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DE102019107688A1 - Verbrennungsmotor sowie Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Verbrennungsmotor sowie Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors Download PDF

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DE102019107688A1
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Germany
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internal combustion
exhaust gas
catalytic converter
temperature
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Simon Sippel
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor (10) mit einer Mehrzahl von Brennräumen (12, 14, 16, 18), welcher mit seinem Auslass (26) mit einer Abgasanlage (30) verbunden ist, wobei in der Abgasanlage (30) eine Turbine (36) eines Abgasturboladers (34) und stromabwärts der Turbine (36) ein Hauptkatalysator (44) angeordnet ist, wobei in der Abgasanlage (30) stromabwärts des Auslasses (26) und stromaufwärts der Turbine (36) ein Startkatalysator (38) angeordnet ist, und wobei der Verbrennungsmotor (10) einen Abschaltmechanismus (50) aufweist, mit welchem mindestens ein Brennraum (12, 18) im Betrieb des Verbrennungsmotors (10) abgeschaltet werden kann.Es ist vorgesehen, dass in einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors (10) mindestens ein Brennraum (12, 18) abgeschaltet wird, um die geforderte Leistung auf weniger Brennräume (14, 16) zu verteilen und somit die Abgastemperatur (TEG) anzuheben, wobei der Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch den Startkatalysator (38) geleitet wird. Dadurch verkürzt sich der Zeitraum vom Kaltstart des Verbrennungsmotors (10) bis zum Erreichen der Light-Off-Temperatur (TLO) des Startkatalysators (38).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
  • Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei gilt es insbesondere, die Kaltstartemissionen des Verbrennungsmotors zu minimieren, da in der Kaltstartphase noch keine effiziente Konvertierung der Schadstoffe im Abgasstrom des Verbrennungsmotors möglich ist, solange die Abgasnachbehandlungskomponenten noch nicht ihre zur Konvertierung der Schadstoffe notwendige Mindesttemperatur erreicht haben.
  • Aus dem Stand der Technik sind Abgasnachbehandlungssysteme mit einem Startkatalysator bekannt, welcher in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors durch die Abgasanlage als erste Abgasnachbehandlungskomponente angeordnet ist. Dabei kann der Startkatalysator kleinvolumig ausgeführt werden, um sich möglichst schnell zu erwärmen und somit zeitnah nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors seine Light-Off-Temperatur zu erreichen. Ferner sind Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, bei welchen ein Katalysator mittels eines Abgasbrenners oder eines elektrischen Heizelements beheizt wird, um möglichst schnell nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors seine Light-Off-Temperatur zu erreichen. Zudem sind innermotorische Maßnahmen wie eine Verstellung des Zündwinkels in Richtung „spät“ bekannt, um die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors anzuheben. Dies führt jedoch zu einer Verschlechterung des thermischen Wirkungsgrades und somit zu einem Mehrverbrauch.
  • Ferner ist bekannt, die Leistung des Verbrennungsmotors in der Warmlaufphase zu drosseln und emissionskritische Betriebszustände zu unterbinden, um die Rohemissionen in dieser Warmlaufphase zu minimieren.
  • Aus der DE 10 2012 011 603 A1 ist ein Verbrennungsmotor mit mehreren Brennräumen bekannt, welcher mittels eines Abgasturboladers aufgeladen ist. Dabei ist in dem Abgaskanal des Verbrennungsmotors stromabwärts der Turbine ein Startkatalysator und stromabwärts des Startkatalysators ein weiterer Katalysator angeordnet, um die im Abgasstrom des Verbrennungsmotors befindlichen Schadstoffe zu konvertieren.
  • Aus der DE 10 2012 204 779 A1 ist ein Verbrennungsmotor bekannt, in dessen Abgasanlage ein elektrisch beheizbarer Drei-Wege-Katalysator und stromabwärts des elektrisch beheizbaren Drei-Wege-Katalysators ein weiterer Drei-Wege-Katalysator angeordnet sind. Dabei wird der elektrisch beheizbare Katalysator bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors beheizt, um möglichst schnell seine Light-Off-Temperatur zu erreichen.
  • Aus der DE 10 2014 214 588 A1 ist ein Verbrennungsmotor bekannt, welcher mit seinem Auslass mit einem Abgasnachbehandlungssystem verbunden ist. Dabei weist der Abgaskanal in einem Abschnitt zwischen dem Auslass und einer Turbine eines Abgasturboladers einen schaltbaren Bypass auf, in welchem ein Katalysator angeordnet ist. Stromabwärts der Turbine sind weitere Abgasnachbehandlungskomponenten angeordnet.
  • Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist jedoch, dass elektrisches Heizelement oder Abgasbrenner zusätzliche Bauteile darstellen, welche in das Abgassystem integriert werden müssen. Dies erhöht zum einen die Kosten für die Abgasanlage, zum anderen kann es aus Bauraumgründen schwierig sein, gerade in eng gepackten Motorräumen einen zusätzlichen Abgasbrenner unterzubringen.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Verbrennungsmotor mit einem Abgasturbolader die Emissionen insbesondere in der Kaltstartphase zu reduzieren und das Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten zu verbessern.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Verbrennungsmotor mit mehreren Brennräumen, welcher mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist, gelöst. Dabei sind in der Abgasanlage eine Turbine eines Abgasturboladers und stromabwärts der Turbine ein Hauptkatalysator angeordnet. Ferner ist in der Abgasanlage stromaufwärts der Turbine ein Startkatalysator angeordnet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor einen Abschaltmechanismus für eine Zylinderabschaltung aufweist, mit welchem mindestens ein Brennraum im Betrieb des Verbrennungsmotors abgeschaltet werden kann. Durch die Zylinderabschaltung werden die aktiv verbleibenden Brennräume bei einer gleichen Leistungsanforderung mit einer höheren Kraftstoffmenge betrieben, um den Drehmomentverlust durch den mindestens einen abgeschalteten Brennraum auszugleichen. Dadurch ergibt sich bei gleicher Leistung ein heißeres Abgas, wodurch sich der Startkatalysator schneller erwärmt und zeitnäher seine Light-Off-Temperatur erreicht. Dadurch können die Emissionen unmittelbar nach dem Kaltstart und in der Warmlaufphase verringert werden.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und nicht triviale Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch aufgeführten Verbrennungsmotors möglich.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Startkatalysator einen Bypass aufweist, mit welchem ein Abgas des Verbrennungsmotors an dem Startkatalysator vorbeigeführt werden kann. Durch einen Bypass kann der Strömungswiderstand in der Abgasanlage abgesenkt werden, wenn der Startkatalysator in einem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors nicht zur Abgasnachbehandlung benötigt wird und die Abgasnachbehandlung vollständig durch den Hauptkatalysator sowie weitere Abgasnachbehandlungskomponenten stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers erfolgt. Ferner kann die thermische Belastung des Startkatalysators im Normalbetrieb gesenkt werden, sodass eine vorzeitige Alterung und ein damit verbundenes Nachlassen der Konvertierungsraten verhindert wird.
  • In einer weiteren Verbesserung des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass der Bypass als schaltbarer Bypass ausgeführt ist, wobei ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors in einem ersten Betriebszustand durch den Startkatalysator und in einem zweiten Betriebszustand durch den Bypass geführt wird. Durch einen schaltbaren Bypass kann der Startkatalysator auf einfache Art und Weise in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingekoppelt oder aus diesem Abgasstrom ausgekoppelt werden. Somit kann der Startkatalysator betriebssituationsabhängig zugeschaltet werden. Somit kann eine Konvertierung der Schadstoffe auch dann sichergestellt werden, wenn die Gefahr besteht, dass der Hauptkatalysator unter seine Light-Off-Temperatur auskühlt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Startkatalysator in einem Abgasfächer des Verbrennungsmotors angeordnet ist, wobei das Abgas einer ersten Gruppe von Brennräumen durch den Startkatalysator geleitet wird und das Abgas einer zweiten Gruppe von Brennräumen an dem Startkatalysator vorbeigeführt wird. Dadurch kann der Abgasgegendruck des Verbrennungsmotors gesenkt werden, da das Abgas der zweiten Gruppe von Brennräumen nicht durch den Startkatalysator aufgestaut wird. Dies führt zu einer Erhöhung der Leistung und/oder einer Reduzierung des Verbrauchs des Verbrennungsmotors.
  • Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die zweite Gruppe von Brennräumen durch den Abschaltmechanismus ab- und zuschaltbar ist. Dadurch wird in dem ersten Betriebszustand der komplette Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch den Startkatalysator geleitet, wodurch das Aufheizen des Startkatalysators beschleunigt wird.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors vorgeschlagen, wobei in einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors mindestens ein Brennraum abgeschaltet wird, um die geforderte Leistung auf weniger Brennräume zu verteilen und somit die Abgastemperatur anzuheben, wobei der Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch den Startkatalysator geleitet wird, wodurch sich der Zeitraum vom Start des Verbrennungsmotors bis zum Erreichen der Light-Off-Temperatur des Startkatalysators verkürzt. Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren können die Kaltstartemissionen eines Verbrennungsmotors verringert werden, da der Startkatalysator im Vergleich zu bekannten Lösungen schneller seine Light-Off-Temperatur erreicht und ab diesem Zeitpunkt eine effiziente Abgasnachbehandlung des Abgases möglich ist. Ferner erhalten die Ingenieure zusätzliche Freiheitsgrade bei der Auslegung des Brennverfahrens, wodurch die Dynamik und das Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors verbessert werden können. Insbesondere ist ab Erreichen der Light-Off-Temperatur ein chemisches Heizen des Startkatalysators sowie des stromabwärts des Startkatalysators liegenden Abgaskanals möglich.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Temperatur des Verbrennungsmotors erfasst wird und mit einem Schwellenwert für die jeweilige Temperatur verglichen wird, wobei das Verfahren bei einem Unterschreiten des Schwellenwertes eingeleitet und/oder bei einem Überschreiten des Schwellenwertes beendet wird. Dabei wird bei einem kalten Verbrennungsmotor mindestens ein Brennraum abgeschaltet und das Abgas der verbleibenden Brennräume durch den Startkatalysator geleitet. Durch eine Steuerung über eine Temperatur des Verbrennungsmotors kann das Ab- und Zuschalten des mindestens einen abschaltbaren Brennraums besonders einfach gesteuert werden.
  • Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Temperatur des Verbrennungsmotors eine Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors ist. Eine mögliche Führungsgröße für das Steuerverfahren zum Abschalten der zweiten Gruppe von Brennräumen ist die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors. Diese liegt bei einem Kaltstart im Wesentlichen auf dem Niveau der Umgebungstemperatur und verbleibt im weiteren Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Temperaturbereich, welcher über ein Thermostat im Kühler einfach geregelt werden kann.
  • Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Temperatur des Verbrennungsmotors eine Brennraumtemperatur des Verbrennungsmotors ist. Durch die Erfassung der Brennraumtemperatur kann ebenfalls ein Einleiten eines erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen. Dabei führen kalte Brennräume zu einer geringeren Abgastemperatur, sodass bei einer Brennraumtemperatur unterhalb des Schwellenwertes die abschaltbaren Brennräume deaktiviert und das Abgas der verbleibenden Brennräume durch den Startkatalysator geleitet wird.
  • Ferner ist mit Vorteil vorgesehen, dass eine Katalysatortemperatur erfasst wird und das Verfahren eingeleitet wird, wenn die Katalysatortemperatur unterhalb einer Schwellentemperatur liegt.
  • Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass eine Abgastemperatur erfasst wird und das Verfahren eingeleitet wird, wenn die Abgastemperatur unterhalb einer Schwellentemperatur liegt. Durch das Erfassen der Abgastemperatur kann ebenfalls abgeschätzt werden, ob der Hauptkatalysator bereits seine Light-Off-Temperatur erreicht hat oder ob das Einleiten des Verfahrens als Heizmaßnahme notwendig ist, um eine Konvertierung der Schadstoffe im Abgasstrom des Verbrennungsmotors zu gewährleisten.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der zumindest eine abschaltbare Brennraum wieder gefeuert betrieben wird, sobald der Hauptkatalysator seine Light-Off-Temperatur erreicht hat. Hat der Hauptkatalysator seine Light-Off-Temperatur erreicht, so kann eine effiziente Abgasnachbehandlung durch den Hauptkatalysator erfolgen. Somit kann die Maßnahme der Brennraumabschaltung zur Anhebung der Abgastemperatur beendet werden. Alternativ kann der Verbrennungsmotor auch weiterhin mit einer Brennraumabschaltung betrieben werden, da eine Brennraumabschaltung zu geringeren Strömungsverlusten im Ansaugkanal und damit verbunden zu einem höheren Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors führt. Somit kann Kraftstoff eingespart werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch einen Bypass an dem Startkatalysator vorbeigeführt wird, sobald der Hauptkatalysator seine Light-Off-Temperatur erreicht hat. Durch ein Umschalten auf einen Bypassbetrieb für den Startkatalysator kann der Abgasgegendruck reduziert werden. Dies führt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads des Verbrennungsmotors, wodurch der Kraftstoffverbrauch sinkt.
  • Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:
    • 1 einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltung und einem Startkatalysator in einem ersten Betriebszustand, bei welchem der Verbrennungsmotor in einer Warmlaufphase mit einer Zylinderabschaltung betrieben wird;
    • 2 einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor mit einer Zylinderabschaltung und einem Startkatalysator in einem zweiten Betriebszustand, bei welchem sämtliche Brennräume in einem gefeuerten Betriebszustand betrieben werden; und
    • 3 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, bei welchem ein Bypass vorgesehen ist, mit welchem der Startkatalysator überbrückt werden kann.
  • 1 zeigt die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 10 mit einer Mehrzahl von Brennräumen 12, 14, 16, 18. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Einlass mit einem nicht dargestellten Luftversorgungssystem und mit seinem Auslass 26 mit einer Abgasanlage 30 verbunden. An den Brennräumen 12, 14, 16, 18 sind Einlassventile 56 und Auslassventile 58 angeordnet, mit welchen eine fluidische Verbindung vom Luftversorgungssystem zu den Brennräumen 12, 14, 16, 18 oder von den Brennräumen 12, 14, 16, 18 zur Abgasanlage 30 geöffnet oder verschlossen werden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verbrennungsmotor 10 als fremdgezündeter Vierzylinder-Reihenmotor mit einer Kraftstoffdirekteinspritzung in die Brennräume 12, 14, 16, 18 ausgeführt. In die Brennräume 12, 14, 16, 18 kann mittels Kraftstoffinjektoren 20 ein Kraftstoff eingespritzt und mittels einer Zündkerze 62 gezündet werden. Der Verbrennungsmotor 10 weist einen Auslass 26 mit einem Abgasfächer 28 auf, in welchem die Abgase der Brennräume 12, 14, 16, 18 gesammelt und einem gemeinsamen Abgaskanal 32 zugeführt werden.
  • Dabei ist eine erste Gruppe 22 von Brennräumen 14, 16 ohne Abschaltmechanismus ausgeführt, sodass die Einlassventile 56 und die Auslassventile 58 bei einer Drehung des Verbrennungsmotors 10 entsprechend einer Drehbewegung einer oder mehrerer Nockenwellen 60, 64 des Verbrennungsmotors 10 zyklisch geöffnet und geschlossen werden. Im Auslassbereich der Brennräume 14, 16 der ersten Gruppe 22 befindet sich ein Startkatalysator 38, insbesondere ein Oxidationskatalysator 40, welcher vom Abgas dieser Brennräume 14, 16 durchströmt wird.
  • Eine zweite Gruppe 24 von Brennräumen 12, 18 ist mittels eines Abschaltmechanismus 50 mit einem Aktuator 52, welcher mit der Nockenwelle 60, 64 in Wirkverbindung steht, abschaltbar. Dazu werden Nocken auf der Nockenwelle 60, 64 durch den Aktuator 52 verschoben, sodass die Einlassventile 56 und Auslassventile 58 des abgeschalteten Brennraums 12, 18 nicht mehr öffnen. Ferner wird die Kraftstoffeinspritzung in den entsprechenden Brennräumen 12, 18 ausgeschaltet. Somit wird im abgeschalteten Betriebszustand kein Drehmoment durch die entsprechenden Brennräume 12, 18 erzeugt, wodurch das erzeugte Drehmoment in den weiterhin gefeuert betriebenen Brennräumen 14, 16 im gleichen Umfang gesteigert werden muss, um das Antriebsmoment konstant zu halten. Dadurch steigt die Last in der ersten Gruppe 22 von Brennräumen 14, 16, wodurch die Abgastemperatur TEG dieser Brennräume 14, 16 angehoben wird.
  • In dem gemeinsamen Abgaskanal 32 sind eine Turbine 36 eines Abgasturboladers 34 und stromabwärts der Turbine 36 ein Hauptkatalysator 44 angeordnet. Der Hauptkatalysator 44 ist vorzugsweise als Drei-Wege-Katalysator 48 oder als Vier-Wege-Katalysator ausgeführt. Stromabwärts des Hauptkatalysators 44 können weitere Abgasnachbehandlungskomponenten 46, insbesondere weitere Katalysatoren oder Abgasfilter, insbesondere ein Partikelfilter angeordnet sein.
  • Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Motorsteuergerät 54 verbunden, über welches die Zündung, die Kraftstoffeinspritzung und die Abschaltung der Brennräume 12, 18 gesteuert wird.
