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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen.
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Die
DE 10 2016 117 961 A1 offenbart ein Abgassystem eines verbrennungstechnisch betriebenen Kraftfahrzeugs mit Turbolader, wobei die Abgasströme von Zylindern eines Verbrennungsmotors über mindestens einen separaten Abgaskrümmer einer Twin Scroll-Turbine zugeführt werden, sowie mit einem Sekundärluftsystem zum Einleiten von Frischluft in das Abgas. Des Weiteren ist der
DE 10 2019 101 576 A1 eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors als bekannt zu entnehmen. Des Weiteren offenbart die
DE 10 2017 106 164 A1 einen Abgasturbolader. Außerdem ist aus der
EP 1 876 335 A1 eine Turbine bekannt. Die
DE 10 2010 053 057 A1 offenbart eine Aufladeeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine. Des Weiteren offenbart die
DE 102 60 779 A1 einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine. Außerdem ist aus der
DE 10 2015 006 288 A1 eine Turbine für einen Abgasturbolader bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, sodass eine besonders vorteilhafte Sekundärluftführung realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine auch als Verbrennungsmotor bezeichnete und vorzugsweise als Hubkolbenmotor beziehungsweise Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen vorzugsweise als Personenkraftwagen oder aber als Nutzfahrzeug ausgebildeten Kraftwagen. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine umfasst und mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen Brennraum auf. Insbesondere kann die Verbrennungskraftmaschine mehrere und somit wenigstens zwei oder aber mehr als zwei Brennräume aufweisen. In einem befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine laufen in dem jeweiligen Brennraum Verbrennungsvorgänge ab, in deren Rahmen ein jeweiliges Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches einfach auch als Gemisch bezeichnet wird, verbrannt wird. Hieraus resultiert Abgas der Verbrennungskraftmaschine. Mit anderen Worten entsteht durch die jeweilige Verbrennung des Gemisches in dem jeweiligen Brennraum Abgas der Verbrennungskraftmaschine.
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Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei einen von dem Abgas aus dem wenigstens einen Brennraum beziehungsweise aus den oder allen Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt auf, welcher auch als Abgasanlage oder Abgassystem bezeichnet wird. In dem Abgastrakt kann wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet sein. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, wenigstens einen Bestandteil des Abgases aus dem Abgas zu entfernen. Hierunter kann insbesondere verstanden werden, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung beispielsweise dazu ausgebildet ist, Partikel, insbesondere Rußpartikel, aus dem Abgas herauszufiltern. Hierfür kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen Partikelfilter umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung für wenigstens eine chemische Reaktion katalytisch wirksam beziehungsweise aktiv sein. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung dazu ausgebildet sein kann, die chemische Reaktion katalytisch zu unterstützen und/oder zu bewirken. Bei der chemischen Reaktion reagiert beispielsweise wenigstens ein Bestandteil des Abgases mit wenigstens einem weiteren Stoff sowie wenigstens einem Produkt der chemischen Reaktion, sodass durch die chemische Reaktion der wenigstens eine Bestandteil aus dem Abgas entfernt wird. Hierfür kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung beispielsweise einen Oxidationskatalysator und/oder einen SCR-Katalysator aufweisen. Des Weiteren kann die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise einen auch als Einlasstrakt bezeichneten Ansaugtrakt aufweisen, welcher zumindest von Frischluft durchströmbar ist. Die den Ansaugtrakt durchströmende Frischluft kann mittels des Ansaugtrakts zu dem und in den Brennraum, insbesondere zu den und in die Brennräume, der Verbrennungskraftmaschine geführt werden. Außerdem kann ein beispielsweise flüssiger Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, werden. Der Kraftstoff und die Frischluft bilden das zuvor genannte Kraftstoff-Luft-Gemisch.
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Die Verbrennungskraftmaschine umfasst darüber hinaus wenigstens einen Abgasturbolader, welcher eine in dem Abgastrakt angeordnete und somit von dem Abgas durchströmbare Turbine umfasst. Die Turbine weist ein Turbinengehäuse und ein Turbinenrad auf, welches zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem Turbinengehäuse angeordnet und um eine Laufraddrehachse relativ zu dem Turbinengehäuse drehbar ist. Insbesondere kann der Abgasturbolader beispielsweise wenigstens einen in dem Ansaugtrakt angeordneten Verdichter aufweisen, welcher ein in dem Ansaugtrakt angeordnetes Verdichterrad umfasst. Das Verdichterrad ist vorzugsweise zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zu mehr als zur Hälfte und ganz vorzugsweise vollständig, außerhalb des Turbinengehäuses angeordnet. Das Verdichterrad ist, insbesondere über eine Welle des Abgasturboladers, von dem Turbinenrad antreibbar, wobei durch Antreiben des Verdichterrads die den Ansaugtrakt durchströmende Frischluft verdichtet werden kann. Die mittels des Verdichterrads verdichtete Frischluft wird auch als Ladeluft bezeichnet, die dem jeweiligen Brennraum zugeführt werden kann. Dabei kann der jeweilige Brennraum mit der Ladeluft versorgt werden.
