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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern, einen Verbrennungsmotor sowie ein Fahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, bei dem ein oder mehrere Zylinder abgeschattet werden, während die übrigen Zylinder weiterhin betrieben werden.
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Kraftfahrzeuge, wie z. B. Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, haben einen nennenswert hohen Anteil am Gesamtausstoß an CO2 und daher gibt es einen großen Bedarf, den Verbrauch von Verbrennungsmotoren zu verringern. Weiterhin stoßen Verbrennungsmotoren neben CO2 auch Schadstoffe aus, wie z. B. Stickoxid, Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoff. Um einen Ausstoß derartiger Schadstoffe zu verringern, sind den Verbrennungsmotoren üblicherweise Katalysatoren, beispielsweise 3-Wege-Katalysatoren, nachgeschaltet, welche in der Lage sind, derartige Schadstoffe zu verringern, beispielsweise indem diese in Kohlendioxid und Wasser umgewandelt werden. Für einen effektiven Betrieb des Katalysators benötigt der Katalysator jedoch eine ausreichende Betriebstemperatur von einigen hundert Grad Celsius.
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Um den Verbrauch und die Emissionen von Verbrennungsmotoren, insbesondere von großvolumigen Verbrennungsmotoren, zu verringern, können beispielsweise einzelne oder mehrere Zylinder bei niedrigen Lasten abgeschaltet werden. Die daraus resultierende Steigerung des Gesamtwirkungsgrads basiert im Wesentlichen auf einer Reduzierung von Ladungswechselverlusten der weiterhin arbeitenden Zylinder, der sogenannten befeuerten Zylinder. Zur Umsetzung der Zylinderabschaltung kann beispielsweise eine Ventilabschaltung durchgeführt werden, bei welcher beispielsweise die Ventile des Zylinders geschlossen bleiben und gleichzeitig kein Kraftstoff in die Zylinder eingespritzt wird. Eine derartige Ventilabschaltung ist jedoch verhältnismäßig kostspielig. Alternativ kann lediglich die Einspritzung auf den abgeschalteten Zylindern ausgeschaltet werden. Insbesondere bei Motoren mit mehreren Zylinderbänken und einer regelmäßigen Zündreihenfolge pro Bank kann dieses Konzept aufgrund seiner einfachen und kostengünstigen Umsetzung den Verbrauch des Motors reduzieren. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass bei abgeschalteten Zylindern der den abgeschalteten Zylindern nachgeschaltete Katalysator auskühlt, wodurch ein erhöhter Schadstoffausstoß bei einer Wiederverwendung der zuvor abgeschalteten Zylinder auftreten kann.
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In diesem Zusammenhang ist aus der
EP 1 710 408 A1 ein Abgassystem für einen Verbrennungsmotor bekannt. Das Abgassystem umfasst einen Hauptabgaspfad, welcher mit mindestens einem Zylinder verbunden ist, einen Abgasrückführungspfad, welcher von dem Hauptabgaspfad derart abgezweigt ist, dass ein Teil des Abgases zu einem Einlasssystem zurückgeführt wird, eine Nebenleitung, welche von dem Abgasrückführungspfad abgeleitet ist und einen höheren Pfadwiderstand als der Abgasrückleitungspfad aufweist, und einen katalytischen Umwandler, welcher in der Nebenleitung vorgesehen ist.
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Im Dokument
DE 44 21 258 A1 ist der Betrieb eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs 1 definierten Schritten beschrieben.
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Das Dokument
DE 30 07 370 C2 bezieht sich ebenfalls auf den Betrieb eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern in einer ersten und in einer zweiten Zylindergruppe, wobei eine Zylindergruppe abgeschaltet wird und ihr ein Teil des von ihr ausgestoßenen Abgases zu ihrem Ansaugbereich geleitet wird. Dergleichen ist auch im Dokument
EP 1 612 393 A1 dargestellt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Gesamtausstoß an Kohlendioxid und Schadstoffen eines Verbrennungsmotors zu verringern.
