DE102005054753A1 - Verfahren zur Reduzierung der Abgastemperatur eines Verbrennungsmotors, Verbrennungsmotor und Motorsteuerungseinheit - Google Patents

Verfahren zur Reduzierung der Abgastemperatur eines Verbrennungsmotors, Verbrennungsmotor und Motorsteuerungseinheit Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Abgastemperatur eines Verbrennungsmotors (1) mit mehreren Zylindern (2) zum Verbrennen eines Luft-Brennstoff-Gemischs. Das Luft-Brennstoff-Gemisch wird so verändert, dass ein Luft-Brennstoff-Verhältnis lambda größer 1 für wenigstens einen zu kühlenden Zylinder (2) des Verbrennungsmotors (1) vorliegt. Gleichzeitig wird wenigstens ein anderer in Volllast betriebener Zylinder (2) mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis lambda kleiner oder gleich 1 betrieben. Die Erfindung betrifft weiter eine Motorsteuerungseinheit (7) zur Ausführung des Verfahrens und einen Verbrennungsmotor (1) zum Verbrennen eines Luft-Brennstoff-Gemischs mit mehreren Zylindern (2), der eine solche Motorsteuerungseinheit (7) umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Abgastemperatur eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern zum Verbrennen eines Luft-Brennstoff-Gemischs. Die Erfindung betrifft weiter einen Verbrennungsmotor zum Verbrennen eines Luft-Brennstoff-Gemisches mit mehreren Zylindern sowie eine Motorsteuerungseinheit.
  • Bei Verbrennungsmotoren wird ein Brennstoff unter Zugabe von Luft verbrannt. Das Luft-Brennstoff-Verhältnis λ wird in Abhängigkeit der Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors geregelt. Bei Volllast ist das Luft-Brennstoff-Verhältnis λ kleiner oder gleich 1.
  • Der Wirkungsgrad der Verbrennungsmotoren ist mit ca. 30% jedoch sehr gering, so dass ein Großteil der erzeugten Energie in Wärme umgewandelt wird. Gerade im Volllastbetrieb eines Motors sind die Wärmeverluste sehr groß. Die Abgastemperatur steigt stark an, so dass die vom Abgas umströmten Bauteile bzw. die den Abgasstrom führenden Bauteile sehr stark erhitzt werden. Gleichzeitig werden der Motor selbst und insbesondere die Zylinder des Motors sehr heiß. Bei sehr leistungsstarken Motoren ist dieses Problem so stark ausgeprägt, dass sie teilweise nur für eine kurze Zeit die volle Leistung erbringen können. An die kurze Phase der Volllast muss sich dann eine längere Phase des Teillastbetriebs des Motors anschließen, damit die Komponenten und Bauteile wieder abkühlen können. Die Abgas- und Motorkühlung wird also dadurch vorgenommen, dass der Motor im Teillastbetrieb betrieben wird. Im Teillastbetrieb ist der Motor qualitätsgeregelt und wird mit einem mageren Luft-Brennstoff-Gemisch betrieben, wobei das Luft-Brennstoff-Verhältnis größer 1 ist und häufig im Bereich zwischen 1,6 und 4,0 liegt. Dies führt zu einer deutlichen Drosselung der Motorleistung, so dass nur noch eine stark verringerte Motorleistung zur Verfügung steht.
    •
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, eine Motorsteuerungseinheit und einen Verbrennungsmotor vorzuschlagen, bei dem die Motor- und Abgastemperatur bei verringerten Leistungsverlusten des Motors reduziert wird.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Reduzierung der Motor- und Abgastemperatur nach Anspruch 1, durch eine Motorsteuerungseinheit nach Anspruch 7, sowie durch einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 8.
  • Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zur Reduzierung der Motor- und Abgastemperatur eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern zum Verbrennen eines Luft-Brennstoff-Gemischs wenigstens ein zu kühlender Zylinder des Verbrennungsmotors mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis λ größer 1 betrieben, während gleichzeitig wenigstens ein im Volllastbetrieb arbeitender Zylinder mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis λ kleiner oder gleich 1 betrieben wird.
