CN116209822A - 用于机动车的内燃机以及机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机(10)，其具有：燃烧室(14)、进气系统(12)、排气系统(16)、安置在排气系统内的废气处理装置(20)、废气涡轮增压器(22)以及在废气处理装置(20)上游安置在排气系统(16)内的加热件(18)，该废气涡轮增压器具有作为第一叶轮(24)的压缩机叶轮和作为第二叶轮(26)的涡轮叶轮以及电机，借助电机在加热运行中能驱动至少其中一个叶轮(24,26)，因此在加热运行中借助所述至少一个叶轮(24,26)能够将作为加热介质的空气输送入排气系统(16)，加热介质能借助加热件(18)被加热，其中，设有至少一个管路件(28)，在布置于废气处理装置(20)下游的第一连接部位(30)处并且在布置于加热件(18)上游的第二连接部位(32)处，该管路件都流体连通至排气系统(16)。

Description

用于机动车的内燃机以及机动车
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于机动车的内燃机。本发明还涉及一种机动车。
背景技术
DE 10 2017 213 004 A1公开一种内燃机，其具有内燃发动机、用于供应新风至内燃发动机的新风道、用于从内燃发动机排出废气的排气系统和至少一个集成在排气系统中的废气处理装置。内燃机还包括集成到新风道或排气系统中的电动式压缩机和设于废气处理装置之前的或集成在其中的用于加热流过它的气体的加热装置。内燃机具有如此设计的控制装置，即，当一个内燃机部件的温度低于规定极限值时，它在内燃发动机不工作时根据需要使压缩机与加热装置同时地运行。
此外，DE 10 2018 129 955 A1公开一种用于排出和清洁内燃发动机、尤其是机动车内燃发动机的燃烧废气的废气设备的预调温方法，其中，在废气设备中空气被加热件加热。由鼓风机在废气设备中用加热空气产生热空气流，其中，该废气设备的第一催化器被热风流加热到最低工作温度。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种内燃机和一种机动车，从而能很有利且很快速地进行废气处理装置的加热。
根据本发明，该目的通过一种具有权利要求1的特征的内燃机以及通过一种具有权利要求10的特征的机动车实现。在从属权利要求中说明具有合适的发明改进方案的有利设计。
本发明的第一方面涉及一种用于机动车的内燃机，它可通过内燃机从动轴被内燃机驱动。内燃机具有至少一个燃烧室和可被空气流过的进气系统，其中，通过进气系统可以给燃烧室供应空气。内燃机还包括可被来自燃烧室的废气流过的排气系统，其中，在排气系统中设有用于处理废气的废气处理装置。另外，在排气系统中在废气处理装置上游设有至少一个用于加热流过排气系统的气体的加热件。内燃机包括电力辅助的废气涡轮增压器，其具有作为第一叶轮的安置在进气系统中的用于压缩流过进气系统的空气的压缩机叶轮。电力辅助的废气涡轮增压器还具有安置在排气系统中的且可被废气驱动的作为第二叶轮的涡轮叶轮以及电机。可借助电机在用于加热废气处理装置的加热运行中驱动两个叶轮中的至少一个，由此在此时加热运行(在其中，不发生燃烧室内的燃烧过程且从动轴静止)中，借助至少一个叶轮可将作为加热介质的空气输送入排气系统。加热介质可在用于加热废气处理装置的加热运行中借助加热件被加热。因此例如加热介质是可借助加热件被加热或升温的所述气体或一种气体。
根据本发明，该内燃机具有至少一个管路件，其在布置于废气处理装置下游的第一连接部位处和在布置于加热件上游的第二连接部位处流体连通至排气系统。借助该管路件，可以将至少一部分的加热介质从第一连接部位回流至第二连接部位并且在第二连接部位送入排气系统中。