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Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern nach Anspruch 1, einen Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern nach Anspruch 12 und ein Fahrzeug nach Anspruch 13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern bereitgestellt. Bei dem Verfahren wird eine erste Zylindergruppe der mehreren Zylinder in einer Zylinderabschaltungsbetriebsart betrieben. In der Zylinderabschaltungsbetriebsart wird den Zylindern der ersten Zylindergruppe kein Kraftstoff zugeführt. Eine zweite Zylindergruppe der mehreren Zylinder wird einer Antriebsbetriebsart betrieben. In der Antriebsbetriebsart wird den Zylindern der zweiten Zylindergruppe Kraftstoff zur Verbrennung zugeführt. Ein Anteil eines Fluids, welches von der ersten Zylindergruppe bei Auslasstakten von Zylindern der ersten Zylindergruppe ausgestoßen wird, d. h. ein Anteil von Abgasen von Zylindern der ersten Zylindergruppe, wird zu einem Ansaugbereich der ersten Zylindergruppe geleitet. Indem die erste Zylindergruppe in der Zylinderabschaltungsbetriebsart betrieben wird, kann ein Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors und somit ein Ausstoß von Kohlendioxid verringert werden. Indem die Abgase der ersten Zylindergruppe zumindest teilweise zu einem Ansaugbereich der ersten Zylindergruppe zurückgeleitet werden, können Ladungswechselverluste und ein Auskühlen der ersten Zylindergruppe und insbesondere ein Auskühlen eines nachgeschalteten Katalysators verhindert werden. Dadurch können ein Verbrauch der nicht abgeschalteten zweiten Zylindergruppe und Schadstoffemissionen beim Wiedereinsetzen der Zylinder der ersten Zylindergruppe verringert werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Anteil des Fluids, welches von den Zylindern der ersten Zylindergruppe bei Auslasstakten ausgestoßen wird, über ein Sekundärluftkanalsystem zu dem Ansaugbereich der ersten Zylindergruppe zurückgeleitet. Das Sekundärluftkanalsystem stellt eine Fluidverbindung zwischen einem Auslasskanal eines Auslassventils eines Zylinders der ersten Zylindergruppe und einem Ansaugbereich der ersten Zylindergruppe bereit. Viele Verbrennungsmotoren weisen ein derartiges Sekundärluftkanalsystem auf, um im normalen Betrieb, d. h. wenn die Zylinder in einer Antriebsbetriebsart betrieben werden, das Abgas mit Frischluft anzureichern. Indem das Sekundärluftkanalsystem in der Gegenrichtung betrieben wird, kann Fluid in der Zylinderabschaltungsbetriebsart auf einfache Art und Weise zu dem Ansaugbereich über das Sekundärluftkanalsystem zurückgeleitet werden. Wenn ein Verbrennungsmotor über ein derartiges Sekundärluftkanalsystem verfügt, ist somit eine kostengünstige Realisierung des Verfahrens möglich.
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In der vorliegenden Beschreibung werden die Begriffe „Fluid”, „Luft” und „Abgas” häufig synonym verwendet, um ein Gas zu bezeichnen, welches bei einem Auslasstakt aus einem Zylinder ausgestoßen wird. Bei einem Zylinder, welcher in der Zylinderabschaltungsbetriebsart betrieben wird, d. h. bei einem Zylinder, welchem kein Kraftstoff zugeführt wird und welcher somit nicht befeuert ist, kann dieses Fluid oder Abgas eine Mischung aus Verbrennungsabgasen und Frischluft umfassen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird der Anteil des Fluids, welcher von den Zylindern der ersten Zylindergruppe bei Auslasstakten ausgestoßen wird, zu dem Ansaugbereich der ersten Zylindergruppe geleitet, bevor das Fluid einen Abgaskatalysator des Verbrennungsmotors erreicht. Dadurch kann ein Abkühlen des Abgaskatalysators verhindert oder zumindest hinausgezögert werden, wodurch der Abgaskatalysator bei einem Wiedereinsetzen der Zylinder der ersten Zylindergruppe eine ausreichende Temperatur aufweist, um einen Schadstoffausstoß zu verringern.