DE102018130799B4 - Internal combustion engine and method of operating an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Verbrennungsmotor (10) mit einer Kurbelwelle (14) und mindestens einem Brennraum (12), wobei der Verbrennungsmotor (10) mit seinem Einlass (16) mit einem Ansaugtrakt (20) verbunden ist, und wobei der Verbrennungsmotor (10) mit seinem Auslass (18) mit einer Abgasanlage (40) verbunden ist, sowie mit einem Abgasturbolader (28) mit einem Verdichter (30) und einer Turbine (50), welche durch eine Antriebswelle (36) miteinander verbunden sind, wobei in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors (10) durch die Abgasanlage (40) stromabwärts des Auslasses (18) des Verbrennungsmotors (10) und stromaufwärts der Turbine (50) des Abgasturboladers (28) eine Brennkammer (44) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (36) des Abgasturboladers (28) zumindest mittelbar mit der Kurbelwelle (14) des Verbrennungsmotors (10) verbindbar ist, wobei in der Abgasanlage (40) stromabwärts der Turbine (50) mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) zur Abgasnachbehandlung eines Abgases des Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist, und wobei ein Sekundärluftverdichter (60) vorgesehen ist, welcher über eine Sekundärluftleitung (66) mit der Brennkammer (44) verbunden ist.Internal combustion engine (10) with a crankshaft (14) and at least one combustion chamber (12), wherein the internal combustion engine (10) is connected with its inlet (16) to an intake tract (20), and wherein the internal combustion engine (10) with its outlet ( 18) is connected to an exhaust system (40), and to an exhaust gas turbocharger (28) with a compressor (30) and a turbine (50), which are connected to one another by a drive shaft (36), wherein in the direction of flow of an exhaust gas from the internal combustion engine ( 10) a combustion chamber (44) is arranged through the exhaust system (40) downstream of the outlet (18) of the internal combustion engine (10) and upstream of the turbine (50) of the exhaust gas turbocharger (28), characterized in that the drive shaft (36) of the exhaust gas turbocharger (28) can be connected at least indirectly to the crankshaft (14) of the internal combustion engine (10), with at least one exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) for exhaust gas aftertreatment in the exhaust system (40) downstream of the turbine (50). Treatment of an exhaust gas of the internal combustion engine (10) is arranged, and wherein a secondary air compressor (60) is provided, which is connected to the combustion chamber (44) via a secondary air line (66).

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Luftversorgungssystem und mit einer Abgasanlage sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to an internal combustion engine with an air supply system and with an exhaust system and a method for operating such an internal combustion engine according to the preamble of the independent patent claims.

Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen Stickoxid-Emissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche Oxidationskatalysatoren, Katalysatoren zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt Ammoniak verwendet. Weil der Umgang mit reinem Ammoniak aufwendig ist, wird bei Fahrzeugen üblicherweise eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.The current exhaust gas legislation and one that will become increasingly strict in the future place high demands on engine raw emissions and the exhaust gas aftertreatment of combustion engines. The demands for a further reduction in consumption and the further tightening of the exhaust gas standards with regard to the permitted nitrogen oxide emissions represent a challenge for the engine developers. Catalyst upstream and downstream further catalysts. In diesel engines, exhaust gas aftertreatment systems are currently used which have oxidation catalytic converters, catalytic converters for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR catalytic converter) and a particle filter for separating soot particles and, if necessary, further catalytic converters. Ammonia is preferably used as the reducing agent. Because handling pure ammonia is complicated, vehicles usually use a synthetic, aqueous urea solution, which is mixed with the hot exhaust gas flow in a mixing device upstream of the SCR catalytic converter. This mixing heats up the aqueous urea solution, with the aqueous urea solution releasing ammonia in the exhaust gas duct. A commercially available, aqueous urea solution is generally made up of 32.5% urea and 67.5% water.

Ein wichtiger Schlüssel zur Emissionsminimierung von Verbrennungsmotoren liegt darin, die Abgasnachbehandlungskomponenten möglichst schnell nach einem Start des Verbrennungsmotors auf eine Betriebstemperatur zu bringen und diese im weiteren Verlauf dauerhaft in diesem Temperaturbereich zu betreiben, um eine möglichst effiziente Abgasnachbehandlung zu ermöglichen.An important key to minimizing emissions from internal combustion engines is to bring the exhaust aftertreatment components to an operating temperature as quickly as possible after starting the internal combustion engine and then to operate them continuously in this temperature range in order to enable the most efficient possible exhaust aftertreatment.

Aus dem Stand der Technik sind innermotorische Heizmaßnahmen wie beispielsweise eine Verschiebung des Zündwinkels oder des Einspritzzeitpunktes in Richtung spät, ein späte Nacheinspritzung von Kraftstoff oder ein Lambda-Split-Betrieb des Verbrennungsmotors bekannt, bei denen bewusst eine Verschlechterung des thermischen Wirkungsgrads des Verbrennungsmotors in Kauf genommen wird, um zusätzliche Energie in die Abgasanlage einzubringen und höhere Abgastemperaturen zu erzielen.In-engine heating measures such as retarding the ignition angle or the injection timing, late post-injection of fuel or lambda-split operation of the internal combustion engine are known from the prior art, in which a deterioration in the thermal efficiency of the internal combustion engine is deliberately accepted is used to introduce additional energy into the exhaust system and to achieve higher exhaust gas temperatures.

Darüber hinaus sind elektrische Heizelemente und Abgasbrenner bekannt, mit welchen der Abgasstrom oder eine Komponente in der Abgasanlage beheizt werden kann. Elektrische Heizelemente und Abgasbrenner haben jedoch den Nachteil, dass hier zusätzliche Energie zum Aufheizen benötigt wird. Zudem haben solche motorexternen Heizmaßnahmen den Nachteil, dass sie zwar die Abgastemperatur erhöhen, jedoch weder zu einer Reduktion der Abgasrohemissionen führen noch für den Vortrieb des Kraftfahrzeuges genutzt werden können.In addition, electric heating elements and exhaust gas burners are known, with which the exhaust gas flow or a component in the exhaust system can be heated. However, electrical heating elements and exhaust gas burners have the disadvantage that additional energy is required for heating. In addition, such engine-external heating measures have the disadvantage that although they increase the exhaust gas temperature, they neither lead to a reduction in the raw exhaust gas emissions nor can they be used to propel the motor vehicle.

Aus der DE 10 2008 032 601 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor bekannt, in welchem ein Oxidationskatalysator, stromabwärts des Oxidationskatalysators ein NOx-Speicherkatalysator, stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators ein SCR-Katalysator und weiter stromabwärts ein Partikelfilter angeordnet sind. Dabei ist stromabwärts des SCR-Katalysators und stromaufwärts des Partikelfilters eine Einleitstelle für ein heißes Abgas eines Abgasbrenners vorgesehen, um den Partikelfilter auf seine Regenerationstemperatur aufzuheizen.From the DE 10 2008 032 601 A1 an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine is known, in which an oxidation catalytic converter, downstream of the oxidation catalytic converter a NOx storage catalytic converter, downstream of the NOx storage catalytic converter an SCR catalytic converter and further downstream a particle filter are arranged. In this case, downstream of the SCR catalytic converter and upstream of the particle filter, an introduction point for a hot exhaust gas from an exhaust gas burner is provided in order to heat the particle filter to its regeneration temperature.

Die DE 10 2016 205 182 A1 offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einem katalytisch beschichteten Partikelfilter und einem NOx-Speicherkatalysator, wobei stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators ein Abgasbrenner vorgesehen ist, welcher mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird, um eine Aufheizung des Abgases und gleichzeitige Regeneration des NOx-Speicherkatalysators mit den unverbrannten Kohlenwasserstoffen aus dem Brennerabgas zu ermöglichen.the DE 10 2016 205 182 A1 discloses an exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine with a catalytically coated particulate filter and a NOx storage catalyst, with an exhaust gas burner being provided upstream of the NOx storage catalyst, which is operated with a substoichiometric combustion air ratio in order to heat up the exhaust gas and simultaneously regenerate the NOx storage catalyst with the to allow unburned hydrocarbons from the burner exhaust gas.

