Ford wird den mehrfach zum „Motor des Jahres“ gewählten Dreizylinder-EcoBoost-Benziner ab Anfang 2018 mit einer innovativen Zylinder-Abschaltung anbieten. Diese Technologie optimiert die bereits heute schon vorbildlichen Verbrauchs- und Emissionswerte des leistungsstarken Ein-Liter-Aggregats nochmals. Der ebenso kompakte wie kraftvolle EcoBoost-Turbo von Ford ist damit der erste Dreizylinder weltweit, bei dem diese kraftstoffsparende Technologie zum Einsatz kommt. Ingenieure aus mehreren europäischen Organisationen und Abteilungen von Ford entwickelten die Zylinder-Abschaltung gemeinsam und widerlegten dabei einmal mehr eine gängige Branchenmeinung. Denn Fakt ist: Auch in einem Dreizylinder-Aggregat lässt sich die zeitweise Verringerung des Brennraumvolumens darstellen, ohne die von einem Pkw-Motor erwartete Laufruhe zu gefährden.
Immer, wenn nur geringe Motorleistung erforderlich ist – etwa im Schubbetrieb oder bei gleichmäßigem Rollen –, stoppt die Zylinder-Abschaltung vollautomatisch die Benzineinspritzung sowie die Ventilbetätigung für einen der drei Brennräume. Das Ab- und Anschalten eines Zylinders erfolgt innerhalb von nur 14 Millisekunden und damit 20 Mal schneller als ein menschlicher Lidschlag. Da Ford diese Technologie mit modernen Lösungen zum Ausgleich von Vibrationen kombiniert, erfolgt die Zylinder-Abschaltung für die Insassen praktisch unmerklich. Auch die Leistung entfaltet sich harmonisch und ruckfrei. Ford setzt damit seine Strategien fort, den Kunden eine möglichst breite Auswahl an modernen, umweltgerechten Antrieben anzubieten – von effizienten Diesel- und Benzin-Aggregaten bis hin zu elektrifizierten und voll elektrischen Antriebssträngen.
„Ford hat einmal mehr die vermeintlichen Grenzen des Motorenbaus überschritten und den hochgelobten EcoBoost-Dreizylinder noch weiter verbessert“, sagt Bob Fascetti, als Vizepräsident von Ford Europa verantwortlich für die Antriebsstrang-Konstruktion. „Wir haben bewiesen, dass es selbst bei den besten Verbrennungsmotoren immer wieder Potenziale gibt, um den Kunden eine noch bessere Kraftstoffeffizienz zu ermöglichen.“
Der beste Motor wurde weiter optimiert
Bei der Entwicklung der Zylinder-Abschaltung des Ein-Liter-Aggregats arbeiteten Ford Ingenieure aus Aachen und Köln mit ihren Kollegen aus den britischen Standorten Dagenham und Dunton sowie in der Unternehmenszentrale im US-amerikanischen Dearborn mit dem Entwicklungspartner Schaeffler Group zusammen.
Die Technologie senkt den Verbrauch und die CO2-Emissionen, indem sie Reibung und Pumpverluste innerhalb des Motors verringern. So einfach das Konzept klingt, so anspruchsvoll gestaltet sich die technische Umsetzung. Beispielsweise muss die Abschaltung auch bei Drehzahlen von bis zu 4.500/min arbeiten. In diesem Bereich öffnen und schließen sich die Ventile fast 40 Mal pro Sekunde. Das System verwendet den Motoröldruck, um über einen speziellen Ventil-Kipphebel die Verbindung zwischen Nockenwelle und den Ventilen des ersten Zylinders zu unterbrechen.
Eine hoch entwickelte Software berechnet den optimalen Zeitpunkt für diesen Eingriff. Dabei werden unter anderem Drehzahl, Drosselklappenstellung und Lastzustand berücksichtigt. Ein neuartiges, aus einem Teil gefertigtes Nockenwellen-Modul schafft im Zylinderkopf genügend Raum für die erforderlichen neuen Ölkanäle und Ventilbetätigungen. Konstruktiv ist dieses Modul an die Lösung der vor wenigen Monaten erschienenen Dieselmotorenfamilie Ford EcoBlue angelehnt.
„Durch die Zylinder-Abschaltung und den damit variablen Hubraum stehen dem Fahrer einerseits volle Leistung und Drehmoment zur Verfügung, wenn er es benötigt. Sobald weniger Power gefragt ist, genießt er die Verbrauchsvorteile eines kleineren Motors“, erklärt Denis Gorman, Antriebsstrang-Ingenieur bei Ford Europa. „Unsere Berechnungen belegen, dass das System in den allermeisten Fahrszenarien jeweils nur für einige Sekunden aktiv ist. Umso wichtiger war es, dass es schnell und übergangslos funktioniert. Wir sehen in der Zylinder-Abschaltung ein Kraftstoff- und damit auch Emissions-Einsparpotenzial von bis zu sechs Prozent“.