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vollständig oder teilweise verhindert, dass das Fluid, welches von den Zylindern der ersten Zylindergruppe bei Auslasstakten ausgestoßen wird, durch eine Abgasanlage des Verbrennungsmotors entweicht. Somit wird verhindert oder vermindert, dass Abgase durch den Abgaskatalysator der Abgasanlage strömen und den Abgaskatalysator abkühlen. Um zu verhindern, dass das Fluid bzw. das Abgas durch die Abgasanlage entweicht, kann eine Abgasklappe in der Abgasanlage geschlossen oder auch teilweise geschlossen werden. Derartige Abgasklappen sind bei vielen Verbrennungsmotoren aus akustischen Gründen ohnehin in der Abgasanlage vorgesehen, so dass auf diese Art und Weise mit kostengünstigen Mitteln verhindert werden kann, dass das Fluid der ersten Zylindergruppe durch die Abgasanlage entweicht, wenn die erste Zylindergruppe in der Zylinderabschaltbetriebsart betrieben wird. Der Anteil des Fluids, welcher zu dem Ansaugbereich der ersten Zylindergruppe zurückgeleitet wird, kann beispielsweise mindestens 90%, vorzugsweise 99%, des von den Zylindern der ersten Zylindergruppe bei Auslasstakten ausgestoßenen Fluids umfassen. Dadurch kann ein Auskühlen der Zylinder der ersten Zylindergruppe sowie des der ersten Zylindergruppe nachgeschalteten Abgaskatalysators wirksam verhindert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird bei dem Verfahren, während die Zylinder der ersten Zylindergruppe in der Zylinderabschaltungsbetriebsart betrieben werden, Fluid von dem Ansaugbereich über Einlassventile der Zylinder der ersten Zylindergruppe in die Zylinder der ersten Zylindergruppe angesaugt und Fluid aus den Zylindern der ersten Zylindergruppe über Auslassventile der Zylinder der ersten Zylindergruppe in einen Abgasbereich der ersten Zylindergruppe ausgestoßen. Anders ausgedrückt wird in der Zylinderabschaltungsbetriebsart keine Ventilabschaltung betrieben, d. h. die Ventile arbeiten unabhängig von einer Antriebsbetriebsart oder einer Zylinderabschaltungsbetriebsart, so dass keine aufwändige Ventilsteuerung, wie z. B. eine vollvariable Ventilsteuerung erforderlich ist. Überdies kann zusätzlich eine Drosselklappe, welche dem Ansaugbereich der ersten Zylindergruppe zugeordnet ist, geöffnet werden. Somit kann ohne Veränderung der Ventilsteuerung durch das Öffnen der Drosselklappe ein Pumpverlust der abgeschalteten ersten Zylindergruppe verringert werden, ohne dass eine Abkühlung der Zylinder der ersten Zylindergruppe oder des der ersten Zylindergruppe nachgeschalteten Katalysators auftritt. Somit kann eine Kraftstoffersparnis durch Abschalten der ersten Zylindergruppe erreicht werden, ohne dass bei einem Wiedereinschalten der ersten Zylindergruppe ein Schadstoffausstoß in den Abgasen der ersten Zylindergruppe vergrößert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform werden die erste Zylindergruppe in der Zylinderabschaltungsbetriebsart und die zweite Zylindergruppe in der Antriebsbetriebsart gleichzeitig über mehrere, d. h. mindestens zwei, Kurbelwellenumdrehungen hinweg betrieben. Insbesondere kann der Verbrennungsmotor für mehrere Sekunden, beispielsweise bis zu einigen hundert Sekunden, derart betrieben werden, dass sich die erste Zylindergruppe in der Zylinderabschaltungsbetriebsart und die zweite Zylindergruppe gleichzeitig in der Antriebsbetriebsart befinden. Durch das Zurückleiten der Abgase der ersten Zylindergruppe zu dem Ansaugbereich der ersten Zylindergruppe kann auch über mehrere Kurbelwellenumdrehungen hinweg ein Auskühlen der Zylinder der ersten Zylindergruppe und des nachgeschalteten Katalysators verhindert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird der zu dem Ansaugbereich zurückgeleitete Anteil des von der ersten Zylindergruppe ausgestoßenen Fluids über eine Abgasrückführungsleitung zu dem Ansaugbereich der ersten Zylindergruppe zurückgeleitet. Die