DE102010017790A1 - Method for limiting and decreasing thermal load of liquid-cooled internal-combustion engine, involves determining temperature of cooling agent - Google Patents

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Abstract

The method involves determining a temperature (T-cooling) of a cooling agent. The air ratio is reduced, if the cooling agent temperature exceeds a given upper limit temperature. The air ratio is reduced by a stoichiometric operation of an internal-combustion engine (1). An independent claim is also included for a liquid-cooled internal-combustion engine with a cylinder head.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begrenzung und Verringerung der thermischen Belastung einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf, die mindestens einen Zylinder und zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung mindestens einen im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel aufweist, wobei der Kühlmittelmantel zu einem Kühlmittel führenden Kühlmittelkreislauf gehört.The invention relates to a method for limiting and reducing the thermal load of a liquid-cooled internal combustion engine having at least one cylinder head, the at least one cylinder and to form a liquid cooling at least one integrated in the cylinder head coolant jacket, wherein the coolant jacket belongs to a coolant leading coolant circuit.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens Brennkraftmaschinen der genannten Art werden als Antrieb für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, d. h. Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden.Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine for carrying out such a method. Internal combustion engines of the type mentioned are used as a drive for motor vehicles. In the context of the present invention, the term internal combustion engine includes diesel engines and gasoline engines, but also hybrid internal combustion engines, d. H. Internal combustion engines operated by a hybrid combustion process.

Brennkraftmaschinen verfügen über mindestens einen Zylinderkopf, der zur Ausbildung des mindestens einen Zylinders, d. h. Brennraums, mit einem Zylinderblock verbunden wird. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslaßöffnungen und das Füllen des Brennraums, d. h. das Ansaugen des Frischgemisches bzw. der Frischluft, über die Einlaßöffnungen des mindestens einen Zylinders. Zur Steuerung des Ladungswechsels werden bei Viertaktmotoren nahezu ausschließlich Hubventile als Steuerorgane verwendet, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine oszillierende Hubbewegung ausführen und auf diese Weise die Ein- und Auslaßöffnungen freigeben und verschließen. Der für die Bewegung der Ventile erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich der Ventile selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet.Internal combustion engines have at least one cylinder head, which is used to form the at least one cylinder, d. H. Combustion chamber, is connected to a cylinder block. As part of the charge exchange, the exhaust of the combustion gases via the outlet openings and the filling of the combustion chamber, d. H. the intake of the fresh mixture or the fresh air, via the inlet openings of the at least one cylinder. To control the charge cycle four-stroke engines almost exclusively lift valves are used as control members that perform an oscillating lifting movement during operation of the internal combustion engine and thus release the inlet and outlet ports and close. The required for the movement of the valves valve actuating mechanism including the valves themselves is referred to as a valve train.

Der Zylinderkopf dient zur Aufnahme der Steuerorgane und bei obenliegender Nockenwelle zur Aufnahme des gesamten Ventiltriebs. Bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen kann zudem die erforderliche Zündvorrichtung, bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen darüber hinaus die Einspritzeinrichtung im Zylinderkopf angeordnet werden.The cylinder head is used to hold the controls and overhead camshaft to accommodate the entire valve train. In spark-ignited internal combustion engines, moreover, the required ignition device, in direct-injection internal combustion engines beyond the injection device can be arranged in the cylinder head.

Zur Ausbildung einer funktionsgerechten, d. h. die Brennräume abdichtenden Verbindung von Zylinderkopf und Zylinderblock sind ausreichend viele und ausreichend große Bohrungen vorzusehen, was die konstruktive Auslegung des Zylinderkopfes wesentlich mit beeinflußt.To form a functional, d. H. the combustion chambers sealing connection of the cylinder head and cylinder block are sufficiently many and provide sufficiently large holes, which significantly affects the structural design of the cylinder head.

Verfügt die Brennkraftmaschine – wie die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine auch – über eine Flüssigkeitskühlung, werden in der Regel mehrere Kühlmittelkanäle bzw. mindestens ein Kühlmittelmantel im Zylinderkopf ausgebildet, die das Kühlmittel durch den Zylinderkopf hindurchführen. Dies bedingt eine sehr komplexe Zylinderkopfstruktur.If the internal combustion engine-like the internal combustion engine according to the invention-also has liquid cooling, a plurality of coolant channels or at least one coolant jacket are usually formed in the cylinder head, which guide the coolant through the cylinder head. This requires a very complex cylinder head structure.

Die vorstehenden Ausführungen machen deutlich, dass der Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine ein thermisch und mechanisch hoch belastetes Bauteil ist. Die Anforderungen an den Zylinderkopf nehmen dabei weiter zu. Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang, dass ein zunehmender Anteil der Brennkraftmaschinen – mittels Abgasturboauflader oder mechanischem Lader – aufgeladen wird. Aufgrund des immer dichteren Packaging im Motorraum und der zunehmenden Integration von Bauteilen und Komponenten in den Zylinderkopf, beispielsweise der Integration des Abgaskrümmers, steigt insbesondere die thermische Belastung der Brennkraftmaschine bzw. des Zylinderkopfes, so dass erhöhte Anforderungen an die Kühlung zu stellen sind.The above statements make it clear that the cylinder head of an internal combustion engine is a thermally and mechanically highly loaded component. The demands on the cylinder head continue to increase. It should be noted in this context that an increasing proportion of internal combustion engines - by turbocharger supercharger or mechanical supercharger - is charged. Due to the increasingly dense packaging in the engine compartment and the increasing integration of components and components in the cylinder head, for example, the integration of the exhaust manifold, in particular increases the thermal load of the engine or the cylinder head, so that increased demands are placed on the cooling.

Die bei der Verbrennung durch die exotherme, chemische Umwandlung des Kraftstoffes freigesetzte Wärme wird teilweise über die den Brennraum begrenzenden Wandungen an den Zylinderkopf und den Zylinderblock und teilweise über den Abgasstrom an die angrenzenden Bauteile und die Umgebung abgeführt. Um die thermische Belastung des Motors in Grenzen zu halten, muß ein Teil des in den Zylinderkopf bzw. in den Block eingeleiteten Wärmestromes dem Zylinderkopf bzw. -block wieder entzogen werden. Die von der Oberfläche der Brennkraftmaschine über Strahlung und Wärmeleitung an die Umgebung abgeführte Wärmemenge ist für eine effiziente Kühlung nicht ausreichend, weshalb in der Regel mittels erzwungener Konvektion gezielt eine Kühlung herbeigeführt wird.The heat released during combustion by the exothermic, chemical conversion of the fuel is partly dissipated via the walls delimiting the combustion chamber to the cylinder head and the cylinder block and partly via the exhaust gas flow to the adjacent components and the environment. In order to keep the thermal load of the engine within limits, a part of the introduced into the cylinder head or in the block heat flow must be withdrawn from the cylinder head or block again. The amount of heat dissipated from the surface of the internal combustion engine via radiation and heat conduction to the environment is not sufficient for efficient cooling, which is why, as a rule, cooling is deliberately brought about by means of forced convection.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Kühlung in Gestalt einer Luftkühlung oder einer Flüssigkeitskühlung auszuführen. Bei der Luftkühlung wird die Brennkraftmaschine mit einem Gebläse versehen, wobei der Wärmeabtransport mittels einer über die Oberfläche des Zylinderkopfes geführten Luftströmung erfolgt.In principle, it is possible to carry out the cooling in the form of air cooling or liquid cooling. In the air cooling, the internal combustion engine is provided with a fan, wherein the heat dissipation takes place by means of a guided over the surface of the cylinder head air flow.

Aufgrund der höheren Wärmekapazität von Flüssigkeiten gegenüber Luft können mit der Flüssigkeitskühlung wesentlich größere Wärmemengen abgeführt werden als dies mit einer Luftkühlung möglich ist. Daher werden Brennkraftmaschinen zunehmend mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet. Eine derartige, d. h. flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine ist auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung.Due to the higher heat capacity of liquids compared to air can be dissipated with the liquid cooling much larger amounts of heat than is possible with air cooling. Therefore, internal combustion engines are increasingly being equipped with liquid cooling. Such, d. H. Liquid-cooled internal combustion engine is also the subject of the present invention.

Eine Flüssigkeitskühlung erfordert die Ausstattung der Brennkraftmaschine bzw. des Zylinderkopfes mit einem Kühlmittelmantel, d. h. die Anordnung von das Kühlmittel durch den Zylinderkopf führenden Kühlmittelkanälen, was eine komplexe Struktur der Zylinderkopfkonstruktion bedingt. Dabei muß die Wärme nicht wie bei der Luftkühlung erst an die Zylinderkopfoberfläche geleitet werden, um abgeführt zu werden. Die Wärme wird bereits im Inneren des Zylinderkopfes an das Kühlmittel, in der Regel mit Additiven versetztes Wasser, abgegeben. Das Kühlmittel wird dabei mittels einer im Kühlkreislauf angeordneten Pumpe gefördert, so dass es im Kühlmittelmantel zirkuliert. Die an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird auf diese Weise aus dem Inneren des Zylinderkopfes abgeführt und dem Kühlmittel in einem Wärmetauscher wieder entzogen. Der Wärmetauscher wird hierzu häufig und vorzugsweise im Front-End-Bereich des Fahrzeuges angeordnet, wo eine ausreichend große Luftströmung den erforderlichen Wärmeaustausch zwischen Kühlmittel und Luft gewährleistet.Liquid cooling requires the equipment of the internal combustion engine or the cylinder head with a coolant jacket, ie the arrangement of the refrigerant through the cylinder head leading coolant channels, which is a complex Structure of the cylinder head construction conditionally. The heat must not be directed to the cylinder head surface as in air cooling, to be dissipated. The heat is already in the interior of the cylinder head to the coolant, usually mixed with additives added water. The coolant is conveyed by means of a pump arranged in the cooling circuit, so that it circulates in the coolant jacket. The heat emitted to the coolant heat is dissipated in this way from the interior of the cylinder head and removed from the coolant in a heat exchanger again. The heat exchanger is this often and preferably arranged in the front-end region of the vehicle, where a sufficiently large air flow ensures the required heat exchange between the coolant and air.

