DE102014003390B4

DE102014003390B4 - Antriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102014003390B4
Application number: DE102014003390.2A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Schramm; Thomas Geyer; Michael Gross; Markus Sonner; Michael Görgen
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2034-03-08
Also published as: DE102014003390A1

Abstract

Antriebseinrichtung (1) mit einer Brennkraftmaschine, mit einer an die Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgasanlage (2), die eine Katalysator (21) zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine aufweist, und mit einer als Brenner ausgebildeten Heizvorrichtung (8) zum Beheizen des Katalysators (21), dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennkammer des Brenners (8) in dem Abgasturboladergehäuse (10) ausgebildet oder ein die Brennkammer einschließendes Brennergehäuse (17) an dem Abgasturboladergehäuse (10) befestigt ist, wobei eine Heißgasleitung (9) des Brenners (8) in ein Abgasturboladergehäuse (10) eines Abgasturboladers (3) der Brennkraftmaschine einmündet, wobei die Heißgasleitung (9) mittels des Brenners (8) erzeugtes Heißgas an einer stromabwärts einer Abgaseinmündungsstelle vorliegenden Heißgaseinmündungsstelle in den Abgasturbolader (3) einbringt, die bezüglich eines Abgasstroms der Brennkraftmaschine wenigstens bereichsweise stromabwärts eines Laufrads einer Turbine (5) des Abgasturboladers (3) oder wenigstens bereichsweise überlappend mit dem Laufrad angeordnet ist, und dass der Brenner (8) stromaufwärts der Brennkammer eine Gemischbildungskammer (16) aufweist, die in dem Brennergehäuse (17) vorliegt und in die eine Brennstoffzufuhrleitung und eine Luftzufuhrleitung einmünden, wobei die Gemischbildungskammer (16) und/oder die Brennkammer in axialer Richtung bezüglich einer Drehachse (15) des Laufrads der Turbine (5) gesehen auf der der Heißgaseinmündungsstelle (13) abgewandten Seite der Turbine (5) vorliegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung mit einer Brennkraftmaschine, mit einer an die Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgasanlage, die einen Katalysator zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine aufweist, und mit einer als Brenner ausgebildeten Heizvorrichtung zum Beheizen des Katalysators.
Eine Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art wird beispielsweise zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Die Antriebseinrichtung kann dabei Bestandteil einer Hybridantriebsvorrichtung sein, welche neben der Antriebseinrichtung über zumindest eine weitere Antriebseinrichtung verfügt, die beispielsweise eine elektrische Maschine, insbesondere nur die elektrische Maschine, aufweist. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung und die weitere Antriebseinrichtung ein auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichtetes Drehmoment wenigstens zeitweise gemeinsam erzeugen. Zu diesem Zweck sind die Antriebseinrichtung und die weitere Antriebseinrichtung beispielsweise mittels eines Getriebes miteinander wirkverbunden.
Neben der Brennkraftmaschine weist die Antriebseinrichtung die Abgasanlage und die Heizvorrichtung auf. Die Abgasanlage dient dem Ableiten des von der Brennkraftmaschine erzeugten Abgases in Richtung einer Außenumgebung der Antriebseinrichtung. Um geltende Abgasvorschriften zu erfüllen, ist es notwendig, das Abgas wenigstens teilweise zu reinigen, bevor es in die Außenumgebung gelangt. Zu diesem Zweck verfügt die Abgasanlage über den Katalysator. Das Abgas der Brennkraftmaschine wird beim Durchlaufen der Abgasanlage durch den Katalysator geleitet, in welchem eine katalytisch begünstigte Reaktion, insbesondere eine Reduktion, abläuft. Nach dem Durchlaufen des Katalysators kann das Abgas von der Abgasanlage der Außenumgebung zugeführt werden.
Der Katalysator muss üblicherweise zumindest eine bestimmte Arbeitstemperatur aufweisen, damit die Reaktion abläuft und die Reinigung des Abgases durchgeführt werden kann. Das Beheizen des Katalysators erfolgt dabei üblicherweise durch das ihn durchströmende Abgas, welches nach der Brennkraftmaschine eine hohe Temperatur aufweist. Insbesondere bei niedrigen Außenumgebungen und/oder einem Kaltstart der Antriebseinrichtung kann jedoch die Zeitspanne, welche bis zum Erreichen der Betriebstemperatur durch den Katalysator verstreicht, vergleichsweise lang sein. In dieser Zeitspanne kann die Reaktion nicht oder nur mit geringer Effizienz ablaufen, sodass die Reinigung des Abgases nicht zuverlässig beziehungsweise nicht vollständig erfolgt.