Abgasrückführungsleitung umfasst eine Fluidverbindung zwischen einem der ersten Zylindergruppe zugeordneten Abgassystem und dem Ansaugbereich der ersten Zylindergruppe. In der Abgasrückführungsleitung kann ein Abgasrückführungsventil vorgesehen sein, um einen Fluss des Fluids durch die Abgasrückführungsleitung zu verändern. Zum Zurückführen des Fluids von dem Abgassystem zu dem Ansaugbereich wird das Abgasrückführungsventil geöffnet. Abgasrückführungssysteme oder Abgasrückführungsleitungen sind bei einer Vielzahl von Verbrennungsmotoren ohnehin vorgesehen, so dass das zuvor beschriebene Verfahren kostengünstig durch eine geeignete Ansteuerung des Abgasrückführungsventils realisiert werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei dem Verfahren eine Trennklappe geschlossen, welche den Ansaugbereich der ersten Zylindergruppe von einem Ansaugbereich der zweiten Zylindergruppe trennt. Bei Verbrennungsmotoren, welche beispielsweise nur einen Ansaugbereich aufweisen oder bei welchen einige Zylinder eines gemeinsamen Ansaugbereichs abgeschaltet werden sollen, kann mit Hilfe der Trennklappe verhindert werden, dass Fluid zwischen der ersten und zweiten Zylindergruppe ausgetauscht werden kann, wodurch ein Betrieb der zweiten Zylindergruppe gestört werden könnte.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern bereitgestellt. Der Verbrennungsmotor umfasst eine erste Zylindergruppe der mehreren Zylinder und eine zweite Zylindergruppe der mehreren Zylinder. Bei einem V-Motor mit beispielsweise 6, 8 oder 12 Zylindern kann die erste Zylindergruppe beispielsweise eine erste Zylinderbank mit 3, 4 bzw. 6 Zylindern und die zweite Zylindergruppe beispielsweise eine zweite Zylinderbank mit 3, 4 bzw. 6 Zylindern umfassen. Bei einem Reihenmotor mit beispielsweise 4, 6 oder 8 Zylindern, kann die erste Zylindergruppe beispielsweise 2, 3 bzw. 4 Zylinder und die zweite Zylindergruppe die übrigen 2, 3 bzw. 4 Zylinder umfassen, deren Ansaugkanäle in jeweils einen gemeinsamen Sammler oder Sammlerbereich münden. Der Verbrennungsmotor umfasst weiterhin eine Leitung, welche einen Auslassbereich der ersten Zylindergruppe mit einem Ansaugbereich der ersten Zylindergruppe verbindet. Die Leitung kann beispielsweise eine Abgasrückführungsleitung umfassen. Weiterhin umfasst der Verbrennungsmotor einer Steuereinheit, welche in der Lage ist, die erste Zylindergruppe in einer Zylinderabschaltungsbetriebsart zu betreiben und die zweite Zylindergruppe in einer Antriebsbetriebsart zu betreiben. In der Zylinderabschaltungsbetriebsart wird der ersten Zylindergruppe kein Kraftstoff zugeführt. In der Antriebsbetriebsart wird der zweiten Zylindergruppe Kraftstoff zur Verbrennung zugeführt. Die Steuereinheit ist weiterhin in der Lage, beispielsweise über ein Abgasrückführungsventil in der Abgasrückführungsleitung, einen Anteil eines Fluids, welches von der ersten Zylindergruppe bei Auslasstakten der ersten Zylindergruppe ausgestoßen wird, von dem Auslassbereich der ersten Zylindergruppe zu dem Ansaugbereich der ersten Zylindergruppe zurückzuleiten. Der Verbrennungsmotor ist somit zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens geeignet und umfasst daher auch die zuvor beschriebenen Vorteile.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird schließlich ein Fahrzeug mit dem zuvor beschriebenen Verbrennungsmotor bereitgestellt, welches somit im Betrieb weniger Kraftstoff verbrauchen kann und weniger Emissionen ausstoßen kann.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Detail beschrieben werden.
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1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt einen Temperaturverlauf in einem Katalysator bei einem Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem Temperaturverlauf in einem Katalysator bei einem Verbrennungsmotor gemäß dem Stand der Technik.