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Die Verbrennungskraftmaschine weist außerdem wenigstens einen von Sekundärluft durchströmbaren und in den Abgastrakt mündenden Sekundärluftkanal auf, mittels welchem die den Sekundärluftkanal durchströmende Sekundärluft, insbesondere unter Umgehung aller Brennräume der Verbrennungskraftmaschine, in den Abgastrakt beziehungsweise in das den Abgastrakt durchströmende Abgas einleitbar ist. Unter dem vorzugsweise vorgesehenen Merkmal, dass die den Sekundärluftkanal durchströmende Sekundärluft mittels des Sekundärluftkanals unter Umgehung aller Brennräume der Verbrennungskraftmaschine in den Abgastrakt beziehungsweise in das den Abgastrakt durchströmende Abgas einleitbar ist, ist zu verstehen, dass die den Sekundärluftkanal durchströmende Sekundärluft vorzugsweise alle Brennräume der Verbrennungskraftmaschine umgeht und somit nicht durch die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine hindurchströmt. Insbesondere ist die den Sekundärluftkanal durchströmende Sekundärluft mittels des Sekundärluftkanals derart führbar und derart in das den Abgastrakt durchströmende Abgas einleitbar, dass zumindest bis zu dem Einleiten der Sekundärluft in den Abgastrakt beziehungsweise das den Abgastrakt durchströmende Abgas, das heißt zumindest bis die Sekundärluft aus dem Sekundärluftkanal ausströmt und in den Abgastrakt beziehungsweise in das den Abgastrakt durchströmende Abgas einströmt, eine Teilnahme der Sekundärluft an einer Verbrennung unterbleibt, mithin die Sekundärluft nicht verbrannt wird, das heißt nicht zu einer Oxidation eines Stoffs, insbesondere eines Brennstoffs, verwendet wird. Mittels der in das den Abgastrakt durchströmende Abgas eingeleiteten Sekundärluft kann beispielsweise die zuvor genannte Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders stark und in kurzer Zeit erwärmt werden, insbesondere dadurch, dass die in das den Abgastrakt durchströmende Abgas eingeleitete Sekundärluft beispielsweise mit im Abgas enthaltenen, unverbrannten und somit noch brennbaren Kraftstoffanteilen ein Sekundärluft-Kraftstoffanteile-Gemisch bildet, das in dem Abgastrakt unter Freisetzung von Wärme verbrannt werden kann. Die in den Abgastrakt beziehungsweise in das den Abgastrakt durchströmende Abgas eingeleitete Sekundärluft nimmt somit an einer Verbrennung des Sekundärluft-Kraftstoffanteile-Gemisches teil und wird somit genutzt, um die Kraftstoffanteile zu oxidieren. Genauer gesagt wird in der in das den Abgastrakt durchströmende Abgas eingeleiteten Sekundärluft enthaltener Sauerstoff genutzt, um bei der Verbrennung des Sekundärluft-Kraftstoffanteile-Gemisches die zunächst nur unverbrannten Kraftstoffanteile zu oxidieren. Dabei nimmt die Sekundärluft jedoch an der Verbrennung des Sekundärluft-Kraftstoffanteile-Gemisches erst dann teil, das heißt die Sekundärluft wird erst dann verbrannt beziehungsweise die Sekundärluft wird erst dann zur Oxidation der Kraftstoffanteile genutzt, nachdem die Sekundärluft in den Abgastrakt beziehungsweise in das den Abgastrakt durchströmende Abgas eingeleitet wurde, mithin nachdem die Sekundärluft aus dem Sekundärluftkanal ausgeströmt und in den Abgastrakt beziehungsweise in das den Abgastrakt durchströmende Abgas eingeströmt ist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt nimmt die Sekundärluft erst in dem Abgastrakt an der Verbrennung des Sekundärluft-Kraftstoffanteile-Gemisches teil beziehungsweise die Sekundärluft wird erst in dem Abgastrakt zur Oxidation der Kraftstoffanteile genutzt, sodass die Sekundärluft erst dann an der Verbrennung des Sekundärluft-Kraftstoffanteile-Gemisches teilnimmt beziehungsweise erst dann zur Oxidation der Kraftstoffanteile genutzt wird, nachdem die Sekundärluft aus dem Sekundärluftkanal ausgeströmt und in den Abgastrakt beziehungsweise in das den Abgastrakt durchströmende Abgas eingeleitet wurde.
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Mittels der freigesetzten Wärme kann beispielsweise die Abgasnachbehandlungseinrichtung erwärmt und dadurch beispielsweise auf oder über ihre auch als Light-Off-Temperatur bezeichnete Anspringtemperatur gebracht werden. Das Sekundärluft-Kraftstoffanteile-Gemisch wird beispielsweise dadurch verbrannt, dass das Sekundärluft-Kraftstoffanteile-Gemisch mittels einer in dem Abgastrakt angeordneten und beispielsweise elektrisch betreibbaren Zündeinrichtung wie beispielsweise einer Glühkerze gezündet und dadurch verbrannt wird, oder das Sekundärluft-Kraftstoffanteile-Gemisch entzündet sich an einer heißen, in dem Abgastrakt angeordneten Komponente, insbesondere der Abgasnachbehandlungseinrichtung, wodurch das Sekundärluft-Kraftstoffanteile-Gemisch verbrannt wird. Bei der Komponente handelt es sich beispielsweise um einen Katalysator, insbesondere um einen oder den zuvor genannten Oxidationskatalysator, der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
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Beispielsweise kann die Verbrennungskraftmaschine ein Ventilelement aufweisen, mittels welchem eine Menge der den Sekundärluftkanal durchströmenden Sekundärluft einstellbar ist. Hierunter kann beispielsweise verstanden werden, dass mittels des Ventilelements ein von der Sekundärluft durchströmbarer Strömungsquerschnitt einstellbar ist, wodurch die Menge der den Sekundärluftkanal durchströmenden Sekundärluft einstellbar ist. Insbesondere kann unter dem Merkmal, dass mittels des Ventilelements die Menge der den Sekundärluftkanal durchströmenden Sekundärluft einstellbar ist, verstanden werden, dass das Ventilelement zwischen wenigstens zwei Zuständen verstellbar beziehungsweise umschaltbar ist. In einem ersten der Zustände des Ventilelements wird beispielsweise ein erster Wert der Menge der den Sekundärluftkanal durchströmenden Sekundärluft eingestellt, wobei der erste Wert, gegebenenfalls bis auf etwaige, technisch bedingte Leckagen, Null sein kann, sodass beispielsweise der erste Zustand ein Schließzustand ist, in welchem das Ventilelement den Sekundärluftkanal - gegebenenfalls bis auf die zuvor genannten, etwaigen, technisch bedingten Leckagen -versperrt. Dann kann keine Sekundärluft durch den Sekundärluftkanal hindurchströmen. In dem zweiten Zustand ist durch das Ventilelement beispielsweise ein gegenüber Null und gegenüber dem ersten Wert größerer, zweiter Wert der Menge der den Sekundärluftkanal durchströmenden Sekundärluft eingestellt, sodass in dem zweiten Zustand das Ventilelement den Sekundärluftkanal freigibt. Somit ist der zweite Zustand beispielsweise ein Freigabezustand, in welchem Sekundärluft durch den Sekundärluftkanal hindurchströmen kann. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist beispielsweise in dem zweiten Zustand die Menge der den Sekundärluftkanal durchströmenden Sekundärluft größer als in dem ersten Zustand. Ferner ist es denkbar, dass das Ventilelement in wenigstens einen oder mehrere, weitere Zustände verstellbar ist, wobei in dem weiteren Zustand durch das Ventilelement ein von dem ersten Wert und von dem zweiten Wert unterschiedlicher, gegenüber Null größerer Wert der Menge der den Sekundärluftkanal durchströmenden Sekundärluft beziehungsweise weitere, von dem ersten Wert und von dem zweiten Wert unterschiedliche, vorzugsweise gegenüber Null größere Werte der Menge der den Sekundärluftkanal durchströmenden Sekundärluft eingestellt ist beziehungsweise sind. Das Einleiten der Sekundärluft in den Abgastrakt beziehungsweise das den Abgastrakt durchströmende Abgas wird auch als Sekundärlufteinleitung, Sekundärluftzuführung oder Sekundärlufteinblasung bezeichnet.
