DE102018120173A1 - Exhaust tract for an internal combustion engine and internal combustion engine - Google Patents

Exhaust tract for an internal combustion engine and internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgastrakt für eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend zumindest einen Abgaskrümmer (5; 6), wobei der Abgaskrümmer (5; 6) mit Zylindern (3) der Verbrennungskraftmaschine (1) durchströmbar ausgebildet ist, und mit einer durchströmbaren Abgasleitung (9; 10), wobei in der Abgasleitung (9; 10) eine Turbine (11; 13) eines Abgasturboladers (12; 14) durchströmbar aufgenommen ist, und wobei stromab des Abgasturboladers (12; 14) im Abgastrakt (7) eine Abgasreinigungseinheit (19) durchströmbar aufgenommen ist, und wobei der Abgastrakt (7) zur Abgasführung des Abgases der Verbrennungskraftmaschine (1) ausgehend von den Abgaskrümmern (5, 6) in die Abgasreinigungseinheit (19) durchströmbar ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist zur bedarfsgerechten Beaufschlagung der Abgasreinigungseinheit (19) eine Heizstufe (20) vorgesehen.Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine (1), mit einem Abgastrakt (7), dessen Durchströmung zur bedarfsgerechten Beaufschlagung der Abgasreinigungseinheit (19) beheizbar ist.The invention relates to an exhaust tract for an internal combustion engine, comprising at least one exhaust manifold (5; 6), the exhaust manifold (5; 6) being designed so that cylinders (3) of the internal combustion engine (1) can flow through it, and having an exhaust line (9; 10) through which the exhaust gas can flow ), a turbine (11; 13) of an exhaust gas turbocharger (12; 14) being received so that it can flow through, and wherein an exhaust gas cleaning unit (19) can be flowed through downstream of the exhaust gas turbocharger (12; 14) in the exhaust tract (7) is received, and wherein the exhaust tract (7) for exhaust gas guidance of the exhaust gas of the internal combustion engine (1) is designed to flow from the exhaust manifolds (5, 6) into the exhaust gas purification unit (19). According to the invention, a heating stage (20) is provided for the application of the exhaust gas cleaning unit (19) in accordance with requirements.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgastrakt für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 7.The invention relates to an exhaust tract for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine according to claim 7.

Es ist bekannt in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine eine Abgasreinigungseinheit vorzusehen, welche der Reduzierung von Schadstoffemissionen dient. Diese Abgasreinigungseinheit kann abhängig von der Verbrennungskraftmaschine, welche als Ottomotor oder als Dieselmotor ausgeführt sein kann, ausgebildet sein. Sie kann bspw. einen Katalysator und/oder einen Partikelfilter aufweisen. Unabhängig vom konkreten Aufbau der Abgasreinigungseinheit ist eine Temperatur eines den Abgastrakt durchströmenden Abgases der Verbrennungskraftmaschine zur effizienten Arbeit der Abgasreinigungseinheit relevant. Das heißt, dass das Abgas, in der erster Linie jedoch insbesondere die Abgasnachbehandlung, eine bestimmte Temperatur aufweisen muss, wenn es in die Abgasreinigungseinheit einströmt, damit diese effektiv und effizient den Schadstoffgehalt des sie durchströmenden Abgases reduzieren kann.It is known to provide an exhaust gas purification unit in an exhaust tract of an internal combustion engine, which is used to reduce pollutant emissions. This exhaust gas purification unit can be designed as a function of the internal combustion engine, which can be designed as a gasoline engine or as a diesel engine. For example, it can have a catalyst and / or a particle filter. Regardless of the specific structure of the exhaust gas cleaning unit, a temperature of an exhaust gas of the internal combustion engine flowing through the exhaust tract is relevant for the efficient operation of the exhaust gas cleaning unit. This means that the exhaust gas, but primarily the exhaust gas aftertreatment, must have a certain temperature when it flows into the exhaust gas cleaning unit so that it can effectively and efficiently reduce the pollutant content of the exhaust gas flowing through it.