Die EP 1 469 173 B1 offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, bei welchem in Strömungsrichtung eines Abgases durch das Abgasnachbehandlungssystem ein Oxidationskatalysator, stromabwärts des Oxidationskatalysators ein SCR-Katalysator und weiter stromabwärts ein Partikelfilter angeordnet sind. Dabei sind stromabwärts des Oxidationskatalysators und stromaufwärts des SCR-Katalysators ein Wärmetauscher zum Abkühlen des Abgasstroms und stromabwärts des SCR-Katalysators und stromaufwärts des Partikelfilters ein Heizelement vorgesehen, um den Abgasstrom vor Eintritt in den Partikelfilter auf eine Regenerationstemperatur aufzuheizen.the EP 1 469 173 B1 discloses an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, in which an oxidation catalytic converter is arranged in the flow direction of an exhaust gas through the exhaust gas aftertreatment system, an SCR catalytic converter is arranged downstream of the oxidation catalytic converter and a particle filter is arranged further downstream. A heat exchanger for cooling the exhaust gas flow is provided downstream of the oxidation catalytic converter and upstream of the SCR catalytic converter, and a heating element is provided downstream of the SCR catalytic converter and upstream of the particulate filter in order to heat the exhaust gas flow to a regeneration temperature before it enters the particulate filter.

Aus der DE 101 39 526 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Turbolader bekannt. Der Turbolader ist mit einer elektrischen Maschine versehen, die wahlweise als Elektromotor oder als Generator betreibbar ist. Der Turbine des Turboladers ist von einer Gaserzeugungseinheit, beispielsweise von einem Brenner, Abgas zuführbar zum Antrieb der Turbine und damit zum Antrieb der elektrischen Maschine als Generator zur Stromerzeugung bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor. Ein Frischluftbypass kann die Ausgangsseite des Verdichters mit der Gaseingangsseite des Brenners verbinden. Vorzugsweise ist ein Wärmetauscher zwischen den Abgasen der Turbine und der Frischluft im Frischluftbypass vorgesehen.From the DE 101 39 526 A1 a motor vehicle with an internal combustion engine and a turbocharger is known. The turbocharger is provided with an electrical machine that can be operated either as an electric motor or as a generator. The turbine of the turbocharger can be supplied with exhaust gas from a gas generation unit, for example from a burner, for driving the turbine and thus to drive the electrical machine as a generator to generate electricity when the combustion engine is switched off. A fresh air bypass can connect the outlet side of the compressor to the gas inlet side of the burner. A heat exchanger is preferably provided between the exhaust gases of the turbine and the fresh air in the fresh air bypass.

DE 10 2014 017 631 A1 beschreibt einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasturbolader, wobei der Abgasturbolader mit einer motorisch und generatorisch betreibbaren ersten elektrischen Maschine zum Antrieb bzw. zur Antriebsunterstützung des Abgasturboladers ausgerüstet ist. Der Verbrennungsmotor steht mit einem Niederspannungsbordnetz eines Kraftfahrzeuges in Wirkverbindung, in dem eine motorisch und generatorisch betreibbare zweite elektrische Maschine, die drehmomentübertragend mit der Kurbelwelle koppelbar bzw. gekoppelt ist, und ein elektrischer Energiespeicher zur Versorgung der im Niederspannungsbordnetz angeordneten elektrischen Verbraucher vorgesehen sind. DE 10 2014 017 631 A1 describes an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger, the exhaust gas turbocharger being equipped with a first electric machine that can be operated as a motor and as a generator for driving or for driving support of the exhaust gas turbocharger. The internal combustion engine is operatively connected to a low-voltage on-board network of a motor vehicle, in which a second electric machine that can be operated as a motor and as a generator and that can be coupled or coupled to the crankshaft in a torque-transmitting manner, and an electrical energy store for supplying the electrical consumers arranged in the low-voltage on-board network are provided.

Aus der US 2012 / 0 042 632 A1 ist ein Verbrennungsmotor mit einem Abgasturbolader und einem Abgasnachbehandlungssystem bekannt. Dabei ist an dem Turbolader ein schaltbarer Bypass vorgesehen, mit welchem ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors an der Turbine des Abgasturboladers vorbei geführt werden kann. Ferner ist an einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors stromabwärts eines Auslasses des Verbrennungsmotors und stromaufwärts des Bypasses ein Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen, mit welchem Kraftstoff in die Abgasanlage eingespritzt werden kann.An internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger and an exhaust gas aftertreatment system is known from US 2012/0 042 632 A1. A switchable bypass is provided on the turbocharger, with which an exhaust gas flow from the internal combustion engine can be routed past the turbine of the exhaust gas turbocharger. Furthermore, a fuel injection valve is provided on an exhaust gas duct of the internal combustion engine downstream of an outlet of the internal combustion engine and upstream of the bypass, with which fuel injection valve fuel can be injected into the exhaust system.

EP 2 535 539 A1 offenbart einen Verbrennungsmotor für ein Boot, bei welchem in der Abgasanlage stromabwärts eines Auslasses des Verbrennungsmotors und stromaufwärts einer Turbine eines Abgasturboladers eine Brennkammer angeordnet ist, in welcher zusätzlich zu den Brennräumen des Verbrennungsmotors Kraftstoff verbrannt werden kann. EP 2 535 539 A1 discloses an internal combustion engine for a boat, in which a combustion chamber is arranged in the exhaust system downstream of an outlet of the internal combustion engine and upstream of a turbine of an exhaust gas turbocharger, in which fuel can be burned in addition to the combustion chambers of the internal combustion engine.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Abgasemissionen des Verbrennungsmotors zu verringern, wobei die zur Verringerung der Abgasemissionen aufgewandte Energie zumindest anteilig genutzt werden kann.The object of the invention is now to reduce the exhaust gas emissions of the internal combustion engine, the energy expended to reduce the exhaust gas emissions being able to be used at least in part.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle und mindestens einem Brennraum gelöst, wobei der Verbrennungsmotor mit seinem Einlass mit einem Ansaugtrakt verbunden ist, und wobei der Verbrennungsmotor mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist. Der Verbrennungsmotor weist einen Abgasturbolader mit einem Verdichter und einer Turbine auf, welche durch eine Welle miteinander verbunden sind. Es ist vorgesehen, dass in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors durch die Abgasanlage stromabwärts des Auslasses des Verbrennungsmotors und stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers eine Brennkammer angeordnet ist. Ferner ist vorgesehen, dass die Antriebswelle des Abgasturboladers zumindest mittelbar mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist. In der Abgasanlage ist stromabwärts der Turbine mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente zur Abgasnachbehandlung eines Abgases des Verbrennungsmotors angeordnet. Bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor ist es in vorteilhafter Weise möglich, möglichst nahe an den Abgasnachbehandlungskomponenten eine Heizmaßnahme zu realisieren, um die thermische Trägheit gegenüber innermotorischen Heizmaßnahmen zu minimieren. Zudem werden die Abwärmeverluste über die Wände des Abgaskanals reduziert. Die in der Brennkammer erzeugte Wärme kann zudem zum Antrieb der Turbine des Abgaskanals genutzt werden, wodurch zumindest ein Teil dieser Wärme genutzt werden kann. Zudem können zur Aufheizung der Abgasnachbehandlungskomponenten innermotorische Heizmaßnahmen entfallen, welche mit erhöhtem Kraftstoffverbrauch und erhöhten Rohemissionen des Verbrennungsmotors verbunden sind.According to the invention, this object is achieved by an internal combustion engine with a crankshaft and at least one combustion chamber, the intake of the internal combustion engine being connected to an intake tract and the exhaust of the internal combustion engine being connected to an exhaust system. The internal combustion engine has an exhaust gas turbocharger with a compressor and a turbine, which are connected to one another by a shaft. Provision is made for a combustion chamber to be arranged in the flow direction of an exhaust gas from the internal combustion engine through the exhaust system downstream of the outlet of the internal combustion engine and upstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger. Provision is also made for the drive shaft of the exhaust gas turbocharger to be connected at least indirectly to the crankshaft of the internal combustion engine. At least one exhaust gas aftertreatment component for exhaust gas aftertreatment of an exhaust gas of the internal combustion engine is arranged in the exhaust system downstream of the turbine. In the case of the internal combustion engine according to the invention, it is possible in an advantageous manner to implement a heating measure as close as possible to the exhaust gas aftertreatment components in order to minimize the thermal inertia compared to internal engine heating measures. In addition, the waste heat losses through the walls of the exhaust gas duct are reduced. The heat generated in the combustion chamber can also be used to drive the turbine of the exhaust gas duct, as a result of which at least part of this heat can be used. In addition, internal engine heating measures to heat up the exhaust gas aftertreatment components, which are associated with increased fuel consumption and increased raw emissions from the internal combustion engine, can be omitted.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und nicht triviale Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verbrennungsmotor vorgesehen.Advantageous further developments and non-trivial improvements of the internal combustion engine specified in the independent claim are provided by the features listed in the dependent claims.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebswelle des Abgasturboladers mit einer elektrischen Maschine verbunden ist, über welche der Verdichter des Abgasturboladers unabhängig von dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors antreibbar ist. Durch eine elektrische Maschine auf der Antriebswelle kann die Turbine des Abgasturboladers dazu genutzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen. Diese Energie kann entweder direkt genutzt werden oder in einer Batterie zwischengespeichert werden. In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the drive shaft of the exhaust gas turbocharger is connected to an electrical machine, via which the compressor of the exhaust gas turbocharger can be driven independently of the exhaust gas flow of the internal combustion engine. With an electric machine on the drive shaft, the turbine of the exhaust gas turbocharger can be used to generate electrical energy. This energy can either be used directly or stored in a battery.