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Um nun eine besonders vorteilhafte und insbesondere besonders kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Führung und Einleitung der Sekundärluft in den Abgastrakt beziehungsweise in das den Abgastrakt durchströmende Abgas realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Sekundärluftkanal innerhalb des Turbinengehäuses in den Abgastrakt mündet. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Sekundärluftkanal innerhalb des Turbinengehäuses endet und somit innerhalb des Turbinengehäuses in den Abgastrakt mündet, sodass die den Sekundärluftkanal durchströmende Sekundärluft innerhalb des Turbinengehäuses aus dem Sekundärluftkanal ausströmen und in das das Turbinengehäuse sowie den Abgastrakt durchströmende Abgas einströmen, mithin eingeleitet werden kann. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt endet der Sekundärluftkanal abgastraktseitig an einem Ende des Sekundärluftkanals, wobei dieses eine Ende des Sekundärluftkanals innerhalb des Turbinengehäuses angeordnet, insbesondere durch das Turbinengehäuse gebildet, ist. Hierdurch kann ein besonders vorteilhaftes Druckgefälle zwischen dem einen Ende des Sekundärluftkanals und einer Versorgungsstelle geschaffen werden, an welcher beispielsweise die Sekundärluft dem Sekundärluftkanal zuführbar, mithin in den Sekundärluftkanal einleitbar ist. Insbesondere kann gewährleistet werden, dass in zumindest nahezu jedem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine an der Versorgungsstelle ein größerer Druck als an dem einen Ende des Sekundärluftkanals herrscht, sodass insbesondere ohne zusätzliche Pumpen, Aktoren, Ventilelemente oder andere, weitere, separate Bauelemente die Sekundärluft besonders vorteilhaft an der Versorgungsstelle in den Sekundärluftkanal einleitbar, mittels des Sekundärluftkanals, insbesondere aufgrund des Druckgefälles, zu dem einen Ende führbar und an dem einen Ende in den Abgastrakt beziehungsweise das den Abgastrakt durchströmende Abgas einleitbar ist.
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Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Sekundärluftkanal, insbesondere über das zuvor genannte Ventilelement, an der Versorgungsstelle mit dem Ansaugtrakt fluidisch verbunden oder verbindbar ist, sodass an der auch als Abzweigstelle bezeichneten Versorgungsstelle zumindest ein Teil der, insbesondere mittels des Verdichterrads geförderten und/oder verdichteten, Frischluft aus dem Ansaugtrakt abzweigbar, insbesondere über das Ventilelement in den Sekundärluftkanal einleitbar und als die Sekundärluft mittels des Sekundärluftkanals in den Abgastrakt beziehungsweise das den Abgastrakt durchströmende Abgas einleitbar ist. Mit anderen Worten, an der Versorgungsstelle (Abzweigstelle) kann zumindest der zuvor genannte Teil der Frischluft aus dem Ansaugtrakt abgezweigt, das heißt aus dem Ansaugtrakt ausgeleitet werden. Der abgezweigte Teil der Frischluft aus dem Ansaugtrakt wird, insbesondere über das Ventilelement, in den Sekundärluftkanal eingeleitet. Der in den Sekundärluftkanal eingeleitete Teil der Frischluft beziehungsweise die in den Sekundärluftkanal, insbesondere über das Ventilelement, eingeleitete Frischluft kann als die Sekundärluft mittels des Sekundärluftkanals zu dem und in den Abgastrakt geleitet werden, sodass der abgezweigte Teil der Frischluft auf seinem Weg von der Abzweigstelle (Versorgungsstelle) zu dem Abgastrakt beziehungsweise zu dem einen Ende beispielsweise das Ventilelement durchströmt und dabei vorzugsweise den wenigstens einen Brennraum, insbesondere alle Brennräume, der Verbrennungskraftmaschine umgeht, das heißt keinen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine durchströmt. Außerdem ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die aus dem Ansaugtrakt abgezweigte Frischluft auf ihrem Weg von der Versorgungsstelle zu dem einen Ende des Sekundärluftkanals nicht an einer Verbrennung teilnimmt, sodass von der Abzweigstelle zu dem einen Ende des Sekundärluftkanals eine Teilnahme der Sekundärluft beziehungsweise der die Sekundärluft bildenden Frischluft an einer Verbrennung unterbleibt. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass als die Sekundärluft Frischluft aus dem Ansaugtrakt verwendet wird.
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Vorzugsweise ist die Versorgungsstelle (Abzweigstelle) stromab des Verdichterrads und insbesondere stromauf des wenigstens einen Brennraums beziehungsweise aller Brennräume der Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Beispielsweise ist die Abzweigstelle in Strömungsrichtung der den Ansaugtrakt durchströmenden Frischluft stromauf einer in dem Ansaugtrakt angeordneten Drosselklappe angeordnet, mittels welcher eine Menge der in den wenigstens einen Brennraum beziehungsweise in die Brennräume einzuleitenden und somit dem Brennraum beziehungsweise den Brennräumen zuzuführende Frischluft einstellbar ist. Wird beispielsweise die zuerst geöffnete Drosselklappe geschlossen, so kann dann zumindest der zuvor genannte, zunächst zwischen dem Verdichterrad und der dann geschlossenen Drosselklappe angeordnete Teil der mittels des Verdichterrads geförderten beziehungsweise verdichteten Frischluft an der Abzweigstelle (Versorgungsstelle) aus dem Ansaugtrakt abgezweigt und, insbesondere über das Ventilelement, in den Sekundärluftkanal und in der Folge in den Abgastrakt geführt werden. Dadurch kann ein übermäßiges, durch die sich zunächst zwischen dem Verdichterrad und der Drosselklappe befindende und verdichtete Frischluft bewirktes Abbremsen des Verdichterrads vermieden werden. Somit kann die Erfindung sozusagen ein Schubumluftsystem mit einem Sekundärluftsystem kombinieren. Hierbei kann dem Ventilelement eine Doppelfunktion zukommen, sodass das Ventilelement beispielsweise als ein Kombinationsventil ausgebildet sein kann. Einerseits kann das Ventilelement genutzt werden, um die Menge der den Sekundärluftkanal durchströmenden und in das den Abgastrakt durchströmende Abgas einzuleitenden Sekundärluft einzustellen, sodass das Ventilelement sozusagen als Sekundärluftventil verwendet wird. Zum anderen kann das Ventilelement als Schubumluftventil (USV) verwendet werden, um über das Schubumluftventil zumindest den zuvor genannten Teil der Frischluft aus dem Ansaugtrakt abzuzweigen, in den Sekundärluftkanal und über diesen in das den Abgastrakt durchströmende Abgas einzuleiten und somit als die Sekundärluft zu nutzen. Somit kann beispielsweise ein zusätzliches, separates Schubumluftsystem vermieden werden, sodass die Teileanzahl, das Gewicht, der Bauraumbedarf und die Kosten der Verbrennungskraftmaschine in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können.