  • Alternativ kann der Verbrennungsmotor 10 auch eine andere Zylinderzahl aufweisen, und insbesondere als 3-Zylinder, 5-Zylinder oder 6-Zylinder-Reihenmotor ausgeführt sein. Dabei wird durch den Abschaltmechanismus 50 mindestens ein Brennraum 12, 14, 16, 18, vorzugsweise eine Gruppe von Brennräumen abgeschaltet, um die Last für die verbleibenden Brennräume zu erhöhen. Alternativ kann der Verbrennungsmotor 10 auch als V-Motor oder als Boxermotor ausgeführt sein und eine Zylinderzahl zwischen vier und zwölf aufweisen.
  • In 1 ist der Verbrennungsmotor 10 in einem ersten Betriebszustand dargestellt, welcher einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 mit einer folgenden Warmlaufphase entspricht. In der Warmlaufphase wird die zweite Gruppe 24 von Brennräumen 12, 18 durch den Abschaltmechanismus 50 abgeschaltet, sodass ausschließlich die Brennräume 14, 16 gefeuert betrieben werden, wobei die Last in diesen Brennräumen 14, 16 entsprechend angehoben wird, um das Drehmoment der abgeschalteten Brennräume 12, 18 zu kompensieren. Das Abgas der gefeuerten Brennräume 14, 16 wird durch den Startkatalysator 38 geleitet, wodurch sich dieser erwärmt und möglichst schnell nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 seine Light-Off-Temperatur TLO erreicht. Ab Erreichen der Light-Off-Temperatur TLO werden die unverbrannten oder teilverbrannten Abgaskomponenten mit dem Restsauerstoff im Abgas auf der katalytisch wirksamen Oberfläche des Startkatalysators 38 exotherm umgesetzt, wodurch sich der Startkatalysator 38 und der stromabwärts des Startkatalysators 38 liegende Bereich der Abgasanlage 30 weiter aufheizt. Dadurch wird auch der Hauptkatalysator 44 weiter aufgeheizt.
  • Sobald der Hauptkatalysator 44 dauerhaft seine Light-Off-Temperatur TLO erreicht hat, werden die Brennräume 12, 18 der zweiten Gruppe 24 zugeschaltet und der Verbrennungsmotor 10 in einen Normalbetrieb überführt. Dazu werden über die Aktuatoren 52 die Nocken der Nockenwellen 60, 64 entsprechend verschoben, dass die Ventile 56, 58 der zugeschalteten Brennräume 12, 18 wieder zyklisch öffnen und schließen. Ferner wird die Kraftstoffeinspritzung und die Zündung dieser Brennräume 12, 18 wieder aktiviert.
  • In 2 ist ein zweiter Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10 dargestellt, bei welchem sämtliche Brennräume 12, 14, 16, 18 der ersten Gruppe 22 und der zweiten Gruppe 24 aktiviert sind und in einem gefeuerten Motorbetrieb genutzt werden. Dabei wird das Abgas der ersten Gruppe 22 von Brennräumen 14, 16 durch den Startkatalysator 38 geleitet, während das Abgas der zweiten Gruppe 24 von Brennräumen 12, 18 am Startkatalysator 38 vorbeigeleitet in den Abgasfächer 28 gelangt.