Diese Problematik ist bei der Hybridantriebsvorrichtung besonders ausgeprägt, weil hier die Brennkraftmaschine nicht ständig in Betrieb ist. Das bedeutet, dass während Zeitabschnitten, in welchen nur die weitere Antriebseinrichtung zum Bereitstellen eines Drehmoments betrieben wird, während die Antriebseinrichtung und mithin die Brennkraftmaschine deaktiviert ist, der Katalysator nicht durch das Abgas beheizt wird. Entsprechend verringert sich seine Temperatur. Fällt sie dabei unter die Betriebstemperatur ab, so kann bei einem erneuten Aktivieren der Antriebseinrichtung beziehungsweise der Brennkraftmaschine das dabei entstehende Abgas nicht zuverlässig gereinigt werden. Entsprechend kann es vorgesehen sein, die Brennkraftmaschine auch während solcher Abschnitte betrieben, um den Katalysator auf oder über seiner Betriebstemperatur zu halten.
Aus diesem Grund ist insbesondere bei als Dieselbrennkraftmaschinen ausgebildeten Brennkraftmaschinen die Heizvorrichtung vorgesehen, mittels welcher der Katalysator unmittelbar oder zumindest mittelbar beheizbar ist. In ersterem Fall kann es vorgesehen sein, den Katalysator beispielsweise mittels einer Heizwicklung unmittelbar zu beheizen, wobei die Heizwicklung dabei insbesondere an dem Katalysator oder einem katalytisch wirkenden Element des Katalysators angeordnet ist. In letzterem Fall wird insbesondere das Abgas der Brennkraftmaschine stromaufwärts des Katalysators nochmals beheizt, mithin also auf eine höhere Temperatur gebracht. Das auf diese Weise beheizte Abgas durchströmt nachfolgend den Katalysator und erwärmt diesen stärker als dies bei nicht beheiztem Abgas möglich wäre.
Für ein derartiges mittelbares Beheizen des Katalysators ist die Heizvorrichtung beispielsweise als Brenner ausgebildet. Dieser wird vorzugsweise mit flüssigem und/oder gasförmigem Brennstoff bestrieben, welcher zum Beispiel durch eine Brennstoffzufuhrleitung einer Gemischbildungskammer des Brenners zugeführt wird. In die Gemischbildungskammer mündet zusätzlich eine Luftzufuhrleitung ein. Entsprechend kann der Gemischbildungskammer sowohl Luft als auch Brennstoff zugeführt und nachfolgend zum Beheizen des Katalysators verbrannt werden. Auf diese Weise kann der Katalysator sehr schnell auf die gewünschte Betriebstemperatur gebracht werden, sodass eine Reinigung des Abgases mit hoher Effizienz durchführbar ist.
Der Vorteil einer solchen Heizvorrichtung liegt in der sehr hohen Energiedichte, einer variablen Einbauposition und einer einfachen Bauweise. Andererseits muss der Brennstoff für die Heizvorrichtung beziehungsweise den Brenner zu der heißen Abgasanlage beziehungsweise durch sie hindurch transportiert werden. Entsprechend erhitzt sich der Brennstoff in der Brennstoffzufuhrleitung, bevor er in die Gemischbildungskammer eingebracht wird. Dies kann unter Umständen zu Dampfblasenbildung führen, welche eine Fehlfunktion der Heizvorrichtung bewirken können. Aus demselben Grund oder aufgrund von Kraftstoffalterung können zudem Fehlzündungen des Brenners auftreten. Weiterhin ist eine Sicherung der Heizvorrichtung gegen Verschmutzung und äußere Krafteinwirkung schwierig, insbesondere wenn sie in einem Unterboden des Kraftfahrzeugs verbaut ist, weil dort zum einen bereits Brennstoff führende Leitungen zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Brennstoff verlaufen und zudem die Bodenfreiheit, also der Abstand des Unterbodens des Kraftfahrzeugs von einem Untergrund, begrenzt ist. Auch ist es nachteilig, den Brenner im Bereich des Unterbodens des Kraftfahrzeugs anzuordnen, weil durch die von dem Brenner erzeugten hohen Temperaturen der unter dem Kraftfahrzeug befindliche Untergrund negativ beeinflusst werden kann.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2004 061 809 A1 bekannt, welche sich mit einem Heiz- und/oder Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Katalysator befasst. Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die Druckschrift EP 2 527 612 A1 bekannt, die eine Brennkraftmaschine für ein Schiff betrifft, bei welcher mittels eines Brenners erhitztes Abgas einem Abgasturbolader zugeführt wird.