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Durch die Ausgestaltung des Ventilelements als Kombinationsventil und durch die Anordnung der Versorgungsstelle (Abzweigstelle) ist es ferner möglich, das Verdichterrad zu nutzen und mittels des Verdichterrads beispielsweise die Sekundärluft zu fördern, insbesondere durch den Sekundärluftkanal hindurchzufördern. Somit kann das Verdichterrad als Sekundärluftpumpe, welche auch als Luftpumpe bezeichnet wird, genutzt werden, wobei mittels der Sekundärluftpumpe die Sekundärluft beispielsweise in den Sekundärluftkanal hineingefördert und/oder durch den Sekundärluftkanal hindurchgefördert wird oder werden kann. Hierdurch kann eine zusätzliche, separate Fördereinrichtung zum Fördern von Sekundärluft vermieden werden, sodass die Kosten, die Teileanzahl, das Gewicht und der Bauraumbedarf der Verbrennungskraftmaschine in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Die Nutzung des Verdichterrads als Sekundärluftpumpe ist auch insofern vorteilhaft, als mittels des Verdichterrads ein besonders hohes Druckgefälle geschaffen beziehungsweise ein besonders großer Massen- und/oder Volumenström der Sekundärluft realisiert werden kann. Dies bedeutet insbesondere, dass eine besonders große, auch als Sauerstoffmenge bezeichnete Menge an Sauerstoff, der in der mittels des Verdichterrads geförderten Sekundärluft enthalten ist, in den Abgastrakt beziehungsweise in das den Abgastrakt durchströmende Abgas eingeleitet werden kann, sodass beispielsweise die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders effektiv und effizient aufgeheizt werden kann.
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Der Sekundärluftkanal, insbesondere an seinem einen Ende, weist wenigstens eine Austrittsöffnung auf, an welcher der Sekundärluftkanal endet und dadurch in den Abgastrakt mündet. Somit ist die den Sekundärluftkanal durchströmende Sekundärluft über die Austrittsöffnung aus dem Sekundärluftkanal ausleitbar und dadurch in den Abgastrakt und somit in das den Abgastrakt durchströmende Abgas einleitbar.
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Um die Sekundärluft auf besonders vorteilhafte, insbesondere auf besonders bauraum-, gewichts- und kostengünstige, Weise führen und insbesondere in den Abgastrakt, das heißt in das den Abgastrakt durchströmende Abgas einleiten zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Sekundärluftkanal an einer innerhalb des Turbinengehäuses angeordneten Einleitstelle in den Abgastrakt mündet, wobei die Einleitstelle in Strömungsrichtung des das Turbinengehäuse durchströmenden Abgases stromab zumindest eines Teils, insbesondere zumindest eines überwiegenden Teils, des Turbinenrads angeordnet ist. Unter dem zumindest überwiegenden Teil des Turbinenrads ist zumindest mehr als die Hälfte einer in axialer Richtung des Turbinenrads verlaufenden Länge des Turbinenrads zu verstehen. Durch die Anordnung der Einleitstelle stromab zumindest des Teils des Turbinenrads kann ein besonders vorteilhaftes Druckgefälle zwischen der Versorgungsstelle und der Einleitstelle realisiert werden, wobei beispielsweise das zuvor genannte, eine Ende des Sekundärluftkanals an der Einleitstelle angeordnet ist. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass der Druck an der Versorgungsstelle hinreichend hoch und demgegenüber der Druck an der Einleitstelle hinreichend gering ist, sodass auch eine besonders große Menge an Sekundärluft in das den Abgastrakt durchströmende Abgas eingeleitet werden kann, ohne dass hierzu zusätzliche, separate Bauelemente wie beispielsweise Ventile, Pumpen oder dergleichen zum Einsatz kommen müssten.
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Um die, insbesondere über die Austrittsöffnung, aus dem Sekundärluftkanal ausströmende und hierdurch in das den Abgastrakt durchströmende Abgas einströmende Sekundärluft besonders vorteilhaft in das den Abgastrakt durchströmende Abgas einzuleiten und besonders vorteilhaft mit dem den Abgastrakt durchströmenden Abgas vermischen zu können, ist es vorgesehen, dass innerhalb des Turbinengehäuses eine sich in Umfangsrichtung des Turbinenrads, insbesondere über dessen Umfang, erstreckende Wandung angeordnet ist. Die Wandung ist einstückig mit dem Turbinengehäuse ausgebildet. Die Wandung kann derart, insbesondere stromab des Turbinenrads, angeordnet sein, dass die Wandung in radialer Richtung des Turbinenrads nach innen hin vollständig überlappungsfrei zu dem Turbinenrad angeordnet, mithin in radialer Richtung des Turbinenrads nach innen nicht durch das Turbinenrad überlappt ist. Vorzugweise ist die Wandung jedoch derart angeordnet, dass die Wandung in radialer Richtung des Turbinenrads nach innen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Turbinenrad überlappt ist, sodass sich die Wandung in Umfangsrichtung des Turbinenrads über dessen Umfang erstreckt. Dabei ist es denkbar, dass die Wandung stromab zumindest eines beziehungsweise des zuvor genannten Teils des Turbinenrads angeordnet ist. Die Wandung ist in radialer Richtung des Turbinenrads nach innen hin von der Austrittsöffnung und von sich in Umfangsrichtung des Turbinenrads an die Austrittsöffnung anschließenden Wandungsbereichen des Turbinengehäuses unter Bildung eines in radialer Richtung des Turbinenrads nach außen durch die Wandungsbereiche und in radialer Richtung des Turbinenrads nach innen durch die Wandung begrenzten und sich in Umfangsrichtung des Turbinenrads, insbesondere über dessen Umfang, erstreckenden Verteilerkanals beabstandet. Der Verteilerkanal ist somit beispielsweise ein Spalt, welcher in radialer Richtung des Turbinenrads zwischen den Wandungsbereichen und der Wandung angeordnet und dabei in radialer Richtung des Turbinenrads und somit der Turbine insgesamt nach außen durch die Wandungsbereiche und in radialer Richtung des Turbinenrads beziehungsweise der Turbine nach innen durch die Wandung, insbesondere jeweils direkt, begrenzt ist. Die axiale Richtung des Turbinenrads fällt mit der Laufraddrehachse zusammen, wobei die radiale Richtung des Turbinenrads senkrecht zur Laufraddrehachse verläuft. Dabei verläuft die Umfangsrichtung des Turbinenrads um die Laufraddrehachse, das heißt um die axiale Richtung des Turbinenrads. Die Austrittsöffnung mündet in den Verteilerkanal, sodass die die Austrittsöffnung durchströmende und somit über die Austrittsöffnung aus dem Sekundärluftkanal ausströmende Sekundärluft, insbesondere zunächst, in den Verteilerkanal einströmt. Daraufhin kann die Sekundärluft den Verteilerkanal durchströmen beziehungsweise die Sekundärluft wird mittels des Verteilerkanals in Umfangsrichtung des Turbinenrads, insbesondere über dessen Umfang, geführt und somit verteilt.