Dadurch kann eine mit dem Verbrennungsmotor verbundene Lichtmaschine entlastet werden, was den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors erhöht und somit die Kraftstoffeffizienz verbessert. Durch die Zwischenspeicherung der Energie besteht zudem die Möglichkeit, diese Energie im Bedarfsfall zur Erhöhung der Leistung und/oder des Drehmoments des Verbrennungsmotors zu nutzen.As a result, an alternator connected to the internal combustion engine can be relieved, which increases the efficiency of the internal combustion engine and thus improves fuel efficiency. By temporarily storing the energy, there is also the possibility of using this energy to increase the power and/or the torque of the internal combustion engine if required.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Welle des Abgasturboladers über einen Durchtrieb mechanisch mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist. Durch einen mechanischen Durchtrieb kann die Abwärme aus der Brennkammer genutzt werden, um über die Antriebswelle des Turboladers und den Durchtrieb die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors anzutreiben. Dadurch kann die Leistung an der Kurbelwelle erhöht werden, wodurch die Effizienz des Verbrennungsmotors steigt. Dabei kann der Lastpunkt des Verbrennungsmotors in Richtung eines Lastpunktes mit geringeren Rohemissionen verschoben werden.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the shaft of the exhaust gas turbocharger is mechanically connected to the crankshaft of the internal combustion engine via a through drive. The waste heat from the combustion chamber can be used by a mechanical through drive to drive the crankshaft of the combustion engine via the drive shaft of the turbocharger and the through drive. As a result, the power at the crankshaft can be increased, which increases the efficiency of the combustion engine. The load point of the internal combustion engine can be shifted in the direction of a load point with lower raw emissions.

Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass die elektrische Maschine durch die Turbine des Abgasturboladers angetrieben wird und elektrischen Strom generiert, welcher an einen elektrischen Antriebsmotor an der Kurbelwelle übertragen wird. Alternativ zu einem mechanischen Durchtrieb kann auch eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Maschine auf der Antriebswelle des Abgasturboladers und einem elektrischen Antriebsmotor vorgesehen sein, welcher mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors koppelbar ist. Auf diese Weise kann ebenfalls die Abwärme aus der Brennkammer dazu genutzt werden, die über die Turbine gewonnene Energie an die Kurbelwelle weiterzuleiten und somit zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges zu nutzen.Alternatively, it is advantageously provided that the electric machine is driven by the turbine of the exhaust gas turbocharger and generates electric power, which is transmitted to an electric drive motor on the crankshaft. As an alternative to a mechanical through drive, an electrical connection can also be provided between the electric machine on the drive shaft of the exhaust gas turbocharger and an electric drive motor, which can be coupled to the crankshaft of the internal combustion engine. In this way, the waste heat from the combustion chamber can also be used to forward the energy obtained via the turbine to the crankshaft and thus to use it to drive a motor vehicle.

In einer nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsform des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass eine Versorgungsleitung vorgesehen ist, mit welcher der Ansaugtrakt stromabwärts des Verdichters mit der Brennkammer in der Abgasanlage verbunden ist. Durch eine Versorgungsleitung kann eine Teilmenge der durch den Verdichter des Abgasturboladers verdichteten Frischluft aus dem Ansaugkanal abgezweigt und der Brennkammer zugeführt werden. Dadurch ist eine einfache und kostengünstige Luftversorgung der Brennkammer möglich, wenn der Verbrennungsmotor mit einem stöchiometrischen oder überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird. Dies ist insbesondere bei Ottomotoren sinnvoll, um die Rohemissionen zu verringern und eine maximal-effiziente Abgasnachbehandlung der Abgase des Verbrennungsmotors zu ermöglichen.In an embodiment of the internal combustion engine that does not belong to the invention, it is provided that a supply line is provided, with which the intake tract is connected to the combustion chamber in the exhaust system downstream of the compressor. A partial quantity of the fresh air compressed by the compressor of the exhaust gas turbocharger can be branched off from the intake duct and fed to the combustion chamber through a supply line. As a result, a simple and inexpensive air supply to the combustion chamber is possible when the internal combustion engine is operated with a stoichiometric or super-stoichiometric combustion air ratio. This is particularly useful in Otto engines in order to reduce raw emissions and to enable maximum-efficiency after-treatment of the exhaust gases from the internal combustion engine.

Dabei kann in der Versorgungsleitung ein Zufuhrventil angeordnet ist, über welches die Frischluftzufuhr zur Brennkammer gesteuert werden kann. Durch ein Zufuhrventil kann die Luftzufuhr zur Brennkammer auf einfache Art und Weise gesteuert werden. Zudem kann verhindert werden, dass Abgas aus den Brennräumen des Verbrennungsmotors oder aus der Brennkammer unkontrolliert in den Ansaugkanal zurückströmt. Alternativ kann das Zufuhrventil für eine gezielte Abgasrückführung genutzt werden, um die Rohemissionen in den Brennräumen des Verbrennungsmotors zu reduzieren.A supply valve can be arranged in the supply line, via which the supply of fresh air to the combustion chamber can be controlled. The air supply to the combustion chamber can be controlled in a simple manner by means of a supply valve. In addition, it is possible to prevent exhaust gas from the combustion chambers of the internal combustion engine or from the combustion chamber from flowing back into the intake duct in an uncontrolled manner. Alternatively, the supply valve can be used for targeted exhaust gas recirculation in order to reduce raw emissions in the combustion engine's combustion chambers.

Erfindungsgemäß ist mit Vorteil ein Sekundärluftverdichter vorgesehen, welcher über eine Sekundärluftleitung mit der Brennkammer in der Abgasanlage verbunden ist. Alternativ zu einer Luftversorgung aus dem Ansaugtrakt ist es möglich, eine externe Sekundärluftpumpe zu verwenden, mit welcher die Brennkammer unabhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors mit Frischluft versorgt werden kann. Dies ist insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und geringer Last des Verbrennungsmotors vorteilhaft, weil die Turbine in diesem Betriebszustand nur wenig Leistung in die Antriebswelle einspeist und über den Verdichter des Abgasturboladers nur wenig Ladedruck aufgebaut wird.According to the invention, a secondary air compressor is advantageously provided, which is connected to the combustion chamber in the exhaust system via a secondary air line. As an alternative to an air supply from the intake tract, it is possible to use an external secondary air pump, with which the combustion chamber can be supplied with fresh air regardless of the operating state of the combustion engine. This is particularly advantageous at low speeds and low loads on the internal combustion engine, because in this operating state the turbine only feeds little power into the drive shaft and only little boost pressure is built up via the compressor of the exhaust gas turbocharger.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sekundärluftverdichter als mechanisch angetriebener Zusatzverdichter ausgeführt ist, welcher durch ein Zugmittel, insbesondere eine Kette oder einen Riemen, von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Durch einen mechanischen Antrieb des Sekundärluftverdichters ist eine einfache und kostengünstige Möglichkeit für den Antrieb vorhanden.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the secondary air compressor is designed as a mechanically driven additional compressor, which is driven by the internal combustion engine by a traction mechanism, in particular a chain or a belt. A mechanical drive of the secondary air compressor provides a simple and cost-effective option for the drive.