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4 zeigt schematisch ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Verbrennungsmotoren mit großem Hubvolumen werden im normalen Fahrbetrieb häufig nur im unteren Lastbereich betrieben. Zur Bereitstellung der gewünschten Motorleistung reichen in diesem unteren Lastbereich prinzipiell weniger Zylinder aus. Um in diesem Lastbereich Kraftstoff einzusparen und Emissionen zu verringern, werden daher einige Zylinder abgeschaltet, d. h. den Zylindern wird kein Kraftstoff zugeführt, so dass in diesen Zylindern keine Verbrennung stattfindet. Abgeschaltete Zylinder werden auch als nicht befeuerte Zylinder bezeichnet und nicht abgeschaltete Zylinder, d. h. aktive Zylinder, werden auch als befeuerte Zylinder bezeichnet. Während der Zylinderabschaltung treten jedoch sogenannte Ladungswechselverluste auf, welche ein bremsendes Moment auf den Verbrennungsmotor ausüben und somit einen Teil der Kraftstoffersparnis kompensieren können. Der Ladungswechsel nimmt im Arbeitsprozess von Verbrennungsmotoren, wie z. B. Otto- oder Dieselmotoren, eine entscheidende Rolle ein. Bei Motoren mit innerer Verbrennung wird nach jedem Expansionstakt der Inhalt des Brennraums, welcher auch als Ladung bezeichnet wird, gewechselt, woraus sich der Begriff Ladungswechsel ergibt. Im Detail bedeutet dies, dass während des Ladungswechsels das Abgas aus dem Zylinder entfernt und dieser wieder mit Frischgas befüllt wird. Gerade im Teillastbereich haben die Ladungswechselverluste einen erheblichen Anteil an den Gesamtverlusten. Die Verluste beim Ladungswechsel lassen sich in drei Verlustarbeiten unterteilen:
- – Verlust an Expansionsarbeit
- – Ansaugarbeit
- – Ausschiebearbeit.
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Sowohl die Ausschiebearbeit als auch die Ansaugarbeit resultieren aus Strömungswiderständen im Ansaug- bzw. Abgassystem. Der Verlust an Expansionsarbeit resultiert hingegen lediglich aus der Öffnungszeit des Auslassventils. Um die Ladungswechselverluste zu verringern, kann der Verbrennungsmotor beispielsweise während der Zylinderabschaltung zusätzlich eine Ventilabschaltung aufweisen, bei welcher die Einlassventile und Auslassventile des Verbrennungsmotors geschlossen bleiben, um Strömungswiderstände im Ansaug- bzw. Abgassystem zu verringern. Derartige Ventilsteuerungssysteme sind jedoch komplex und kostenintensiv.
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Neben den Expansions- und Strömungsverlusten treten aufgrund der Drosselung durch eine Drosselklappe im Teillastbetrieb des Motors zusätzliche Drosselverluste auf. Diese können einen entscheidenden Einfluss auf die gesamten Ladungswechselverluste aufweisen. Zusammengefasst werden die Ansaug- und Ausschiebeverluste auch als Pumpverluste bezeichnet.
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Bei der Zylinderabschaltung von Verbrennungsmotoren ohne Ventilabschaltung kommt es darüber hinaus prinzipbedingt durch die andauernde Pumpströmung zur Abkühlung eines Katalysators, welcher den deaktivierten Zylindern zugeordnet ist. Somit verliert der Katalysator die zur Konvertierung der Schadstoffe benötigte Betriebstemperatur, wodurch es beim erneuten Aktivieren der abgeschalteten Zylinder zu einem erhöhten Emissionsausstoß kommen kann.
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Um zu verhindern, dass ein Katalysator bei einer Zylinderabschaltung durch Deaktivierung der Einspritzung auskühlt und um Pumpverluste zu verringern, wird ein Rückführsystem verwendet, welches eine Durchströmung des Katalysators mit kalter Luft während der Zylinderabschaltung verhindert oder zumindest verringert. 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor 1 mit zwei Zylindereinheiten 2, 3, welche jeweils sechs Zylinder umfassen. Jeder Zylindereinheit 2, 3 ist jeweils ein Abgaskatalysator 4, 5 zugeordnet. Die Zylindereinheit 3 kann wahlweise abgeschaltet werden, d. h. die Zylinder der Zylindereinheit 3 können wahlweise nicht befeuert werden, während die Zylinder der Zylindereinheit 2 weiterhin befeuert werden. An eine Abgasführung 6 der Zylindereinheit 3 ist eine Rückführleitung 7 angeschlossen, welche die Abgasführung 6 mit einer Ansaugseite 8 der Zylindereinheit 3 verbindet. Der Querschnitt der Rückführleitung 7 kann mit einer Umschaltvorrichtung 9, beispielsweise einem Abgasrückführungsventil, freigegeben bzw. verschlossen oder eingestellt werden. Zur weiteren Verringerung der Durchströmung des Katalysators 5 ist in der Abgasführung 6 eine weitere Umschaltvorrichtung 10, beispielsweise eine Abgasklappe, vorgesehen, welche den abströmenden Volumenstrom durch den Katalysator 5 weiter verringert oder verhindern kann. Die Umschaltvorrichtung 10 ist vorzugsweise vor dem Katalysator 5 angeordnet, kann jedoch auch in einem temperaturunkritischeren Bereich hinter dem Katalysator 5 angeordnet werden. In der Ansaugseite 8 ist eine Drosselklappe 11 vorgesehen, um eine Durchströmung der Ansaugseite 8 mit Frischluft einzustellen. Während der Zylinderabschaltung der Zylinder der Zylindereinheit 3 wird die Umschaltvorrichtung 9 geöffnet, so dass die durch die Zylinder der Zylindereinheit 3 und die Abgasführung 6 gepumpte Luft durch die Rückführleitung 7 zur Ansaugseite 8 zurückströmt und den Katalysator 5 nicht auskühlt. Darüber hinaus kann die Umschaltvorrichtung 10 während der Zylinderabschaltung geschlossen werden, so dass der Luftstrom durch den Katalysator 5 weiter reduziert wird. Die Drosselklappe 11 in der Ansaugseite 8 der abgeschalteten Zylindereinheit 3 wird geöffnet, so dass die Ladungswechselverluste auf den abgeschalteten Zylindern reduziert werden und somit die Effizienz im Betrieb der Zylinderabschaltung gesteigert wird.