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Die Wandung weist in Umfangsrichtung des Turbinenrads aufeinanderfolgende und voneinander beabstandete Durchströmöffnungen für die Sekundärluft auf, sodass die Durchströmöffnungen von der Sekundärluft aus dem Verteilerkanal durchströmbar sind. Vorzugsweise sind die Durchströmöffnungen in Umfangsrichtung des Turbinenrads gleichmäßig verteilt angeordnet. Die Durchströmöffnungen münden einenends in den Verteilerkanal und andernends in einen in radialer Richtung des Turbinenrads innenseitig der Wandung angeordneten Bereich. Mit anderen Worten ist der Bereich auf einer in radialer Richtung des Turbinenrads nach innen hin von dem Verteilerkanal abgewandten Seite der Wandung angeordnet. Dies bedeutet, dass die Sekundärluft aus dem Verteilerkanal in die jeweilige Durchströmöffnung hineinströmen und die jeweilige Durchströmöffnung hindurchströmen kann. Die die jeweilige Durchströmöffnung durchströmende Sekundärluft kann aus der jeweiligen Durchströmöffnung ausströmen und in den genannten Bereich einströmen und wird somit in das den Bereich durchströmende Abgas eingeleitet, da der genannte Bereich von dem das Turbinengehäuse über den Abgastrakt durchströmende Abgas durchströmbar ist. Mittels des Verteilerkanals und somit mittels der den Verteilerkanal bildenden beziehungsweise begrenzenden Wandung kann die Sekundärluft besonders vorteilhaft, insbesondere in Umfangsrichtung des Turbinenrads über dessen Umfang, verteilt werden, sodass die Sekundärluft besonders vorteilhaft in das Abgas eingeleitet und mit dem Abgas vermischt werden kann. Der Verteilerkanal und die Wandung bilden somit eine Verteilereinrichtung oder sind Bestandteil einer Verteilereinrichtung, wobei die Verteilereinrichtung auch als Verteiler oder Sekundärluftverteiler bezeichnet wird. Mittels des Sekundärluftverteilers kann die Sekundärluft aus dem Sekundärluftkanal besonders vorteilhaft verteilt und in das Abgas eingeleitet und insbesondere mit dem Abgas vermischt werden, sodass die Abgasnachbehandlungseinrichtung in kurzer Zeit und somit effektiv und effizient aufgeheizt beziehungsweise erwärmt werden kann.
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Die Austrittsöffnung, die in den Verteilerkanal mündet, ist in radialer Richtung des Turbinenrads nach innen hin vollständig, durch einen solchen Teilbereich des Turbinenrads überlappt, dessen Teilbereich frei von Laufradschaufeln des Turbinenrads ist. Hierdurch kann ein besonders vorteilhaftes Druckgefälle, insbesondere von der Versorgungsstelle bis zu der Austrittsöffnung, gewährleistet werden, sodass die Sekundärluft in zumindest nahezu allen Betriebsbereichen beziehungsweise Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine besonders vorteilhaft in das den Abgastrakt durchströmende Abgas eingeleitet werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Einleitstelle in einem Austrittsbereich der Turbine angeordnet ist, über deren Austrittsbereich Laufradschaufeln des Turbinenrads von dem Abgas abströmbar sind. Hierunter ist zu verstehen, dass während eines Betriebs der Turbine das Abgas die Laufradschaufeln des Turbinenrads an- und umströmt und dadurch das Turbinenrad antreibt, woraufhin das Abgas von den Laufradschaufeln abströmt, in den Austrittsbereich einströmt und den Austrittsbereich durchströmt. Somit ist der Austrittsbereich vorzugsweise in Strömungsrichtung des das Turbinengehäuse durchströmenden Abgases stromab der Laufradschaufeln angeordnet. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass die beziehungsweise alle Laufradschaufeln, insbesondere vollständig, in dem zuvor genannten Teil des Turbinenrads angeordnet sind. Die Einleitstelle muss nicht notwendigerweise stromab des gesamten Turbinenrads angeordnet sein. Vorzugsweise ist es auch vorgesehen, dass die Einleitstelle stromab zumindest des Teils des Turbinenrads, insbesondere stromab der oder aller Laufradschaufeln des Turbinenrads, angeordnet ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass an der Einleitstelle in zumindest nahezu allen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine ein hinreichend geringer Druck herrscht, welcher geringer ist als ein an der Versorgungsstelle herrschender, weiterer Druck, sodass das Druckgefälle hinreichend große ist. Das Druckgefälle ist insbesondere das Verhältnis des an der Versorgungsstelle herrschenden weiteren Drucks zu dem an der Einleitstelle herrschenden Druck. Je höher das Druckgefälle ist, desto einfacher und vorteilhafter kann die Sekundärluft in das den Abgastrakt durchströmende Abgas eingeleitet werden, wobei durch die Anordnung der Einleitstelle in dem Austrittsbereich das Druckgefälle besonders hoch ausgebildet werden kann.
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Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Austrittsbereich frei von Laufradschaufeln des Turbinenrads. Dadurch kann das Druckgefälle auf besonders einfache Weise besonders groß realisiert werden, sodass die Sekundärluft besonders vorteilhaft und insbesondere besonders einfach geführt und in das den Abgastrakt durchströmende Abgas eingeleitet werden kann.
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Das zuvor genannte, eine Ende des Sekundärluftkanals ist ein sogenanntes abgastraktseitiges Ende des Sekundärluftkanals, da der Sekundärluftkanal über das eine, abgastraktseitige Ende in dem Abgastrakt endet beziehungsweise in den Abgastrakt mündet. Dabei ist beispielsweise die Austrittsöffnung an dem einen, abgastraktseitigen Ende angeordnet.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn ein das abgastraktseitige, eine Ende aufweisender Längenbereich des Sekundärluftkanals, welcher an seinem einen, abgastraktseitigen Ende endet und an dem abgastraktseitigen Ende in den Abgastrakt mündet, innerhalb des Turbinengehäuses angeordnet ist beziehungsweise verläuft. Dies bedeutet, dass der Sekundärluftkanal über den Längenbereich und dabei an dem abgastraktseitigen Ende endet, sodass der Längenbereich an dem abgastraktseitigen Ende endet und somit ein Endbereich des Sekundärluftkanals ist. Dabei ist der Längenbereich entlang seiner Umfangsrichtung vollständig umlaufend direkt durch das Turbinengehäuse begrenzt. Dadurch können die Teileanzahl und somit die Kosten, das Gewicht und der Bauraumbedarf zum Führen und Einleiten der Sekundärluft in das den Abgastrakt durchströmende Abgas besonders gering gehalten werden. Vorzugsweise ist das Turbinengehäuse einstückig ausgebildet. Mit anderen Worten ist das Turbinengehäuse ein einstückiges Gehäuseelement, in welchem das Turbinenrad zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, angeordnet ist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt weist das Turbinengehäuse einen einstückigen Grundkörper auf, welcher beispielsweise zumindest den Längenbereich des Sekundärluftkanals in Umfangsrichtung des Längenbereichs vollständig umlaufend begrenzt. Alternativ oder zusätzlich bildet der Grundkörper beziehungsweise das Gehäuseelement die zuvor genannte Wandung sowie auch vorzugsweise die Wandungsbereiche.