Die infolge der Verbrennung des Kraftstoffes freigesetzte Wärme wird nicht nur an die den Brennraum begrenzenden Wandungen, den Abgasstrom und gegebenenfalls an das Motorkühlmittel, sondern teilweise auch an das Motoröl abgegeben. Zur Einhaltung der maximal zulässigen Öltemperatur genügt die Wärmeabfuhr über die Ölwanne infolge Wärmeleitung und natürlicher Konvektion häufig nicht, so dass ein zusätzlicher Ölkühler vorzusehen ist.The heat released as a result of the combustion of the fuel is not only delivered to the walls delimiting the combustion chamber, the exhaust gas flow and optionally to the engine coolant, but also partially to the engine oil. In order to comply with the maximum permissible oil temperature, the heat dissipation via the oil pan due to heat conduction and natural convection is often not sufficient, so that an additional oil cooler is provided.

Um einen sicheren, störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten bzw. den Betrieb der Brennkraftmaschine zu optimieren, werden weitere Wärmetauscher, insbesondere Kühlvorrichtungen, vorgesehen.In order to ensure a safe, trouble-free operation of the internal combustion engine or to optimize the operation of the internal combustion engine, further heat exchangers, in particular cooling devices, are provided.

Auf der Ansaugseite einer Brennkraftmaschine wird häufig ein Ladeluftkühler angeordnet. Der Ladeluftkühler senkt die Temperatur der angesaugten Frischluft bzw. des angesaugten Frischgemisches und steigert damit die Dichte der Zylinderfrischladung. Auf diese Weise trägt der Kühler zu einer besseren Füllung des Brennraums mit Luft bzw. mit Frischgemisch bei. Üblicherweise werden aufgeladene Brennkraftmaschinen mit einem Ladeluftkühler ausgestattet.On the intake side of an internal combustion engine, a charge air cooler is often arranged. The intercooler lowers the temperature of the intake fresh air or of the sucked fresh mixture and thus increases the density of the cylinder fresh charge. In this way, the cooler contributes to a better filling of the combustion chamber with air or with fresh mixture. Usually supercharged internal combustion engines are equipped with a charge air cooler.

Die Kühlung der Ladeluft mittels Ladeluftkühler dient in erster Linie der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Die für den Verbrennungsprozeß benötigte Luft wird aufgrund der Kühlung verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und somit der Mitteldruck gesteigert werden.The cooling of the charge air by means of intercooler is used primarily to increase the performance of the internal combustion engine. The air required for the combustion process is compressed due to the cooling, whereby each cylinder per cycle can be supplied with a larger air mass. As a result, the fuel mass and thus the medium pressure can be increased.

Neben dem Ladeluftkühler weisen Brennkraftmaschinen häufig weitere Wärmetauscher, insbesondere Kühlvorrichtungen, auf.In addition to the charge air cooler, internal combustion engines often have further heat exchangers, in particular cooling devices.

Moderne Brennkraftmaschinen werden zunehmend mit einer Abgasrückführung (AGR) ausgestattet. Die Abgasrückführung, d. h. die Rückführung von Verbrennungsgasen von der Abgasseite auf die Ansaugseite der Brennkraftmaschine, wird als zielführend angesehen, um zukünftige Grenzwerte für Schadstoffemissionen einzuhalten, insbesondere die Grenzwerte für Stickoxidemissionen. Da die Bildung der Stickoxide hohe Temperaturen erfordert, besteht ein Konzept zur Senkung der Stickoxidemissionen darin, Verbrennungsprozesse, d. h. Verbrennungsverfahren, mit niedrigeren Verbrennungstemperaturen zu entwickeln, wobei die Abgasrückführung ein Mittel ist zur Reduzierung der Temperaturen.Modern internal combustion engines are increasingly being equipped with exhaust gas recirculation (EGR). The exhaust gas recirculation, d. H. the recirculation of combustion gases from the exhaust side to the intake side of the internal combustion engine is considered to be effective in meeting future emissions limits, particularly nitrogen oxide emission limits. Since the formation of nitrogen oxides requires high temperatures, there is a concept for reducing nitrogen oxide emissions, combustion processes, i. H. Combustion process to develop with lower combustion temperatures, the exhaust gas recirculation is a means to reduce the temperatures.

Mit zunehmender Abgasrückführrate können die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden. Die Abgasrückführrate xAGR bestimmt sich dabei zu xAGR = mAGR/(mAGR + mFrischluft), wobei mAGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und mFrischluft die zugeführte und gegebenenfalls komprimierte Frischluft bzw. Ladeluft bezeichnet.With increasing exhaust gas recirculation rate, the nitrogen oxide emissions can be significantly reduced. In this case, the exhaust gas recirculation rate x AGR is determined as x AGR = m AGR / (m AGR + m fresh air ), where m AGR denotes the mass of recirculated exhaust gas and m fresh air the supplied and possibly compressed fresh air or charge air.

Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erreichen, sind hohe Abgasrückführraten erforderlich, die in der Größenordnung von xAGR ≈ 50% bis 70% liegen können.In order to achieve a significant reduction in nitrogen oxide emissions, high exhaust gas recirculation rates are required, which can be on the order of x AGR ≈ 50% to 70%.

Zur Realisierung derart hoher Rückführraten ist eine Kühlung des rückzuführenden Abgases, d. h. eine Verdichtung des Abgases durch Kühlung, zwingend erforderlich, um die Dichte des rückgeführten Abgases zu steigern. Die Brennkraftmaschine ist daher mit einer zusätzlichen Kühlvorrichtung zur Kühlung des rückzuführenden Abgases auszustatten.To realize such high recirculation rates, cooling of the recirculated exhaust gas, i. H. a compression of the exhaust gas by cooling, imperative to increase the density of the recirculated exhaust gas. The internal combustion engine is therefore equipped with an additional cooling device for cooling the recirculating exhaust gas.

Weitere Kühler können vorgesehen werden, beispielsweise zur Kühlung des Getriebeöls bei Automatikgetrieben und/oder zur Kühlung von Hydraulikflüssigkeiten, insbesondere von Hydrauliköl, welches im Rahmen hydraulisch betätigbarer Verstellvorrichtungen bzw. zur Lenkunterstützung eingesetzt wird.Other coolers can be provided, for example for cooling the transmission oil in automatic transmissions and / or for cooling hydraulic fluids, in particular hydraulic oil, which is used in the context of hydraulically actuated adjusting devices or for steering assistance.

Ein weiterer Wärmetauscher ist der Klimakondensator einer Klimaanlage, die üblicherweise nach dem Kaltdampfprozeß arbeitet. Die Temperatur des dem Fahrgastraum zugeführten Luftstroms wird beim Umströmen eines Verdampfers abgesenkt, wobei dem Luftstrom ein einen Verdampfer innen durchströmendes Kältemittel die Wärme entzieht und dabei selbst verdampft.Another heat exchanger is the air conditioning condenser of an air conditioner, which usually works after the cold vapor process. The temperature of the passenger compartment supplied air flow is lowered when flowing around an evaporator, wherein the air flow evaporates an evaporator inside a flowing refrigerant heat and thereby evaporates itself.

Um den Wärmetauschern der Kühlsysteme, d. h. den Kühlvorrichtungen, auch im Stillstand, d. h. bei stehendem Kraftfahrzeug, oder bei nur geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten einen ausreichend hohen Luftmassenstrom bereitzustellen, werden einige Kühlsysteme moderner Kraftfahrzeugantriebe mit leistungsstarken Lüftermotoren ausgestattet, die ein Lüfterrad antreiben, d. h. in Drehung versetzen. Die Lüftermotoren werden in der Regel elektrisch betrieben und können den Wärmeübergang in den Wärmetauschern grundsätzlich in jedem beliebigen Betriebspunkt unterstützen. Die Steuerung derartiger Lüftermotoren erfolgt nach dem Stand der Technik mittels Motorsteuerung.In order to provide a sufficiently high air mass flow to the heat exchangers of the cooling systems, ie the cooling devices, even at a standstill, ie when the vehicle is stationary, or at low vehicle speeds, some cooling systems modern motor vehicle drives are equipped with powerful fan motors that drive a fan, ie set in rotation. The fan motors are usually operated electrically and can heat transfer in the Always support heat exchangers at any operating point. The control of such fan motors is done according to the prior art by means of motor control.

Die Vielzahl an Wärmetauschern und die ständige Zunahme der abzuführenden Wärmemenge führen häufig zu Konflikten, insbesondere bei der Dimensionierung und Anordnung der einzelnen Wärmetauscher im Motorraum.The large number of heat exchangers and the constant increase in the amount of heat to be dissipated often lead to conflicts, in particular with regard to the dimensioning and arrangement of the individual heat exchangers in the engine compartment.