Problematisch sind die im Abgastrakt vorliegenden Wärmeverlustquellen, wie insbesondere Rohrleitungen des Abgastraktes und auch Turbinen von Abgasturbolader, die zu einer Reduzierung der dem Abgas inhärenten Wärme führen. Bei den Rohrleitungen erfolgt ein Wärmeverlust insbesondere über Wandwärmeverluste, bei den Turbinen insbesondere durch Reduzierung der Enthalpie, infolge einer Entspannung des Abgases in der Turbine sowie Wandwärmeverluste.The heat loss sources present in the exhaust tract, such as, in particular, pipes of the exhaust tract and also turbines of exhaust gas turbochargers, which lead to a reduction in the heat inherent in the exhaust gas, are problematic. In the pipelines, heat is lost in particular via wall heat losses, in the turbines in particular by reducing the enthalpy, as a result of expansion of the exhaust gas in the turbine, and in wall heat losses.

Die Offenlegungsschrift DE 100 15 291 A1 offenbart eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgastrakt, wobei im Abgastrakt ein erster Abgasturbolader und ein zweiter Abgasturbolader aufgenommen sind. Eine Durchströmung und Umströmung der Abgasturbolader wird mit Hilfe von Regelelementen geregelt, wobei die Regelung der Regelelemente in Abhängigkeit einer von der Verbrennungskraftmaschine zu erbringenden Leistung erfolgt.The disclosure DE 100 15 291 A1 discloses an internal combustion engine with an exhaust tract, a first exhaust gas turbocharger and a second exhaust gas turbocharger being accommodated in the exhaust tract. A flow and flow around the exhaust gas turbocharger is controlled with the aid of control elements, the control elements being controlled as a function of an output to be provided by the internal combustion engine.

Ebenso offenbaren die Offenlegungsschriften DE 10 2007 037 087 A1 und DE 10 2009 006 359 A1 und die Patentschrift EP 2 402 576 B1 eine Verbrennungskraftmaschine mit zwei Abgasturbolader, deren Turbinen im Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar aufgenommen sind. Auch hier dient die Regelung des den Abgastrakt durchströmenden Abgases einer Leistungsoptimierung der Verbrennungskraftmaschine, wobei insbesondere bei der DE 10 2009 006 359 A1 einer Abgasrückführung Rechnung getragen wird.The published documents also disclose DE 10 2007 037 087 A1 and DE 10 2009 006 359 A1 and the patent specification EP 2 402 576 B1 an internal combustion engine with two exhaust gas turbochargers, the turbines are accommodated in the exhaust tract of the internal combustion engine. Here, too, the regulation of the exhaust gas flowing through the exhaust tract serves to optimize the performance of the internal combustion engine, in particular in the case of DE 10 2009 006 359 A1 exhaust gas recirculation is taken into account.

Den Offenlegungsschriften US 2010/0071365 A1 und EP 1 640 598 A1 ist jeweils eine Verbrennungskraftmaschine entnehmbar, welche ebenfalls zwei Abgasturbolader aufweist, wobei in einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine ein erster Partikelfilter und ein zwischen den beiden Turbinen der Abgasturbolader im Abgastrakt angeordneter zweiter Partikelfilter vorgesehen ist.The published documents US 2010/0071365 A1 and EP 1 640 598 A1 one internal combustion engine can be removed in each case, which likewise has two exhaust gas turbochargers, a first particle filter and a second particle filter arranged in the exhaust gas tract between the two turbines of the exhaust gas turbocharger being provided in an exhaust gas tract of the internal combustion engine.

Somit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgastrakt für eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, der sich durch eine Steigerung der Reduzierung von Abgasemissionen auszeichnet. Die weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Angabe einer Verbrennungskraftmaschine mit reduzierten Schadstoffemissionen.It is therefore the object of the present invention to provide an exhaust gas tract for an internal combustion engine which is distinguished by an increase in the reduction in exhaust gas emissions. Another object of the present invention is to provide an internal combustion engine with reduced pollutant emissions.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Abgastrakt für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weitere Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by an exhaust tract for an internal combustion engine with the features of claim 1. The further object is achieved by an internal combustion engine with the features of patent claim 7. Advantageous refinements with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the respective subclaims.