Die Druckschrift DE 10 2006 025 591 A1 betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Heißgasstrang und einem Kaltluftstrang, wobei die Antriebsvorrichtung zur Leistungssteigerung einen Abgasturbolader mit einem Gehäuse und einem Laufzeug aufweist, wobei das Gehäuse einen Abgasführungsabschnitt, einen Luftführungsabschnitt und einen Lagerabschnitt aufweist, wobei der Abgasführungsabschnitt im Heißgasstrang und der Luftführungsabschnitt im Kaltluftstrang angeordnet sind und das Laufzeug ein Turbinenrad zur Expansion von Abgas, ein Verdichterrad zum Ansaugen von Luft und eine im Lagerabschnitt drehbar gelagerte Welle umfasst, wobei die Welle zur drehfesten Verbindung des Turbinenrades und des Verdichterrades ausgebildet ist und der Abgasturbolader eine Brennvorrichtung zur Verbrennung eines aus der Antriebsvorrichtung ausströmenden Abgases unter Zuführung von Brennstoff aufweist. Dabei soll die Brennvorrichtung im Abgasführungsabschnitt angeordnet sein.
Die Druckschrift DE 10 2004 061 809 A1 betrifft ein Heiz- und/oder Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem im Abgaspfad des Verbrennungsmotors angeordneten Katalysator, umfassend einen vor dem Katalysator an den Abgaspfad angeschlossenen Brenner sowie einen Wärmetauscher zur Übertragung von im Brenner erzeugter Wärme an einen Heiz- und/oder Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs. Es ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher hinter dem Katalysator im Abgaspfad des Verbrennungsmotors angeordnet ist und durch den Katalysator hindurch mit heißen Verbrennungsgasen aus dem Brenner beaufschlagbar ist.
Die Druckschrift DE 10 2012 016 673 A1 offenbart eine Antriebseinrichtung mit einer Brennkraftmaschine, mit einer an die Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgasanlage, die einen Katalysator zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine aufweist, und mit einer Heizvorrichtung zum Beheizen des Katalysators, wobei die Heizvorrichtung einen Brenner mit einer Gemischbildungskammer aufweist, die in eine Brennstoffzufuhrleitung und eine Luftzufuhrleitung einmünden. Dabei ist vorgesehen, dass zumindest eine der Mündungsstellen der Brennstoffzufuhrleitung und der Luftzufuhrleitung in die Gemischbildungskammer in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Weiteren Stand der Technik zeigen die Druckschriften DE 38 26 600 A1 , US 6 895 745 B2 und US 2013 / 0 125 543 A1 .
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Antriebseinrichtung bereitzustellen, welche die eingangs genannten Nachteile nicht aufweist, sondern insbesondere stets einen zuverlässigen Betrieb ermöglicht und einen negativen Einfluss auf die Außenumgebung des Kraftfahrzeugs, insbesondere den Untergrund, auch bei langen Stehzeiten des Kraftfahrzeugs vermeidet.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass eine Brennkammer des Brenners in dem Abgasturboladergehäuse ausgebildet oder ein die Brennkammer einschließendes Brennergehäuse an dem Abgasturboladergehäuse befestigt ist, wobei eine Heißgasleitung des Brenners in ein Abgasturboladergehäuse eines Abgasturboladers der Brennkraftmaschine einmündet, wobei die Heißgasleitung mittels des Brenners erzeugtes Heißgas an einer stromabwärts einer Abgaseinmündungsstelle vorliegenden Heißgaseinmündungsstelle in den Abgasturbolader einbringt, die bezüglich eines Abgasstroms der Brennkraftmaschine wenigstens bereichsweise stromabwärts eines Laufrads einer Turbine des Abgasturboladers oder wenigstens bereichsweise überlappend mit dem Laufrad angeordnet ist, und dass der Brenner stromaufwärts der Brennkammer eine Gemischbildungskammer aufweist, die in dem Brennergehäuse vorliegt und in die eine Brennstoffzufuhrleitung und eine Luftzufuhrleitung einmünden, wobei die Gemischbildungskammer und/oder die Brennkammer in axialer Richtung bezüglich einer Drehachse des Laufrads der Turbine gesehen auf der der Heißgaseinmündungsstelle abgewandten Seite der Turbine vorliegen.
