DE102010011293A1

DE102010011293A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010011293A1
Application number: DE102010011293A
Authority: DE
Inventors: Matthias Klingbeil; Robert Meier; Dr. Hässler Ralf; Dr. Bozinis Georg
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-03-13
Filing date: 2010-03-13
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2030-03-14
Also published as: FR2957384A1; CN102191998A; DE102010011293B4; FR2957384B1; CN102191998B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang und einem darin angeordneten Abgasturbolader sowie mit einem ebenfalls im Abgasstrang angeordneten Katalysator. Erfindungswesentlich ist dabei, dass der Abgasturbolader und der Katalysator von einer Wärme isolierenden Kapsel umgeben und Wärme übertragend mit einem Kühlmittelkreislauf oder einem Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden sind. Hierdurch kann ein schnelleres Erreichen der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine und/oder des Katalysators erreicht werden, wodurch der Schadstoffausstoß und der Verbrauch gesenkt werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang und einem darin angeordneten Abgasturbolader und einem Katalysator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einer derartigen Brennkraftmaschine ausgestattetes Kraftfahrzeug.
Aus der DE 100 25 500 A1 ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem Kühlkreislauf und einem an diesen angeschlossenen Heizungswärmetauscher sowie mit einem durch eine Abgasleitung versorgbaren Abgaswärmetauscher bekannt, der einem Katalysator nachgeordnet ist. Dabei wird ein zwischen der Brennkraftmaschine und dem Katalysator angeordneter Abgasturbolader derart weitergebildet, dass bspw. um ein Turbinengehäuse des Abgasturboladers eine Wand derart angebracht wird, dass ein von Kühlflüssigkeit durchströmbarer Hohlraum zur Verfügung steht.
Aus der DE 10 2006 011 797 A1 ist ebenfalls eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader bekannt, wobei die Turbine des Abgasturboladers als Heizquelle herangezogen wird und hierzu außen am Turbinengehäuse ein Wärmetauscher angeordnet ist. Dieser Wärmetauscher ist in den Medium-Kreislauf eingebunden oder einschaltbar, sodass die thermische Abstrahlung der Turbinengehäuseaußenwand zu einer schnellen und hinreichend starken Erwärmung der Brennkraftmaschine genutzt werden kann.
Aus der DE 10 2004 051 891 A1 ist wiederum eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasreinigungssystem bekannt, welches zur Reinigung von Abgasen ausgebildet ist. Bei einem Abgasreinigungselement ist dabei insbesondere ein flüssiges Fluid zugeordnet, mit dem das Abgasreinigungselement in Wärmeaustauschverbindung steht. Dabei ist eine fest mit dem Abgasreinigungselement verbundene Gehäusewandung vorgesehen, die direkt von dem wenigstens einen Fluid umströmbar gestaltet und über eine unmittelbare Wärmeaustauschwindung hergestellt ist.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, mit welcher insbesondere ein Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine reduziert werden kann.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, einen Abgasturbolader sowie einen Katalysator zusammen wärmeisolierend zu kapseln und gleichzeitig wärmeübertragend mit der Brennkraftmaschine, das heißt insbesondere mit einem Kühlmittelkreislauf und/oder mit einem Schmiermittelkreislauf derselben zu verbinden. Durch die wärmeisolierende Kapselung des Abgasturboladers und des Katalysators kann insbesondere eine unerwünschte Wärmeabstrahlung in die Umgebung während des Warmlaufens der Brennkraftmaschine verhindert oder zumindest reduziert werden, wobei gleichzeitig durch die wärmeübertragende Anbindung an den Kühlmittelkreislauf und/oder den Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine letztere schneller erwärmt und dadurch deren Schadstoffausstoß und Kraftstoffverbrauch reduziert werden kann. Durch die wärmeisolierende Kapselung der beiden oben genannten Komponenten heizt sich auch der Katalysator schneller auf, wodurch auch hier der Schadstoffausstoß reduziert werden kann. Von weiterem Vorteil ist, dass die ansonsten stark Wärme abstrahlenden Bauteile, nämlich der Abgasturbolader und der Katalysator, keine Gefahr für benachbarte, wärmeempfindliche Bauteile darstellen, da eine direkte Wärmeabstrahlung durch die wärmeisolierende Kapselung bzw. Isolierung verhindert wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, weist die Kapsel eine kanalartige Struktur auf, mit einem mit der Umgebung verbundenen