Ein erfindungsgemäßer Abgastrakt für eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend zumindest einen Abgaskrümmer, wobei der Abgaskrümmer mit Zylindern der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ausgebildet ist, und mit einer durchströmbaren Abgasleitung, wobei in der Abgasleitung eine Turbine eines Abgasturboladers durchströmbar aufgenommen ist. Stromab des Abgasturboladers ist im Abgasstrakt eine Abgasreinigungseinheit durchströmbar aufgenommen. Der Abgasstrakt ist zur Abgasführung des Abgases der Verbrennungskraftmaschine ausgehend von den Abgaskrümmern in die Abgasreinigungseinheit durchströmbar ausgebildet. Erfindungsgemäß ist zur bedarfsgerechten Beaufschlagung der Abgasreinigungseinheit eine Heizstufe vorgesehen.An exhaust tract according to the invention for an internal combustion engine, comprising at least one exhaust manifold, the exhaust manifold being designed so that cylinders of the internal combustion engine can flow through it, and having an exhaust gas line through which a turbine of an exhaust gas turbocharger can be flowed through. Downstream of the exhaust-gas turbocharger, an exhaust-gas cleaning unit is received in the exhaust tract so that it can flow through. The exhaust tract is designed so that the exhaust gas of the internal combustion engine can flow from the exhaust manifolds into the exhaust gas purification unit. According to the invention, a heating stage is provided in order to act upon the exhaust gas cleaning unit as required.

Das heißt mit anderen Worten, dass dem Abgastrakt zusätzlich - neben der durch die Wärme des Abgases vorliegende Heizleistung -, oder mit anderen Worten, additiv Heizleistung zugeführt wird, die zur Erhöhung einer Gesamttemperatur des Abgastraktes, insbesondere der Abgasreinigungseinheit führt. Der Vorteil ist in einer Steigerung der Schadstoffemissionsreduzierung zu sehen, da bei hinreichend anliegender notwendiger Temperatur des Abgastraktes, insbesondere der Abgasreinigungseinheit, die Emissionsreduzierung effizient und effektiv durchgeführt werden kann.In other words, in addition to the heating power provided by the heat of the exhaust gas, or in other words, the exhaust gas tract is additionally supplied with heating power, which leads to an increase in an overall temperature of the exhaust tract, in particular the exhaust gas cleaning unit. The advantage can be seen in an increase in the reduction in pollutant emissions, since the emission reduction can be carried out efficiently and effectively if the required temperature of the exhaust gas tract, in particular the exhaust gas cleaning unit, is sufficiently high.

Insbesondere in einem so genannten Kaltstartbetrieb und/oder bei insbesondere niedrigen Last- und/oder Drehzahlpunkten der Verbrennungskraftmaschine ist aufgrund der niedrigen Abgastemperatur und/oder geringen Abgasenthalpie die Temperatur des Abgastraktes und insbesondere der Abgasreinigungseinheit niedrig, so dass die Emissionsreduzierung nur unvollständig bzw. sehr reduziert erfolgen kann. Mit Hilfe der Heizstufe kann dem Abgastrakt unabhängig vom Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine Wärme zugeführt werden, damit der effektive und effiziente Betrieb der Abgasreinigungseinheit möglich ist. Das heißt mit anderen Worten, dass mit Hilfe der Heizstufe die dem durch den Abgastrakt strömenden Abgas inhärente Heizleistung gesteigert werden kann.In particular in a so-called cold start operation and / or at particularly low load and / or speed points of the The internal combustion engine is low due to the low exhaust gas temperature and / or low exhaust gas enthalpy, the temperature of the exhaust tract and in particular the exhaust gas cleaning unit, so that the emission reduction can only be incomplete or very reduced. With the help of the heating stage, heat can be supplied to the exhaust tract regardless of the operating point of the internal combustion engine, so that the exhaust gas cleaning unit can be operated effectively and efficiently. In other words, this means that the heating level inherent in the exhaust gas flowing through the exhaust tract can be increased with the aid of the heating stage.

Der Vorteil einer regelbaren Heizstufe ist darin zu sehen, dass in Abhängigkeit der Temperatur des Abgastraktes und/oder der Abgastemperatur die zusätzliche Heizleistung quantitativ angepasst werden kann, derart, dass eine kostengünstige und dennoch bedarfsgerechte Beaufschlagung der Abgasreinigungseinheit erfolgen kann.The advantage of a controllable heating level can be seen in the fact that, depending on the temperature of the exhaust tract and / or the exhaust gas temperature, the additional heating output can be adjusted quantitatively in such a way that the exhaust gas cleaning unit can be acted upon in a cost-effective and yet needs-based manner.

