt zudem das Aufwärmen des Nachbehandlungssystems nach dem Motorstart und verzögert die Abkühlung beim kraftstoffsparenden, antriebsfreien Ausrollen.

Jacobs ist ein weltweit führender Hersteller von Verzögerungs- und Ventilsteuerungssystemen für Heavy-Duty-Dieselmotoren. Das Unternehmen stellte im vergangenen Jahr seine neue Technologie zur Zylinderabschaltung (CDA, Cylinder Deactivation) vor. CDA nutzt Komponenten der High Power Density (HPD) Motorbremse, verwendet sie jedoch für ein anderes Ziel: Für CDA werden ursprünglich für HPD-Anwendungen entwickelte Zylinderabschaltmechanismen im Ventiltrieb dazu verwendet, das Öffnen der Ein- und Auslassventile zu unterbinden.

Bei Motoren mit obenliegender Nockenwelle ist der hydraulisch betätigte Mechanismus für CDA in ein System klappbarer Ventilbrücken integriert, bei Motoren mit zentral im Motorraum gelegener Nockenwelle (Cam-in-Block-Design) in eine Anordnung mit klappbaren Stößelstangen. Durch den CDA-Mechanismus im Ventiltrieb bleiben die Ventile in den deaktivierten Zylindern einfach geschlossen. Zugleich werden die Einspritzdüsen in diesen Zylindern deaktiviert, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Der Motor schaltet per CDA vom Sechszylinder- auf den Dreizylinder-Betrieb um, wenn die Last eine vorgegebene Schwelle unterschreitet.

Jacobs Vehicle Systems ist an zahlreichen CDA-Entwicklungs- und Demonstrationsprojekten für Nutzfahrzeugantriebe weltweit beteiligt.