机动车优选设计成汽车、尤其是轿车。内燃机可以设计成活塞发动机并且具有发动机组，其包括燃烧室。通过进气系统，流体且一般是空气流入燃烧室。在点火运行中在燃烧室内进行燃烧过程。在各自燃烧过程中燃烧燃料空气混合物，由此产生内燃机废气。
在尤其也可称为废气设备的排气系统中，安置有用于处理废气的废气处理装置。换言之，废气处理装置用于借助尤其至少一个催化器和/或至少一个过滤器例如微粒过滤器净化废气。借助催化器，废气中存在的有害物质例如像一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮或未燃的碳氢化合物借助至少一个化学反应被转化为无害物质。催化器尤其是指如下部件，它尤其降低化学反应的活化能，由此该化学反应以很快速的反应速度进行。活化能尤其是化学反应开始所需要的能量。反应速度尤其是化学反应进行速度。以下部件尤其被称为过滤器，其从气流或液流中截留固体。由此，尤其可以被称为微粒或炭黑的固体物质或有害物质从废气中被过滤掉。
为了实现很好的内燃机废气清洁而有利的是，废气处理装置、尤其是催化器具有最低温度，它尤其可被称为转换温度或起燃温度或起动温度。为此，尤其在冷起动时需要废气处理装置的加热。冷起动尤其是指内燃机投入运行、起动、开始运行或激活，此时内燃机的温度大致对应于环境温度。在内燃机起动时，内燃机从不发生燃烧室内的燃烧过程且从动轴静止的状态(这也被称为发动机停止)被置入激活状态，激活状态尤其被称为点火运行。在冷起动之后，废气处理装置借助废气被加热。尤其在有由内燃发动机和电动行驶构成的组合的车辆中，排气系统借助废气的加热或保温十分困难，因为废气质量流在许多工作状态中可能很少或不存在。机动车的尤其电动行驶被称为电力行驶，其中，在电动行驶中该机动车至少部分被电机驱动。
在排气系统内布置于废气处理装置上游的加热件可以尤其在冷起动之后尤其加速废气处理装置的加热。如此设计加热件，即，它加热流过或围绕加热件流动的气体例如废气。气体在内燃机正常运行中和/或冷起动时是废气，在不同于正常运行的内燃机加热运行中，气体是空气，其借助加热件被加热并作为加热介质被用于废气处理装置的加热或升温。
为了实现很有利且快速的废气处理装置加热，设有根据本发明的管路件。在加热运行中，加热介质例如可以借助电动的、电力辅助的或可电力辅助的废气涡轮增压器从进气系统被输送入排气系统而送向加热件，和/或加热介质可以在排气系统中被输送并且同时尤其经由管路件循环。在此情况下，两个叶轮中的至少一个叶轮借助电机而用电能被驱动，电能尤其可以取自被称为车载电源的供电装置。借助管路件，至少一部分通过加热件加热的加热介质可以在流过废气处理装置之后重新被回流至加热件和废气处理装置，由此出现再循环回路。通过这种方式，不仅废气处理装置被加热，排气系统的其它部件也被加热。由此，在废气处理装置与在其周围的排气系统部件之间存在很小的温度梯度，由此由废气处理装置将很少的热送出至周围的排气系统部件。换言之，废气处理装置的热损失很低。由此可以很高效地安排废气处理装置的加热和保温。此外，加热介质可以被快速置于很高温度，由此能高效地有效加热废气处理装置。再循环回路尤其是可以在发动机停止时运行。加热介质在再循环回路中的输送尤其可以借助电动的至少一个叶轮、尤其是借助第二叶轮进行或至少得到其辅助。换言之，再循环回路可借助电动的至少一个叶轮来维持。因此可以实现废气处理装置的调温，尤其是在发动机停止时。由此，从内燃机排出很少的有害物质，尤其在冷起动之后。
在本发明的一个实施方式中，在管路件中设有阀件，借此可以调节流过管路件的加热介质量。为此可以将阀件连接至例如由控制设备表示的或被称为控制设备的调节装置。管路件借助阀件仅部分或完全可关闭。