Die zur effektiven und effizienten Schadstoffreduzierung in der Abgasreinigungseinheit notwendige Abgastemperatur vor dem Eintritt in die Abgasreinigungseinheit und/oder ein Integralwert der Heizleistung vor der Abgasreinigungseinheit, welches bspw. abhängig ist von der Heizleistung des Abgases, Wärmeverlusten im Abgastrakt, wird zur Definition eines so genannten Leistungspunktes herangezogen, der für jede Form des erfindungsgemäßen Abgastraktes individuell, da in Abhängigkeit seiner Komponenten, ist. In Abhängigkeit dieses Leistungspunktes erfolgt die Nutzung und Regelung der Heizstufe. In diesem Zusammenhang lässt sich auch der Begriff der bedarfsgerechten Beaufschlagung erläutern, da die bedarfsgerechte Beaufschlagung in Abhängigkeit eines Wärmeverlustes der durchströmten Komponenten, wie bspw. Abgasleitungen, Turbinen, erfolgt.The exhaust gas temperature required for effective and efficient pollutant reduction in the exhaust gas cleaning unit before entering the exhaust gas cleaning unit and / or an integral value of the heating output in front of the exhaust gas cleaning unit, which depends, for example, on the heating output of the exhaust gas, heat losses in the exhaust gas tract, is used to define a so-called performance point used, which is individual for each form of the exhaust tract according to the invention, since it depends on its components. Depending on this credit point, the heating level is used and regulated. In this context, the term demand-based loading can also be explained, since the demand-based loading takes place depending on a loss of heat of the components through which flow, such as, for example, exhaust pipes, turbines.

Bei konventionellen Antriebskonzepten, die üblicherweise Abgasturbolader aufweisen, wobei die Abgasturbolader neben dem Vorteil einer Leistungssteigerung der Verbrennungskraftmaschine auch eine Reduzierung eines Hubraumvolumens der Verbrennungskraftmaschine mit sich bringen können, ist es notwendig die Abgasreinigungseinheit schnell auf die notwendige Betriebstemperatur zu bringen, die zur Reduzierung der Schadstoffemissionen in der Abgasreinigungseinheit notwendig ist.With conventional drive concepts, which usually have exhaust gas turbochargers, whereby the exhaust gas turbochargers can bring not only the advantage of an increase in performance of the internal combustion engine, but also a reduction in the displacement of the internal combustion engine, it is necessary to bring the exhaust gas cleaning unit quickly to the necessary operating temperature, which reduces the pollutant emissions the emission control unit is necessary.

Je schneller die entsprechend notwendige Temperatur erreicht ist, desto früher ist der Zeitpunkt erreicht Schadstoffemission wie bspw. Kohlenwasserstoffe (HxCy), Stickoxide (N0x) und Kohlemonoxide (CO) in einem Katalysator der Abgasreinigungseinheit zu reduzieren.The faster the corresponding temperature is reached, the earlier it is time to reduce pollutant emissions such as hydrocarbons (H x C y ), nitrogen oxides (N0 x ) and carbon monoxides (CO) in a catalytic converter of the exhaust gas cleaning unit.

Ein Heizleistungsverlust des Abgastraktes kann durch die Heizstufe ausgeglichen werden.A loss of heating power in the exhaust system can be compensated for by the heating level.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Abgastraktes ist insbesondere darin zu sehen, dass durch einen Betrieb der Heizstufe der Abgastrakt optimal durchströmt wird, um Niedrigstemissionen bei hoher spezifischer Leistung der Verbrennungskraftmaschine zu erzielen.The advantage of the exhaust tract according to the invention can be seen in particular in that the exhaust tract is optimally flowed through by operating the heating stage in order to achieve the lowest emissions with high specific power of the internal combustion engine.

Mit Hilfe des Betriebs der Heizstufe kann ein so genanntes Lightoff der Abgasreinigungseinheit, insbesondere ausgehend von einem Kaltstartbetrieb der Verbrennungskraftmaschine, frühzeitiger als mit einem üblichen Abgastrakt gemäß dem Stand der Technik erreicht werden. Das heißt mit anderen Worten, dass die Abgastemperatur stromauf der Abgasreinigungseinheit, insbesondere am Eintritt der Abgasreinigungseinheit, schneller die zum effektiven und effizienten Betrieb der Abgasreinigungseinheit notwendige Mindesttemperatur aufweist.With the help of the operation of the heating stage, a so-called lightoff of the exhaust gas cleaning unit, in particular starting from a cold start operation of the internal combustion engine, can be achieved earlier than with a conventional exhaust tract according to the prior art. In other words, the exhaust gas temperature upstream of the exhaust gas cleaning unit, in particular at the inlet of the exhaust gas cleaning unit, has the minimum temperature required for the effective and efficient operation of the exhaust gas cleaning unit more quickly.