Durch die Heißgasleitung wird in der Brennkammer bei einer Verbrennung von Brennstoff und Luft entstandenes Abgas abgeführt, insbesondere in Richtung des Katalysators. Es ist nun vorgesehen, dass die Heißgasleitung in das Abgasturboladergehäuse einmündet, also das Abgas des Brenners, welches nachfolgend auch als Heißgas bezeichnet wird, in das Abgasturboladergehäuse einbringt. Der Brenner zeichnet sich durch eine extreme Wärmeentwicklung innerhalb seiner Brennkammer aus. Während des Betriebs des Brenners werden in dieser Temperaturen von mindestens 800 °C, mindestens 900 °C, mindestens 1000 °C, mindestens 1100 °C oder mindestens 1200 °C erreicht. Weil der Abgasturbolader, insbesondere eine Turbine des Abgasturboladers, während des Betriebs der Brennkraftmaschine stets von ebenfalls heißem Abgas der Brennkraftmaschine durchströmt wird, ist das Abgasturboladergehäuse äußerst hitzebeständig ausgebildet. Vorzugsweise ist es zumindest beständig gegenüber der vorstehend beschriebenen Temperatur, die in der Brennkammer erreicht wird.
Der Brenner, insbesondere die Brennkammer, kann mit einer Kühleinrichtung ausgestattet sein. Diese dient beispielsweise dazu, den Brenner beziehungsweise ein Brennergehäuse wenigstens bereichsweise zu kühlen. Zusätzlich oder alternativ kann selbstverständlich auch ein Kühlen des Abgasturboladergehäuses vorgesehen sein, insbesondere falls die Brennkammer in diesem ausgebildet ist. Die Kühleinrichtung kann zum Beispiel wenigstens einen Kühlkanal aufweisen, der sich durch den Brenner, das Brennergehäuse und/oder das Abgasturboladergehäuse hindurch erstreckt. Dem Kühlkanal kann ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser zugeführt werden, wobei das Zuführen vorzugsweise in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, des Brenners und/oder das Abgasturboladers erfolgt. Zusätzlich oder alternativ wird das Zuführen in Abhängigkeit von einer Temperatur, insbesondere der Temperatur des Brennkammergehäuses und/oder des Abgasturboladergehäuses vorgenommen.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Heißgaseinmündungsstelle, an der die Heißgasleitung in das Abgasturboladergehäuse einmündet, bezüglich eines Abgasstroms der Brennkraftmaschine wenigstens bereichsweise stromabwärts eines Laufrads einer Turbine des Abgasturboladers oder wenigstens bereichsweise überlappend mit dem Laufrad angeordnet ist. An der Heißgaseinmündungsstelle tritt das Heißgas aus der Heißgasleitung in das Abgasturboladergehäuse ein. Die Heißgaseinmündungsstelle ist dabei beispielsweise derart angeordnet, dass das Laufrad der Turbine wenigstens teilweise von dem Heißgas überströmt wird, bevor das Heißgas zusammen mit dem Abgas der Brennkraftmaschine aus dem Abgasturbolader austritt und weiter in Richtung des Katalysators strömt.