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Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Turbinengehäuse, insbesondere der Grundkörper beziehungsweise das Gehäuseelement, einen Aufnahmebereich, insbesondere direkt, begrenzt, wobei das Turbinenrad insbesondere bezogen auf dessen in axialer Richtung des Turbinenrads verlaufende Länge zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zu mehr als zur Hälfte oder vollständig, in dem Aufnahmebereich und somit in dem vorzugsweise einstückigen Turbinengehäuse, Grundkörper beziehungsweise Gehäuseelement angeordnet ist. Somit können die Teileanzahl und dadurch die Kosten, der Bauraumbedarf und die Kosten zum Führen und Einleiten der Sekundärluft, mithin zur Realisierung der Sekundärlufteinblasung, besonders gering gehalten werden.
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Das abgastraktseitige Ende beziehungsweise die Austrittsöffnung des Sekundärluftkanals wird auch als Mündung oder Sekundärluftmündung bezeichnet, da der Sekundärluftkanal an seinem abgastraktseitigen Ende beziehungsweise über die Austrittsöffnung in den Abgastrakt mündet. Da nun das abgastraktseitige Ende beziehungsweise die Austrittsöffnung innerhalb des Turbinengehäuses angeordnet ist, ist erfindungsgemäß eine Integration der Sekundärluftmündung in das Turbinengehäuse vorgesehen. Insbesondere ist erfindungsgemäß eine Integration des zuvor genannten Verteilers in das Turbinengehäuse vorgesehen, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Sekundärluftverteiler in Strömungsrichtung des das Turbinengehäuse durchströmenden Abgases stromab zumindest eines Teils des Turbinenrads angeordnet ist. Insbesondere ist der Sekundärluftverteiler beziehungsweise die Wandung in dem Austrittsbereich angeordnet. Die Sekundärluftmündung beziehungsweise der Verteiler ist beispielsweise direkt nach dem Turbinenrad angeordnet, um die Austrittsöffnung beziehungsweise den Verteiler an einer Stelle anzuordnen, mithin den Sekundärluftkanal an einer Stelle, welche beispielsweise die zuvor genannte Einleitstelle ist, in den Abgastrakt münden zu lassen, wobei an der Stelle ein möglichst niedriger Druck herrscht. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass an dem abgastraktseitigen Ende beziehungsweise an der Einleitstelle, insbesondere stets, ein vorteilhaft geringer Druck, insbesondere ein Unterdruck, herrscht, sodass beispielsweise vermieden werden kann, dass ein Gas wie beispielsweise das Abgas in den Sekundärluftkanal einströmt und über den Sekundärluftkanal in den Ansaugtrakt strömt, ohne dass hierzu in dem Sekundärluftkanal ein zusätzliches, separates Rückschlagventil angeordnet werden müsste. Dadurch können die Teileanzahl und somit die Kosten, der Baumraumbedarf und das Gewicht in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden.
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Somit kann die Erfindung insbesondere die folgenden Vorteile realisieren:
- - Sicherstellung eines besonders vorteilhaften Druckgefälles zwischen der Versorgungsstelle und der Einleitstelle
- - vorteilhafte Position für eine sekundäre Verbrennung, in deren Rahmen beispielsweise das zuvor genannte Sekundärluft-Kraftstoffanteile-Gemisch verbrannt wird, wobei die Position vorzugsweise stromauf eines beziehungsweise direkt vor einem Katalysator, insbesondere der Abgasnachbehandlungseinrichtung, sein kann
- - die Sekundärlufteinblasung kann besonders einfach und kostengünstig dargestellt werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels 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.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug;
- 2 eine schematische Längsschnittansicht eines Turbinengehäuses eines Abgasturboladers der Verbrennungskraftmaschine; und
- 3 eine schematische Querschnittsansicht des vorzugsweise einstückig ausgebildeten Turbinengehäuses.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine als Hubkolbenmaschine beziehungsweise Hubkolbenmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 10 für ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine 10 aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist vorliegend genau vier, insbesondere entlang einer gedachten Geraden und somit in Reihe hintereinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnete, Zylinder 12a-d auf, welche durch ein beispielsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildetes Zylindergehäuse 14 der Verbrennungskraftmaschine 10 gebildet beziehungsweise begrenzt sind. Der jeweilige Zylinder 12a-d begrenzt einen jeweiligen Brennraum 16a-d, sodass die Verbrennungskraftmaschine 10 bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel genau vier Brennräume 16a-d aufweist. In den Brennräumen 16a-d laufen während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 Verbrennungsvorgänge ab. In den jeweiligen Zylindern 12a-d ist ein jeweiliger Kolben translatorisch bewegbar angeordnet, wobei der jeweilige Kolben den jeweiligen Brennraum 16a-d teilweise begrenzt.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist einen von Abgas aus den Brennräumen 16a-d durchströmbaren Abgastrakt 18 auf, in welchem beispielsweise eine in den Fig. nicht dargestellte Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet sein kann. Während des befeuerten Betriebs wird bei dem jeweiligen, in dem jeweiligen Brennraum 16a-d stattfindenden Verbrennungsvorgang ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt, welches einen vorzugsweise flüssigen Kraftstoff und Frischluft umfasst. Durch das Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches entsteht das Abgas. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist dabei einen von der genannten Frischluft durchströmbaren und auch als Einlasstrakt bezeichneten Ansaugtrakt 20 auf, mittels welchem die den Ansaugtrakt 20 durchströmende Frischluft zu den und in die Brennräume 16a-d und somit zu den und in die Zylinder 12a-d geleitet wird.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst außerdem einen Abgasturbolader 22, welcher einen in dem Ansaugtrakt 20 angeordneten Verdichter 24 und eine in dem Abgastrakt 18 angeordnete Turbine 26 aufweist. Der Verdichter 24 umfasst ein in dem Ansaugtrakt 20 angeordnetes Verdichterrad 28, mittels welchem die den Ansaugtrakt 20 durchströmende Frischluft verdichtet werden kann. Die Turbine 26 umfasst ein in dem Abgastrakt 18 angeordnetes und von dem Abgas antreibbares Turbinenrad 30. Der Abgasturbolader 22 umfasst außerdem eine Welle 32, über welche das Verdichterrad 28 von dem Turbinenrad 30 antreibbar ist. Durch Antreiben des Verdichterrads 28 wird mittels des Verdichterrads 28 die den Ansaugtrakt 20 durchströmende Frischluft verdichtet.