Alternativ ist in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Sekundärluftverdichter als elektrischer Zusatzverdichter ausgeführt ist. Durch einen elektrischen Antrieb kann der Sekundärluftverdichter unabhängig von der Betriebssituation des Verbrennungsmotors betrieben werden, was eine Steuerung der Sekundärluftmenge erleichtert.Alternatively, a further advantageous embodiment of the invention provides that the secondary air compressor is designed as an electric auxiliary compressor. With an electric drive, the secondary air compressor can be operated independently of the operating situation of the internal combustion engine, which makes it easier to control the amount of secondary air.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn in der Sekundärluftleitung ein Sekundärluftventil angeordnet ist, über welches die Frischluftzufuhr zur Brennkammer gesteuert werden kann. Durch ein Sekundärluftventil kann auf einfache Art und Weise die Frischluftzufuhr zu der Brennkammer gesteuert werden. Zudem kann verhindert werden, dass Abgas aus den Brennräumen des Verbrennungsmotors oder aus der Brennkammer unkontrolliert in die Umwelt gelangt. Dabei kann das Sekundärluftventil insbesondere ein Rückschlagventil umfassen, um einen Frischluftstrom in Richtung der Brennkammer zu ermöglichen, jedoch eine Abgasströmung entgegen dieser Strömung zu verhindern.It is particularly preferred if a secondary air valve is arranged in the secondary air line, via which the fresh air supply to the combustion chamber can be controlled. The supply of fresh air to the combustion chamber can be controlled in a simple manner by a secondary air valve. In addition, exhaust gas from the combustion chambers of the internal combustion engine or from the combustion chamber can be prevented from escaping into the environment in an uncontrolled manner. In this case, the secondary air valve can in particular comprise a non-return valve in order to allow a flow of fresh air in the direction of the combustion chamber, but to prevent an exhaust gas flow counter to this flow.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors vorgeschlagen, welches folgende Schritte umfasst.

  • - Einbringen eines Brennstoffs in die Brennkammer,
  • - Zufuhr von Sekundärluft in die Brennkammer, wobei
  • - der Brennstoff mit dem Sauerstoff aus der Sekundärluft exotherm in der Brennkammer umgesetzt wird,
  • - Beaufschlagen der Turbine des Abgasturboladers mit dem heißen Abgas aus der Brennkammer, wobei die Turbine die Antriebswelle antreibt und wobei
  • - die mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente durch das heiße Abgas aus der Brennkammer auf eine Betriebstemperatur aufgeheizt oder auf dieser Betriebstemperatur gehalten wird.
According to the invention, a method for operating an internal combustion engine according to the invention is proposed, which comprises the following steps.
  • - introducing a fuel into the combustion chamber,
  • - Supply of secondary air into the combustion chamber, where
  • - the fuel is reacted exothermically with the oxygen from the secondary air in the combustion chamber,
  • - Applying the hot exhaust gas from the combustion chamber to the turbine of the exhaust gas turbocharger, the turbine driving the drive shaft and wherein
  • - The at least one exhaust gas aftertreatment component is heated to an operating temperature by the hot exhaust gas from the combustion chamber or is kept at this operating temperature.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die Abgasnachbehandlungskomponenten zeitnah nach einem Start des Verbrennungsmotors auf eine Betriebstemperatur aufzuheizen und diese Abgasnachbehandlungskomponenten im weiteren Betrieb des Verbrennungsmotors stets auf dieser Betriebstemperatur zu halten. Dabei kann die Abwärme der Brennkammer genutzt werden, um die Turbine des Abgasturboladers anzutreiben und somit zumindest einen Teil der zusätzlich aufgewandten Energie wieder zurückzugewinnen.The method according to the invention makes it possible to heat the exhaust gas aftertreatment components to an operating temperature shortly after starting the internal combustion engine and to always keep these exhaust gas aftertreatment components at this operating temperature during further operation of the internal combustion engine. The waste heat from the combustion chamber can be used to drive the turbine of the exhaust gas turbocharger and thus recover at least part of the additional energy expended.

In einer vorteilhaften Verbesserung dieses Verfahren ist vorgesehen, dass die Antriebswelle zumindest mittelbar mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist, wobei das heiße Abgas aus der Brennkammer zumindest mittelbar die Kurbelwelle antreibt. Dadurch kann die zusätzliche Energie, welche bei der Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer freigesetzt wird, auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors übertragen werden und somit zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges genutzt werden. Alternativ kann die Energie aus der Brennkammer durch die elektrische Maschine aufgenommen und in einer Batterie zwischengespeichert werden. Diese Energie kann dann im Bedarfsfall an einem mit der Kurbelwelle gekoppelten elektrischen Antriebsmotor abgegeben werden, um die Leistung und/oder das Drehmoment des Verbrennungsmotors entsprechend zu erhöhen.In an advantageous improvement of this method, it is provided that the drive shaft is connected at least indirectly to the crankshaft of the internal combustion engine, with the hot exhaust gas from the combustion chamber driving the crankshaft at least indirectly. As a result, the additional energy that is released during the combustion of the fuel in the combustion chamber can be transferred to the crankshaft of the internal combustion engine and thus used to drive a motor vehicle. Alternatively, the energy from the combustion chamber can be absorbed by the electric machine and temporarily stored in a battery. If necessary, this energy can then be delivered to an electric drive motor coupled to the crankshaft in order to correspondingly increase the power and/or the torque of the internal combustion engine.

In einer nicht zur Erfindung gehörenden Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird, wobei der zur Verbrennung des in die Brennkammer eingebrachten Brennstoffs notwendige Sauerstoff der Brennkammer über das überstöchiometrische Abgas zugeführt wird. In a variant of the method not belonging to the invention, it is provided that the internal combustion engine is operated with a superstoichiometric combustion air ratio, the oxygen required for combustion of the fuel introduced into the combustion chamber being supplied to the combustion chamber via the superstoichiometric exhaust gas.

Durch ein überstöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis kann auf einfache Art und Weise der Brennkammer ein sauerstoffreiches Abgas zugeführt werden, mit welchem der Brennstoff exotherm umgesetzt werden kann. Diese ist insbesondere bei einem Dieselmotor aufgrund des prinzipbedingten Luftüberschusses besonders einfach. Alternativ ist es auch bei einem Ottomotor möglich, die Verbrennung des Kraftstoffs in den Brennräumen des Verbrennungsmotors mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis durchzuführen, wobei sich stromabwärts der Brennkammer vorzugsweise ein stöchiometrisches Abgas einstellt, um eine maximal-effiziente Abgasnachbehandlung durch die Abgasnachbehandlungskomponenten stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers zu ermöglichen.An oxygen-rich exhaust gas can be supplied to the combustion chamber in a simple manner by means of an over-stoichiometric combustion air ratio, with which the fuel can be exothermically converted. This is particularly easy in a diesel engine due to the principle-related excess air. Alternatively, it is also possible in a gasoline engine to carry out the combustion of the fuel in the combustion chambers of the combustion engine with a super-stoichiometric combustion air ratio, with a stoichiometric exhaust gas preferably being established downstream of the combustion chamber in order to achieve maximum-efficiency exhaust gas aftertreatment by the exhaust gas aftertreatment components downstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger enable.