Die wärmeübertragenden Flächen der Wärmetauscher können nicht beliebig vergrößert werden und die Anordnung der einzelnen Wärmetauscher im Front-End-Bereich und zueinander ist aufgrund des begrenzten Raumangebots häufig problematisch.The heat transfer surfaces of the heat exchangers can not be increased arbitrarily and the arrangement of the individual heat exchangers in the front-end area and each other is often problematic due to the limited space available.

Nach dem Stand der Technik werden Kühler daher bereits in Reihe, beabstandet zueinander und sich teilweise überdeckend angeordnet. Gegebenenfalls werden Strömungsleitbleche eingesetzt, um den Luftstrom durch den Motorraum zu führen.In the prior art, therefore, coolers are already arranged in series, spaced from each other and partially overlapping. Optionally, flow baffles are used to guide the flow of air through the engine compartment.

In diesem Zusammenhang kommt dem Wärmetauscher, d. h. dem Kühler der Flüssigkeitskühlung eine besondere Bedeutung zu, da dieser Kühler für einen sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine unverzichtbar ist und große Wärmemengen zu bewältigen hat.In this context, the heat exchanger, d. H. the radiator of the liquid cooling is of particular importance, since this cooler is indispensable for safe operation of the internal combustion engine and has to cope with large amounts of heat.

Die Kühlleistung der Flüssigkeitskühlung und damit auch die wärmeabgebende Fläche sollte idealerweise auf Betriebszustände ausgelegt werden, die sich durch hohe Lasten bei gleichzeitig niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten auszeichnen, also im Hinblick auf Betriebsbedingungen wie sie beispielsweise bei Beschleunigungs- und Bergfahrten auftreten, um auch unter widrigsten Bedingungen die angeforderte Kühlleistung liefern zu können. Unter derartigen Bedingungen hat der Kühler vergleichsweise große Wärmemengen abzuführen, ohne dass im Front-End-Bereich des Fahrzeuges die für die Wärmeabfuhr erforderliche bzw. günstige Luftströmung in ausreichendem Maße bereitsteht.Ideally, the cooling capacity of the liquid cooling system, including the heat dissipating surface, should be designed for operating conditions characterized by high loads coupled with low vehicle speeds, such as those encountered during acceleration and upheaval, even in the most adverse conditions To deliver cooling power. Under such conditions, the radiator has to dissipate comparatively large amounts of heat without the airflow required or sufficient for heat dissipation being sufficiently available in the front-end region of the vehicle.

Die Auslegung der Kühlung im Hinblick auf das vorstehend beschriebene Szenario führt zu übermäßig großen Kühlern, die nur noch schwer im Front-End-Bereich des Fahrzeuges untergebracht werden können, die übrigen Wärmetauscher in Anordnung und Dimensionierung stark limitieren und im üblichen Fahrbetrieb auch nicht erforderlich sind, d. h. abgesehen von wenigen Ausnahmesituation eigentlich entbehrlich sind.The design of the cooling in view of the scenario described above leads to excessively large radiators, which can be difficult to accommodate in the front-end area of the vehicle, the other heat exchangers in arrangement and dimensioning severely limit and in normal driving are not required , d. H. apart from a few exceptional situations are actually dispensable.

Nach dem Stand der Technik werden daher häufig weitere Maßnahmen ergriffen, um die thermische Belastung der Brennkraftmaschine auch unter widrigsten Bedingungen zu begrenzen.According to the prior art, therefore, further measures are often taken to limit the thermal load of the internal combustion engine even under the most adverse conditions.

Um eine thermische Überlastung einzelner Komponenten der Brennkraftmaschine zu vermeiden, wird nach dem Stand der Technik häufig immer dann eine Anfettung (λ < 1) vorgenommen, wenn mit hohen Abgastemperaturen zu rechnen ist. Dabei wird mehr Kraftstoff eingespritzt als mit der bereitgestellten Luftmenge überhaupt verbrannt werden kann, wobei der zusätzliche Kraftstoff ebenfalls erwärmt und verdampft wird, so dass die Temperatur der Verbrennungsgase sinkt. Diese Vorgehensweise ist zwar unter energetischen Aspekten, insbesondere hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine, und hinsichtlich der Schadstoffemissionen als nachteilig anzusehen, aber dennoch als zulässig und zielführend anerkannt.In order to avoid a thermal overload of individual components of the internal combustion engine, enrichment (λ <1) is frequently always carried out according to the prior art whenever high exhaust gas temperatures are to be expected. In this case, more fuel is injected than can be burned at all with the amount of air provided, wherein the additional fuel is also heated and evaporated, so that the temperature of the combustion gases decreases. Although this procedure is considered to be disadvantageous in terms of energy aspects, in particular with regard to the fuel consumption of the internal combustion engine, and with regard to the pollutant emissions, it is nevertheless recognized as permissible and expedient.

Die Abgastemperatur kann grundsätzlich auch durch eine Abmagerung (λ > 1) des Kraftstoff-Luft-Gemisches verringert werden. Die Wirkungsweise ist ähnlich wie bei einer Anfettung. Während bei der Anfettung (λ < 1) zu viel Kraftstoff eingespritzt wird, wird bei einer Abmagerung weniger Kraftstoff eingespritzt als mit der bereitgestellten Luftmenge verbrannt werden könnte, d. h. es wird mehr Luft bereitgestellt als zur Verbrennung des Kraftstoffes erforderlich ist, wobei die überschüssige Luft am Verbrennungsprozeß teilnimmt, d. h. mit erwärmt wird. Dadurch sinkt die Temperatur der Verbrennungsgase. Die Temperaturabsenkung infolge Abmagerung fällt deutlich geringer aus als bei einer Anfettung, weil die überschüssige Luft im Gegensatz zum überschüssigen Kraftstoff nicht verdampft werden Muß.The exhaust gas temperature can in principle also be reduced by leaning (λ> 1) of the fuel-air mixture. The effect is similar to an enrichment. While too much fuel is injected during enrichment (λ <1), less fuel is injected in an emptying than could be burned with the amount of air provided, that is to say, in the case of enrichment. H. more air is provided than is needed to burn the fuel, with the excess air participating in the combustion process, i. H. is heated with. This reduces the temperature of the combustion gases. The reduction in temperature due to emaciation is much lower than when enriched because the excess air, unlike the excess fuel, does not have to be evaporated.

Nach dem Stand der Technik wird bei der Steuerung bzw. Regelung der Anfettung die Abgastemperatur als Eingangsgröße bzw. Regelgröße verwendet, ohne zu berücksichtigen, ob die Flüssigkeitskühlung bereits an der Leistungsgrenze operiert bzw. die angeforderte Kühlleistung überhaupt noch bereitzustellen in der Lage ist.In the prior art, the exhaust gas temperature is used as an input variable or controlled variable in the control or regulation of the enrichment, without taking into account whether the liquid cooling is already operating at the power limit or the requested cooling capacity is still able to provide.

Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Begrenzung und Verringerung der thermischen Belastung einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, bei dem der Betriebszustand der Flüssigkeitskühlung berücksichtigt wird.In view of the above, it is an object of the present invention to provide a method for limiting and reducing the thermal load of a liquid-cooled internal combustion engine according to the preamble of claim 1, wherein the operating state of the liquid cooling is taken into account.

Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.Another object of the present invention is to provide an internal combustion engine for carrying out such a method.

Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch ein Verfahren zur Begrenzung und Verringerung der thermischen Belastung einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf, die mindestens einen Zylinder und zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung mindestens einen im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel aufweist, wobei der Kühlmittelmantel zu einem Kühlmittel führenden Kühlmittelkreislauf gehört, das dadurch gekennzeichnet ist, dass

  • – eine Temperatur Tcooling des Kühlmittels ermittelt wird, und
  • – das Luftverhältnis λ verringert wird, falls die Kühlmitteltemperatur Tcooling eine vorgebbare obere Grenztemperatur TGrenz,up übersteigt mit Tcooling ≥ TGrenz,up.
The first sub-task is solved by a method for limiting and reducing the thermal load of a liquid-cooled internal combustion engine with at least one cylinder head having at least one cylinder and for forming a liquid cooling at least one integrated in the cylinder head coolant jacket, wherein the coolant jacket belongs to a coolant-carrying coolant circuit, which is characterized in that
  • - A temperature T cooling of the coolant is determined, and
  • - The air ratio λ is reduced, if the coolant temperature T cooling exceeds a predetermined upper limit temperature T limit, up with T cooling ≥ T limit, up .

Erfindungsgemäß wird das Luftverhältnis λ in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur Tcooling variiert. Um die thermische Belastung der Brennkraftmaschine zu begrenzen bzw. zu verringern, erfolgt eine Anfettung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, d. h. die Verringerung des Luftverhältnisses λ, sobald die Kühlmitteltemperatur Tcooling einen kritischen Wert überschreitet.According to the invention, the air ratio λ is varied as a function of a coolant temperature T cooling . In order to limit or reduce the thermal load on the internal combustion engine, the fuel-air mixture is enriched, ie, the reduction of the air ratio λ as soon as the coolant temperature T cooling exceeds a critical value.