  • Mit Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens einer der Zylinder des Verbrennungsmotors mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis λ größer 1 betrieben, so wie es z.B. für einen Teillastbetrieb des Motors vorgesehen ist. Dieser wenigstens eine Zylinder wird dadurch gekühlt. Wenigstens einer der anderen Zylinder wird mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis λ kleiner oder gleich 1 im Volllastbetrieb betrieben. Wenigstens dieser eine im Volllastbetrieb arbeitende Zylinder weist dann ein fettes Luft-Brennstoff-Gemisch auf. Durch das Verfahren werden also die Abgastemperatur insgesamt und die Temperatur des zu kühlenden Zylinders reduziert. Mit der Reduktion der Abgastemperatur werden auch die vom Abgas angeströmten Bauteile, die das Abgas führenden Bauteile und Bauteile, die in der Nähe des Abgasstroms angeordnet sind, weniger stark aufgeheizt. Auf diese Weise wird verhindert, dass es zu einer Überhitzung der entsprechenden Bauteile kommt. Vorteilhaft ist es, wenn der zu kühlende Zylinder nicht vollständig abgeschaltet, sondern mit einem mageren Luft-Brennstoff-Gemisch betrieben wird. Ein zu kühlender Zylinder läuft dann im Teillastbetrieb weiter, so dass nur ein geringer Leistungsverlust des Motors erzeugt wird.
  • Die erfindungsgemäße Motorsteuerungseinheit für einen Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern zum Verbrennen eines Luft-Brennstoff-Gemischs ist dazu eingerichtet, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
  • Die Motorsteuerungseinheit regelt den Verbrennungsmotor so, dass wenigstens ein zu kühlender Zylinder mit einem mageren Luft-Brennstoff-Verhältnis λ größer 1 betrieben wird, wobei wenigstens einer der anderen Zylinder im Volllastbetrieb arbeitet. Auf diese Weise wird die Motor- und Abgastemperatur des Verbrennungsmotors reduziert, wobei die Gesamtleistung des Motors nur leicht verringert wird. Es findet keine wesentliche Drosselung der Leistung statt, da der wenigstens eine zu kühlende Zylinder vorzugsweise im Teillastbetrieb und gleichzeitig wenigstens ein anderer Zylinder im Volllastbetrieb arbeiten.
  • Erfindungsgemäß arbeiten vorteilhafterweise alle nicht zu kühlenden Zylinder des Motors im Volllastbetrieb, wobei eventuell von einer Zylinderabschaltung betroffene Zylinder unberücksichtigt bleiben. Mit anderen Wor ten ist es erfindungsgemäß möglich, dass bei einem durch Zylinderabschaltung mit vier abgeschalteten und acht angeschalteten Zylindern arbeitenden Motor ein zu kühlender Zylinder der acht angeschalteten Zylinder ausgewählt wird und sieben der acht angeschalteten Zylinder im Volllastbetrieb arbeiten. Der zu kühlende Zylinder kann durchgewechselt werden. Wenn es erforderlich ist, können zwei oder mehr Zylinder als zu kühlende Zylinder bestimmt werden. Bei einem nicht mit Zylinderabschaltung betriebenen Motor ist die Summe der zu kühlenden Zylinder und der im Volllastbetrieb arbeitende Zylinder gleich der Gesamtzahl der Zylinder des Motors. Bei einem mit Zylinderabschaltung betriebenen Motor können auch die zu kühlenden Zylinder in die Zylinderabschaltung fallen.
  • Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor zum Verbrennen eines Luft-Brennstoff-Gemisches weist mehrere Zylinder und eine Motorsteuerungseinheit auf, wobei die Motorsteuerungseinheit den Verbrennungsmotor nach dem erfindungsgemäßen Verfahren regelt.
  • Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Gegenstände der Ansprüche 1, 7 und 8.