Überströmt das Heißgas nach seinem Einbringen in das Abgasturboladergehäuse das Laufrad der Turbine wenigstens bereichsweise, so ergibt sich der Vorteil, dass die thermische Energie des Abgases zumindest teilweise in mechanische Energie beziehungsweise Rotationsenergie umgewandelt wird, welche nachfolgend zum Betreiben eines Verdichters des Abgasturboladers herangezogen wird. Entsprechend erhöht sich durch den Brenner die Wirkleistung des Abgasturboladers. Alternativ kann selbstverständlich die Heißgaseinmündungsstelle so angeordnet sein, dass das Heißgas erst stromabwärts des Laufrads in das Abgasturboladergehäuse eintritt. In axialer Richtung bezüglich einer Drehachse des Laufrads gesehen kann es dabei also vorgesehen sein, dass die Heißgaseinmündungsstelle wenigstens bereichsweise überlappend mit dem Laufrad angeordnet ist oder alternativ keine Überlappung vorliegt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Heißgasleitung tangential in eine Wandung des Abgasturboladergehäuses, insbesondere eines das Abgasturboladergehäuse bereichsweise ausbildenden Turbinengehäuses, einmündet. Das Abgasturboladergehäuse weist die Wandung auf, welche beispielsweise gekrümmt ist. Die Heißgasleitung ist dabei derart angeordnet, dass das Heißgas im Wesentlichen tangential zu der Wandung des Abgasturboladergehäuses in letzteres eintritt. Die Wandung ist beispielsweise Bestandteil des Turbinengehäuses, in welchem das Laufrad der Turbine drehbar angeordnet ist. Beispielsweise ist die Krümmung der Wandung bezüglich der Drehachse des Laufrads über den gesamten Umfang konstant, sodass das Abgasturboladergehäuse beziehungsweise das Turbinengehäuse einen kreisrunden Innenquerschnitt aufweist. Durch das tangentiale Einbringen des Heißgases wird insbesondere bei einer derartigen Ausgestaltung der Wandung eine besonders strömungsgünstige Strömungsführung erzielt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wandung kreisringförmig ist. Auf eine derartige Ausgestaltung wurde bereits vorstehend eingegangen. Die Kreisringform liegt insbesondere an einem Innenumfang der Wandung vor, welche diejenige Kammer des Abgasturboladers einschließt, in welchem das Laufrad angeordnet ist.
Die Erfindung sieht vor, dass eine Brennkammer des Brenners in dem Abgasturboladergehäuse ausgebildet oder ein die Brennkammer einschließendes Brennergehäuse an dem Abgasturboladergehäuse befestigt ist. Wie bereits vorstehend erläutert, ist das Abgasturboladergehäuse besonders hitzefest ausgestaltet. Entsprechend ist es vorteilhaft, die Brennkammer in dem Abgasturboladergehäuse auszubilden, insbesondere in dem Turbinengehäuse, welches ohnehin von dem heißen Abgas der Brennkraftmaschine durchströmt wird und entsprechend während dem Betrieb der Brennkraftmaschine eine hohe Temperatur aufweist.
Bei einer solchen Ausgestaltung kann zudem eine die Antriebseinrichtung modular ausgebildet sein. Dazu liegt die Brennkammer in dem Abgasturboladergehäuse vor. Zudem ist ein separates Bauteil vorgesehen, welches wenigstens einen Anschluss, insbesondere für Brennstoff und/oder Luft aufweist. Bevorzugt sind mehrere Anschlüsse für Brennstoff und Luft an dem Bauteil realisiert. Das Bauteil kann nun während der Montage der Antriebseinrichtung an dem Abgasturboladergehäuse derart befestigt werden, dass nachfolgend der Anschluss beziehungsweise die Anschlüsse mit der Brennkammer strömungsverbunden sind, also Brennstoff und/oder Luft während des Betriebs des Brenners in diese einströmen können. Dazu wird beispielsweise bei der Montage wenigstens eine Leitung an den Anschluss angeschlossen.
Das Bauteil kann zudem über einen Kühlmittelanschluss verfügen, insbesondere wenn die Kühleinrichtung vorgesehen ist. Über den Kühlmittelanschluss kann der Kühleinrichtung das Kühlmittel zugeführt werden. Zu diesem Zweck steht der Kühlmittelanschluss beispielsweise in Fluidverbindung mit dem Kühlkanal. Weil an dem Bauteil ein Großteil der für den Brenner notwendigen Anschlüsse vorliegt beziehungsweise alle notwendigen Anschlüsse vorliegen, kann eine Montage des Brenners äußerst rasch erfolgen. Insbesondere können die Leitungen bereits vor dem Montieren des Bauteils an diesem befestigt werden.
