DE102008036157A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen mehrere Zylinder aufweisenden Motorblock (2), eine Frischluftanlage (3) zum Zuführen von Frischluft zu den Zylindern des Motorblocks (2), eine Abgasanlage (4) zum Abführen von Abgas aus den Zylindern des Motorblocks (2), ein in der Abgasanlage (4) angeordnetes Abgasreinigungssystem (7), das wenigstens eine Abgasreinigungseinrichtung (8, 10, 14) aufweist, eine in der Abgasanlage (4), stromab des Abgasreinigungssystems angeordneten Abgasturbine (18) zur Umwandlung von Abgasenergie in mechanische und/oder elektrische Energie. Der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine (1) lässt sich erhöhen, wenn in der Frischluftanlage (3) ein Verdichter (5) angeordnet ist, um das Druckniveau, auf dem die Brennkraftmaschine (1) betrieben wird, anzuheben, wenn dem Verdichter (5) ein Eingangsdruckspeicher (6) zugeordnet ist, der stromab des Verdichters (5) an die Frischluftanlage (3) angeschlossen ist, und wenn der Abgasturbine (18) ein Ausgangsdruckspeicher (21) zugeordnet ist, der stromauf der Abgasturbine (18) an die Abgasanlage (4) angeschlossen ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
- Aus der
FR 2 875 267 A1 - Aus der
GB 2 332 180 A - Aus der
US 2006/0107662 A1 - Aus der
DE 102 39 110 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, die zwei Abgasturbolader aufweist. Außerdem ist ein Druckspeicher mit separatem Verdichter vorgesehen. - Um bei Brennkraftmaschinen den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren, ist es erforderlich, deren Effizienz zu verbessern. Ein Weg zur Wirkungsgradsteigerung ist die Nutzung der im Abgas enthaltenen Energie beispielsweise mittels einer Abgasturbine.
- Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sich eine bessere Nutzbarkeit der Abgasenergie ergibt.
- Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Brennkraftmaschine insgesamt auf einem höheren Druckniveau zu betreiben und den Motorbetrieb von der Abwärmenutzung zu entkoppeln. Der Betrieb auf dem erhöhten Druckniveau wird mit Hilfe eines Verdichters erreicht, der in der Frischluftanlage angeordnet ist. Durch das erhöhte Druckniveau, auf dem die Brennkraftmaschine einschließlich des Abgasreinigungssystems betrieben werden kann, stehen an der stromab des Abgasreinigungssystems angeordneten Abgasturbine höhere Druckdifferenzen und höhere Temperaturdifferenzen zur Verfügung, die eine Umwandlung der Abgasenergie in mechanische und/oder elektrische Energie mit höherer Effizienz erlauben. Um nun den Motorbetrieb von der Abgasenergienutzung entkoppeln zu können, ist einerseits dem Verdichter ein Eingangsdruckspeicher zugeordnet, der stromab des Verdichters an die Frischluftanlage angeschlossen ist. Andererseits ist der Abgasturbine ein Ausgangsdruckspeicher zugeordnet, der stromauf der Abgasturbine an die Abgasanlage angeschlossen ist. Mit Hilfe der Druckspeicher kann unabhängig vom aktuellen Betrieb des Motors Abgasenergie in elektrische und/oder mechanische Energie umgewandelt werden. Bei einem geringen Bedarf an Abgasenergienutzung und/oder bei einem Leistungsüberschuss der Brennkraftmaschine können die Speicher geladen werden.
- Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- Die einzige
1 zeigt eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine. - Entsprechend
1 umfasst eine Brennkraftmaschine1 , wie sie bevorzugt bei Kraftfahrzeugen zur Anwendung kommt, einen Motorblock2 , der mehrere, hier nicht gezeigte Zylinder aufweist. Eine Frischluftanlage3 dient zur Versorgung der Zylinder bzw. der Brennräume des Motorblocks2 mit Frischluft. Ferner ist eine Abgasanlage4 vorgesehen, die Abgas von den Zylindern bzw. von den Brennräumen des Motorblocks2 abführt. - Die Frischluftanlage
3 enthält einen Verdichter5 , mit dessen Hilfe das Druckniveau, auf dem die Brennkraftmaschine1 bzw. der Motorblock2 betrieben wird, angehoben werden kann. Ferner ist diesem Verdichter5 ein Eingangsdruckspeicher6 zugeordnet. Dieser ist an die Frischluftanlage3 stromab des Verdichters5 angeschlossen. Im Übrigen kann die Frischluftanlage3 wie eine konventionelle Frischluftanlage3 mit weiteren, nicht gezeigten Komponenten ausgestattet sein, wie zum Beispiel ein Frischluftfilter, eine Frischluftverteileranlage, eine Frischluftdrossel und dergleichen. - Die Abgasanlage
4 enthält ein Abgasreinigungssystem7 , das zumindest eine Abgasreinigungseinrichtung enthält. Im Beispiel der1 sind drei Abgasreinigungseinrichtungen dargestellt, nämlich ein Oxidationskatalysator8 mit einem Voroxidationskatalysatorelement9 , eine Einspritzeinrichtung10 mit einer Einspritzdüse11 , einer Einspritzpumpe12 und einem Edukttank13 sowie ein SCR-Katalysator14 mit einem Hydrolysekatalysatorelement15 , einem SCR-Katalysatorelement16 und einem Oxidationskatalysatorelement17 . Mit Hilfe der Einspritzeinrichtung10 kann ein geeignetes Edukt in die Abgasanlage4 bzw. in das Abgas eingespritzt werden. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um Harn stoff bzw. um eine wässrige Harnstofflösung. Diese wird im Hydrolysekatalysatorelement15 in Ammoniak umgesetzt. Mit dem Ammoniak kann am SCR-Katalysatorelement16 eine Umwandlung von Stickoxiden in Stickstoff und Wasser realisiert werden. Es ist klar, dass das Abgasreinigungssystem7 noch weitere, hier nicht dargestellte Komponenten enthalten kann. Beispielsweise kann stromab des SCR-Katalysators14 noch ein Partikelfilter in der Abgasanlage4 angeordnet sein. - Stromab des Abgasreinigungssystems
7 ist in der Abgasanlage4 eine Abgasturbine18 angeordnet, mit deren Hilfe Abgasenergie in mechanische und/oder elektrische Energie umgewandelt werden kann. Hierzu treibt die Abgasturbine18 eine Antriebswelle19 an, die auf geeignete Weise mit einem entsprechenden Verbraucher20 gekoppelt ist. Beim Verbraucher20 kann es sich dabei beispielsweise um einen Generator handeln, mit dessen Hilfe elektrische Energie generiert werden kann. Grundsätzlich kann es sich beim Verbraucher20 auch um einen beliebigen anderen Verbraucher von mechanischer bzw. elektrischer Energie handeln. Ferner kann zwischen der Antriebswelle19 und dem jeweiligen Verbraucher20 auch eine Kupplungseinrichtung vorgesehen sein. - Des Weiteren weist die Abgasanlage
4 einen der Abgasturbine18 zugeordneten Ausgangsdruckspeicher21 auf. Dieser Ausgangsdruckspeicher21 ist dabei stromauf der Abgasturbine18 an die Abgasanlage4 angeschlossen. Ferner ist der Ausgangsdruckspeicher21 stromab des Abgasreinigungssystems7 an die Abgasanlage4 angeschlossen. - Mit Hilfe des Verdichters