在本发明的另一个设计中，内燃机具有废气回流管路，其在布置于涡轮叶轮下游、尤其是废气处理装置下游的分流部位处流体连通至排气系统。另外，废气回流管路在通入部位流体连通至进气系统。通入部位可以在进气系统内布置在压缩机叶轮的上游或下游。借助废气回流管路，至少一部分废气可以在分流部位从排气系统分流出并被送入废气回流管路。被送入废气回流管路的废气可以流过废气回流管路并且借助废气回流管路被引导至通入部位并且在通入部位被送入进气系统，这尤其可被称为低压废气回流。由此可以将废气引导入燃烧室。已经在燃烧过程开始前存在于燃烧室中的废气部分可以保持很少的在燃烧过程中生成的有害物质。在此，它尤其可以是一氧化氮或二氧化氮，两者都尤其被称为氮氧化物。在加热运行中，例如至少一部分加热介质可以从分流部位被引导至通入部位并且在通入部位被送入进气系统。
在另一个实施方式中，在废气回流管路中设有废气回流阀，借此可以调节流过废气回流管路的废气量和/或加热介质量。为此，废气回流阀可以连接至调节装置并可由调节装置驱控并由此可运行。废气回流管路例如借助废气回流阀仅部分或完全可关闭。
另一个实施方式的特点是，内燃机具有回流管路，其在布置于涡轮叶轮上游的第三连接部位流体连通至排气系统并在第四连接部位流体连通至进气系统。第四连接部位优选可以布置在压缩机叶轮的下游。借助回流管路，例如至少一部分流过排气系统的废气可以从排气系统分流出并被送入回流管路中。被通入回流管路的废气可以沿第一流动方向流过回流管路并由此借助回流管路从第三连接部位被引导至第四连接部位并且在第四连接部位被送入进气系统，这尤其可被称为高压废气回流。在加热运行中，至少一部分加热介质或全部加热介质可以在第四连接部位从进气系统分流出并被送入回流管路中。被通入回流管路的废气可以沿与第一流动方向相反的第二流动方向流过回流管路，并且借助回流管路从第四连接部位被引导至第三连接部位。在此，加热介质从进气系统绕过内燃机的这个或所有燃烧室地被引导入排气系统并送至加热件，由此该加热介质和进而该废气处理装置可以被很有效地加热。
在本发明的另一个实施方式中，在回流管路中设有回流阀，借此可以调节流过回流管路的废气量和/或加热介质量。为此，回流阀可以连接至调节装置并且可被调节装置驱控。该回流管路借助回流阀例如仅部分或完全可关闭。
最后表明特别有利的是加热件具有至少一个电热件和/或至少一个烧嘴和/或至少一个电催化器。电热件尤其指如下加热件，其将电流转化为热。烧嘴尤其指如下加热件，在此，至少一种尤其是液态或气态的燃料在形成火焰的情况下或者无火焰地且因此以催化的方式燃烧，尤其释放热或发出热。电催化器尤其是指如下的催化器，其借助电热件被加热或可加热，其中，该电热件例如被固定在催化器壳体上和/或可以连接至催化器的催化结构或起催化作用的结构。
本发明的第二方面涉及一种机动车，其具有根据本发明的第一方面的本发明内燃机。本发明的第一方面的优点和有利设计应被视为本发明的第二方面的优点和有利设计，反之亦然。本发明的机动车优选设计成汽车、尤其是轿车或卡车或者公交客车或摩托车。
从以下对优选实施例的说明中以及结合图得到本发明的其它优点、特征和细节。以上在说明书中提到的特征和特征组合以及以下在附图说明中提到的和/或在唯一图中被单独示出的特征和特征组合不仅在各自所指出的组合中、也在其它组合中或单独地可采用，而没有脱离本发明范围。
附图说明
绘图在唯一的图中示出本发明的内燃机的示意图。
具体实施方式
唯一的图示意性示出用于机动车、尤其是优选设计成轿车的汽车的内燃机10。在此，机动车可借助内燃机10被驱动。内燃机10具有进气系统12、至少一个气缸和排气系统16。气缸部分界定燃烧室14。内燃机10具有活塞，活塞可平移运动地容置在气缸内。活塞部分界定燃烧室14。在如图所示的实施例中，它是包括正好四个燃烧室14的四缸发动机。