Ausgang und einem ebenfalls mit der Umgebung verbindbaren Eingang, oder umgekehrt, wobei im Bereich des Eingangs/Ausgangs ein Lüfter angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, sowohl den Abgasturbolader als auch den Katalysator aktiv zu kühlen, bspw. durch Aktivierung des vorzugsweise am Eingang der kanalartigen Struktur angeordneten Lüfters. Bei warmer Brennkraftmaschine und insbesondere bei hoher Belastung, können somit der Abgasturbolader und der Katalysator wirksam gekühlt und dadurch deren Leistungsfähigkeit gesteigert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, ist im Bereich des Eingangs der kanalartigen Struktur, in welcher der Abgasturbolader und der Katalysator angeordnet sind, ein Ventil angeordnet, über welches der Eingang geschlossen werden kann. Ein derartiges Ventil kann bspw. in der Art einer Klappe ausgebildet sein und zusätzlich oder alternativ zum Lüfter angeordnet werden, wobei das Ventil insbesondere während eines Warmlaufens der Brennkraftmaschine dafür sorgt, dass weder der Katalysator noch der Abgasturbolader durch eine unerwünschte Luftzufuhr gekühlt und dadurch der mit der Erfindung gewünschte Effekt, nämlich die schnellere Aufheizung der Brennkraftmaschine und damit verbunden die Reduzierung des Schadstoffausstoßes, verhindert wird. Selbstverständlich kann dabei das Ventil temperaturgesteuert werden, wobei als Auslösetemperatur die Temperatur des Abgasturboladers und/oder des Katalysators herangezogen werden kann, sodass das Ventil, das heißt respektive die Klappe, bspw. öffnet, sofern der Abgasturbolader und/oder der Katalysator eine vordefinierte Temperatur überschreiten. Selbstverständlich kann auch der im vorigen Absatz erwähnte Lüfter rein optional vorgesehen werden, sodass auch eine Ausführungsform denkbar ist, bei welcher lediglich das Ventil im Eingangsbereich der kanalartigen Struktur angeordnet ist, wobei die kanalartige Struktur in diesem Fall vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass bei einem Öffnen des Ventils ein natürlicher Luftzug in der kanalartigen Struktur entsteht und dadurch der Katalysator bzw. der Abgasturbolader gekühlt werden. Ein derartiges Ventil kann optional zusätzlich oder alternativ auch am Ausgang vorgesehen 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.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 einen Abgasstrang 2 auf, in dessen Verlauf ein Abgasturbolader 3 sowie ein Katalysator 4 zur Reinigung der Abgase angeordnet sind. Erfindungsgemäß sind nun der Abgasturbolader 3 und der Katalysator 4 von einer wärmeisolierenden Kapsel 5 umgeben und gleichzeitig wärmeübertragend mit einem Kühlmittelkreislauf 6 und/oder einem Schmiermittelkreislauf 7 der Brennkraftmaschine 1 verbunden. Die Kapsel 5 kann dabei bspw. aus einem temperaturbeständigen Werkstoff, insbesondere aus einem Vlies oder einem gehärteten Faserwerkstoff, ausgebildet sein. Dies ermöglicht insbesondere auch eine freie und an konstruktive Gegebenheiten eines Motorraums anpassbare Form. Der Abgasturbolader 3 ist dabei verdichterseitig mit einer Verbrennungsluftansaugung 8 verbunden, wobei diese die Kapsel 5 durchdringt.
Generell weist die erfindungsgemäße Kapsel 5 eine kanalartige Struktur auf, mit einem mit der Umgebung verbundenen Ausgang 9 sowie einem mit der Umgebung verbindbaren Eingang 10. Wie der 1 weiter zu entnehmen ist, sind der Katalysator 4 und der Abgasturbolader 3 an eine Wand der Brennkraftmaschine 1, insbesondere an einen Zylinderkopf oder alternativ an einem Motorblock 11, wärmeübertragend angebunden, wobei in der Wand des Motorblocks 11 oder des Zylinderkopfes Kanäle des Kühlmittelkreislaufs 6 und/oder Kanäle des Schmiermittelkreislaufs 7 verlaufen. Bei einem Start der Brennkraftmaschine 1 bewirkt die wärmeisolierende Kapsel 5 ein schnelles Aufheizen des Abgasturboladers 3 und des Katalysators 4, weil eine Wärmeabstrahlung der beiden Komponenten an die Umgebung zuverlässig verhindert wird. Die schnelle Aufheizung bewirkt aufgrund der Wärme übertragenden Verbindung zur Brennkraftmaschine 1 bzw. zum Motorblock 11 der Brennkraftmaschine 1 ein schnelles Erwärmen des Kühlmittels bzw. Schmiermittels und dadurch ein schnelles Erreichen der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 1. Das schnellere Aufheizen des Katalysators 4 sowie der Brennkraftmaschine 1 bedeuten dabei gleichzeitig auch einen reduzierten Schadstoffausstoß bzw. Kraftstoffverbrauch, da der Katalysator 4 und die Brennkraftmaschine 1 früher ihre jeweiligen Arbeitstemperaturen erreichen.