In einer weiteren, nicht zur Erfindung gehörenden Variante ist vorgesehen, dass die Ansaugluft durch den Verdichter verdichtet wird und die verdichtete Ansaugluft über die Versorgungsleitung der Brennkammer zugeführt wird. Dabei kann der Verbrennungsmotor durch das Aufheizen des Abgases durch die Brennkammer ohne innermotorische Heizmaßnahmen betrieben werden, wodurch der Wirkungsgrad optimiert und/oder die Rohemissionen des Verbrennungsmotors minimiert werden können.In a further variant not belonging to the invention it is provided that the intake air is compressed by the compressor and the compressed intake air is supplied to the combustion chamber via the supply line. In this case, the internal combustion engine can be operated by heating the exhaust gas through the combustion chamber without internal engine heating measures, as a result of which the efficiency can be optimized and/or the untreated emissions of the internal combustion engine can be minimized.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Sekundärluft durch einen Sekundärluftverdichter verdichtet wird, wobei die verdichtete Sekundärluft der Brennkammer über eine Sekundärluftleitung zugeführt wird. Durch eine Luftversorgung der Brennkammer über einen Sekundärluftverdichter kann die Frischluftmenge und somit das Verbrennungsluftverhältnis in der Brennkammer unabhängig von der Betriebssituation des Verbrennungsmotors eingestellt werden. Somit kann eine hinreichende Luftversorgung auch dann sichergestellt werden, wenn der Verdichter nur einen geringen Ladedruck aufbaut und eine Frischluftversorgung über eine Versorgungsleitung aus dem Ansaugtrakt nicht möglich ist.According to the invention it is provided that secondary air is compressed by a secondary air compressor, the compressed secondary air being fed to the combustion chamber via a secondary air line. By supplying air to the combustion chamber via a secondary air compressor, the amount of fresh air and thus the combustion air ratio in the combustion chamber can be adjusted independently of the operating situation of the internal combustion engine. In this way, an adequate supply of air can also be ensured when the compressor only builds up a low charge pressure and a supply of fresh air via a supply line from the intake tract is not possible.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.Unless stated otherwise in the individual case, the various embodiments of the invention mentioned in this application can advantageously be combined with one another.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors mit einem Ansaugtrakt und einer Abgasanlage;
  • 2 ein Ausführungsbeispiel eines nicht zur Erfindung gehörenden Verbrennungsmotors mit einem Ansaugtrakt und einer Abgasanlage, wobei die Ansaugleitung mit der Brennkammer über eine Versorgungsleitung verbunden ist;
  • 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit einem Ansaugtrakt und einer Abgasanlage, wobei eine Sekundärluftpumpe zur Luftversorgung der Brennkammer vorgesehen ist; und
  • 4 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Verbrennungsmotors.
The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the associated drawings. Show it:
  • 1 a first embodiment of an internal combustion engine with an intake tract and an exhaust system;
  • 2 an embodiment of an internal combustion engine not belonging to the invention with an intake tract and an exhaust system, wherein the intake line is connected to the combustion chamber via a supply line;
  • 3 an embodiment of an internal combustion engine according to the invention with an intake tract and an exhaust system, wherein a secondary air pump is provided for supplying air to the combustion chamber; and
  • 4 a flowchart for carrying out a method according to the invention for operating an internal combustion engine.

1 zeigt die schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10 mit einem Ansaugtrakt 20 und einer Abgasanlage 40. Der Verbrennungsmotor 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein direkteinspritzender Dieselmotor und weist eine Kurbelwelle 14 und mehrere Brennräume 12 auf. An den Brennräumen 12 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor zur Einspritzung eines Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Einlass 16 mit einem Ansaugtrakt 20 und mit seinem Auslass 18 mit einer Abgasanlage 40 verbunden. Der Verbrennungsmotor 10 kann eine nicht dargestellte Hochdruck-Abgasrückführung mit einem Hochdruck-Abgasrückführungsventil aufweisen, über welches ein Abgas des Verbrennungsmotors 10 von dem Auslass 18 zum Einlass 16 zurückgeführt werden kann. An den Brennräumen 12 sind Einlassventile und Auslassventile angeordnet, mit welchen eine fluidische Verbindung vom Ansaugtrakt 20 zu den Brennräumen 12 oder von den Brennräumen 12 zur Abgasanlage 40 geöffnet oder verschlossen werden kann. 1 shows the schematic representation of an internal combustion engine 10 with an intake tract 20 and an exhaust system 40. In this exemplary embodiment, the internal combustion engine 10 is a direct-injection diesel engine and has a crankshaft 14 and a plurality of combustion chambers 12. A fuel injector for injecting a fuel into the respective combustion chamber 12 is arranged on each of the combustion chambers 12 . The internal combustion engine 10 is connected to an intake tract 20 at its inlet 16 and to an exhaust system 40 at its outlet 18 . The internal combustion engine 10 can have a high-pressure exhaust gas recirculation, not shown, with a high-pressure exhaust gas recirculation valve, via which an exhaust gas of the internal combustion engine 10 can be recirculated from the outlet 18 to the inlet 16 . Inlet valves and outlet valves are arranged on the combustion chambers 12, with which a fluidic connection from the intake tract 20 to the combustion chambers 12 or from the combustion chambers 12 to the exhaust system 40 can be opened or closed.

Der Ansaugtrakt 20 umfasst einen Ansaugkanal 22, in welchem in Strömungsrichtung von Frischluft durch den Ansaugkanal 22 ein Luftfilter 24, stromabwärts des Luftfilters 24 ein Luftmassenmesser 26, insbesondere ein Heißfilmluftmassenmesser, stromabwärts des Luftmassenmessers 26 ein Verdichter 30 eines Abgasturboladers 28 und weiter stromabwärts ein Ladeluftkühler 32 angeordnet sind. Dabei kann der Luftmassenmesser 26 auch in einem Filtergehäuse des Luftfilters 24 angeordnet sein, sodass der Luftfilter 24 und der Luftmassenmesser 26 eine Baugruppe ausbilden.The intake tract 20 comprises an intake duct 22, in which, in the flow direction of fresh air through the intake duct 22, is an air filter 24, downstream of the air filter 24 an air mass meter 26, in particular a hot-film air mass meter, downstream of the air mass meter 26 a compressor 30 of an exhaust gas turbocharger 28 and further downstream a charge air cooler 32 are arranged. The air mass meter 26 can also be arranged in a filter housing of the air filter 24, so that the air filter 24 and the air mass meter 26 form an assembly.

Die Abgasanlage 40 umfasst einen Abgaskanal 42, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch den Abgaskanal 42 eine Brennkammer 44, stromabwärts der Brennkammer 44 eine Turbine 50 des Abgasturboladers 28 und weiter stromabwärts mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten 52, 54, 56 zur Abgasnachbehandlung der Abgase des Verbrennungsmotors 10 angeordnet sind. Die Turbine 50 ist über eine Antriebswelle 36 mit dem Verdichter 30 des Abgasturboladers 28 verbunden. Ferner ist auf der Antriebswelle 36 eine elektrische Maschine 34 angeordnet, welche den Verdichter 30 unabhängig von dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 antreiben kann oder als Generator durch die Turbine 50 gedreht wird und somit die mechanische Energie des Abgasturboladers 28 in elektrische Energie umwandelt. Die Antriebswelle 36 ist über einen Durchtrieb 38 mechanisch mit der Kurbelwelle 14 des Verbrennungsmotors 10 verbunden, sodass die Antriebswelle 36 Energie auf die Kurbelwelle 14 übertragen kann und somit zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges oder einer Arbeitsmaschine genutzt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann an der Kurbelwelle 14 ein elektrischer Antriebsmotor 72 vorgesehen sein, welcher durch die elektrische Maschine 34 auf der Antriebswelle 36 mit elektrischem Strom versorgt wird.Exhaust system 40 comprises an exhaust gas duct 42, in which, in the direction of flow of an exhaust gas from internal combustion engine 10 through exhaust gas duct 42, is a combustion chamber 44, downstream of combustion chamber 44 a turbine 50 of exhaust gas turbocharger 28, and further downstream a plurality of exhaust gas aftertreatment components 52, 54, 56 for exhaust gas aftertreatment of the exhaust gases of the Internal combustion engine 10 are arranged. The turbine 50 is connected to the compressor 30 of the exhaust gas turbocharger 28 via a drive shaft 36 . Furthermore, an electric machine 34 is arranged on the drive shaft 36, which can drive the compressor 30 independently of the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 or is rotated as a generator by the turbine 50 and thus converts the mechanical energy of the exhaust gas turbocharger 28 into electrical energy. The drive shaft 36 is mechanically connected to the crankshaft 14 of the internal combustion engine 10 via a through drive 38 so that the drive shaft 36 can transfer energy to the crankshaft 14 and can thus be used to drive a motor vehicle or a work machine. Alternatively or additionally, an electric drive motor 72 can be provided on the crankshaft 14 , which is supplied with electric power by the electric machine 34 on the drive shaft 36 .