Des Weiteren stellt sich ein frühzeitigeres und häufigeres Erreichen einer Regenerationstemperatur des Partikelfilters ein.In addition, the regeneration temperature of the particle filter is reached earlier and more frequently.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgastrakt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6. Der Vorteil der Verbrennungskraftmaschine mit dem Abgastrakt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ist in einer deutlichen Schadstoffemissionsreduktion gegenüber dem Stand der Technik zu sehen. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit eine verbesserte Anfahrperformance eines die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs zu erzielen. Das heißt insbesondere, die deutliche Reduzierung eines so genannten Turbolochs durch ein erzielbares höheres Drehmoment im unteren Last- und insbesondere Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine. Das heißt mit anderen Worten, dass insbesondere bei der Umschaltung von seriellem Abgasturboladerbetrieb in einen parallelen Abgasturboladerbetrieb, bzw. von einem Zuschalten eines weiteren Abgasturboladers mit und nach Erreichen des Leistungspunktes, ist ein frühes, d.h. schon bei niedrigen Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine hohes Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung steht.A second aspect of the invention relates to an internal combustion engine with an exhaust tract according to one of claims 1 to 6. The advantage of the internal combustion engine with the exhaust tract according to one of claims 1 to 6 can be seen in a significant reduction in pollutant emissions compared to the prior art. Another advantage is the possibility of achieving an improved starting performance of a motor vehicle having the internal combustion engine according to the invention. This means, in particular, the significant reduction of a so-called turbo lag due to the achievable higher torque in the lower load and in particular speed range of the internal combustion engine. In other words, that in particular when switching from serial exhaust gas turbocharger operation to parallel exhaust gas turbocharger operation, or from switching on a further exhaust gas turbocharger with and after reaching the power point, an early, i.e. high torque of the internal combustion engine is available even at low engine speeds.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine weist diese zumindest zwei unabhängig voneinander ausgebildete Abgaskrümmer auf. Somit kann, sofern der Abgastrakt mehr als einen Abgasturbolader aufweist, jedem Abgasturbolader ein Abgaskrümmer zugeordnet werden, welcher mit Abgas der ihm zugeordneten Zylinder durchströmt wird. Der Abgasturbolader kann in seiner Größe entsprechend angepasst und möglicherweise reduziert ausgelegt werden. Das heißt mit anderen Worten, dass der Turbine ein maximaler Abgasmassenstrom aus nur einem Teil der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Zur Erzielung eines bevorzugt hohen Wirkungsgrades des Abgasturboladers kann die Turbine somit kleiner ausgelegt werden, als sie auszuführen wäre bei einer Beaufschlagung mit Abgas aus sämtlichen Abgaskrümmern der Verbrennungskraftmaschine. Auch kann insbesondere bei einem kleineren Abgasturbolader im unteren Last- und/oder Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine ein verbessertes Ansprechverhalten des Abgasturboladers aufgrund eines kleineren Massenträgheitsmomentes seines Laufzeugs erzielt werden.In one embodiment of the internal combustion engine according to the invention, it has at least two independently configured exhaust manifolds. If the exhaust tract has more than one exhaust gas turbocharger, each exhaust gas turbocharger can thus be assigned an exhaust manifold through which exhaust gas flows through the cylinders assigned to it. The size of the exhaust gas turbocharger can be adjusted accordingly and possibly reduced. In other words, this means that the turbine is supplied with a maximum exhaust gas mass flow from only part of the internal combustion engine. to In order to achieve a preferably high efficiency of the exhaust gas turbocharger, the turbine can thus be designed to be smaller than it would have to be when an exhaust gas is applied from all exhaust manifolds of the internal combustion engine. Also, in particular in the case of a smaller exhaust gas turbocharger in the lower load and / or speed range of the internal combustion engine, an improved response behavior of the exhaust gas turbocharger can be achieved on account of a smaller moment of inertia of its running gear.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigt:

  • 1 in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Abgastrakt in einem ersten Ausführungsbeispiel.
Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own, without the scope of Leaving invention. Identical reference symbols are assigned to identical or functionally identical elements. It shows:
  • 1 a schematic representation of an internal combustion engine according to the invention with an exhaust tract according to the invention in a first embodiment.

Eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine 1 ist in einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 ausgebildet. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist eine erste Zylinderbank 2, umfassend mindestens zwei Zylinder 3, sowie eine zweite Zylinderbank 4, welche ebenfalls drei Zylinder 3 umfasst, auf. Jede Zylinderbank 2, 4 weist einen Abgaskrümmer auf, wobei die erste Zylinderbank 2 einen ersten Abgaskrümmer 5 und die zweite Zylinderbank 4 einen zweiten Abgaskrümmer 6 aufweist.An internal combustion engine according to the invention 1 is according to a first embodiment 1 educated. The internal combustion engine 1 has a first cylinder bank 2 comprising at least two cylinders 3 , as well as a second cylinder bank 4 which also have three cylinders 3 includes, on. Every cylinder bank 2 . 4 has an exhaust manifold, the first cylinder bank 2 a first exhaust manifold 5 and the second cylinder bank 4 a second exhaust manifold 6 having.

Jeder der beiden Abgaskrümmer 5, 6, der einem erfindungsgemäßen Abgastrakt 7 der Verbrennungskraftmaschine 1 zugeordnet ist, ist durchströmbar mit Auslasskanälen 8 der Zylinder 3 verbunden, derart, dass aus den Zylinder 3 während ihres Ausschubtaktes Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1 über die Auslasskanäle 8 in den Abgastrakt 7 strömen kann.Each of the two exhaust manifolds 5 . 6 , the exhaust system according to the invention 7 the internal combustion engine 1 is assigned, can be flowed through with outlet channels 8th the cylinder 3 connected, so that from the cylinder 3 exhaust gas from the internal combustion engine during its exhaust stroke 1 via the outlet channels 8th in the exhaust system 7 can flow.

Der Abgastrakt 7 weist eine erste Abgasleitung 9 auf. In der ersten Abgasleitung 9 ist eine erste Turbine 11 eines ersten Abgasturboladers 12 durchströmbar angeordnet. Der zu der ersten Turbine 11 korrespondierende erste Verdichter 15 des ersten Abgasturboladers 12 ist in einem nicht näher dargestellten Ansaugstrang der Verbrennungskraftmaschine 1 durchströmbar und stromauf der Verbrennungskraftmaschine 1 aufgenommen und dient einer Verdichtung von ausgesaugter Verbrennungsluft der Verbrennungskraftmaschine 1.The exhaust tract 7 has a first exhaust pipe 9 on. In the first exhaust pipe 9 is a first turbine 11 of a first exhaust gas turbocharger 12 arranged to flow through. The first turbine 11 corresponding first compressor 15 of the first exhaust gas turbocharger 12 is in an intake line of the internal combustion engine, not shown 1 flowable and upstream of the internal combustion engine 1 recorded and serves to compress extracted combustion air from the internal combustion engine 1 ,

Die Abgaskrümmer 5, 6 münden stromauf der ersten Turbine 11 in die erste Abgasleitung 9. Stromab der ersten Turbine 11 ist eine Abgasreinigungseinheit 19 zur Reinigung des Abgases und Reduzierung von Schadstoffemissionen angeordnet, welche beispielhaft in Form eines Katalysators und Partikelfilters ausgeführt ist.The exhaust manifold 5 . 6 open upstream of the first turbine 11 in the first exhaust pipe 9 , Downstream of the first turbine 11 is an exhaust gas cleaning unit 19 arranged to purify the exhaust gas and reduce pollutant emissions, which is exemplified in the form of a catalyst and particle filter.

Zur bedarfsgerechten Beaufschlagung der Abgasreinigungseinheit 19 weist diese eine Heizstufe 20 auf, welche in Form eines elektrisch unterstützen, mit anderen Worten elektrisch beheizbaren Katalysators ausgebildet ist. Der erste Verdichter 15 ist unabhängig von seinem Antrieb mit Hilfe der ersten Turbine 11 elektrisch antreibbar. Das heißt mit anderen Worten, dass der erste Verdichter 15 elektrisch unterstützt ist und durch einen elektrischen Motor M angetrieben wird.For loading the emission control unit as required 19 this has a heating level 20 on, which is in the form of an electrically assisted, in other words electrically heatable catalyst. The first compressor 15 is independent of its drive using the first turbine 11 electrically driven. In other words, that means the first compressor 15 is supported electrically and by an electric motor M is driven.