进气系统可被呈空气形式的流体流过，其借助进气系统被引导入燃烧室14。在燃烧室14中，在内燃机10点火运行期间进行燃烧过程，由此导致内燃机10的废气。废气可以流过被称为废气设备的排气系统12并且经由排气系统12离开燃烧室14。在排气系统16中设置至少一个加热件18和废气处理装置20，其中，该加热件18布置在废气处理装置20的上游。废气处理装置20包括至少一个废气净化部件。废气净化部件例如可以设计成氧化催化器、尤其是柴油氧化催化器(DOC)、NOx存储催化器(NSK)、SCR催化器(选择性催化还原催化器)、柴油微粒过滤器(DPF)或柴油微粒过滤器上的SCR催化器(SDPF)。
氧化催化器尤其是指如下催化器，其借助利用余氧的氧化而从废气中去除一氧化碳和未燃的碳氢化合物。余氧尤其是指下述氧分子，其在燃烧过程中不曾参与化学反应，因此作为氧可供其它化学反应所用。NOx存储催化器(NSK)尤其是指如下催化器，其具有存储器部分，在其中氮氧化物化学结合且因此从废气中被去除。接着，可以在废气贫氧的内燃机工作状态中又从存储器部分中释放出氮氧化物并用还原性成分如未燃的碳氢化合物或一氧化碳进行还原。SCR催化器尤其是指如下催化器，在其中将氮氧化物与来自所输入的尿素溶液的尿素在氧化还原反应中反应成氮气和水。柴油微粒过滤(DPF)尤其是指如下过滤器，其从废气中去除也被称为炭黑或微尘的微粒。
内燃机10也具有电动的、电力辅助的或可电力辅助的废气涡轮增压器22，其包括安置在进气系统12内的作为第一叶轮24的压缩机叶轮、安置在排气系统16内的作为第二叶轮26的涡轮叶轮和轴。第一叶轮24和第二叶轮26安置在该轴上并且抗旋转地联接至该轴。第一叶轮24、第二叶轮26和该轴例如是彼此分开构成的部件，它们如此相互连接，即，这些部件之间的相对运动和在该轴的轴向和径向上彼此相对进行的运动被禁止或避免。第一叶轮24例如被用于压缩能够经由进气系统12供给燃烧室14的空气。借助第二叶轮26，例如从燃烧室14流入排气系统16的废气被膨胀，由此第二叶轮26被废气驱动。此外，内燃机10具有电机，借此能在使用电能的情况下驱动废气涡轮增压器22。该电机可以如此设计，即，它驱动废气涡轮增压器22的轴，使得第一叶轮24和第二叶轮26借助该轴被驱动。或者可以如此设计该电机，即，第一叶轮24和/或第二叶轮26可直接被电机驱动。这是指该轴未直接被电机驱动。内燃机10也具有例如设计成曲轴的从动轴，内燃机借此可提供用于驱动机动车的扭矩，尤其在内燃机10点火运行中。在内燃机10的加热运行中，空气作为加热介质借助电力辅助的废气涡轮增压器22被输送入排气系统16，做法是两个叶轮24、26中的至少一个借助该电机被电驱动。在加热运行期间不发生在内燃机的所述燃烧室或所有燃烧室14内的燃烧过程，并且在加热运行期间从动轴静止。此外，在加热运行中，加热介质借助加热件18被加热，从而借助被加热的加热介质在加热运行中加热废气处理装置20或使之升温。
为了现在能特别有利且很快速地加热废气处理装置20，内燃机10具有至少一个管路件28，其在布置于废气处理装置20下游的第一连接部位30和在布置于加热件18上游、尤其是涡轮叶轮26上游的第二连接部位32流体连通至排气系统16。借助管路件28，至少一部分流过排气系统16的加热介质可在第一连接部位30从排气系统16分流并可从第一连接部位30回流至第二连接部位32并且在第二连接部位32可被送入排气系统16中。由此可以达成加热介质的回流，因为加热介质借助管路件28从第一连接部位30被回流向与之相比布置于上游的第二连接部位32并被送入排气系统16中。加热介质的回流形成第一再循环回路，加热介质在其中或经此可以在连接部位30、32之间循环。第一再循环回路可以借助电动的废气涡轮增压器22尤其在被称为发动机停止的状态中运行。由此，废气处理装置20可以在发动机停止时事先被加热且因此很有利地被调节温度。因而内燃机10具有很少的有害物质排放。发动机停止是指在内燃机10中不进行燃烧过程且从动轴静止。