Stromabwärts der Turbine 50 des Abgasturboladers 28 sind mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten 52, 54, 56 angeordnet. Dabei ist als in Strömungsrichtung erste Abgasnachbehandlungskomponente 52 stromabwärts der Turbine 50 ein Katalysator 52, insbesondere ein Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet. Stromabwärts des Katalysators 52 ist ein Dosiermodul 58 vorgesehen, mit welchem ein Reduktionsmittel 70, insbesondere wässrige Harnstofflösung, in den Abgaskanal 42 eindosiert werden kann. Stromabwärts des Dosiermoduls 58 ist ein Abgasmischer 76 vorgesehen, um eine bessere Durchmischung des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 zu erreichen. Stromabwärts des Abgasmischers ist ein Partikelfilter 54 mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden vorgesehen, welcher die Funktion eines SCR-Katalysators 56 aufweist. Alternativ können stromabwärts des Dosiermoduls 58 auch ein SCR-Katalysator 56 und ein unbeschichteter Partikelfilter 54 vorgesehen sein.A plurality of exhaust gas aftertreatment components 52, 54, 56 are arranged downstream of the turbine 50 of the exhaust gas turbocharger 28. A catalytic converter 52 , in particular an oxidation catalytic converter or a NOx storage catalytic converter, is arranged as the first exhaust gas aftertreatment component 52 in the direction of flow downstream of the turbine 50 . A metering module 58 is provided downstream of the catalytic converter 52 and can be used to meter a reducing agent 70 , in particular an aqueous urea solution, into the exhaust gas duct 42 . An exhaust gas mixer 76 is provided downstream of the dosing module 58 in order to achieve better mixing of the reducing agent with the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 . A particle filter 54 with a coating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides is provided downstream of the exhaust gas mixer, which has the function of an SCR catalytic converter 56 . Alternatively, an SCR catalytic converter 56 and an uncoated particle filter 54 can also be provided downstream of the dosing module 58 .

Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Motorsteuergerät 80 verbunden, welches über nicht dargestellte Signalleitungen mit einem Temperatursensor, einem NOx-Sensor, einem Differenzdrucksensor, mit den Kraftstoffinjektoren des Verbrennungsmotors 10 sowie mit dem Dosiermodul 58 und der Brennkammer 44 verbunden ist.Internal combustion engine 10 is connected to an engine control unit 80, which is connected via signal lines (not shown) to a temperature sensor, an NOx sensor, a differential pressure sensor, to the fuel injectors of internal combustion engine 10 and to dosing module 58 and combustion chamber 44.

Die Einspritzmenge sowie der Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffs in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10, die Einspritzmenge in die Brennkammer 44 sowie die Eindosierung des Reduktionsmittels 70 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in den Abgaskanal 42 wird durch dieses Motorsteuergerät 80 gesteuert. Ferner kann die Verbrennung des Kraftstoffs in der Brennerkammer 44 durch das Motorsteuergerät 80 aktiviert oder deaktiviert werden. Durch den Katalysator 52 kann Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2) aufoxidiert werden, sodass das Verhältnis von Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2) vor Eintritt in den SCR-Katalysator 56 oder den beschichteten Partikelfilter 54 verändert werden kann, um die Effizienz der selektiven, katalytischen Reduktion zu optimieren.The injection quantity and the injection time of the fuel into the combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10, the injection quantity into the combustion chamber 44 and the metering of the reducing agent 70 for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides into the exhaust gas duct 42 are controlled by this engine control unit 80. Furthermore, the combustion of the fuel in the combustor chamber 44 can be activated or deactivated by the engine controller 80 . Nitrogen monoxide (NO) can be oxidized to nitrogen dioxide (NO 2 ) by the catalytic converter 52, so that the ratio of nitrogen monoxide (NO) to nitrogen dioxide (NO 2 ) can be changed before entering the SCR catalytic converter 56 or the coated particulate filter 54 in order to to optimize the efficiency of selective catalytic reduction.

Alternativ kann der Verbrennungsmotor 10 auch als Ottomotor ausgeführt sein, wobei in diesem Fall der Katalysator 52 vorzugsweise als Drei-Wege-Katalysator 52 ausgeführt ist. Ferner ist der Partikelfilter 54 vorzugsweise als unbeschichteter Partikelfilter oder als Vier-Wege-Katalysator mit einer drei-Wege-katalytisch wirksamen Beschichtung ausgeführt. Dabei entfällt das Dosiermodul 58 in diesem Ausführungsbeispiel.Alternatively, the internal combustion engine 10 can also be designed as an Otto engine, in which case the catalytic converter 52 is preferably designed as a three-way catalytic converter 52 . Furthermore, the particle filter 54 is preferably designed as an uncoated particle filter or as a four-way catalytic converter with a three-way catalytically active coating. The dosing module 58 is omitted in this exemplary embodiment.

In 2 ist ein nicht zur Erfindung gehörendes Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt ist in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich eine Versorgungsleitung 46 vorgesehen, welche den Ansaugkanal 22 stromabwärts des Verdichters 30 des Abgasturboladers 28 mit der Brennkammer 44 in der Abgasanlage 40 verbindet. Dabei ist in der Versorgungsleitung 46 ein Zufuhrventil 48 vorgesehen, mit welchem die Frischluftzufuhr in die Brennkammer 44 gesteuert werden kann. Das Zufuhrventil 48 verhindert zudem, dass Abgas aus der Brennkammer 44 unkontrolliert zurück in den Ansaugtrakt 20 strömt. Dabei kann das Zufuhrventil 48 auch als Abgasrückführungsventil genutzt werden, um die Rohemissionen des Verbrennungsmotors 10 zu reduzieren. Zudem sind stromabwärts der Turbine 50 des Abgasturboladers 28 ein Oxidationskatalysator 52 oder ein NOx-Speicherkatalysator, stromabwärts des Oxidationskatalysators 52 oder des NOx-Speicherkatalysators ein Partikelfilter 54 und weiter stromabwärts ein SCR-Katalysator 56 vorgesehen. Dabei ist stromabwärts des Partikelfilters 54 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 56 ein Dosiermodul 58 angeordnet, mit welchem ein Reduktionsmittel 70 in den Abgaskanal 42 stromaufwärts des SCR-Katalysators 56 eindosiert werden kann. Dem Dosiermodul 58 kann ein Abgasmischer 76 nachgeschaltet sein, um die Durchmischung des Abgasstroms mit dem eindosierten Reduktionsmittel 70 zu verbessern.In 2 an exemplary embodiment of an internal combustion engine 10 not belonging to the invention is shown. With essentially the same structure as 1 A supply line 46 is additionally provided in this exemplary embodiment, which connects the intake channel 22 downstream of the compressor 30 of the exhaust gas turbocharger 28 to the combustion chamber 44 in the exhaust system 40 . A supply valve 48 is provided in the supply line 46 with which the supply of fresh air into the combustion chamber 44 can be controlled. The supply valve 48 also prevents exhaust gas from the combustion chamber 44 from flowing back into the intake tract 20 in an uncontrolled manner. In this case, the supply valve 48 can also be used as an exhaust gas recirculation valve in order to reduce the untreated emissions of the internal combustion engine 10 . In addition, an oxidation catalytic converter 52 or a NOx storage catalytic converter is provided downstream of the turbine 50 of the exhaust gas turbocharger 28 , a particle filter 54 is provided downstream of the oxidation catalytic converter 52 or the NOx storage catalytic converter and further downstream an SCR catalytic converter 56 is provided. A metering module 58 is arranged downstream of the particle filter 54 and upstream of the SCR catalytic converter 56 , with which a reducing agent 70 can be metered into the exhaust gas duct 42 upstream of the SCR catalytic converter 56 . An exhaust gas mixer 76 can be connected downstream of the metering module 58 in order to improve the mixing of the exhaust gas flow with the metered-in reducing agent 70 .