Selbstverständlich kann es zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass ein von dem Abgasturboladergehäuse separates Brennergehäuse zur Aufnahme der Brennkammer vorgesehen ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das Brennergehäuse an dem Abgasturboladergehäuse, insbesondere dem Turbinengehäuse, befestigt ist, beispielsweise unmittelbar. Entsprechend ist keine Befestigung des Brennergehäuses an anderen Bereichen der Antriebseinrichtung, welche unter Umständen hitzeempfindlicher sind als das Abgasturboladergehäuse, notwendig.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Brenner stromaufwärts der Brennkammer eine Gemischbildungskammer aufweist, die in dem Brennergehäuse vorliegt und in die eine Brennstoffzufuhrleitung und eine Luftzufuhrleitung einmünden. Über die Brennstoffzufuhrleitung kann der Gemischbildungskammer Brennstoff für den Brenner und durch die Luftzufuhrleitung Luft beziehungsweise ein Oxidator zugeführt werden. In der Gemischbildungskammer treffen der Brennstoff und die Luft aufeinander und werden zunächst ohne Verbrennung miteinander vermengt beziehungsweise vermischt. Das dabei entstehende Brennstoff-Luft-Gemisch strömt weiter in die Brennkammer, in welcher es sich entzündet beziehungsweise entzündet wird. In der Gemischbildungskammer liegt entsprechend eine geringere Temperatur vor als in der Brennkammer.
Schließlich sieht die Erfindung vor, dass die Gemischbildungskammer und/oder die Brennkammer in axialer Richtung bezüglich einer Drehachse des Laufrads der Turbine gesehen auf der der Heißgaseinmündungsstelle abgewandten Seite der Turbine vorliegen. Sowohl die Gemischbildungskammer als auch die Brennkammer liegen stromaufwärts der Heißgaseinmündungsstelle. Dabei ist die Heißgaseinmündungsstelle über die Heißgasleitung mit der Brennkammer und der Gemischbildungskammer strömungsverbunden. Weil wie bereits erläutert die Temperaturen in der Gemischbildungskammer niedriger sind als an der Heißgaseinmündungsstelle, ist diese bevorzugt auf der der Heißgaseinmündungsstelle gegenüberliegenden Seite der Turbine angeordnet. Beispielsweise ist die Gemischbildungskammer - erneut in axialer Richtung gesehen - überlappend mit einem Verdichterlaufrad eines Verdichters des Abgasturboladers oder sogar auf der der Heißgaseinmündungsstelle abgewandten Seite des Verdichterlaufrads vorgesehen. Auf diese Art und Weise wird eine Trennung von heißen und kalten Bereichen des Brenners erzielt, welche heißen und kalten Bereichen des Abgasturboladers zugeordnet sind.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass an dem Abgasturboladergehäuse eine an den Katalysator angeschlossene Abgasleitung befestigt ist, wobei die Heißgaseinmündungsstelle in Strömungsrichtung von der Abgasleitung beabstandet ist. Die Abgasleitung dient dem Herstellen einer Strömungsverbindung zwischen dem Abgasturbolader und dem Katalysator. Entsprechend ist sie an dem Abgasturboladergehäuse befestigt, beispielsweise mittels einer Rohrschelle oder dergleichen. Die Heißgaseinmündungsstelle soll nun stromaufwärts von der Abgasleitung vorliegen, sodass also das Heißgas sich bereits mit dem Abgas der Brennkraftmaschine vermengt hat, bevor das dabei entstehende Gemisch in die Abgasleitung eintritt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Heißgaseinmündungsstelle in axialer Richtung bezüglich der Drehachse gesehen auf einer dem Verdichter abgewandten Seite einer Abgaseinmündungsstelle für Abgas der Brennkraftmaschine vorliegt. Das Heißgas wird also erst stromabwärts des Abgases in den Abgasturbolader beziehungsweise das Turbinengehäuse eingebracht. Zunächst wird das Laufrad der Turbine also lediglich von Abgas der Brennkraftmaschine überströmt, nicht jedoch von dem Heißgas. Erst stromabwärts der Abgaseinmündungsstelle wird das mittels des Brenners erzeugte Heißgas dem Abgasturbolader zugeführt, sodass sich dieses mit dem Abgas der Brennkraftmaschine vermischt. Wie bereits vorstehend erläutert, kann es dabei vorgesehen sein, dass das Heißgas zusammen mit dem Abgas das Laufrad der Turbine wenigstens bereichsweise überströmt. Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass das Heißgas erst stromabwärts des Laufrads mit dem Abgas zusammengeführt wird.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Heißgaseinmündungsstelle in axialer Richtung zwischen der Abgaseinmündungsstelle und einem Abgasauslass des Abgasturboladers angeordnet ist. Auch auf eine derartige Ausgestaltung wurde bereits vorstehend hingewiesen. An den Abgasauslass des Abgasturboladers ist üblicherweise die Abgasleitung angeschlossen, sodass durch den Abgasauslass das Gemisch aus Abgas und Heißgas in die Abgasleitung eintreten und in Richtung des Katalysators abgeführt werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:

1 eine erste Ansicht eines Bereichs einer nicht erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform einer Antriebseinrichtung,
2 eine zweite Ansicht der nicht erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform, und
3 einen Bereich einer erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform der Antriebseinrichtung.