Neuartige Kröpfung der Kurbelwelle sowie Schwungrad und Riemenscheibe
Die von Ford verwendete Lösung, um einen der drei Zylinder temporär abzuschalten, erlaubt eine wirtschaftliche Serienproduktion. Gleichzeitig stellte dieses Konstruktionsprinzip die Entwickler in puncto Laufruhe vor erhebliche Herausforderungen. Das Ziel lautete, beim optimierten 1,0-Liter-EcoBoost-Motor die gleich hohe Laufkultur zu erzielen wie beim vielfach ausgezeichneten Basis-Triebwerk. Zu den dafür verwendeten Innovationen zählen eine neuartige Kröpfung der Kurbelwelle sowie ein neu entwickeltes Schwungrad und eine ebenfalls neu entwickelte Riemenscheibe, die mit exakt berechneten Unwuchten die Motor-Vibrationen kontern.
Das neu entwickelte Zwei-Massen-Schwungrad und die vibrationsdämpfende Kupplungsscheibe neutralisieren gerade im niedrigen Drehzahlbereich viele der Schwingungen, wenn der Motor auf zwei Zylindern läuft und erweitern den Einsatzbereich der Zylinder-Abschaltung. Ist das System aktiv, so bleiben die Ein- und Auslassventile geschlossen und schließen das Gasgemisch im Brennraum ein. Damit wird eine Art Federeffekt erzielt, der mithilft, die auf die drei Zylinder wirkenden Kräfte auszubalancieren. Zudem werden auf diese Weise die Temperaturen innerhalb des abgeschalteten Brennraums hochgehalten – dies erhöht die Effizienz der Verbrennung, wenn der Zylinder wieder aktiviert wird.
Motoraufhängungen, Antriebswellen und die Büchsen der Radaufhängung wurden ebenfalls angepasst, um maximale Laufruhe zu erzielen. Damit die durch die Zylinderabschaltung entstehenden größeren Kräfte nicht zulasten der Dauerhaltbarkeit des 1,0-Liter-Ford EcoBoost-Motors gehen, wurden beispielsweise Komponenten wie der Nockenwellenantrieb modifiziert und die Kipphebel in einem neuartigen Spritzgussverfahren gefertigt.
„Die Zylinder-Abschaltung passt den effektiv genutzten Brennraum flexibel an die Fahrsituation an. Weil wir für unsere Kunden damit die Kraftstoffeffizienz maximieren, soll dieses Feature in so vielen Szenarien wie möglich aktiviert werden“, betont Carsten Weber, Leiter Powertrain Research & Advanced Engineering bei Ford Europa. „Wir haben das System ausgiebig unter Realbedingungen getestet und zahlreiche Abschalt-Strategien ausprobiert. Damit können wir unseren Kunden letztlich eine Lösung anbieten, die die Effizienz steigert, ohne den Fahrkomfort zu beeinträchtigen.“
Preisgekrönter 1,0-Liter-Ford EcoBoost setzt neue Maßstäbe in Sachen Effizienz
Der richtungsweisende Ford EcoBoost-Dreizylinder mit 1,0 Litern Hubraum feierte 2012 sein Debüt im Ford Focus. Dank moderner Ford EcoBoost-Technologien wie Benzin-Direkteinspritzung, variabler Nockenwellensteuerung (Ti-VCT) und Turbo-Aufladung kombiniert das nach dem Downsizing-Prinzip konzipierte Triebwerk vorbildliche Effizienz mit den Fahrleistungen eines 1,6-Liter-Saugmotors.
Der ebenso kompakte wie innovative 1,0-Liter-EcoBoost-Motor von Ford wurde 2016 bereits zum fünften Mal in Folge in seiner Kategorie als „Internationaler Motor des Jahres“ („International Engine of the Year“) ausgezeichnet. 2014 hatte er zusätzlich auch die Gesamtwertung als „International Engine of the Year“ gewonnen – als erster Motor überhaupt zum dritten Mal in Folge. Im Jahre 2012 triumphierte der Reihen-Dreizylinder mit 998 Kubikzentimetern Hubraum darüber hinaus in der Kategorie „Best New Engine“.
Aktuell ist der nun erneut preisgekrönte Motor je nach Baureihe und Kundenwunsch in drei Leistungsstufen verfügbar: mit 74 kW (100 PS), 92 kW (125 PS) und 103 kW (140 PS). Als Variante mit 103 kW (140 PS) wartet dieser Motor mit einer höheren Liter-Leistung auf als etwa ein Bugatti Veyron. Dabei passt der Motorblock aus Grauguss mit seiner Grundfläche auf ein DIN-A4-Blatt.
Ford bietet den 1,0-Liter-EcoBoost in Europa derzeit in elf Baureihen an. Hierzu zählen neben Fiesta, Ford Focus, EcoSport, B-MAX, C-MAX und Grand C-MAX auch der Ford Mondeo und die Transportermodelle Tourneo und Transit Connect sowie Tourneo und Transit Courier. Dieser Motor sorgt bei 20 Prozent aller im vergangenen Jahr in Europa verkauften Neuwagen der Marke für Vortrieb – beim Fiesta betrug sein Anteil sogar rund 40 Prozent.