In 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt ist in diesem Ausführungsbeispiel ein zusätzlicher Sekundärluftverdichter 60 zur Luftversorgung der Brennkammer 44 vorgesehen. Der Sekundärluftverdichter 60 ist über eine Sekundärluftleitung 66 mit einem Einlass der Brennkammer 44 verbunden, wobei in der Sekundärluftleitung 66 ein Sekundärluftventil 68 vorgesehen ist, mit welchem die Luftzufuhr zu der Brennkammer 44 gesteuert wird. Ferner verhindert das Sekundärluftventil 68, dass Abgas aus der Brennkammer 44 unkontrolliert in die Umgebung ausströmt. Der Sekundärluftverdichter 60 ist vorzugsweise als elektrisch angetriebener Sekundärluftverdichter 62 ausgeführt. Alternativ kann der Sekundärluftverdichter 60 auch als mechanischer Zusatzverdichter 64 ausgeführt sein, wobei der mechanische Zusatzverdichter durch ein Zugmittel, insbesondere durch einen Riemen oder eine Kette mit dem Verbrennungsmotor 10 verbunden ist und durch diesen angetrieben wird. Ferner unterscheidet sich diese Ausführungsform dadurch, dass stromabwärts der Turbine 50 des Abgasturboladers 28 ein Katalysator 52, insbesondere ein Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator, stromabwärts des Katalysators 52 ein Partikelfilter 54 mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden und weiter stromabwärts ein SCR-Katalysator 56 angeordnet sind. Dabei ist stromabwärts des Katalysators 52 und stromaufwärts des Partikelfilters 54 ein erstes Dosiermodul 58 zur Eindosierung eines Reduktionsmittels 70 vorgesehen, welchem ein erster Abgasmischer 76 nachgeschaltet ist. Stromabwärts des Partikelfilters 54 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 56 ist ein zweites Dosiermodul 74 vorgesehen, welchem ein zweiter Abgasmischer 78 nachgeschaltet ist.In 3 an exemplary embodiment of an internal combustion engine 10 according to the invention is shown. With essentially the same structure as 1 an additional secondary air compressor 60 for supplying air to the combustion chamber 44 is provided in this exemplary embodiment. The secondary air compressor 60 is connected to an inlet of the combustion chamber 44 via a secondary air line 66, a secondary air valve 68 being provided in the secondary air line 66, with which the air supply to the combustion chamber 44 is controlled. Secondary air valve 68 also prevents exhaust gas from flowing out of combustion chamber 44 into the environment in an uncontrolled manner. The secondary air compressor 60 is preferably designed as an electrically driven secondary air compressor 62 . Alternatively, the secondary air compressor 60 can also be designed as a mechanical additional compressor 64, the mechanical additional compressor being connected to the internal combustion engine 10 by a traction mechanism, in particular by a belt or a chain, and being driven by the latter. This embodiment also differs in that downstream of the turbine 50 of the exhaust gas turbocharger 28 there is a catalytic converter 52, in particular an oxidation catalytic converter or a NOx storage catalytic converter, downstream of the catalytic converter 52 a particle filter 54 with a coating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides and further downstream an SCR -Catalyst 56 are arranged. A first dosing module 58 for dosing in a reducing agent 70 is provided downstream of the catalytic converter 52 and upstream of the particle filter 54, and a first exhaust gas mixer 76 is connected downstream of said dosing module. A second dosing module 74 is provided downstream of the particle filter 54 and upstream of the SCR catalytic converter 56, which is followed by a second exhaust gas mixer 78.

Alternativ können die Abgasmischer 76, 78 auch in allen Ausführungsbeispielen entfallen, sofern auch ohne den jeweiligen Abgasmischer 76, 78 eine hinreichende Durchmischung von Reduktionsmittel 70 und Abgas des Verbrennungsmotors 10 erreicht wird.Alternatively, the exhaust gas mixers 76, 78 can also be omitted in all of the exemplary embodiments, provided that sufficient mixing of the reducing agent 70 and the exhaust gas of the internal combustion engine 10 is also achieved without the respective exhaust gas mixer 76, 78.

In 4 ist ein Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines solchen Verbrennungsmotors 10 dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt <100> werden ein Brennstoff, insbesondere der Kraftstoff des Verbrennungsmotors 10, und sauerstoffreiches Abgas oder Frischluft in die Brennkammer 44 eingebracht. In einem zweiten Verfahrensschritt <110> wird dieses Brennstoff-Luft-Gemisch gezündet und leitet in einem Verfahrensschritt <120> eine Verbrennung in der Brennkammer 44 ein. Dabei ist vorzugsweise eine kontinuierliche Verbrennung vorgesehen, um einen gleichmäßigen Energieeintrag in die Abgasanlage 20 zu gewährleisten und die Abgasnachbehandlungskomponenten 52, 54, 56 in einem Verfahrensschritt <140> möglichst schnell auf eine Betriebstemperatur aufzuheizen. Dabei treibt das heiße Abgas aus der Brennkammer 44 in einem Verfahrensschritt <150> zusätzlich zum Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 die Turbine 50 des Abgasturboladers 28 an, wodurch die Abwärme aus der Brennkammer 44 zumindest anteilig zurückgewonnen werden kann.In 4 a flowchart for a method according to the invention for operating such an internal combustion engine 10 is shown. In a first method step <100>, a fuel, in particular the fuel of internal combustion engine 10, and oxygen-rich exhaust gas or fresh air are introduced into combustion chamber 44. In a second method step <110>, this fuel-air mixture is ignited and initiates combustion in the combustion chamber 44 in a method step <120>. In this case, continuous combustion is preferably provided in order to ensure a uniform input of energy into the exhaust system 20 and to heat the exhaust gas aftertreatment components 52, 54, 56 to an operating temperature as quickly as possible in a method step <140>. The hot exhaust gas from the combustion chamber 44 drives the turbine 50 of the exhaust gas turbocharger 28 in a method step <150> in addition to the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10, whereby the waste heat from the combustion chamber 44 can be recovered at least partially.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Verbrennungsmotorcombustion engine
1212
Brennraumcombustion chamber
1414
Kurbelwellecrankshaft
1616
Einlassinlet
1818
Auslass outlet
2020
Ansaugtraktintake tract
2222
Ansaugkanalintake duct
2424
Luftfilterair filter
2626
Luftmassenmessermass airflow meter
2828
Abgasturbolader exhaust gas turbocharger
3030
Verdichtercompressor
3232
Ladeluftkühlerintercooler
3434
elektrische Maschineelectric machine
3636
Antriebswelledrive shaft
3838
Durchtrieb through drive
4040
Abgasanlageexhaust system
4242
Abgaskanalexhaust duct
4444
Brennkammercombustion chamber
4646
Versorgungsleitungsupply line
4848
Zufuhrventil / Rückschlagventil Supply valve / check valve
5050
Turbineturbine
5252
Oxidationskatalysator / NOx-Speicherkatalysator / Drei-Wege-KatalysatorOxidation catalytic converter / NOx storage catalytic converter / three-way catalytic converter
5454
Partikelfilterparticle filter
5656
SCR-KatalysatorSCR catalytic converter
5858
Dosierelement dosing element
6060
Sekundärluftverdichtersecondary air compressor
6262
elektrischer Zusatzverdichterelectric auxiliary compressor
6464
mechanischer Zusatzverdichtermechanical booster
6666
Sekundärluftleitungsecondary air line
6868
Sekundärluftventil secondary air valve
7070
Reduktionsmittelreducing agent
7272
elektrischer Antriebsmotorelectric drive motor
7474
zweites Dosiermodulsecond dosing module
7676
Abgasmischerexhaust mixer
7878
Abgasmischer exhaust mixer
8080
Steuergerätcontrol unit

Claims (9)