Der Abgastrakt 7 weist einen einzigen Abgasturbolader 12 auf, welcher zur Nutzung über einen gesamten Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine 1 große Massendurchsätze sowohl turbinen- als auch verdichterseitig erlaubt. Dies bedeutet allerdings, dass aufgrund eines hohen Massenträgheitsmomentes eines Laufzeugs des Abgasturboladers 12 bei turbinenseitig geringen Massendurchsätzen, insbesondere im niedrigen Drehzahl- und/oder Lastbereich der Verbrennungskraftmaschine 1 die zur Herbeiführung eines hohen Drehmomentes gewünschte Luftmenge für die Verbrennungskraftmaschine 1 nicht gefördert werden kann.The exhaust tract 7 has a single exhaust gas turbocharger 12 which, for use over an entire operating range of the internal combustion engine 1 large mass throughputs permitted both on the turbine and on the compressor side. However, this means that due to a high moment of inertia of a running gear of the exhaust gas turbocharger 12 with low mass flow rates on the turbine side, in particular in the low speed and / or load range of the internal combustion engine 1 the amount of air required for producing a high torque for the internal combustion engine 1 cannot be funded.

Zur Förderung der gewünschten Luftmenge, insbesondere im unteren Last- und/oder Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine 1 ist der elektrisch antreibbare Verdichters 15 vorgesehen. Dieser kann bedarfsgerecht aufgrund seiner elektrischen Unterstützung betrieben werden. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiel ist in einer Reduzierung von Wärmeverlusten im Abgastrakt 7 im Vergleich zu zwei kleineren Abgasturboladern zu sehen.To promote the desired amount of air, especially in the lower load and / or speed range of the internal combustion engine 1 is the electrically driven compressor 15 intended. This can be operated as required due to its electrical support. The advantage of this embodiment is a reduction in heat loss in the exhaust system 7 compared to two smaller turbochargers.

Die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine 1 resp. des erfindungsgemäßen Abgastraktes 7 dargestellten Abgasturbolader 12, 14 sind, sofern nicht anders beschrieben, in Form von so genannten Wastegate-Ladern mit einem Bypassventil 17 ausgebildet. Ebenso könnten sie auch als Abgasturbolader ohne Bypassierungsmöglichkeit ihrer Turbinenräder oder mit einer verstellbaren Turbinengeometrie ausgebildet sein.The in the above-described embodiments of the internal combustion engine according to the invention 1 respectively. of the exhaust tract according to the invention 7 shown exhaust gas turbocharger 12 . 14 are, unless otherwise described, in the form of so-called wastegate loaders with a bypass valve 17 educated. They could also be designed as exhaust gas turbochargers without the possibility of bypassing their turbine wheels or with an adjustable turbine geometry.

Die Abgasreinigungseinheit 19 ist beispielhaft als Kombination eines Katalysators und eines Partikelfilters aufgeführt. Ebenso könnte sie auch nur in Form eines Katalysators oder eines reinen Partikelfilters ausgebildet sein. Der Katalysator kann bspw. in Form eines Dreiwege-Katalysators oder eines so genannten SCR-Katalysators zur selektiven katalytischen Reaktion oder eines NOx-Speicherkatalysators ausgebildet sein. Ebenso kann der Partikelfilter in verschiedenen Formen ausgebildet sein.The emission control unit 19 is exemplified as a combination of a catalyst and a particle filter. It could just as well be designed in the form of a catalyst or a pure particle filter. The catalytic converter can be designed, for example, in the form of a three-way catalytic converter or a so-called SCR catalytic converter for the selective catalytic reaction or an NO x storage catalytic converter. The particle filter can also be designed in various forms.

Selbstredend ist die Anzahl der Zylinder 3 der Verbrennungskraftmaschine 1 nicht auf die beispielhaft genannte Anzahl gegrenzt. Das heißt mit anderen Worten, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 bspw. auch nur zwei Zylinder 3 aufweisen könnte oder sie könnte sechzehn Zylinder 3 aufweisen. Ebenso könnte die Anordnung der Zylinder 3 in Form eines so genannten Reihenmotors oder in Form eines V-Motors ausgebildet sein.Of course, the number of cylinders 3 the internal combustion engine 1 not limited to the number given as an example. In other words, that means the internal combustion engine 1 For example, only two cylinders 3 could have or it could have sixteen cylinders 3 exhibit. Likewise, the arrangement of the cylinders 3 be designed in the form of a so-called in-line engine or in the form of a V-engine.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
22
Erste ZylinderbankFirst cylinder bank
33
Zylindercylinder
44
Zweite ZylinderbankSecond cylinder bank
55
Erster AbgaskrümmerFirst exhaust manifold
66
Zweiter AbgaskrümmerSecond exhaust manifold
77
Abgastraktexhaust tract
88th
Auslasskanalexhaust port
99
Erste AbgasleitungFirst exhaust pipe
1010
Zweite AbgasleitungSecond exhaust pipe
1111
Erste TurbineFirst turbine
1212
Erster AbgasturboladerFirst exhaust gas turbocharger
1313
Zweite TurbineSecond turbine
1414
Zweiter AbgasturboladerSecond exhaust gas turbocharger
1515
Erster VerdichterFirst compressor
1616
Zweiter VerdichterSecond compressor
1717
Bypassventilbypass valve
1818
Dritte AbgasleitungThird exhaust pipe
1919
Abgasreinigungseinheitexhaust gas cleaning unit
2020
Heizstufeheating stage
2121
Erste EinmündungFirst confluence
2222
Zweite EinmündungSecond confluence
2323
Dritter VerdichterThird compressor
2424
Ventil Valve
MM
Motorengine