Damit stellt das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung des Wärmehaushalts der Brennkraftmaschine direkt auf die Flüssigkeitskühlung ab. Ob eine Anfettung vorgenommen wird oder nicht, wird anhand des momentanen Betriebszustands der Flüssigkeitskühlung entschieden. Auf diese Weise wird vermieden, dass die Flüssigkeitskühlung jenseits ihrer Leistungsgrenze betrieben wird und der Brennkraftmaschine weniger Wärme entzogen wird als erforderlich bzw. angestrebt. Sobald in einem konkreten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine die Flüssigkeitskühlung ihre maximale Kühlleistung erreicht, wird die Anfettung als zusätzliche Maßnahme zur Absenkung der Temperatur aktiviert, d. h. eingesetzt, um einen momentan vorliegenden Kühlbedarf zu befriedigen und die thermische Belastung der Brennkraftmaschine zu begrenzen bzw. zu verringern.Thus, the inventive method for controlling or regulating the heat balance of the internal combustion engine directly on the liquid cooling. Whether enrichment is carried out or not is decided on the basis of the current operating state of the liquid cooling. In this way, it is avoided that the liquid cooling is operated beyond its power limit and the engine less heat is removed than required or desired. As soon as liquid cooling reaches its maximum cooling capacity in a specific operating point of the internal combustion engine, the enrichment is activated as an additional measure for lowering the temperature, ie. H. used to satisfy a currently available cooling demand and to limit or reduce the thermal load of the internal combustion engine.

Die Flüssigkeitskühlung bzw. der zum Kühlkreislauf gehörende Wärmetauscher müssen dabei nicht im Hinblick auf die denkbar widrigsten Betriebsbedingungen, beispielsweise einer Berganfahrt, ausgelegt werden, um eine thermische Überlastung der Brennkraftmaschine sicher zu vermeiden, denn die Flüssigkeitskühlung, d. h. die Kühlmitteltemperatur, wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens überwacht, wodurch eine Überlastung der Kühlung und damit eine Überhitzung der Brennkraftmaschine infolge unzureichender Kühlung sicher verhindert wird.The liquid cooling or belonging to the cooling circuit heat exchanger need not be designed in view of the worst possible operating conditions, such as a Berganfahrt to avoid a thermal overload of the engine safely, because the liquid cooling, d. H. the coolant temperature is monitored in the context of the method according to the invention, whereby an overload of the cooling and thus overheating of the internal combustion engine due to insufficient cooling is reliably prevented.

Dadurch, dass im Rahmen der Anfettung die Kühlmitteltemperatur und nicht die Abgastemperatur als Eingangsgröße bzw. Regelgröße verwendet wird, wird – wie bereits erwähnt – eine Überlastung der Flüssigkeitskühlung verhindert. Zu berücksichtigen ist, dass eine Überlastung der Flüssigkeitskühlung in der Regel mit einer Überhitzung des Kühlmittels und einer übermäßigen Verdampfung von Kühlmittel verbunden ist. Aufgrund des bereichsweise nur noch dampfförmig vorliegenden Kühlmittels tritt eine verminderte Wärmeabfuhr auf, die zu Materialabschmelzungen führen kann. Zudem kann es zu Schäden infolge Kavitation kommen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können eine übermäßige Verdampfung des Kühlmittels und Schäden infolge Kavitation sicher verhindert werden.The fact that the coolant temperature and not the exhaust gas temperature is used as the input variable or controlled variable in the enrichment, as already mentioned - an overload of the liquid cooling is prevented. It should be noted that liquid cooling overload is usually associated with overheating of the coolant and excessive evaporation of coolant. Due to the coolant, which is only present in some regions in vapor form, a reduced heat removal occurs, which can lead to material deposits. In addition, it may cause damage due to cavitation. With the method according to the invention, excessive evaporation of the coolant and damage due to cavitation can be reliably prevented.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich ein Verfahren zur Begrenzung und Verringerung der thermischen Belastung einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine aufzuzeigen, welches den Betriebszustand der Flüssigkeitskühlung mitberücksichtigt.With the method according to the invention, the first object underlying the invention is achieved, namely to show a method for limiting and reducing the thermal load of a liquid-cooled internal combustion engine, which takes into account the operating state of the liquid cooling.

Ungeachtet der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, nämlich der Anfettung in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur, kann eine Anfettung auch immer noch aus anderen Gründen erfolgen bzw. durchgeführt werden, beispielsweise eine Anfettung zur Absenkung der Abgastemperatur zum Schutz eines Abgasnachbehandlungssystems vor Überhitzung.Regardless of the procedure according to the invention, namely the enrichment as a function of the coolant temperature, enrichment can still be carried out or carried out for other reasons, for example enrichment for lowering the exhaust gas temperature for protecting an exhaust aftertreatment system from overheating.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen Wasser, vorzugsweise mit Additiven versetztes Wasser, als Kühlmittel verwendet wird.Embodiments of the method are advantageous in which water, preferably water added with additives, is used as the coolant.

Wasser hat gegenüber anderen Kühlmitteln den Vorteil, dass es nicht toxisch, leicht verfügbar und kostengünstig ist und zudem über eine sehr hohe Wärmekapazität verfügt, weshalb Wasser sich für den Entzug und die Abfuhr sehr großer Wärmmengen eignet, was die Verwendung eines vergleichsweise klein dimensionierten Kühlers gestattet.Water has the advantage over other coolants that it is non-toxic, readily available and inexpensive and also has a very high heat capacity, which is why water is suitable for the removal and removal of very large amounts of heat, which allows the use of a comparatively small sized radiator ,

Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen Öl, vorzugsweise das Motoröl der Brennkraftmaschine, als Kühlmittel verwendet wird. Öl hat eine im Vergleich zu Wasser geringere Wärmekapazität, wodurch die Kühlleistung der Flüssigkeitskühlung spürbar vermindert wird.However, embodiments of the method may also be advantageous in which oil, preferably the engine oil of the internal combustion engine, is used as the coolant. Oil has a lower heat capacity compared to water, which noticeably reduces the cooling capacity of the liquid cooling system.

Die Verwendung von Öl als Kühlmittel hat Vorteile, insbesondere da Öl beim Betrieb einer Brennkraftmaschine zur Schmierung und im Allgemeinen bereits als Prozeßflüssigkeit zum Einsatz kommt. Bei der Verwendung von Öl als Kühlmittel kann der Kühlmittelkreislauf – entgegen seiner originären Bestimmung – nach einem Kaltstart in vorteilhafter Weise für die schnelle Erwärmung des Öls verwendet werden. Hierdurch kann die Reibleistung der Brennkraftmaschine während der Warmlaufphase reduziert werden.The use of oil as a coolant has advantages, especially since oil is used in the operation of an internal combustion engine for lubrication and in general already as a process fluid. When using oil as a coolant, the coolant circuit can - contrary to its original purpose - be used after a cold start advantageously for the rapid heating of the oil. As a result, the friction of the internal combustion engine can be reduced during the warm-up phase.

Weitere vorteilhafte Varianten des Verfahrens werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert. Further advantageous variants of the method are discussed in connection with the subclaims.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Luftverhältnis λ nur dann verringert wird, wenn die Kühlmitteltemperatur Tcooling die vorgebbare obere Grenztemperatur TGrenz,up übersteigt und für eine vorgebbare Zeitspanne Δtup größer ist als diese obere Grenztemperatur TGrenz,up.Advantageous embodiments of the method in which the air ratio λ is only reduced when the coolant temperature T cooling exceeds the predetermined upper limit temperature T limit, up and for a predetermined period of time .DELTA.t up is greater than this upper limit temperature T limit, up .

Die Einführung einer zusätzlichen Bedingung für das Absenken des Luftverhältnisses λ soll einen zu häufigen bzw. übereilten Wechsel der Betriebsparameter sicher verhindern, insbesondere einen Übergang zu einem fetten, d. h. unterstöchiometrischen Betrieb der Brennkraftmaschine, wenn die Kühlmitteltemperatur Tcooling nur kurz eine vorgebbare obere Grenztemperatur TGrenz,up überschreitet und dann wieder fällt bzw. um die vorgegebene Grenztemperatur schwankt, ohne dass das Überschreiten eine Anfettung des Kraftstoff-Luft-Gemisches rechtfertigen würde.The introduction of an additional condition for the lowering of the air ratio λ is to prevent a too frequent or hasty change of the operating parameters, in particular a transition to a rich, ie stoichiometric operation of the internal combustion engine, if the coolant temperature T cooling only briefly a predetermined upper limit temperature T limit , up and then falls again or fluctuates around the predetermined limit temperature, without exceeding would justify an enrichment of the fuel-air mixture.

Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang, dass eine Anfettung vorteilhafterweise nur dann vorgenommen werden sollte, falls dies für den Schutz der Brennkraftmaschine vor Überhitzung erforderlich ist, denn unter energetischen Aspekten, insbesondere hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine, und hinsichtlich der Schadstoffemissionen ist eine Anfettung nachteilig. Insbesondere gestattet die Anfettung es nicht immer, die Brennkraftmaschine in der Weise zu betreiben, wie es beispielsweise für ein vorgesehenes Abgasnachbehandlungssystem erforderlich wäre.It should be considered in this context that an enrichment should advantageously be made only if this is necessary for the protection of the internal combustion engine from overheating, because under energetic aspects, in particular with regard to the fuel consumption of the internal combustion engine, and in terms of pollutant emissions enrichment is disadvantageous. In particular, the enrichment does not always allow the internal combustion engine to be operated in the manner required, for example, for a proposed exhaust aftertreatment system.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Luftverhältnis λ ausgehend von einem stöchiometrischen Betrieb (λ ≈ 1) der Brennkraftmaschine verringert wird, wodurch die Brennkraftmaschine in einen unterstöchiometrischen Betrieb (λ < 1) überführt wird.Advantageous embodiments of the method in which the air ratio λ, starting from a stoichiometric operation (λ ≈ 1) of the internal combustion engine is reduced, whereby the internal combustion engine in a substoichiometric operation (λ <1) is transferred.