  • Vorzugsweise wird nach dem Verfahren der Zündwinkel des wenigstens einen zu kühlenden Zylinders nach „früh" verstellt. Der Verbrennungsmotor wird also derart gesteuert, dass im wenigstens einen zu kühlenden Zylinder, dessen Luft-Brennstoff-Gemisch mager ist, der Zündwinkel vom optimalen Zündzeitpunkt zu einem früheren Zündzeitpunkt verschoben wird. Der Verbrennungsdruck zum Zeitpunkt der Zündung des Luft-Brennstoff-Gemischs wird dadurch verändert. Die Zündung des Gemischs findet dann näher am oder noch vor dem sog. oberen Totpunkt der Kurbelwelle statt.
  • Vorteilhafterweise wird genau ein zu kühlender Zylinder mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis λ größer 1 betrieben. Dieser Zylinder wird vorteilhafterweise so geregelt, dass er mit einem mageren Luft-Brennstoff-Gemisch arbeitet. Dies geschieht unabhängig von der Gesamtzylinderzahl des Motors. Bei allen anderen Zylindern wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis λ des Luft-Brennstoff-Gemischs beibehalten. Die anderen Zylinder arbeiten im Volllastbetrieb; diese Zylinder weisen ein fettes Luft-Brennstoff-Gemisch mit λ kleiner oder gleich 1 auf. Diese anderen Zylinder arbeiten also normal weiter, was nahezu zu einem Leistungserhalt des Motors führt. Die Leistung wird kaum gedrosselt. Gerade bei Motoren mit sechs, acht, zehn oder zwölf Zylindern ist die Leistungsverringerung kaum spürbar. Die Kühlung nur eines Zylinders des Verbrennungsmotors genügt aber in der Regel, um eine ausreichende Reduzierung der Motor- bzw. Abgastemperatur zu erzielen.
  • Nach dem Verfahren können wenigstens ein nächster und/oder wenigstens ein weiterer zu kühlender Zylinder gemäß der Zündreihenfolge ausgewählt werden.
  • Durch die Auswahl des bzw. der zu kühlenden Zylinder gemäß der Zündreihenfolge des Verbrennungsmotors wird sichergestellt, dass alle Zylinder nacheinander mit einem mageren Luft-Brennstoff-Gemisch betrieben werden. Die vorgegebene Zündreihenfolge des Verbrennungsmotors kann für diese Auswahl problemlos genutzt werden, so dass das Verfahren sehr effektiv ablaufen kann.
  • Ist der erste zu kühlende Zylinder, der gerade mit einem mageren Gemisch arbeitet, soweit abgekühlt, dass er wieder im Volllastbetrieb arbeiten kann, so wird der nächste zu kühlende Zylinder nach der Zündreihenfolge ausgewählt, während gleichzeitig der erste Zylinder wieder mit einem fetten Luft-Brennstoff-Gemisch im Volllastbetrieb arbeitet. Somit wird sichergestellt, dass nacheinander alle Zylinder mit einem geänderten Luft-Brennstoff-Verhältnis λ größer 1 betrieben und deshalb gekühlt werden.
  • Reicht die Kühlung nur eines Zylinders des Verbrennungsmotors nicht aus, um eine vorgegebene Abgastemperatur oder eine Kühlung des Motors zu erreichen, so wird ein zweiter Zylinder gekühlt. Diese Auswahl wird ebenfalls gemäß der Zündreihenfolge des Motors vorgenommen und zwar vorzugsweise so, dass die zu kühlenden Zylinder nicht in der Zündreihenfolge direkt aufeinander folgen, sondern sich eine möglichst ausgewogene Zündreihenfolge ergibt, z.B. 1(mager)-3(fett)-4(mager)-2(fett) bei einem 4-Zylinder-Motor mit zwei zu kühlenden Zylindern und der Zündreihenfolge 1-3-4-2. Auf diese Weise kann eine zweite Kühlungsstufe des Verbrennungsmotors realisiert werden. Es werden also zwei zu kühlende Zylinder mit einem mageren Gemisch betrieben; die anderen arbeiten im Volllastbetrieb. Bei einem 4-Zylinder-Motor verbleiben dann zwei Zylinder, bei einem 6-Zylinder-Motor verbleiben dann vier Zylinder im Volllastbetrieb.