Die 1 zeigt einen Bereich einer nicht erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung 1, welche über eine hier nicht dargestellte Brennkraftmaschine verfügt. Die Brennkraftmaschine ist an eine Abgasanlage 2 angeschlossen, von welcher hier ein Bereich eines Abgasturboladers 3 dargestellt ist. Die Abgasanlage 2 verfügt weiterhin über einen ebenfalls nicht dargestellten Katalysator zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine. Dem Abgasturbolader 3 wird über einen hier nicht dargestellten Anschlussflansch 4 Abgas der Brennkraftmaschine zugeführt. Das Abgas durchläuft den Abgasturbolader 3 und überströmt dabei ein nicht gezeigtes Laufrad einer Turbine 5. Anschließend tritt es in Richtung des Pfeils 6 aus dem Abgasturbolader aus und wird durch eine hier nicht dargestellte Abgasleitung 7 in Richtung des Katalysators geführt.
Die Abgasanlage 2 verfügt weiterhin über eine Heizvorrichtung 8, die zum Beheizen des Katalysators dient. Zu diesem Zweck wird der Heizvorrichtung 8, welche als Brenner ausgestaltet ist, sowohl Brennstoff als auch Luft zugeführt und verbrannt. Das dabei entstehende Abgas der Heizvorrichtung 8 beziehungsweise des Brenners wird nachfolgend als Heißgas bezeichnet. Dieses Heißgas wird durch eine Heißgasleitung 9 in Richtung des Katalysators geführt. Stromaufwärts des Katalysators wird das Heißgas mit dem Abgas der Brennkraftmaschine zusammengeführt und durchströmt den Katalysator gemeinsam mit diesem. Der Abgasturbolader 3 weist ein Abgasturboladergehäuse 10 auf, von welchem hier ein Turbinengehäuse 11 zu erkennen ist. Zudem verfügt das Abgasturboladergehäuse 10 über ein nicht dargestelltes Verdichtergehäuse 12 eines Verdichters. Es wird deutlich, dass die Heißgasleitung 9 in das Abgasturboladergehäuse 10 an einer Heißgaseinmündungsstelle 13 einmündet.
Die 2 zeigt eine weitere Ansicht des vorstehend beschriebenen, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. Es wird deutlich, dass das Turbinengehäuse 11 eine Wandung 14 aufweist, die bezüglich einer Drehachse 15 des Laufrads der Turbine kreisringförmig ist beziehungsweise einen runden Innenquerschnitt des Turbinengehäuses 11 ausbildet. Die Heißgasleitung 9 mündet nun tangential in die Wandung 14 ein, sodass das Heißgas möglichst strömungsoptimal in das Abgasturboladergehäuse 10 beziehungsweise das Turbinengehäuse 11 einströmt. Die Heizvorrichtung 8 besteht beispielsweise aus einer Gemischbildungskammer 16, in welche Brennstoff und Luft eingemischt und zur Bildung eines Brennstoff-Luft-Gemischs vermischt beziehungsweise verwirbelt werden. Dieses Gemisch strömt in Richtung der Heißgaseinmündungsstelle 13 und gelangt dabei in eine Brennkammer, welche beispielsweise von einem Brennergehäuse 17 umfasst wird. Zur Einstellung des Brennstoff-Luft-Gemischs kann die Heizvorrichtung 8 über einen Glühstift 18 beziehungsweise eine Zündkerze verfügen. In der hier vorliegenden Darstellung ist deutlich zu erkennen, dass das Abgas der Brennkraftmaschine durch den Anschlussflansch 4 in Richtung der Pfeile 19 der Turbine 5 zugeführt wird.