Nach dem Stand der Technik werden Brennkraftmaschinen zur Reduzierung der Schadstoffemissionen mit verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen ausgestattet. Bei Ottomotoren kommen katalytische Reaktoren zum Einsatz, die unter Verwendung katalytischer Materialien, welche die Geschwindigkeit bestimmter Reaktionen erhöhen, eine Oxidation von HC und CO auch bei niedrigen Temperaturen sicherstellen. Sollen zusätzlich Stickoxide reduziert werden, kann dies durch den Einsatz eines Drei-Wege-Katalysators erreicht werden, der dazu aber einen in engen Grenzen ablaufenden stöchiometrischen Betrieb (λ ≈ 1) erfordert. Dabei werden die Stickoxide NOx mittels der vorhandenen nicht oxidierten Abgaskomponenten, nämlich den Kohlenmonoxiden und den unverbrannten Kohlenwasserstoffen, reduziert, wobei gleichzeitig diese Abgaskomponenten oxidiert werden.In the prior art, internal combustion engines are equipped with various exhaust aftertreatment systems to reduce pollutant emissions. In gasoline engines, catalytic reactors are used which, using catalytic materials which increase the speed of certain reactions, ensure oxidation of HC and CO even at low temperatures. If, in addition, nitrogen oxides are to be reduced, this can be achieved by using a three-way catalytic converter, which, however, requires a narrow-flow stoichiometric operation (λ≈1) for this purpose. The nitrogen oxides NO x are reduced by means of the existing unoxidized exhaust gas components, namely the carbon monoxides and the unburned hydrocarbons, wherein at the same time these exhaust gas components are oxidized.

Wird das Luftverhältnis λ ausgehend von einem stöchiometrischen Betrieb (λ ≈ 1) der Brennkraftmaschine verringert, erfolgt unmittelbar eine Anfettung, bei der mehr Kraftstoff eingespritzt wird als verbrannt werden kann. Die im Rahmen der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ablaufende Verdampfung des überschüssigen Kraftstoffs bedingt eine Absenkung der Abgastemperatur. Damit geht auch eine Verringerung der Bauteiltemperaturen einher. Die thermische Belastung der Brennkraftmaschine wird reduziert.If the air ratio λ is reduced starting from a stoichiometric operation (λ≈1) of the internal combustion engine, an enrichment takes place directly, in which more fuel is injected than can be burnt. The running in the context of the combustion of the fuel-air mixture evaporation of the excess fuel causes a lowering of the exhaust gas temperature. This is accompanied by a reduction in component temperatures. The thermal load of the internal combustion engine is reduced.

Wird das Luftverhältnis λ ausgehend von einem überstöchiometrischen Betrieb (λ > 1) der Brennkraftmaschine verringert, kann die Abgastemperatur bzw. Bauteiltemperatur im Einzelfall anfangs sogar zunehmen, da zunächst der Luftüberschuß des mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches abgebaut wird, bevor ein Übergang zu einem fetten unterstöchiometrischen Gemisch erfolgt.If the air ratio λ is reduced starting from a superstoichiometric operation (λ> 1) of the internal combustion engine, the exhaust gas temperature or component temperature in the individual case may initially increase, since first the excess air of the lean fuel-air mixture is reduced before a transition to a rich substoichiometric mixture takes place.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Luftverhältnis λ ausgehend von einem unterstöchiometrischen Betrieb (λ < 1) der Brennkraftmaschine wieder erhöht wird, falls die Kühlmitteltemperatur Tcooling eine vorgebbare untere Grenztemperatur TGrenz,down unterschreitet mit Tcooling ≤ TGrenz,down.Embodiments of the method in which the air ratio λ is increased again starting from a substoichiometric operation (λ <1) of the internal combustion engine are advantageous if the coolant temperature T cooling falls below a specifiable lower limit temperature T limit, down with T cooling ≦ T limit, down .

Wie bereits in anderem Zusammenhang ausgeführt, ist eine Anfettung hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine und hinsichtlich der Schadstoffemissionen nachteilig. Der überschüssige Kraftstoff wird unverbrannt aus den Zylindern der Brennkraftmaschine abgeführt, weshalb bei einem fetten Betrieb insbesondere die Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas deutlich erhöht ist.As already stated in another context, enrichment with regard to the fuel consumption of the internal combustion engine and with regard to pollutant emissions is disadvantageous. The excess fuel is discharged unburned from the cylinders of the internal combustion engine, which is why in a rich operation, in particular, the concentration of unburned hydrocarbons in the exhaust gas is significantly increased.

Eine Anfettung sollte daher nur dann vorgenommen werden, wenn diese für den Schutz der Brennkraftmaschine vor Überhitzung unerläßlich bzw. zu empfehlen ist. Aus den gleichen Gründen sollte ein fetter Betrieb nur dann aufrechterhalten werden, wenn ein derartiger Betrieb unverzichtbar ist.An enrichment should therefore only be made if it is indispensable or recommended for the protection of the internal combustion engine from overheating. For the same reasons, a rich operation should be maintained only if such operation is indispensable.

Es ist daher vorteilhaft, das Luftverhältnis λ gemäß der in Rede stehenden Verfahrensvariante zu erhöhen sobald die Kühlmitteltemperatur Tcooling dies zulässt, d. h. eine vorgebbare untere Grenztemperatur TGrenz,down unterschreitet. Dabei wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch wieder abgemagert und die Brennkraftmaschine in den stöchiometrischen bzw. überstöchiometrischen Betrieb überführt.It is therefore advantageous to increase the air ratio λ according to the method variant in question as soon as the coolant temperature T cooling permits this, ie, falls below a predefinable lower limit temperature T limit, down . In this case, the fuel-air mixture is emaciated again and transferred the internal combustion engine in the stoichiometric or superstoichiometric operation.

Vorteilhaft sind auch in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Luftverhältnis λ nur dann wieder erhöht wird, wenn die Kühlmitteltemperatur Tcooling die vorgebbare untere Grenztemperatur TGrenz,down unterschreitet und für eine vorgebbare Zeitspanne Δtdown kleiner ist als diese untere Grenztemperatur TGrenz,down. Die vorstehende Bedingung für das Erhöhen des Luftverhältnisses λ soll einen zu häufigen bzw. übereilten Wechsel der Betriebsparameter vermeiden helfen. Es wird Bezug genommen auf das bereits im Zusammenhang mit der Zeitspanne Δtup Gesagte. Der vorgeschlagenen Vorgehensweise folgend kann angemessen auf Szenarien reagiert werden, bei denen die Kühlmitteltemperatur Tcooling nur kurz unter die Grenztemperatur TGrenz,down fällt und dann wieder steigt bzw. um die vorgegebene Grenztemperatur schwankt.Also advantageous in this context are embodiments of the method in which the air ratio is increased only again λ, when the coolant temperature T cooling the predeterminable lower limit temperature T Grenz, down below and is smaller for a predetermined period of time .DELTA.t down than this lower limit temperature T Grenz, down. The above condition for increasing the air ratio λ should help to avoid too frequent or over-hasty change of the operating parameters. Reference is made to what has already been said in connection with the time span Δt up . Following the proposed procedure, it is possible to react appropriately to scenarios in which the coolant temperature T cooling falls only briefly below the limit temperature T limit, down and then increases again or fluctuates around the predetermined limit temperature.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen eine Temperatur Tcooling des Kühlmittels rechnerisch bestimmt wird.Embodiments of the method in which a temperature T cooling of the coolant is determined by calculation are advantageous.

Die rechnerische Bestimmung der Kühlmitteltemperatur erfolgt mittels Simulation, bei der aus dem Stand der Technik bekannte Modelle, beispielsweise dynamische Wärmemodelle und kinetische Modelle zur Bestimmung der während der Verbrennung generierten Reaktionswärme, verwendet werden. Als Eingangssignale für die Simulation werden vorzugsweise Betriebsparameter der Brennkraftmaschine verwendet, die schon vorliegen, d. h. in anderem Zusammenhang ermittelt werden.The mathematical determination of the coolant temperature takes place by means of simulation, in which models known from the prior art, for example dynamic heat models and kinetic models, are used to determine the heat of reaction generated during the combustion. As input signals for the simulation operating parameters of the internal combustion engine are preferably used, which are already present, d. H. be determined in a different context.

Die Simulationsrechnung zeichnet sich dadurch aus, dass keine weiteren Bauteile, insbesondere keine Sensoren, vorgesehen werden müssen, um die Temperatur zu bestimmen, was hinsichtlich der Kosten günstig ist. Nachteilig hingegen ist, dass es sich bei der auf diese Weise ermittelten Kühltemperatur lediglich um einen Schätzwert handelt, was die Qualität der Steuerung bzw. Regelung des Luftverhältnisses λ mindern kann.The simulation calculation is characterized in that no further components, in particular no sensors, have to be provided in order to determine the temperature, which is favorable in terms of cost. On the other hand, it is disadvantageous that the cooling temperature determined in this way is merely an estimated value, which can reduce the quality of the control or regulation of the air ratio λ.