  • Ist der erste der beiden zu kühlenden Zylinder genügend abgekühlt, so wird der erste Zylinder wieder im Volllastbetrieb mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis λ des Luft-Brennstoff-Gemischs kleiner oder gleich 1 gesteuert, während ein dritter zu kühlender Zylinder gemäß der Zündreihenfolge ausgewählt wird. Dieser dritte zu kühlende Zylinder arbeitet nun anstelle des ersten Zylinders mit einem mageren Gemisch, wobei das Gemisch im zweiten Zylinder beibehalten wird, bis dieser ausreichend gekühlt worden ist.
  • In einer nächsten Stufe der Kühlung des entstehenden Abgases oder des Motors kann auch noch ein dritter zu kühlender Zylinder gleichzeitig so geregelt werden, dass der dritte zu kühlende Zylinder auch mit einem ma geren Luft-Brennstoff-Gemisch betrieben wird. Damit werden dann drei Zylinder gekühlt, so dass eine weitere Reduzierung der Abgastemperatur vorgenommen wird. Jedoch haben die zweite und dritte Kühlungsstufe, also der gleichzeitige magere Betrieb eines zweiten und dritten zu kühlenden Zylinders, eine weitere Leistungsreduzierung des Motors zur Folge.
  • In einer weiteren Stufe der Reduzierung der Abgastemperatur können schrittweise noch weitere zu kühlende Zylinder im Magerbetrieb gesteuert werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verbrennungsmotors werden also nicht nur genau ein Zylinder mit einem mageren Luft-Brennstoff-Gemisch sondern zur weiteren Reduzierung der Abgastemperatur noch weitere zusätzliche Zylinder mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis λ größer 1 betrieben. Die jeweils anderen Zylinder arbeiten im Volllastbetrieb mit λ kleiner oder gleich 1. Zur Entscheidung, ob und wie viele zusätzliche Zylinder mit magerem Luft-Brennstoff-Gemisch gesteuert werden, wird die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors nach dem Motor und vor dem Katalysator des Fahrzeugs gemessen und überprüft. Über eine entsprechende Regelung kann dann die Anzahl der mager betriebenen Zylinder des Verbrennungsmotors gesteuert werden. Dies wird bevorzugt von der Motorsteuerungseinheit vorgenommen.
  • Selbstverständlich können nach dem Verfahren der nächste und/oder weitere Zylinder, die mit einem mageren Luft-Brennstoff-Gemisch betrieben werden, auch auf andere Weise ausgewählt werden.
  • Vorteilhafterweise wird nach dem Verfahren das Luft-Brennstoff-Verhältnis λ eines zu kühlenden Zylinders auf einen Wert geändert, bei dem die NOx-Emissionen unterhalb ihres Maximalwertes liegen. Das Luft- Brennstoff-Verhältnis des Gemischs ist so einzustellen, dass der Zylinder mit einem mageren Gemisch betrieben wird, aber gleichzeitig die Schadstoffemissionen gering gehalten werden. Damit wird gemäß dem Verfahren ausgeschlossen, dass der Schadstoffausstoß des Verbrennungsmotors erhöht wird. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass auch mit wenigstens einem im Magerbetrieb arbeitenden Zylinder die Emissionsgrenzwerte des Motors eingehalten werden. Nach dem Verfahren wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis λ deutlich größer 1 gewählt, so dass der Bereich von λ zwischen etwa 1,2 und 1,5 gemieden wird, da bei diesen λ-Werten die NOx-Emissionen ihren Maximalwert aufweisen.