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Durch die gewählten Maßnahmen wird ein Luftstrom durch den Katalysator 5 verhindert oder zumindest verringert und er behält auch während der Zylinderabschaltung der Zylinder der Zylindereinheit 3 seine Betriebstemperatur. Wird die Einspritzung auf den zuvor abgeschalteten Zylindern der Zylindereinheit 3 wieder aktiviert, schließt die Umschaltvorrichtung 9 und öffnet die Umschaltvorrichtung 10, so dass wieder ein konventioneller Motorbetrieb möglich ist. Somit kann eine Auskühlung des Katalysators 5 verhindert werden, ohne dass Einlass- und Auslassventile der Zylinder der Zylindereinheit 3 deaktiviert werden müssen. Eine kostenintensive Ventilabschaltung ist daher nicht notwendig, so dass eine kostengünstige Zylinderabschaltung bereitgestellt werden kann. Insbesondere können die Kosten für die Zylinderabschaltung bei Motoren gering gehalten werden, welche ohnehin über eine Abgasrückführung 7 und/oder eine Abgasklappe 10 verfügen.
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Durch die Rückführung der gesamten bzw. einer erheblichen Luftmenge der abgeschalteten Zylindereinheit 3 während der Zylinderabschaltung ist eine Entdrosselung der abgeschalteten Zylindereinheit 3 möglich. Durch das gezielte Öffnen der Drosselklappe 11 können die Ladungswechselverluste reduziert werden. Prinzipiell ist diese Entdrosselung der abgeschalteten Zylindereinheit bei allen Motoren möglich, welche für jede Zylindereinheit eine separate Drosselsteuerung besitzen. Somit ist das Prinzip grundsätzlich bei allen mehrzylindrigen Kolbenmaschinen anwendbar.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform für einen 6-Zylinderverbrennungsmotor 1. Der Verbrennungsmotor 1 umfasst zwei Zylindereinheiten 2, 3, welche jeweils drei Zylinder umfassen. Gleiche Bezugszeichen in der 2 bezeichnen im Wesentlichen gleiche Komponenten wie in der 1. Während einer Zylinderabschaltung der Zylinder der Zylindereinheit 3 durch Abschalten einer Einspritzung auf den Zylindern der Zylindereinheit 3 wird Spülluft über die Rückführleitung 7 von der Abgasführung 6 zu der Ansaugseite 8 zurückgeführt. Gesteuert wird diese Rückführung über die Umschaltvorrichtung 9, beispielsweise ein Abgasrückführungsventil. Zur weiteren Verringerung einer Durchströmung des Katalysators 5 ist eine weitere Umschaltvorrichtung 10, beispielsweise eine Abgasklappe, vorgesehen. Eine Klappe 12 kann eine Ansaugseite 13 für die Zylinder der Zylindereinheit 2 von der Ansaugseite 8 der Zylinder der Zylindereinheit 3 trennen und verhindert bzw. vermindert somit das Zuströmen von Frischluft zu der abgeschalteten Zylindereinheit 3 sowie eine Beeinflussung der Zylinder der Zylindereinheit 2 während der Zylinderabschaltung. Die Zeichnung stellt dies schematisiert dar. Idealerweise werden die Zylinderansaugkanäle in den jeweiligen Sammlern oder Sammlerabschnitten so zusammengefasst, dass sich für die aktiven Zylinder wieder eine symmetrische Zündreihenfolge ergibt.