Die 3 zeigt einen Bereich einer erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform der Antriebseinrichtung 1, wobei sich diese von der ersten im Wesentlichen lediglich durch die Anordnung der Heißgasleitung 9 unterscheidet. Auf die vorstehenden Ausführungen wird insoweit vollumfänglich Bezug genommen. Es wird deutlich, dass das Brennergehäuse 17 unmittelbar an dem Abgasturbolader 10 befestigt ist, nämlich insbesondere an dem Verdichtergehäuse 12, in welchem ein Laufrad des Verdichters angeordnet ist. Entsprechend liegen die Gemischbildungskammer 16 sowie die Brennkammer in axialer Richtung bezüglich der Drehachse 15 gesehen auf derjenigen Seite der Turbine 5 vor, welche der Heißgaseinmündungsstelle 13 abgewandt ist. Das bedeutet, dass die Gemischbildungskammer 16 und mithin auch eine Brennstoffzufuhrleitung und eine Luftzufuhrleitung auf einer kälteren Seite des Abgasturboladers 3 angeordnet sind, auf welcher auch der Verdichter angeordnet ist. Somit kann der Brennstoff ohne thermische Beeinträchtigung der Heizvorrichtung 8 zugeführt werden. Die Trennung des Abgasturboladers 3 in kalte und heiße Bereiche ist durch die Linie 20 angedeutet, wobei auf der Seite des Verdichtergehäuses 12 die kalte und auf der Seite des Turbinengehäuses 11 die heiße Seite des Abgasturboladers 3 vorliegt. In der hier gewählten Darstellung ist auch erkennbar, dass über die Abgasleitung 7 der Katalysator 21 angeschlossen ist.
Bezugszeichenliste

1: Antriebseinrichtung
2: Abgasanlage
3: Abgasturbolader
4: Anschlussflansch
5: Turbine
6: Pfeil
7: Abgasleitung
8: Heizvorrichtung
9: Heißgasleitung
10: Abgasturboladergehäuse
11: Turbinengehäuse
12: Verdichtergehäuse
13: Heißgaseinmündungsstelle
14: Wandung
15: Drehachse
16: Gemischbildungskammer
17: Brennergehäuse
18: Glühstift
19: Pfeil
20: Linie
21: Katalysator

Claims

Antriebseinrichtung (1) mit einer Brennkraftmaschine, mit einer an die Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgasanlage (2), die eine Katalysator (21) zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine aufweist, und mit einer als Brenner ausgebildeten Heizvorrichtung (8) zum Beheizen des Katalysators (21), dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennkammer des Brenners (8) in dem Abgasturboladergehäuse (10) ausgebildet oder ein die Brennkammer einschließendes Brennergehäuse (17) an dem Abgasturboladergehäuse (10) befestigt ist, wobei eine Heißgasleitung (9) des Brenners (8) in ein Abgasturboladergehäuse (10) eines Abgasturboladers (3) der Brennkraftmaschine einmündet, wobei die Heißgasleitung (9) mittels des Brenners (8) erzeugtes Heißgas an einer stromabwärts einer Abgaseinmündungsstelle vorliegenden Heißgaseinmündungsstelle in den Abgasturbolader (3) einbringt, die bezüglich eines Abgasstroms der Brennkraftmaschine wenigstens bereichsweise stromabwärts eines Laufrads einer Turbine (5) des Abgasturboladers (3) oder wenigstens bereichsweise überlappend mit dem Laufrad angeordnet ist, und dass der Brenner (8) stromaufwärts der Brennkammer eine Gemischbildungskammer (16) aufweist, die in dem Brennergehäuse (17) vorliegt und in die eine Brennstoffzufuhrleitung und eine Luftzufuhrleitung einmünden, wobei die Gemischbildungskammer (16) und/oder die Brennkammer in axialer Richtung bezüglich einer Drehachse (15) des Laufrads der Turbine (5) gesehen auf der der Heißgaseinmündungsstelle (13) abgewandten Seite der Turbine (5) vorliegen.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heißgasleitung (9) tangential in eine Wandung (14) des Abgasturboladergehäuses (10) einmündet.
Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (14) kreisringförmig ist.
Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Abgasturboladergehäuse (10) eine an den Katalysator (21) angeschlossene Abgasleitung (7) befestigt ist, wobei die Heißgaseinmündungsstelle (13) in Strömungsrichtung von der Abgasleitung (7) beabstandet ist.
Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heißgaseinmündungsstelle (13) in axialer Richtung bezüglich der Drehachse (15) gesehen auf einer dem Verdichter abgewandten Seite einer Abgaseinmündungsstelle für Abgas der Brennkraftmaschine vorliegt.
Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heißgaseinmündungsstelle (13) in axialer Richtung zwischen der Abgaseinmündungsstelle und einem Abgasauslass des Abgasturboladers (3) angeordnet ist.