Zur Abschätzung der Kühlmitteltemperatur Tcooling kann auch eine Bauteiltemperatur, insbesondere eine Zylinderkopftemperatur, oder eine Mischtemperatur aus einer Bauteil- und einer Kühlmitteltemperatur herangezogen werden, welche beispielsweise meßtechnisch mittels Sensor erfaßt wird. Gemäß dieser Variante wird die Temperatur des Kühlmittels indirekt – unter Verwendung einer anderen Temperatur – ermittelt.In order to estimate the coolant temperature T cooling, it is also possible to use a component temperature, in particular a cylinder head temperature, or a mixing temperature from a component temperature and a coolant temperature, which is detected by means of a sensor, for example by measurement. According to this variant, the temperature of the coolant is determined indirectly - using a different temperature.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen eine Temperatur Tcooling des Kühlmittels meßtechnisch mittels Sensor direkt oder mittelbar erfaßt wird.Also advantageous are embodiments of the method in which a temperature T cooling of the coolant is detected by measurement technology directly or indirectly by means of a sensor.

Die meßtechnische Erfassung einer Temperatur kann häufig schwierig oder auch gar nicht möglich sein. Das trifft beispielsweise auf die meßtechnische Erfassung der Temperatur eines Abgasnachbehandlungssystems zu, bei der sowohl die überaus hohen Temperaturen als auch die fehlende Möglichkeit zur Anordnung eines Temperaturfühlers im Abgasnachbehandlungssystem Probleme bereiten.The metrological detection of a temperature can often be difficult or even impossible. This applies, for example, to the metrological detection of the temperature of an exhaust aftertreatment system, in which both the extremely high temperatures and the lack of ability to arrange a temperature sensor in the exhaust aftertreatment system cause problems.

Die meßtechnische Erfassung der Kühlmitteltemperatur hingegen bereitet keine Schwierigkeiten. Das Kühlmittel weist auch bei warmgelaufener Brennkraftmaschine vergleichsweise moderate Temperaturen auf. Der Kühlmittelkreislauf bietet zudem eine Vielzahl von Möglichkeiten, d. h. verschiedene Stellen, zur Anordnung eines Sensors, ohne dass die Funktionstüchtigkeit der Flüssigkeitskühlung beeinträchtigt werden würde.The metrological detection of the coolant temperature, however, presents no difficulties. The coolant has comparatively moderate temperatures even when the internal combustion engine has warmed up. The coolant circuit also offers a variety of possibilities, d. H. different locations, for the placement of a sensor, without the functionality of the liquid cooling would be affected.

Wird die Kühlmitteltemperatur mittels Sensor erfaßt, sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, bei denen der Sensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur benachbart zu einem Austritt des Kühlmittelkreislaufs aus dem mindestens einen Zylinderkopf angeordnet wird.If the coolant temperature is detected by means of a sensor, embodiments of the method are advantageous in which the sensor for detecting the coolant temperature is arranged adjacent to an outlet of the coolant circuit from the at least one cylinder head.

Die Anordnung des Sensors stromabwärts des Zylinderkopfes, gemäß der vorstehenden Ausführungsform konkret im Bereich des Kühlmittelaustritts aus dem Zylinderkopf, stellt sicher, dass die Temperatur an einer Stelle des Kühlkreislaufs erfaßt wird, an der das Kühlmittel bereits eine deutliche Temperaturerhöhung erfahren hat, nachdem es nämlich den Zylinderkopf durchströmt und Wärme aufgenommen hat. Dies ist vorteilhaft, wenn die Kühlmitteltemperatur mit einer für den Austritt als maximal zulässig angesehenen Kühlmitteltemperatur als oberer Grenztemperatur TGrenz,up verglichen wird.The arrangement of the sensor downstream of the cylinder head, according to the above embodiment concretely in the region of the coolant outlet from the cylinder head, ensures that the temperature is detected at a point of the cooling circuit, at which the coolant has already undergone a significant increase in temperature, after that Flowed through the cylinder head and absorbed heat. This is advantageous if the coolant temperature is compared with a coolant temperature considered to be maximally admissible for the exit as the upper limit temperature T limit, up .

Wird hingegen die Temperatur am Eintritt in den Zylinderkopf erfaßt, wäre vorliegend eine Abschätzung der Temperaturerhöhung im Zylinderkopf erforderlich, um die Kühlmitteltemperatur Tcooling am Austritt zu ermitteln.If, however, the temperature is detected at the inlet to the cylinder head, an estimate of the temperature increase in the cylinder head would be required here in order to determine the coolant temperature T cooling at the outlet.

Unter dem vorstehend erwähnten Aspekt ist es besonders vorteilhaft, die Temperatur an der Stelle im Kühlkreislauf zu ermitteln, wo das Kühlmittel die maximale Temperatur erreicht.Under the aspect mentioned above, it is particularly advantageous to determine the temperature at the point in the cooling circuit where the coolant reaches the maximum temperature.

Gemäß einer alternativen Verfahrensvariante kann der Sensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur aber grundsätzlich auch benachbart zu einem Eintritt des Kühlmittelkreislaufs in den mindestens einen Zylinderkopf angeordnet werden. Dabei kann eine obere Grenztemperatur TGrenz,up für den Eintritt vorgegeben werden oder aber die am Eintritt erfaßte Temperatur wird verwendet, um die Kühlmitteltemperatur an anderer Stelle des Kühlkreislaufs zu ermitteln, d. h. abzuschätzen, und zwar für eine Stelle, auf die sich die vorgegebene Grenztemperatur bezieht. Die letztgenannte Vorgehensweise, d. h. die Temperatur an der einen Stelle meßtechnisch zu erfassen und die Grenztemperatur für eine andere Stelle vorzugeben, ist grundsätzlich möglich, erfordert aber zu Vergleichszwecken die Transformation der Kühlmitteltemperatur. Eine Anordnung des Sensors unmittelbar stromaufwärts eines im Kühlkreislauf vorgesehenen Wärmetauschers kann ebenfalls vorteilhaft sein.According to an alternative variant of the method, however, the sensor for detecting the coolant temperature may in principle also be arranged adjacent to an inlet of the coolant circuit into the at least one cylinder head. In this case, an upper limit temperature T limit, up can be specified for the entry or the temperature detected at the inlet is used to determine the coolant temperature elsewhere in the cooling circuit, ie estimate, for a point to which the predetermined limit temperature refers. The latter procedure, ie to detect the temperature at one point metrologically and to specify the limit temperature for another location is basically possible, but requires for comparison purposes the transformation of the coolant temperature. An arrangement of the sensor immediately upstream of a heat exchanger provided in the cooling circuit may also be advantageous.

Erfolgt die Ermittlung der Kühlmitteltemperatur mittels Sensor, sind auch Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen der Sensor nahe der höchstgelegenen Stelle des Kühlmittelkreislaufs angeordnet wird. Vorzugsweise hier findet die Entlüftung des Kühlkreislaufs statt, da sich das verdampfte, überhitzte Kühlmittel an der höchstgelegenen Stelle des Kreislaufs sammelt.If the coolant temperature is determined by means of a sensor, it is also advantageous to use variants of the method in which the sensor is arranged near the highest point of the coolant circuit. Preferably, here the venting of the cooling circuit takes place, since the vaporized, superheated coolant collects at the highest point of the cycle.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Sensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur am Zylinderkopf angeordnet wird.Embodiments of the method in which the sensor for detecting the coolant temperature is arranged on the cylinder head are advantageous.

In diesem Zusammenhang sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen der Sensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur in dem mindestens einen Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes angeordnet wird.In this context, method variants are advantageous in which the sensor for detecting the coolant temperature is arranged in the at least one coolant jacket of the cylinder head.

Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen die Brennkraftmaschine mit einer Motorsteuerung ausgestattet wird und die mittels Sensor erfaßte Kühlmitteltemperatur bzw. Bauteiltemperatur als Eingangsgröße bereitgestellt wird.Process variants in which the internal combustion engine is equipped with an engine control and the coolant temperature or component temperature detected by means of a sensor are provided as an input variable are advantageous.

Die zweite Teilaufgabe, nämlich eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens einer vorstehend genannten Art bereitzustellen, wird gelöst durch eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf, die mindestens einen Zylinder und zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung mindestens einen im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel aufweist, wobei der Kühlmittelmantel zu einem Kühlmittel führenden Kühlmittelkreislauf gehört, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Sensor vorgesehen ist, der eine Temperatur Tcooling des Kühlmittels erfaßt.The second sub-task, namely to provide an internal combustion engine for carrying out a method of the type mentioned above, is achieved by a liquid-cooled internal combustion engine having at least one cylinder head, the at least one cylinder and to form a liquid cooling at least one integrated in the cylinder head coolant jacket, wherein the coolant jacket to a Coolant leading coolant circuit is heard, and which is characterized in that a sensor is provided which detects a temperature T cooling of the coolant.

Das bereits für das erfindungsgemäße Verfahren Gesagte gilt auch für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die vorstehend hinsichtlich des Verfahrens gemachten Ausführungen.What has already been said for the method according to the invention also applies to the internal combustion engine according to the invention, which is why reference is generally made at this point to the statements made above with regard to the method.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Luftverhältnis λ in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur Tcooling gesteuert bzw. geregelt. Zur Erfassung der Temperatur wird die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem Sensor ausgestattet. Als Entscheidungsgrundlage für die Anfettung des Kraftstoff-Luft-Gemisches dient die mit diesem Sensor erfaßte Kühlmitteltemperatur und nicht wie nach dem Stand der Technik die Abgastemperatur.According to the method according to the invention, the air ratio λ is controlled or regulated as a function of a coolant temperature T cooling . For detecting the temperature, the internal combustion engine according to the invention is equipped with a sensor. As a basis for decision for the enrichment of the fuel-air mixture is the detected with this sensor coolant temperature and not as in the prior art, the exhaust gas temperature.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen der Sensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur benachbart zu einem Austritt des Kühlmittelkreislaufs aus dem mindestens einen Zylinderkopf angeordnet ist.Embodiments of the liquid-cooled internal combustion engine in which the sensor for detecting the coolant temperature is arranged adjacent to an outlet of the coolant circuit from the at least one cylinder head are advantageous.

Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine sein, bei denen der Sensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur benachbart zu einem Eintritt des Kühlmittelkreislaufs in den mindestens einen Zylinderkopf angeordnet ist.Embodiments of the liquid-cooled internal combustion engine may also be advantageous in which the sensor for detecting the coolant temperature is arranged adjacent to an inlet of the coolant circuit in the at least one cylinder head.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen der Sensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur in dem mindestens einen Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes angeordnet ist.Embodiments of the liquid-cooled internal combustion engine in which the sensor for detecting the coolant temperature is arranged in the at least one coolant jacket of the cylinder head are advantageous.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen der Sensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur benachbart zu einer Wandung des Zylinderkopfes angeordnet ist.Embodiments of the liquid-cooled internal combustion engine in which the sensor for detecting the coolant temperature is arranged adjacent to a wall of the cylinder head are advantageous.

Soll die Kühlmitteltemperatur mittels Sensor ermittelt werden und wird beispielsweise der Sensor im Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes benachbart zu einer Wandung des Zylinderkopfes angeordnet, erfaßt der Sensor in der Regel eine Mischtemperatur aus Bauteil- und Kühlmitteltemperatur. Bei der zu ermittelnden Kühlmitteltemperatur handelt es sich folglich um eine durch die Bauteiltemperatur des Zylinderkopfes gefärbte Kühlmitteltemperatur, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Mischtemperatur bezeichnet wird.If the coolant temperature is to be determined by means of a sensor and if, for example, the sensor is arranged in the coolant jacket of the cylinder head adjacent to a wall of the cylinder head, the sensor generally detects a mixing temperature of component and coolant temperature. The coolant temperature to be determined is consequently a coolant temperature which is colored by the component temperature of the cylinder head and which is also referred to as the mixing temperature in the context of the present invention.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform der Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:In the following the invention with reference to an embodiment of the internal combustion engine for carrying out the method according to 1 described in more detail. Hereby shows:

1 schematisch eine erste Ausführungsform einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine. 1 schematically a first embodiment of a liquid-cooled internal combustion engine.

1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 1 zur Durchführung des Verfahrens zur Begrenzung der thermischen Belastung. 1 schematically shows a first embodiment of an internal combustion engine 1 for carrying out the method for limiting the thermal load.

Es handelt sich um einen Vier-Zylinder-Reihenmotor 1 mit Direkteinspritzung, bei dem die vier Zylinder 3 entlang der Längsachse des Zylinderkopfes 6, d. h. in Reihe, angeordnet und jeweils mit einem Injektor 20 zur Einspritzung von Kraftstoff ausgestattet sind. Die Injektoren 20 werden einzeln via Steuerleitung 19 mittels Motorsteuerung 17 aktiviert, d. h. gesteuert. Die eingespritzte Kraftstoffmenge dient der Einstellung des Luftverhältnisses λ.It is a four-cylinder in-line engine 1 with direct injection, in which the four cylinders 3 along the longitudinal axis of the cylinder head 6 , ie arranged in series, and each with an injector 20 for the injection of fuel are equipped. The injectors 20 are individually via control line 19 by means of motor control 17 activated, ie controlled. The injected amount of fuel serves to adjust the air ratio λ.

Zum Abführen der heißen Verbrennungsgase ist eine Abgasleitung 4 und zur Versorgung der Zylinder 3 mit Frischluft bzw. Frischgemisch eine Ansaugleitung 2 vorgesehen. Zur Einstellung der Last ist in der Ansaugleitung 2 eine als Absperrelement dienende Drosselklappe 18 vorgesehen, die ebenfalls von der Motorsteuerung 17 gesteuert bzw. geregelt wird.For discharging the hot combustion gases is an exhaust pipe 4 and to supply the cylinders 3 with fresh air or fresh mixture a suction line 2 intended. To adjust the load is in the intake pipe 2 a throttle valve serving as a shut-off element 18 also provided by the engine control 17 is controlled or regulated.

Die Brennkraftmaschine 1 ist zum Zwecke der Aufladung mit einem Abgasturbolader 7 ausgestattet, wobei in der Abgasleitung 4 eine Turbine 7a und in der Ansaugleitung 2 ein Verdichter 7b angeordnet sind. Die Turbine 7a des Abgasturboladers 7 weist eine Bypaßleitung auf. Die der Brennkraftmaschine 1 zugeführte Frischluft wird im Verdichter 7b komprimiert, wozu die Enthalpie des Abgasstroms in der Turbine 7a genutzt wird. Die Aufladung erhöht die thermische Belastung der Brennkraftmaschine 1.The internal combustion engine 1 is for the purpose of charging with an exhaust gas turbocharger 7 equipped, being in the exhaust pipe 4 a turbine 7a and in the intake pipe 2 a compressor 7b are arranged. The turbine 7a the exhaust gas turbocharger 7 has a bypass line. That of the internal combustion engine 1 supplied fresh air is in the compressor 7b compressed, including the enthalpy of the exhaust gas flow in the turbine 7a is being used. The charge increases the thermal load of the internal combustion engine 1 ,

Stromabwärts des Verdichters 7b ist ein Ladeluftkühler 5 in der Ansaugleitung 2 angeordnet, um die Temperatur der komprimierten Ladeluft zu senken. Auf diese Weise wird die Dichte der Luft gesteigert, wodurch eine bessere Füllung der Zylinder 3 realisiert werden kann.Downstream of the compressor 7b is a charge air cooler 5 in the intake pipe 2 arranged to lower the temperature of the compressed charge air. In this way, the density of the air is increased, resulting in better filling of the cylinder 3 can be realized.

Die Brennkraftmaschine 1 ist des Weiteren mit einer Abgasrückführung 8 ausgestattet. Eine Rückführleitung 9 zweigt stromaufwärts der Turbine 7a aus der Abgasleitung 4 ab und mündet stromabwärts des Ladeluftkühlers 5 in die Ansaugleitung 2. Das rückgeführte Abgas wird somit nicht durch den Ladeluftkühler 5 geführt und kann diesen Kühler 5 nicht verschmutzen.The internal combustion engine 1 is also with an exhaust gas recirculation 8th fitted. A return line 9 branches upstream of the turbine 7a from the exhaust pipe 4 and discharges downstream of the intercooler 5 in the intake pipe 2 , The recirculated exhaust gas is thus not through the intercooler 5 Run and can this cooler 5 do not pollute.

Zur Kühlung des rückgeführten Abgases ist in der Leitung 9 ein zusätzlicher Kühler 10 vorgesehen, der die Temperatur des rückzuführenden Abgases senkt. Ebenfalls in der Rückführleitung 9 ist zur Steuerung der Abgasrückführrate ein als AGR-Ventil dienendes Absperrelement 11 angeordnet.For cooling the recirculated exhaust gas is in the line 9 an additional cooler 10 provided, which lowers the temperature of the recirculated exhaust gas. Also in the return line 9 is for controlling the exhaust gas recirculation rate serving as an EGR valve shut-off 11 arranged.

Die in 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1 ist flüssigkeitsgekühlt. Zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung 12 verfügt der Zylinderkopf 6 über einen integrierten Kühlmittelmantel. Der Kühlmittel führende Kühlmittelkreislauf wird durch eine Pumpe 14 zur Förderung des Kühlmittels und einen als Kühler dienenden Wärmetauscher 13 ergänzt.In the 1 illustrated internal combustion engine 1 is liquid cooled. To form a liquid cooling 12 has the cylinder head 6 via an integrated coolant jacket. The coolant leading coolant circuit is powered by a pump 14 for conveying the coolant and serving as a cooler heat exchanger 13 added.

Die Temperatur Tcooling des Kühlmittels wird mittels Sensor 16 meßtechnisch erfaßt, wobei der Sensor 16 nahe des Austritts 15 des Kühlmittelkreislaufs aus dem Zylinderkopf 6 angeordnet ist.The temperature T cooling of the coolant is determined by means of a sensor 16 detected by measurement, wherein the sensor 16 near the exit 15 the coolant circuit from the cylinder head 6 is arranged.

Die von dem Sensor 16 erfaßte Kühlmitteltemperatur Tcooling wird der Motorsteuerung 17 der Brennkraftmaschine 1 als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt, wobei zur Begrenzung der thermischen Belastung der Brennkraftmaschine 1 das Luftverhältnis λ verringert wird, falls die Kühlmitteltemperatur Tcooling eine vorgebbare obere Grenztemperatur TGrenz,up übersteigt und für eine vorgebbare Zeitspanne Δtup größer ist als diese obere Grenztemperatur TGrenz,up.The from the sensor 16 detected coolant temperature T cooling is the engine control 17 the internal combustion engine 1 provided as an input variable, wherein for limiting the thermal load of the internal combustion engine 1 the air ratio λ is decreased if the coolant temperature T cooling a predeterminable upper limit temperature T Grenz, up and exceeds up larger for a predetermined period of time .DELTA.t than this upper limit temperature T Grenz, up.