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In Strömungsrichtung der den Ansaugtrakt 20 durchströmenden Frischluft ist stromab des Verdichterrads 28 ein Ladeluftkühler 34 angeordnet, mittels welchem die verdichtete und dadurch erwärmte Frischluft, bevor sie in die Brennräume 16a-d einströmt, gekühlt wird. Des Weiteren ist in Strömungsrichtung der den Ansaugtrakt 20 durchströmenden Frischluft stromab des Verdichterrads 28 und stromauf des Ladeluftkühlers 34 eine Drosselklappe 36 in dem Ansaugtrakt 20 angeordnet. Mittels der Drosselklappe 36 kann eine Menge der den Brennräumen 16a-d zuzuführenden Frischluft eingestellt werden.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst außerdem einen von Sekundärluft durchströmbaren Sekundärluftkanal 38, mittels welchem die den Sekundärluftkanal 38 durchströmende Sekundärluft in das den Abgastrakt 18 durchströmende Abgas einleitbar ist. Die in den Abgastrakt 18 beziehungsweise in das den Abgastrakt 18 durchströmende Abgas eingeleitete Sekundärluft kann beispielsweise mit unverbrannten und somit noch brennbaren Bestandteilen des zuvor genannten Kraftstoffes ein Sekundärluft-Kraftstoffanteile-Gemisch bilden, wobei die Bestandteile des Kraftstoffes auch als Kraftstoffanteile bezeichnet werden. Das Sekundärluft-Kraftstoffanteile-Gemisch kann in dem Abgastrakt 18 unter Freisetzung von Wärme verbrannt werden. Hierdurch kann beispielsweise die zuvor genannte Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders effektiv und effizient aufgeheizt, das heißt erwärmt werden. Die zuvor genannten, in dem Abgastrakt 18 beziehungsweise in dem den Abgastrakt 18 durchströmenden Abgas aufgenommenen Bestanteile des Kraftstoffes sind Kraftstoffanteile, die unverbrannt aus zumindest einem der Brennräume 16a-d in den Abgastrakt 18 gelangt sind und/oder gezielt, insbesondere unter Umgehung aller Brennräume 16a-d und/oder über wenigstens einen der Brennräume 16a-d, in den Abgastrakt 18 eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden.
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Des Weiteren umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 ein Ventilelement 40, mittels welchem eine Menge der den Sekundärluftkanal 38 durchströmenden Sekundärluft einstellbar ist. Beispielsweise kann das Ventilelement 40 zwischen wenigstens einer Schließstellung und wenigstens einer Freigabestellung umgeschaltet oder verstellt werden. In der Schließstellung versperrt das Ventilelement 40 den Sekundärluftkanal 38, sodass keine Sekundärluft durch den Sekundärluftkanal 38 hindurchströmen kann. In der Freigabestellung gibt das Ventilelement 40 beispielsweise den Sekundärluftkanal 38 frei, sodass in der Freigabestellung Sekundärluft durch den Sekundärluftkanal 38 hindurchströmen und mittels des Sekundärluftkanals 38 in den Abgastrakt 18 eingeleitet werden kann. Das Einleiten der Sekundärluft in den Abgastrakt 18, das heißt in das den Abgastrakt durchströmende Abgas, wird auch als Sekundärlufteinblasung, Sekundärluftzufuhr oder Sekundärlufteinleitung bezeichnet.
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Um eine besonders vorteilhafte Sekundärlufteinblasung realisieren zu können, ist das Ventilelement 40 als ein Kombinationsventil ausgebildet, welches auch als Kombiventil bezeichnet wird. Über das Ventilelement 40 ist der Sekundärluftkanal 38 mit dem Ansaugtrakt 20 an einer stromab des Verdichterrads 28 und stromauf der Drosselklappe 36 angeordneten Abzweigstelle A fluidisch verbunden oder verbindbar. Dies bedeutet, dass an der Abzweigstelle A zumindest ein Teil der Frischluft aus dem Ansaugtrakt 20 abgezweigt, mithin abgeführt oder ausgeleitet werden kann. Die an der Abzweigstelle A aus dem Ansaugtrakt 20 abgezweigte Frischluft beziehungsweise ihr zuvor genannter Teil kann über das Ventilelement 40 in den Sekundärluftkanal 38 eingeleitet und als die zuvor genannte Sekundärluft mittels des Sekundärluftkanals 38 in den Abgastrakt 18 beziehungsweise in das den Abgastrakt 18 durchströmende Abgas eingeleitet werden. Dies bedeutet, dass der zuvor genannte, an der Abzweigstelle A aus dem Ansaugtrakt 20 abgezweigte Teil der Frischluft die zuvor genannte Sekundärluft ist beziehungsweise als die den Sekundärluftkanal 38 durchströmende Sekundärluft verwendet wird. Da die Abzweigstelle A stromab des Verdichterrads 28 angeordnet ist, kann das Verdichterrad 28 beziehungsweise der Verdichter 24 als Sekundärluftpumpe genutzt werden, um die Sekundärluft zu fördern, insbesondere in den Sekundärluftkanal 38 hineinzufördern und/oder durch den Sekundärluftkanal 38 hindurchzufördern und/oder in den Abgastrakt 18 beziehungsweise in das den Abgastrakt 18 durchströmende Abgas hineinzufördern. Dadurch kann eine zusätzliche, separate Sekundärluftpumpe vermieden werden, sodass die Teileanzahl, das Gewicht, die Kosten und der Bauraumbedarf der Verbrennungskraftmaschine 10 in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Es ist erkennbar, dass die den Sekundärluftkanal 38 durchströmende Sekundärluft aus dem Ansaugtrakt 20 stammt und unter Umgehung der beziehungsweise aller Brennräume 16a-d in das den Abgastrakt 18 durchströmende Abgas eingeleitet wird, wobei die Sekundärluft zumindest auf ihrem Weg von der Abzweigstelle A in den Abgastrakt 18 beziehungsweise in das den Abgastrakt 18 durchströmende Abgas an keiner Verbrennung teilnimmt, mithin nicht verbrannt wird beziehungsweise nicht für eine Verbrennung genutzt wird. Außerdem strömt die Sekundärluft auf ihrem Weg von der Abzweigstelle A in den Abgastrakt 18 durch keinen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine 10 hindurch.
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Dem Sekundärluftkanal 38 und dem Ventilelement 40 kann eine Doppelfunktion zukommen. Zum einen wird der Sekundärluftkanal 38 genutzt, um die Sekundärluft in den Abgastrakt 18 beziehungsweise in das den Abgastrakt 18 durchströmende Abgas einzuleiten, das heißt einzublasen. In dieser Hinsicht wird das Ventilelement 40 zum einen als Sekundärluftventil verwendet, um die Menge der den Sekundärluftkanal 38 durchströmenden und in das den Abgastrakt 18 durchströmende Abgas einzuleitende Sekundärluft einzustellen. Zum anderen wird sozusagen der Sekundärluftkanal 38 zur Realisierung einer Art Schubumluft oder Schubumluftsystem verwendet, wobei in dieser Hinsicht das Ventilelement 40 als ein Schubumluftventil oder als eine Art Schubumluftventil verwendet werden kann. Da die Abzweigstelle A stromab des Verdichterrads 28 und stromauf der Drosselklappe 36 angeordnet ist, kann beispielsweise dann, wenn die zunächst geöffnete Drosselklappe 36, insbesondere abrupt, geschlossen wird, ein übermäßiges, durch die zunächst zwischen dem Verdichterrad 28 und der Drosselklappe 36 angeordnete und mittels des Verdichterrads 28 verdichtete Frischluft bewirktes Abbremsen des Verdichterrads 28 vermieden werden, derart, dass zumindest ein Teil der zunächst zwischen dem Verdichterrad 28 und der Drosselklappe 36 angeordneten Frischluft an der Abzweigstelle A aus dem Ansaugtrakt 20 abgezweigt und über das Ventilelement 40 in den Sekundärluftkanal 38 eingeleitet wird.