在管路件28内设置阀件34，借此可以调节流过管路件28的加热介质量。为此，阀件28可以连接至例如呈控制设备形式的调节装置。
借助在第一连接部位30的下游布置在排气系统16中的例如设计成废气阀板的废气阀件35，离开内燃机10的废气质量流和/或加热介质质量流被减少或禁止或拦截。为了出现规定的质量流，废气阀件35可以连接至调节装置，调节装置例如是控制设备并且能够驱控并由此操作、尤其控制或调整废气阀件35。通过借助废气阀件35至少部分关闭排气系统16，可以造成很大量的加热介质流过再循环回路，即，通过再循环回路或沿再循环回路循环。其中，该再循环回路包括管路件28，从而流过再循环回路的加热介质流过管路件28且因此通过管路件28循环。通过循环或再循环，废气处理装置20可以被很快速有效地加热。
内燃机10具有废气回流管路36。废气回流管路36在布置于废气处理装置20下游的分流部位38流体连通至排气系统16。另外，废气回流管路36在通入部位40流体连通至进气系统12。借助废气回流管路36，可以尤其在点火运行期间将至少一部分流过排气系统16的废气从分流部位38引导至通入部位40并且在通入部位40送入进气系统12。通入部位在第一叶轮24下游布置在进气系统内，但或者可以布置在第一叶轮24的上游，这在图中未被示出。在加热运行中，至少一部分加热介质可以从分流部位38被引导至通入部位40并在通入部位40被送入进气系统12。因此在加热运行中可以通过废气回流管路36形成加热介质的第二再循环回路。加热介质的输送通过废气涡轮增压器22的电动的第一叶轮24和/或电动的第二叶轮26进行。第二再循环回路可以与第一再循环回路无关地或与第一再循环回路一起运行。在废气回流管路36中设有废气回流阀42，借此可调节可流过废气回流管路36的废气量和/或加热介质量。为此，废气回流阀42可以连接至调节装置，其例如呈控制设备的形式。
内燃机10具有回流管路44，其在布置于第二叶轮26上游的第三连接部位46流体连通至排气系统并且在第四连接部位48流体连通至进气系统12。第四连接部位48优选可以布置在第一叶轮24的下游。借助回流管路44，至少一部分废气在第一流动方向上可从第三连接部位46被引导至第四连接部位48并且在第四连接部位48可被送入进气系统12。在加热运行中，加热介质在与第一流动方向相反的第二流动方向上可从第四连接部位48被引导至第三连接部位46并且在第三连接部位46可被送入排气系统16。在此，加热介质至少借助电动的第一叶轮24在绕过燃烧室14的情况下从进气系统被输送至加热件18。在回流管路44中设置有回流阀50，借此可以调节可流过回流管路44的废气量或加热介质量。为此，回流阀50可连接至例如呈控制设备形式的调节装置。
加热件18可以具有电热件和/或烧嘴和/或电热式催化器。
附图标记列表：
10 内燃机
12 进气系统
14 燃烧室
16 排气系统
18 加热件
20 废气处理装置
22 废气涡轮增压器
24 压缩机叶轮
26 涡轮叶轮
28 管路件
30 第一连接部位
32 第二连接部位
34 阀件
35 废气阀件
36 废气回流管路
38 排出部位
40 通入部位
42 废气回流阀
44 回流管路
46 第三连接部位
48 第四连接部位
50 回流阀

Claims (10)

1.一种用于机动车的内燃机(10)，具有：
-从动轴，能经由该从动轴借助内燃机(10)驱动机动车；
-能被待供给内燃机(10)的至少一个燃烧室(14)的空气流过的进气系统(12)；
-能被来自燃烧室(14)的废气流过的排气系统(16)；