Zur Entlüftung des Kühlmittelkreislaufs ist eine Entlüftungsleitung 23 vorgesehen, in der ein Ausgleichsgefäß 24 angeordnet ist.To vent the coolant circuit is a vent line 23 provided, in which a compensating vessel 24 is arranged.

Das in der Brennkraftmaschine 1 bzw. im Zylinderkopf 6 erwärmte Kühlmittel wird bei der in 1 dargestellten Ausführungsform dazu verwendet, die Kabinenheizung 22 eines Heizungskreislaufs 21 mit einer erwärmten Prozeßflüssigkeit, nämlich dem erhitzen Kühlmittel, zu versorgen, um auf diese Weise den Innenraum eines Fahrzeuges zu heizen.That in the internal combustion engine 1 or in the cylinder head 6 heated coolant is used in the 1 illustrated embodiment used to the cabin heater 22 a heating cycle 21 with a heated process liquid, namely the heated coolant to supply, in order to heat the interior of a vehicle.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
22
Ansaugleitungsuction
33
Zylindercylinder
44
Abgasleitungexhaust pipe
55
LadeluftkühlerIntercooler
66
Zylinderkopfcylinder head
77
Abgasturboladerturbocharger
7a7a
Turbineturbine
7b7b
Verdichtercompressor
88th
AbgasrückführungExhaust gas recirculation
99
Leitung zur AbgasrückführungLine for exhaust gas recirculation
1010
Kühlercooler
1111
Absperrelement, AGR-VentilShut-off element, EGR valve
1212
Flüssigkeitskühlungliquid cooling
1313
Wärmetauscherheat exchangers
1414
Pumpepump
1515
KühlmittelaustrittCoolant outlet
1616
Sensorsensor
1717
Motorsteuerungmotor control
1818
Drosselklappethrottle
1919
Steuerleitungcontrol line
2020
Injektorinjector
2121
HeizungskreislaufHeating circuit
2222
Kabinenheizungcabin heating
2323
Entlüftungsleitungvent line
2424
Ausgleichsgefäß LuftverhältnisCompensation vessel air ratio
Tcooling T cooling
KühlmitteltemperaturCoolant temperature
TGrenz,down T border, down
vorgebbare untere Grenztemperaturpredeterminable lower limit temperature
TGrenz,up T border, up
vorgebbare obere Grenztemperaturpredefinable upper limit temperature
Δtdown Δt down
vorgebbare Mindestzeitspanne für das Unterschreiten von TGrenz,down predeterminable minimum period for falling below T limit, down
Δtup Δt up
vorgebbare Mindestzeitspanne für das Überschreiten von TGrenz,up specifiable minimum period for exceeding T limit, up

Claims (15)

Verfahren zur Begrenzung und Verringerung der thermischen Belastung einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinderkopf (6), die mindestens einen Zylinder (3) und zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung (12) mindestens einen im Zylinderkopf (6) integrierten Kühlmittelmantel aufweist, wobei der Kühlmittelmantel zu einem Kühlmittel führenden Kühlmittelkreislauf gehört, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Temperatur Tcooling des Kühlmittels ermittelt wird, und – das Luftverhältnis λ verringert wird, falls die Kühlmitteltemperatur Tcooling eine vorgebbare obere Grenztemperatur TGrenz,up übersteigt mit Tcooling ≥ TGrenz,up.Method for limiting and reducing the thermal load of a liquid-cooled internal combustion engine ( 1 ) with at least one cylinder head ( 6 ), which has at least one cylinder ( 3 ) and to form a liquid cooling ( 12 ) at least one in the cylinder head ( 6 ), wherein the coolant jacket belongs to a refrigerant circuit leading coolant, characterized in that - a temperature T cooling of the coolant is determined, and - the air ratio λ is reduced, if the coolant temperature T cooling a predetermined upper limit temperature T limit, up exceeds with T cooling ≥ T limit, up . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis λ nur dann verringert wird, wenn die Kühlmitteltemperatur Tcooling die vorgebbare obere Grenztemperatur TGrenz,up übersteigt und für eine vorgebbare Zeitspanne Δtup größer ist als diese obere Grenztemperatur TGrenz,up.A method according to claim 1, characterized in that the air ratio is λ reduced only when the coolant temperature T cooling the predetermined upper limit temperature T Grenz, up exceeds and larger for a predetermined period of time .DELTA.t up than this upper limit temperature T Grenz, up. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis λ ausgehend von einem stöchiometrschen Betrieb (λ1) der Brennkraftmaschine (1) verringert wird, wodurch die Brennkraftmaschine (1) in einen unterstöchiometrischen Betrieb (λ < 1) überführt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the air ratio λ starting from a stoichiometric operation (λ1) of the internal combustion engine ( 1 ), whereby the internal combustion engine ( 1 ) is converted into a substoichiometric operation (λ <1). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis λ ausgehend von einem unterstöchiometrischen Betrieb (λ < 1) der Brennkraftmaschine (1) wieder erhöht wird, falls die Kühlmitteltemperatur Tcooling eine vorgebbare untere Grenztemperatur TGrenz,down unterschreitet mit Tcooling ≤ TGrenz,down.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the air ratio λ, starting from a substoichiometric operation (λ <1) of the internal combustion engine ( 1 ) is increased again if the coolant temperature T cooling falls below a predefinable lower limit temperature T limit, down with T cooling ≦ T limit, down . Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis λ nur dann wieder erhöht wird, wenn die Kühlmitteltemperatur Tcooling die vorgebbare untere Grenztemperatur TGrenz,down unterschreitet und für eine vorgebbare Zeitspanne Δtdown kleiner ist als diese untere Grenztemperatur TGrenz,down.A method according to claim 4, characterized in that the air ratio λ is only increased again when the coolant temperature T cooling the predetermined lower limit temperature T limit, down below and for a predetermined period of time .DELTA.sub.down down is lower than this lower limit temperature T limit, down . Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur Tcooling des Kühlmittels rechnerisch bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a temperature T cooling of the coolant is determined by calculation. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur Tcooling des Kühlmittels meßtechnisch mittels Sensor (16) erfaßt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that a temperature T cooling of the coolant by measurement means by means of sensor ( 16 ) is detected. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16) zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur benachbart zu einem Austritt (15) des Kühlmittelkreislaufs aus dem mindestens einen Zylinderkopf (6) angeordnet wird.Method according to claim 7, characterized in that the sensor ( 16 ) for detecting the coolant temperature adjacent to an exit ( 15 ) of the coolant circuit from the at least one cylinder head ( 6 ) is arranged. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16) zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur benachbart zu einem Eintritt des Kühlmittelkreislaufs in den mindestens einen Zylinderkopf (6) angeordnet wird.Method according to claim 7, characterized in that the sensor ( 16 ) for detecting the coolant temperature adjacent to an entry of the coolant circuit into the at least one cylinder head ( 6 ) is arranged. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16) zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur an der höchstgelegenen Stelle des Kühlmittelkreislaufs angeordnet wird.Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the sensor ( 16 ) is arranged to detect the coolant temperature at the highest point of the coolant circuit. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) mit einer Motorsteuerung (17) ausgestattet wird und die mittels Sensor (16) erfaßte Kühlmitteltemperatur als Eingangsgröße bereitgestellt wird.Method according to one of claims 7 to 10, characterized in that the internal combustion engine ( 1 ) with a motor control ( 17 ) and by means of sensor ( 16 ) detected coolant temperature is provided as an input. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinderkopf (6) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, die mindestens einen Zylinder (3) und zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung (12) mindestens einen im Zylinderkopf (6) integrierten Kühlmittelmantel aufweist, wobei der Kühlmittelmantel zu einem Kühlmittel führenden Kühlmittelkreislauf gehört, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (16) vorgesehen ist, der eine Temperatur Tcooling des Kühlmittels erfaßt.Liquid-cooled internal combustion engine ( 1 ) with at least one cylinder head ( 6 ) for performing a method according to one of the preceding claims, the at least one cylinder ( 3 ) and to form a liquid cooling ( 12 ) at least one in the cylinder head ( 6 ), wherein the coolant jacket belongs to a coolant-carrying coolant circuit, characterized in that a sensor ( 16 ) is provided, which detects a temperature T cooling of the coolant. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16) zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur benachbart zu einem Austritt (15) des Kühlmittelkreislaufs aus dem mindestens einen Zylinderkopf (6) angeordnet ist.Liquid-cooled internal combustion engine ( 1 ) according to claim 12, characterized in that the sensor ( 16 ) for detecting the coolant temperature adjacent to an exit ( 15 ) of the coolant circuit from the at least one cylinder head ( 6 ) is arranged. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16) zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur benachbart zu einem Eintritt des Kühlmittelkreislaufs in den mindestens einen Zylinderkopf (6) angeordnet ist.Liquid-cooled internal combustion engine ( 1 ) according to claim 12, characterized in that the sensor ( 16 ) for detecting the coolant temperature adjacent to an entry of the coolant circuit into the at least one cylinder head ( 6 ) is arranged. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16) zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur nahe der höchstgelegenen Stelle des Kühlmittelkreislaufs angeordnet ist.Liquid-cooled internal combustion engine ( 1 ) according to claim 12, characterized in that the sensor ( 16 ) to record the Coolant temperature is located near the highest point of the coolant circuit.
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