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3 zeigt exemplarisch Abkühlkurven eines Katalysators bei einer Zylinderabschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einer Zylinderabschaltung ohne die erfindungsgemäße Spülluftrückführung, wie sie zuvor im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschrieben wurde. Die Abkühlung des Katalysators hängt entscheidend von der dem Katalysator durch den Motor zugeführten Luftmenge ab. Die Kurve 32 zeigt einen Verlauf der Katalysatortemperatur bei geöffneter Drosselklappe ohne Luftrückführung, also beispielsweise bei einer Zylinderabschaltung der Zylindereinheit 3, geöffneter Drosselklappe 11, geschlossener Umschaltvorrichtung 9 und geöffneter Umschaltvorrichtung 10. Dabei sinkt die Katalysatortemperatur bereits nach wenigen Sekunden unter die sogenannte Light-Off-Temperatur von ca. 300–350 Grad, welche der Katalysator 5 benötigt, um Schadstoffe, wie z. B. Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid oder Stickoxid zu konvertieren. Kurve 31 zeigt hingegen den Verlauf der Katalysatortemperatur bei einer Zylinderabschaltung mit Luftrückführung durch die Rückführleitung 7, d. h. bei geöffneter Drosselklappe 11, geschlossener Umschaltvorrichtung 10 und geöffneter Umschaltvorrichtung 9. Die Temperatur des Katalysators 5 kann auch über einen längern Zeitraum auf hohen Temperaturen gehalten werden, insbesondere oberhalb der Light-Off-Temperatur.
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Zusammenfassend wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine geringere Katalysatorauskühlung und ein höherer Wirkungsgrad während der Zylinderabschaltung durch die Luftrückführung und die Entdrosselung der abgeschalteten Zylinder erreicht. Gegenüber einer Zylinderabschaltung mit Ventilabschaltung sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erheblich geringere Veränderungen am Motor erforderlich und die Komplexität des Systems ist insgesamt verglichen mit einer vollvariablen Ventilsteuerung erheblich einfacher. Somit kann die Zylinderabschaltung kostengünstig realisiert werden. Darüber hinaus kann ein Saugrohrdruck beim Wiedereinsetzen der abgeschalteten Zylinder durch geeignetes Ansteuern der Umschaltvorrichtungen 9 und 10 sowie der Drosselklappe 11 moduliert werden, so dass beim Wiedereinsetzen keine Volllast der wiedereinsetzenden Zylinder auftritt, sondern gezielt der für den Lastpunkt erforderliche Saugrohrdruck bzw. die erforderliche Luftmenge eingestellt werden kann.
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In der vorhergehenden Beschreibung wurde Luft während der Zylinderabschaltung von der Abgasseite 6 zur Ansaugseite 8 über eine Rückführleitung 7 zurückgeführt. Alternativ kann für die Rückführung auch ein Sekundärluftkanalsystem des Verbrennungsmotors 1 genutzt werden. Ein Sekundärluftkanalsystem umfasst üblicherweise eine Luftzuführung im Auslasskanal zur Anreicherung des Abgases mit Frischluft. Während der Zylinderabschaltung kann das Sekundärluftkanalsystem hingegen in umgekehrter Richtung verwendet werden, um Luft von dem Auslassventil zu der Ansaugseite 8 zurückzuführen. Gesteuert werden kann dies beispielsweise, indem die Umschaltvorrichtung 10 geschlossen wird und ein Ventil sinngemäß wie die Umschaltvorrichtung 9 geöffnet wird.
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4 zeigt schließlich ein Fahrzeug 40 mit einem Verbrennungsmotor 1 und einer Steuereinheit 41. Die Steuereinheit 41 ist mit den Umschaltvorrichtungen 9, 10 und der Drosselklappe 11 gekoppelt und in der Lage, diese in Abhängigkeit von einer Zylinderabschaltung wie zuvor beschrieben anzusteuern. Die Steuereinheit 41 kann beispielsweise Bestandteil einer Motorsteuerung des Fahrzeugs 40 sein, welche schon die Steuerung der Kraftstoffzufuhr übernimmt.