  • Bevorzugt wird das Verfahren bei einem Verbrennungsmotor eingesetzt, der ein Wasserstoffmotor ist und bei dem als Brennstoff Wasserstoff verwendet wird. Ein bevorzugter Verbrennungsmotor ist folglich als Wasserstoffmotor ausgebildet, in dem ein Gemisch von Luft und Wasserstoff verbrannt wird. Im Teillastbetrieb ist der Wasserstoffmotor qualitätsgeregelt und weist ein Luft-Wasserstoff-Verhältnis λ auf, das im Bereich von etwa 1,6 bis 4,0 liegt.
  • In der Volllast wird dann ein λ-Sprung nach λ kleiner oder gleich 1 gemacht. Durch diesen λ-Sprung wird der Bereich von λ gleich etwa 1,2 bis 1,5 übersprungen, in dem der Maximalwert der NOx-Emissionen liegt. Zur Kühlung eines Zylinders wird dann bei dem zu kühlenden Zylinder vorzugsweise das Luft-Wasserstoff-Gemisch von einem Luft-Wasserstoff-Verhältnis λ kleiner oder gleich 1 so verändert, dass ein Magersprung in den λ-Bereich von ca. 1,6 bis 4,0 auftritt, d.h. der zu kühlende Zylinder wird im Magerbetrieb gefahren. Somit arbeitet dieser Zylinder im Teillastbetrieb. Durch den Magersprung wird verhindert, dass die Grenzwerte der NOx-Emissionen von dem Motor überschritten werden.
    •
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Skizze eines Verbrennungsmotors;
  • 2 ein Prinzipbild der zylinderselektiven Magerung des Verbrennungsmotors aus 1; und
  • 3 ein Diagramm der NOx-Emissionen im Verhältnis zum Luft-Brennstoff-Verhältnis λ.
  • Ein Verbrennungsmotor 1 in 1 ist als 4-Zylinder-Wasserstoffmotor ausgeführt. Vier Zylinder 2 sind von oben schematisch dargestellt. Am Verbrennungsmotor 1 ist eine als Krümmer bezeichnete Abgasleitung 3 angeordnet, durch welche die Abgase des Verbrennungsmotors 1 an einen Katalysator 4 geleitet werden. Der Katalysator 4 ist mit einem Auspuffrohr 5 verbunden, durch das die Abgase schließlich über eine nicht dargestellte Auspuffanlage ins Freie gelangen.
  • In der Abgasleitung 3 ist ein Temperatursensor 6 angeordnet, der die Abgastemperatur misst. Der Temperatursensor 6 misst die Temperatur entweder kontinuierlich oder diskret in sehr kurzen Abständen, um in Abhängigkeit von der gemessenen Abgastemperatur das Luft-Brennstoff-Gemisch des Verbrennungsmotors 1 einstellen zu können.
  • Eine Motorsteuerungseinheit 7 ist mit dem Temperatursensor 6 verbunden und nimmt die Messsignale des Temperatursensors 6 auf und verarbeitet diese weiter. Die Motorsteuerungseinheit 7 ist mit dem Verbrennungsmotor 1 verbunden. In Abhängigkeit von der vom Temperatursensor 6 ge messenen Abgastemperatur wird im Volllastbetrieb des Verbrennungsmotors 1 das Luft-Wasserstoff-Gemisch geregelt. Das Luft-Wasserstoff-Verhältnis λ ist im Volllastbetrieb kleiner oder gleich 1. Überschreitet die Abgastemperatur einen vorbestimmten Wert, so wird von der Motorsteuerungseinheit 7 ein zu kühlender Zylinder 2 ausgewählt. Die Auswahl geschieht gemäß der Zündreihenfolge des Verbrennungsmotors 1. Das Luft-Wasserstoff-Gemisch des zu kühlenden Zylinders 2 wird so verändert, dass das Luft-Wasserstoff-Verhältnis λ in diesem ausgewählten Zylinder 2 auf einen Wert größer 1 verändert wird. Dieser Zylinder 2 des Verbrennungsmotors 1 arbeitet dann im Magerbetrieb. Das Luft-Wasserstoff-Verhältnis λ wird direkt auf Werte von λ gleich 1,6 bis 4,0 geändert. Dabei findet ein Magersprung statt, so dass der ausgewählte Zylinder 2 im Teillastbetrieb betrieben wird.