-安置在排气系统中的用于处理废气的废气处理装置(20)；
-至少一个在废气处理装置(20)的上游安置在排气系统(16)中的用于加热流过排气系统(16)的气体的加热件(18)；
-电力辅助的废气涡轮增压器(22)，所述废气涡轮增压器具有作为第一叶轮(24)的压缩机叶轮、作为第二叶轮(26)的涡轮叶轮以及电机，该压缩机叶轮安置在进气系统(12)中并且用于压缩流过进气系统(12)的空气，该涡轮叶轮安置在排气系统(16)中并且能被废气驱动，借助该电机在用于加热废气处理装置(20)的加热运行中能驱动至少其中一个所述叶轮(24,26)，因此在不发生燃烧室(14)内的燃烧过程且从动轴静止的加热运行中，借助至少一个叶轮(24,26)能够将空气作为加热介质输送到排气系统(16)中，该加热介质在用于加热废气处理装置(20)的加热运行中能够借助加热件(18)被加热，
其特征在于，
设有至少一个管路件(28)，在布置于废气处理装置(20)的下游的第一连接部位(30)处并且在布置于加热件(18)的上游的第二连接部位(32)处，该管路件都流体连通至排气系统(16)，因此至少一部分加热介质能够从第一连接部位(30)被回流至第二连接部位(32)并在第二连接部位(32)能够被送入排气系统(16)。
2.根据权利要求1所述的内燃机(10)，其特征在于，设有安置在管路件(28)内的阀件(34)，借助于该阀件，能够调节能流过管路件(28)的加热介质量。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机(10)，其特征在于，设有废气回流管路(36)，该废气回流管路在布置于涡轮叶轮(26)下游、尤其布置于废气处理装置(20)下游的分流部位(38)处被流体连通至排气系统(16)并在通入部位(40)处被流体连通至进气系统(12)，因此至少一部分废气和/或在加热运行中的至少一部分加热介质能够从分流部位(38)被引导至通入部位(40)并在通入部位(40)处被送入进气系统(12)。
4.根据权利要求3所述的内燃机，其特征在于，通入部位(40)布置在压缩机叶轮(24)的上游或下游。
5.根据权利要求3或4所述的内燃机(10)，其特征在于，设有布置在废气回流管路(36)内的废气回流阀(42)，借助于该废气回流阀，能够调节能流过废气回流管路(36)的废气量和/或加热介质量。
6.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(10)，其特征在于，设有回流管路(44)，该回流管路在布置于涡轮叶轮(26)上游的第三连接部位(46)处流体连通至排气系统(16)并且在第四连接部位(48)处流体连通至进气系统(12)，因此至少一部分废气能够从第三连接部位(46)被引导至第四连接部位(48)并且在第四连接部位(48)处能够被送入进气系统(12)，和/或在加热运行中至少一部分加热介质能够从第四连接部位(48)被引导至第三连接部位(46)并在第三连接部位(46)处能够被送入排气系统(16)。
7.根据权利要求6所述的内燃机(10)，其特征在于，第四连接部位(48)布置在压缩机叶轮(22)的下游。
8.根据权利要求6或7所述的内燃机(10)，其特征在于，设有布置在回流管路(46)内的回流阀(50)，借助于该回流阀，能够调节能流过回流管路(44)的废气量和/或加热介质量。
9.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(10)，其特征在于，加热件(18)具有至少一个电热件和/或烧嘴。
10.一种机动车，其具有根据权利要求1至9中任一项所述的内燃机(10)。
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