Verbrennungsmotor (10) mit einer Kurbelwelle (14) und mindestens einem Brennraum (12), wobei der Verbrennungsmotor (10) mit seinem Einlass (16) mit einem Ansaugtrakt (20) verbunden ist, und wobei der Verbrennungsmotor (10) mit seinem Auslass (18) mit einer Abgasanlage (40) verbunden ist, sowie mit einem Abgasturbolader (28) mit einem Verdichter (30) und einer Turbine (50), welche durch eine Antriebswelle (36) miteinander verbunden sind, wobei in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors (10) durch die Abgasanlage (40) stromabwärts des Auslasses (18) des Verbrennungsmotors (10) und stromaufwärts der Turbine (50) des Abgasturboladers (28) eine Brennkammer (44) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (36) des Abgasturboladers (28) zumindest mittelbar mit der Kurbelwelle (14) des Verbrennungsmotors (10) verbindbar ist, wobei in der Abgasanlage (40) stromabwärts der Turbine (50) mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) zur Abgasnachbehandlung eines Abgases des Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist, und wobei ein Sekundärluftverdichter (60) vorgesehen ist, welcher über eine Sekundärluftleitung (66) mit der Brennkammer (44) verbunden ist.Internal combustion engine (10) with a crankshaft (14) and at least one combustion chamber (12), wherein the internal combustion engine (10) is connected with its inlet (16) to an intake tract (20), and wherein the internal combustion engine (10) with its outlet ( 18) is connected to an exhaust system (40), and to an exhaust gas turbocharger (28) with a compressor (30) and a turbine (50), which are connected to one another by a drive shaft (36), wherein in the direction of flow of an exhaust gas from the internal combustion engine ( 10) a combustion chamber (44) is arranged through the exhaust system (40) downstream of the outlet (18) of the internal combustion engine (10) and upstream of the turbine (50) of the exhaust gas turbocharger (28), characterized in that the drive shaft (36) of the exhaust gas turbocharger (28) can be connected at least indirectly to the crankshaft (14) of the internal combustion engine (10), wherein in the exhaust system (40) downstream of the turbine (50) at least one exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) for exhaust gas aftertreatment Treatment of an exhaust gas of the internal combustion engine (10) is arranged, and wherein a secondary air compressor (60) is provided, which is connected to the combustion chamber (44) via a secondary air line (66). Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (36) des Abgasturboladers (28) mit einer elektrischen Maschine (34) verbunden ist, über welche der Verdichter (30) unabhängig von dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) antreibbar ist.Internal combustion engine (10) after claim 1 , characterized in that the drive shaft (36) of the exhaust gas turbocharger (28) is connected to an electrical machine (34) via which the compressor (30) can be driven independently of the exhaust gas flow of the internal combustion engine (10). Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (36) des Abgasturboladers (28) über einen Durchtrieb (38) mechanisch mit der Kurbelwelle (14) verbunden ist.Internal combustion engine (10) after claim 1 or 2 , characterized in that the shaft (36) of the exhaust gas turbocharger (28) via a through drive (38) is mechanically connected to the crankshaft (14). Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (34) elektrischen Strom generiert, welcher an einen elektrischen Antriebsmotor (72) an der Kurbelwelle (14) übertragen wird.Internal combustion engine (10) after claim 2 , characterized in that the electric machine (34) generates electric power, which is transmitted to an electric drive motor (72) on the crankshaft (14). Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärluftverdichter (60) als mechanischer Zusatzverdichter (64) ausgeführt ist, welcher mittels eines Zugmittels von dem Verbrennungsmotor (10) angetrieben wird.Internal combustion engine (10) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the secondary air compressor (60) is designed as a mechanical additional compressor (64) which is driven by the internal combustion engine (10) by means of a traction device. Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärluftverdichter (60) als elektrischer Zusatzverdichter (62) ausgeführt ist.Internal combustion engine (10) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the secondary air compressor (60) is designed as an electric auxiliary compressor (62). Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sekundärluftleitung (66) ein Sekundärluftventil (68) angeordnet ist.Internal combustion engine (10) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that a secondary air valve (68) is arranged in the secondary air line (66). Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend folgende Schritte: - Einbringen eines Brennstoffes in die Brennkammer (44), - Zufuhr von Sekundärluft in die Brennkammer (44), wobei - Sekundärluft durch einen Sekundärluftverdichter (60) verdichtet wird, wobei die verdichtete Sekundärluft der Brennkammer (44) über eine Sekundärluftleitung (66) zugeführt wird, wobei - der Brennstoff mit dem Sauerstoff aus der Sekundärluft exotherm in der Brennkammer (44) umgesetzt wird, - Beaufschlagen der Turbine (50) des Abgasturboladers (28) mit dem heißen Abgas aus der Brennkammer (44), wobei die Turbine (50) die Antriebswelle (36) antreibt, und wobei - die mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56) durch das heiße Abgas aus der Brennkammer (44) auf eine Betriebstemperatur aufgeheizt oder auf dieser Betriebstemperatur gehalten wird.Method for operating an internal combustion engine (10) according to one of Claims 1 until 7 , comprising the following steps: - introducing a fuel into the combustion chamber (44), - supplying secondary air into the combustion chamber (44), - secondary air is compressed by a secondary air compressor (60), the compressed secondary air being fed to the combustion chamber (44) via a secondary air line (66), wherein - the fuel is reacted exothermically with the oxygen from the secondary air in the combustion chamber (44), - Applying the hot exhaust gas from the combustion chamber (44) to the turbine (50) of the exhaust gas turbocharger (28), the turbine (50) driving the drive shaft (36), and wherein - the at least one exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56) is heated to an operating temperature or maintained at this operating temperature by the hot exhaust gas from the combustion chamber (44). Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (36) zumindest mittelbar mit der Kurbelwelle (14) des Verbrennungsmotors (10) verbunden ist, wobei das heiße Abgas aus der Brennkammer (44) zumindest mittelbar die Kurbelwelle (14) antreibt.Method for operating an internal combustion engine (10). claim 8 , characterized in that the drive shaft (36) is at least indirectly connected to the crankshaft (14) of the internal combustion engine (10), the hot exhaust gas from the combustion chamber (44) at least indirectly driving the crankshaft (14).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021110658A1 (en) 2021-04-27 2022-10-27 Volkswagen Aktiengesellschaft Internal combustion engine with electric exhaust gas turbine and exhaust gas aftertreatment device upstream of the exhaust gas turbine
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10139526A1 (en) 2001-08-10 2003-02-20 Daimler Chrysler Ag Motor vehicle has gas generator unit that can be switched on when engine is off, drives turbine and thus electric motor as a generator to supply current to vehicle
DE102008032601A1 (en) 2008-07-11 2010-01-14 Volkswagen Ag Exhaust gas flow condition adjusting method for e.g. diesel engine, of motor vehicle, involves supplying secondary air mass flow to burner, where burner lambda value produced from injection amount and mass flow amounts to less than one
EP1469173B1 (en) 2003-04-16 2010-10-27 EMCON Technologies LLC An exhaust emission reduction system
US20120042632A1 (en) 2010-08-23 2012-02-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method and apparatus for processing exhaust gas in internal combustion engine
EP2535539A1 (en) 2010-02-12 2012-12-19 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Marine internal combustion engine and operating method thereof
DE102014017631A1 (en) 2014-11-28 2016-06-02 Man Truck & Bus Ag Method and device for operating an electric motor assisted exhaust gas turbocharger of a motor vehicle
DE102016205182A1 (en) 2016-03-30 2017-10-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Method and device for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10139526A1 (en) 2001-08-10 2003-02-20 Daimler Chrysler Ag Motor vehicle has gas generator unit that can be switched on when engine is off, drives turbine and thus electric motor as a generator to supply current to vehicle
EP1469173B1 (en) 2003-04-16 2010-10-27 EMCON Technologies LLC An exhaust emission reduction system
DE102008032601A1 (en) 2008-07-11 2010-01-14 Volkswagen Ag Exhaust gas flow condition adjusting method for e.g. diesel engine, of motor vehicle, involves supplying secondary air mass flow to burner, where burner lambda value produced from injection amount and mass flow amounts to less than one
EP2535539A1 (en) 2010-02-12 2012-12-19 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Marine internal combustion engine and operating method thereof
US20120042632A1 (en) 2010-08-23 2012-02-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method and apparatus for processing exhaust gas in internal combustion engine
DE102014017631A1 (en) 2014-11-28 2016-06-02 Man Truck & Bus Ag Method and device for operating an electric motor assisted exhaust gas turbocharger of a motor vehicle
DE102016205182A1 (en) 2016-03-30 2017-10-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Method and device for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine

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