Hat die Brennkraftmaschine 1 ihre Betriebstemperatur erreicht, so kann es sinnvoll sein, den Abgasturbolader 3 und/oder den Katalysator 4 zu kühlen, wozu die erfindungsgemäße wärmeisolierende Kapsel 5 kanalartig ausgebildet ist und dadurch eine natürliche Belüftung bzw. Kühlung der beiden Komponenten bewirkt. Reicht eine derartige natürliche Kühlung nicht aus, so kann bspw. ein im Bereich des Eingangs 10 angeordneter Lüfter 12 einen aktiven Luftstrom durch die kanalartige Struktur der Kapsel 5 fördern und dadurch den Abgasturbolader 3 und den Katalysator 4 aktiv kühlen. Zur schnelleren Aufheizung bei einem Start der Brennkraftmaschine 1 kann zusätzlich oder alternativ auch ein Ventil 13 vorgesehen sein, welches beim Start der Brennkraftmaschine den Eingang 10 der Kapsel 5 schließt und dadurch eine Luftströmung in der Kapsel 5 unterbindet. Bei Erreichen der Betriebstemperatur kann das Ventil 13, welches im vorliegenden Fall als Klappenventil ausgebildet ist, geöffnet werden, wodurch eine Luftströmung durch die Kapsel 5 und damit eine Kühlung des Abgasturboladers 3 und den Katalysators 4 erfolgen kann. Das Ventil 13 ist dabei vorzugsweise temperaturgesteuert, wobei als Grundlage bspw. die Temperatur des Katalysators 4 und/oder der Brennkraftmaschine 1, insbesondere im Bereich des Motorblocks 11 oder des Zylinderkopfes, herangezogen werden. Der Lüfter 12 und/der das Ventil 13 können selbstverständlich auch am Ausgang 10 angeordnet sein.
Zwischen dem Abgasturbolader 3 und dem Katalysator 4 einerseits und dem Motorblock 11 bzw. der Brennkraftmaschine 1 andererseits ist dabei eine Schale der Kapsel 5 entweder ausgespart oder aber gut Wärme leitend, das heißt gut Wärme übertragend, ausgebildet, um eine schnelle Aufwärmung der Brennkraftmaschine 1 erreichen zu können.
Mit dem erfindungsgemäß gekapselt ausgebildeten Abgasturbolader 3 und dem ebenfalls gekapselt ausgebildeten Katalysator 4 kann die Betriebstemperatur des Katalysators 4 und der Brennkraftmaschine 1 schneller erreicht und damit der Schadstoffausstoß und auch ein Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 1 gesenkt werden. Durch eine optionale gezielte Belüftung, bspw. mittels des Lüfters 12 und/oder des Ventils 13 können nach Erreichen der Betriebstemperatur sowohl der Abgasturbolader 3 als auch der Katalysator 4 in der wärmeisolierenden Kapsel 5 aktiv gekühlt, das heißt belüftet werden.
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 10025500 A1 [0002]
DE 102006011797 A1 [0003]
DE 102004051891 A1 [0004]

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgasstrang (2) und einem darin angeordneten Abgasturbolader (3) sowie mit einem ebenfalls im Abgasstrang (2) angeordneten Katalysator (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasturbolader (3) und der Katalysator (4) von einer Wärme isolierenden Kapsel (5) umgeben und Wärme übertragend mit einem Kühlmittelkreislauf (6) und/oder einem Schmiermittelkreislauf (7) der Brennkraftmaschine (1) verbunden sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme isolierende Kapsel (5) aus einem temperaturbeständigen Werkstoff, insbesondere einem Vlies oder einem gehärteten Faserwerkstoff, ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapsel (5) eine kanalartige Struktur aufweist, mit einem mit der Umgebung verbundenen Ausgang (9) und einem mit der Umgebung verbindbaren Eingang (10), oder umgekehrt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Eingangs (10) und/oder des Ausgangs (9) ein Lüfter (12) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Eingangs (10) und/oder des Ausgangs (9) ein Ventil (13) angeordnet ist, über welches der Eingang (10) und/oder der Ausgang (9) geschlossen werden können/kann.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (4) und der Abgasturbolader (3) an eine Wand der Brennkraftmaschine (1), insbesondere an einen Motorblock (11) und/oder Zylinderkopf, Wärme übertragend angebunden sind.
Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.