  • 2 zeigt schematisch vier Zustände des 4-zylindrigen Verbrennungsmotors 1 aus 1. In 2 sind vier Zylinder 2a, 2b, 2c und 2d in den vier verschiedenen Zuständen dargestellt.
  • Im ersten Zustand wird ein erster Zylinder 2a als zu kühlender Zylinder ausgewählt, der mit einem mageren Gemisch arbeitet. Dieser ist in 2 dunkel dargestellt. Der erste Zylinder 2a wird von der Motorsteuerungseinheit 7 ausgewählt, um ihn mit einem geänderten Luft-Wasserstoff-Gemisch zu betreiben. Der erste Zylinder 2a arbeitet im Magerbetrieb, da das Luft-Wasserstoff-Verhältnis λ auf Werte von ca. 1,6 bis 4,0 geändert wird. Der mit einem mageren Gemisch arbeitende erste Zylinder 2a wird gekühlt, so dass die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors 1 reduziert wird.
  • Ist nun die Temperatur des ersten Zylinders 2a so weit reduziert, dass keine weitere Kühlung des ersten Zylinders 2a notwendig ist, so wird der nächste Zylinder ausgewählt. Im zweiten Zustand wird ein zweiter Zylinder 2c ausgewählt, der nach der Zündreihenfolge eines 4-Zylinder-Motors (1-3-4-2) als nächster gezündet wird. Nun wird also der zweite Zylinder 2c mit einem Luft-Wasserstoff-Verhältnis λ von etwa 1,6 bis 4,0 betrieben. Der erste Zylinder 2a arbeitet wieder im Volllastbetrieb, also mit einem Luft-Wasserstoff-Verhältnis von λ kleiner oder gleich 1. Er erhält folglich wie die anderen Zylinder 2b und 2d ein fettes Gemisch.
  • Im dritten Zustand ist der zweite Zylinder 2c ausreichend gekühlt worden. In diesem Zustand wird nun ein dritter Zylinder 2d ausgewählt. Dieser dritte Zylinder 2d arbeitet im Magerbetrieb betrieben; die anderen Zylinder 2a, 2b und 2c arbeiten im Volllastbetrieb.
  • Im vierten Zustand wird jetzt ein vierter Zylinder 2b geregelt. Der vierte Zylinder 2b hat nun ein mageres Gemisch und arbeitet im Teillastbetrieb. Die anderen drei Zylinder 2a, 2c und 2d arbeiten im Volllastbetrieb.
  • Anschließend beginnt die Steuerung wieder mit der Auswahl des ersten Zylinders 2a wie oben beschrieben. Durch diesen Ablauf wird sichergestellt, dass nacheinander alle Zylinder einmal im Magerbetrieb arbeiten. Die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors 1 wird durch die zylinderselektive Magerung des Verbrennungsmotors 1 reduziert.
  • Liegt die Abgastemperatur, die von dem Temperatursensor 6 aus 1 gemessen wird, noch oberhalb eines vordefinierten Grenzwertes, so wird neben dem ersten Zylinder 2a im ersten Zustand auch noch der dritte Zylinder 2d des Verbrennungsmotors 1 mit einem mageren Luft-Wasserstoff-Gemisch versorgt. Sind der erste Zylinder 2a und der dritte Zylinder 2d ausreichend gekühlt, so werden der erste Zylinder 2a und der dritte Zylinder 2d wieder im Volllastbetrieb betrieben. Gleichzeitig werden die nächs ten, also der zweite Zylinder 2c und der vierte Zylinder 2b gemäß der Zündreihenfolge ausgewählt. Dann arbeiten der zweite Zylinder 2c und vierte Zylinder 2b im Teillastbetrieb. Bei Motoren mit mehr als vier Zylindern werden nach diesem Prinzip nacheinander alle Zylinder im Mager- bzw. Teillastbetrieb betrieben, wobei stets zwei der Zylinder mager arbeiten. Bei 4-Zylinder-Motoren schließt sich nach der Kühlung des zweiten Zylinders 2c und des vierten Zylinders 2b wieder die Kühlung des ersten Zylinders 2a und des dritten Zylinders 2d an, usw..