  • In 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt, weist der Startkatalysator 38 in diesem Ausführungsbeispiel einen Bypass 42 auf, welcher über ein Bypassventil 66 schaltbar ist. Dabei wird das Abgas der Brennräume 14, 16 der ersten Gruppe 22 in der Warmlaufphase durch den Startkatalysator 38 geleitet und bei Erreichen der Light-Off-Temperatur TLO des Hauptkatalysators und dem damit verbundenen Zuschalten der zweiten Gruppe 24 von Brennräumen 12, 18 auf einen Bypassbetrieb des Startkatalysators 38 umgeschaltet, wobei das Bypassventil 66 geöffnet wird und das Abgas der ersten Gruppe 22 von Brennräumen 14, 16 an dem Startkatalysator 38 vorbei durch den Bypass 42 geleitet wird, um die thermische Belastung des Startkatalysators 38 und den Abgasgegendruck im Normalbetrieb zu reduzieren.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Verbrennungsmotor
    12
    erster Brennraum
    14
    zweiter Brennraum
    16
    dritter Brennraum
    18
    vierter Brennraum
    20
    Kraftstoffinjektor
    22
    erster Gruppe von Brennräumen
    24
    zweiter Gruppe von Brennräumen
    26
    Auslass
    28
    Abgasfächer
    30
    Abgasanlage
    32
    Abgaskanal
    34
    Abgasturbolader
    36
    Turbine
    38
    Startkatalysator
    40
    Oxidationskatalysator
    42
    Bypass
    44
    Hauptkatalysator
    46
    Abgasnachbehandlungskomponente
    48
    Drei-Wege-Katalysator
    50
    Abschaltmechanismus
    52
    Aktuator
    54
    Motorsteuergerät
    56
    Einlassventil
    58
    Auslassventil
    60
    Nockenwelle
    62
    Zündkerze
    64
    Nockenwelle
    66
    Bypassventil
    T
    Temperatur
    TCC
    Brennraumtemperatur
    TCF
    Kühlmitteltemperatur
    TEG
    Abgastemperatur
    TLO
    Light-Off-Temperatur
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012011603 A1 [0005]
    • DE 102012204779 A1 [0006]
    • DE 102014214588 A1 [0007]

Claims (10)

  1. Verbrennungsmotor (10) mit mehreren Brennräumen (12, 14, 16, 18), welcher mit seinem Auslass (26) mit einer Abgasanlage (30) verbunden ist, wobei in der Abgasanlage (30) eine Turbine (36) eines Abgasturboladers (34) und stromabwärts der Turbine (36) ein Hauptkatalysator (44) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (30) stromaufwärts der Turbine (36) ein Startkatalysator (38) angeordnet ist, und wobei der Verbrennungsmotor (10) einen Abschaltmechanismus (50) für eine Zylinderabschaltung aufweist, mit welchem mindestens ein Brennraum (12, 18) im Betrieb des Verbrennungsmotors (10) abschaltbar ist.
  2. Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Startkatalysator (38) einen Bypass (42) aufweist, mit welchem ein Abgas des Verbrennungsmotors (10) an dem Startkatalysator (38) vorbeigeführt werden kann.
  3. Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (42) als ein schaltbarer Bypass (42) ausgeführt ist, wobei ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) in einem ersten Betriebszustand des Verbrennungsmotors (10) durch den Startkatalysator (38) und in einem zweiten Betriebszustand durch den Bypass (42) geführt wird.
  4. Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Startkatalysator (38) in einem Abgasfächer (28) des Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist, wobei das Abgas einer ersten Gruppe (22) von Brennräumen (14, 16) durch den Startkatalysator (38) geleitet wird und das Abgas einer zweiten Gruppe (24) von Brennräumen (12, 18) an dem Startkatalysator (38) vorbeigeführt wird.
  5. Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gruppe (24) von Brennräumen (12, 18) durch den Abschaltmechanismus (50) ab- und zuschaltbar ist.
  6. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors (10) mindestens ein Brennraum (12, 18) abgeschaltet wird, um die geforderte Leistung auf weniger Brennräume (14, 16) zu verteilen und somit die Abgastemperatur (TEG) anzuheben, wobei der Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) durch den Startkatalysator (38) geleitet wird, wodurch sich der Zeitraum vom Start des Verbrennungsmotors (10) bis zum Erreichen der Light-Off-Temperatur (TLO) des Startkatalysators (38) verkürzt.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur (TCC, TCF) des Verbrennungsmotors (10) erfasst und mit einem Schwellenwert für die jeweilige Temperatur (TCC, TCF) verglichen wird, wobei das Verfahren bei einem Unterschreiten des Schwellenwertes eingeleitet wird und/oder bei Überschreiten des Schwellenwertes beendet wird.
  8. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlmitteltemperatur (TCF) oder eine Brennraumtemperatur (TCC) des Verbrennungsmotors (10) erfasst wird.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine abgeschaltete Brennraum (12, 18) wieder gefeuert betrieben wird, sobald der Hauptkatalysator (44) seine Light-Off-Temperatur (TLO) erreicht hat.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) durch einen Bypass (42) an dem Startkatalysator (38) vorbeigeführt wird, sobald der Hauptkatalysator (44) seine Light-Off-Temperatur (TLO) erreicht hat.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4139291A1 (de) * 1991-11-29 1993-06-03 Audi Ag Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine mit abgasturboaufladung
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DE102017109387A1 (de) * 2016-05-03 2017-11-09 Ford Global Technologies, Llc Systeme und verfahren zum steuern eines turbinengenerators in einem motorsystem mit geteiltem abgasstrom

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