5 kann quasi der Umgebungsdruck, bei dem die Brennkraftmaschine1 betrieben wird, erhöht werden. Dies führt zu einer erhöhten Abgasenthalpie, so dass über die Abgasturbine18 mit erhöhtem Wirkungsgrad Energie aus dem Abgas entzogen werden kann. Insgesamt lässt sich somit die Effektivität der Brennkraftmaschine1 steigern. Die mit Hilfe des Verdichters5 erzeugte Druckerhöhung dient dabei in erster Linie nicht einer verbesserten Aufladung der Brennräume des Motorblocks2 , vielmehr soll mit dieser Druckerhöhung eine bessere bzw. effektivere Nutzbarkeit der Abgasenergie erreicht werden. - Dementsprechend ist es auch grundsätzlich möglich, den Verdichter
5 mit dem Eingangsdruckspeicher6 und die Abgasturbine18 mit dem Ausgangsdruckspeicher21 bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine1 zu verwenden. Der Verdichter5 arbeitet dann als Vorverdichter und ist stromauf einer entsprechenden Ladeeinrichtung in der Frischluftanlage3 angeordnet. Sofern die Brennkraftmaschine1 mit einem Abgasturbolader (ATL) aufgeladen ist, befindet sich eine entsprechende Turbine des ATL üblicherweise stromauf des Abgasbehandlungssystems7 in der Abgasanlage4 . Dementsprechend befindet sich die hier gezeigte Abgasturbine18 zur Abwärmenutzung stromab dieser ATL-Turbine. - Der Ausgangsdruckspeicher
21 kann zweckmäßig auch als Wärmespeicher ausgestaltet sein. Beispielsweise kann er hierzu mit einer thermischen Isolierung22 versehen sein. Auf diese Weise kann nicht nur der Druck, sondern auch die Temperatur des Abgases stromauf der Abgasturbine18 bevorratet werden. - Die mit Hilfe des Verdichters
5 realisierte Anhebung des Umgebungsdrucks kann beispielsweise auf etwa 10 bar erfolgen. Der jeweilige Druckspeicher6 ,21 kann beispielsweise ein Volumen von etwa 30 l aufweisen. - 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
-
- - FR 2875267 A1 [0002]
- - GB 2332180 A [0003]
- - US 2006/0107662 A1 [0004]
- - DE 10239110 A1 [0005]
Claims (1)
- Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, – mit einem mehrere Zylinder aufweisenden Motorblock (
2 ), – mit einer Frischluftanlage (3 ) zum Zuführen von Frischluft zu den Zylindern des Motorblocks (2 ), – mit einer Abgasanlage (4 ) zum Abführen von Abgas aus den Zylindern des Motorblocks (2 ), – mit einem in der Abgasanlage (4 ) angeordneten Abgasreinigungssystem (7 ), das wenigstens eine Abgasreinigungseinrichtung (8 ,10 ,14 ) aufweist, – mit einer in der Abgasanlage (4 ), stromab des Abgasreinigungssystems (7 ) angeordneten Abgasturbine (18 ) zur Umwandlung von Abgasenergie in mechanische und/oder elektrische Energie, dadurch gekennzeichnet, dass – in der Frischluftanlage (3 ) ein Verdichter (5 ) angeordnet ist, um das Druckniveau, auf dem die Brennkraftmaschine (1 ) betrieben wird, anzuheben, – dem Verdichter (5 ) ein Eingangsdruckspeicher (6 ) zugeordnet ist, der stromab des Verdichters (5 ) an die Frischluftanlage (3 ) angeschlossen ist, – der Abgasturbine (18 ) ein Ausgangsdruckspeicher (21 ) zugeordnet ist, der stromauf der Abgasturbine (18 ) an die Abgasanlage (4 ) angeschlossen ist.
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DE102008036157A DE102008036157A1 (de) | 2008-08-02 | 2008-08-02 | Brennkraftmaschine |
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Publications (1)
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DE102008036157A1 true DE102008036157A1 (de) | 2010-02-04 |
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ID=41461629
Family Applications (1)
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DE102008036157A Withdrawn DE102008036157A1 (de) | 2008-08-02 | 2008-08-02 | Brennkraftmaschine |
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DE (1) | DE102008036157A1 (de) |
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Legal Events
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