  • 3 zeigt die Kennlinie der NOx-Emissionen im Verhältnis zum Luft-Wasserstoff-Verhältnis λ eines Wasserstoffmotors. Das Luft-Wasserstoff-Verhältnis λ gleich 1 liegt in der Mitte der ansteigenden Flanke der NOx-Emissionen. Im Volllastbetrieb wird der Motor mit einem fetten Luft-Wasserstoff-Gemisch betrieben, bei dem das Luft-Wasserstoff-Verhältnis λ gleich 1 ist oder leicht kleiner 1.
  • Im Teillastbetrieb weist das Verbrennungsgemisch ein Verhältnis von λ = 1,6 bis ca. 4,0 auf. Bei diesem Luft-Wasserstoff-Verhältnis sind die NOx-Emissionen sehr gering.
  • Zur Reduzierung der Abgastemperatur des Verbrennungsmotors wird nun im Volllastbetrieb der zu kühlende Zylinder, der eigentlich mit einem Luft-Wasserstoff-Verhältnis von λ gleich 1 arbeitet, mit einem mageren Gemisch versorgt. Dabei findet ein Magersprung auf λ-Werte von 1,6 bis ca. 4 statt, so dass die λ-Werte von etwa 1,3 ausgespart werden, bei denen die NOx-Emissionen ihren Maximalwert annehmen. Dadurch wird erreicht, dass auch bei der Abkühlung eines zu kühlenden Zylinders die NOx-Emissionen des Verbrennungsmotors gering bleiben, sich gegenüber dem normalen Volllastbetrieb sogar noch verringern.
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Zylinder
    2a
    erster Zylinder
    2b
    zweiter Zylinder
    2c
    dritter Zylinder
    2d
    vierter Zylinder
    3
    Abgasleitung
    4
    Katalysator
    5
    Auspuffrohr
    6
    Temperatursensor
    7
    Motorsteuerungseinheit

Claims (9)

  1. Verfahren zur Reduzierung der Abgastemperatur eines Verbrennungsmotors (1) mit mehreren Zylindern (2) zum Verbrennen eines Luft-Brennstoff-Gemischs, gekennzeichnet durch Betreiben wenigstens eines zu kühlenden Zylinders (2) des Verbrennungsmotors (1) mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis λ größer 1, während gleichzeitig wenigstens ein im Volllastbetrieb arbeitender Zylinder (2) mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis λ kleiner oder gleich 1 betrieben wird.
  2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündwinkel des wenigstens einen zu kühlenden Zylinders (2) nach früh verstellt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein zu kühlender Zylinders (2) mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis λ größer 1 betrieben wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Auswählen wenigstens eines nächsten und/oder wenigstens eines weiteren zu kühlenden Zylinders (2) gemäß der Zündreihenfolge des Verbrennungsmotors (1).
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft-Brennstoff-Verhältnis λ auf einen Wert geändert wird, bei dem die NOx-Emissionen unterhalb ihres Maximalwertes liegen.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) ein Wasserstoffmotor ist.
  7. Motorsteuerungseinheit (7) für einen Verbrennungsmotor (1) mit mehreren Zylindern (2) zum Verbrennen eines Luft-Brennstoff-Gemischs, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerungseinheit (7) eingerichtet ist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
  8. Verbrennungsmotor (1) zum Verbrennen eines Luft-Brennstoff-Gemisches, mit mehreren Zylindern (2), dadurch gekennzeichnet, dass eine Motorsteuerungseinheit (7) zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 vorgesehen ist.
  9. Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) ein Wasserstoffmotor ist und dass als Brennstoff Wasserstoff verwendet wird.
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