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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  • EP 2402576 B1 [0005]EP 2402576 B1 [0005]
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  • EP 1640598 A1 [0006]EP 1640598 A1 [0006]

Claims (8)

Abgastrakt für eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend zumindest einen Abgaskrümmer (5; 6), wobei der Abgaskrümmer (5; 6) mit Zylindern (3) der Verbrennungskraftmaschine (1) durchströmbar ausgebildet ist, und mit einer durchströmbaren Abgasleitung (9; 10), wobei in der Abgasleitung (9;10) eine Turbine (11; 13) eines Abgasturboladers (12; 14) durchströmbar aufgenommen ist, und wobei stromab des Abgasturboladers (12; 14) im Abgasstrakt (7) eine Abgasreinigungseinheit (19) durchströmbar aufgenommen ist, und wobei der Abgasstrakt (7) zur Abgasführung des Abgases der Verbrennungskraftmaschine (1) ausgehend von den Abgaskrümmern (5, 6) in die Abgasreinigungseinheit (19) durchströmbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur bedarfsgerechten Beaufschlagung der Abgasreinigungseinheit (19) eine Heizstufe (20) vorgesehen ist.Exhaust tract for an internal combustion engine, comprising at least one exhaust manifold (5; 6), the exhaust manifold (5; 6) being designed so that cylinders (3) of the internal combustion engine (1) can flow through it, and with a flowable exhaust pipe (9; 10), wherein in the exhaust gas line (9; 10) has a turbine (11; 13) of an exhaust gas turbocharger (12; 14) received through it, and downstream of the exhaust gas turbocharger (12; 14) an exhaust gas cleaning unit (19) is received through the exhaust tract (7), and The exhaust tract (7) for guiding the exhaust gas of the exhaust gas of the internal combustion engine (1) from the exhaust manifolds (5, 6) into the exhaust gas cleaning unit (19) so that it can be flowed through, characterized in that a heating stage (20 ) is provided. Abgastrakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstufe (20) regelbar ist.Exhaust tract after Claim 1 , characterized in that the heating level (20) is adjustable. Abgastrakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch und/oder mechanisch antreibbarer Verdichter (15; 23) stromauf der Abgasreinigungseinheit (19) im Abgastrakt (7) aufgenommen ist.Exhaust tract after Claim 1 or 2 , characterized in that an electrically and / or mechanically drivable compressor (15; 23) is received upstream of the exhaust gas cleaning unit (19) in the exhaust tract (7). Abgastrakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgastrakt (7) eine verstellbare Turbinengeometrie ausgebildet ist.Exhaust tract according to one of the preceding claims, characterized in that an adjustable turbine geometry is formed in the exhaust tract (7). Abgastrakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abgasturbolader (12; 14) ein umströmbares Turbinenrad aufweist.Exhaust tract according to one of the preceding claims, characterized in that at least one exhaust gas turbocharger (12; 14) has a turbine wheel around which flow can flow. Abgastrakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgastrakt (7) zumindest ein Steuerventil (24) vorgesehen ist.Exhaust tract according to one of the preceding claims, characterized in that at least one control valve (24) is provided in the exhaust tract (7). Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgastrakt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.Internal combustion engine with an exhaust tract according to one of the Claims 1 to 6 , Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (1) zumindest zwei unabhängig voneinander ausgebildete Abgaskrümmer (5, 6) aufweist.Internal combustion engine after Claim 7 , characterized in that the internal combustion engine (1) has at least two independently configured exhaust manifolds (5, 6).
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