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In Zusammenschau mit 2 und 3 ist erkennbar, dass die Turbine 26 ein vorzugsweise einstückiges, das heißt einstückig ausgebildetes Turbinengehäuse 42 aufweist, in welchem das Turbinenrad 30 insbesondere im Hinblick auf seine in axialer Richtung des Turbinenrads 30 verlaufende Länge zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, angeordnet ist. Dabei bildet oder begrenzt das Turbinengehäuse 42 einen auch als Aufnahmeraum bezeichneten Aufnahmebereich 44, insbesondere direkt, wobei das Turbinenrad 30 insbesondere im Hinblick auf seine in axialer Richtung des Turbinenrads 30 verlaufende Länge zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem Aufnahmebereich 44 angeordnet ist. Das Turbinenrad 30 ist um eine Drehachse 46, welche auch als Laufraddrehachse bezeichnet wird, relativ zu dem Turbinengehäuse 42 drehbar. Dabei fällt die axiale Richtung des Turbinenrads 30 mit der Drehachse 46 zusammen. Bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Turbinengehäuse 42 einstückig ausgebildet. Dies bedeutet, dass das Turbinengehäuse 42 ein einstückiges Gehäuseelement oder ein einstückiger Grundkörper ist.
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Des Weiteren weist die Verbrennungskraftmaschine 10 einen einfach auch als Krümmer bezeichneten Abgaskrümmer 48 auf, in beziehungsweise mittels welchem das Abgas aus den jeweiligen Brennräumen 16a-d, insbesondere in einen den Brennräumen 16a-d gemeinsamen Kanal, zusammengeführt wird. Dabei ist das Turbinengehäuse 42 in den Abgaskrümmer 48 integriert beziehungsweise umgekehrt. Hierunter ist vorliegend zu verstehen, dass der Abgaskrümmer 48 einstückig mit dem Turbinengehäuse 42 ausgebildet ist. Dabei weist der Abgaskrümmer 48 je Brennraum 16a-d wenigstens einen Abgaskanal 50 auf, wobei die Abgaskanäle in jeweiligen Teilbereichen voneinander getrennt sind. Das Abgas aus den Brennräumen 16a-d kann die Abgaskanäle 50 durchströmen und wird mittels der Abgaskanäle 50 zusammengeführt und insbesondere zu dem Turbinengehäuse 42 geführt. Das Turbinengehäuse 42 bildet oder begrenzt wenigstens oder genau einen von dem Abgas aus dem beziehungsweise allen Brennräumen 16a-d durchströmbaren Kanal 52, welcher vorzugsweise als ein Spiralkanal ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass sich der Kanal 52 in Umfangsrichtung des Turbinenrads 30 über dessen Umfang spiralförmig erstreckt. Das Abgas aus den Brennräumen 16a-d kann den Kanal 52 durchströmen und wird mittels des Kanals 52 zu dem und insbesondere in den Aufnahmebereich 44 und somit zu dem Turbinenrad 30 geführt, insbesondere derart, dass der Kanal 52 in den Aufnahmebereich 44 mündet. Dabei bildet beziehungsweise begrenzt das einstückige Turbinengehäuse 42 den Kanal 52, insbesondere direkt.
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Um nun die Sekundärlufteinblasung auf besonders einfache und insbesondere besonders kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Weise realisieren zu können, mündet der Sekundärluftkanal 38 innerhalb des Turbinengehäuses 42 in den Abgastrakt 18. Dabei mündet der Sekundärluftkanal 38 an einer Einleitstelle E (3) innerhalb des Turbinengehäuses 42 in den Abgastrakt 18, wobei die Einleitstelle E in Strömungsrichtung des das Turbinengehäuse 42 durchströmenden Abgases stromab zumindest eines Teils des Turbinenrads 30 angeordnet ist. Aus 2 und 3 ist besonders gut erkennbar, dass die Einleitstelle E in einem Austrittsbereich 54 der Turbine 26 angeordnet ist, über deren Austrittsbereich 54 Laufradschaufeln 56 des Turbinenrads 30 von dem Abgas abströmbar sind. Dabei ist der Austrittsbereich 54 frei von Laufradschaufeln des Turbinenrads 30.
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Der Sekundärluftkanal 38 weist wenigstens oder genau eine Austrittsöffnung 58 auf, welche an einem abgastraktseitigen Ende E1 des Sekundärluftkanals 38 angeordnet ist. An dem Ende E1 und somit an der Austrittsöffnung 58 endet der Sekundärluftkanal 38, wodurch der Sekundärluftkanal 38 an der beziehungsweise über die Austrittsöffnung 58 und somit an dem Ende E1 in den Abgastrakt 18 mündet. Somit ist das Ende E1 an der Einleitstelle E angeordnet. Dabei ist die den Sekundärluftkanal 38 durchströmende Sekundärluft über die Austrittsöffnung 58 und somit an dem Ende E1 aus dem Sekundärluftkanal 38 ausleitbar und dadurch in den Abgastrakt 18 und in das den Abgastrakt 18 durchströmende Abgas einleitbar. Dabei ist die Austrittsöffnung 58 in radialer Richtung des Turbinenrads 30 nach innen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Turbinenrad 30 überlappt, insbesondere durch einen solchen Teilbereich des Turbinenrads 30 überlappt, dessen Teilbereich frei von Laufradschaufeln des Turbinenrads 30 ist. Die radiale Richtung des Turbinenrads ist in 2 durch einen Doppelpfeil 60 veranschaulicht und verläuft senkrecht zur axialen Richtung des Turbinenrads 30.
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Besonders gut aus 2 und 3 ist erkennbar, dass innerhalb des Turbinengehäuses 42 eine sich in Umfangsrichtung des Turbinenrads 30 über dessen Umfang erstreckende Wandung 62 angeordnet ist. Die Umfangsrichtung des Turbinenrads verläuft um die Drehachse 46 und ist in 2 und 3 durch einen Pfeil 64 veranschaulicht. Bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Wandung 62 einstückig mit dem Turbinengehäuse 42 ausgebildet, das heißt durch das einstückig ausgebildete Turbinengehäuse 42, insbesondere durch den einstückigen Grundkörper beziehungsweise durch das einstückige Gehäuseelement, gebildet. Die Wandung 62 ist in radialer Richtung des Turbinenrads 30 nach innen hin von der Austrittsöffnung 58 und von sich in Umfangsrichtung des Turbinenrads 30 an die Austrittsöffnung 58 anschließenden Wandungsbereichen W des Turbinengehäuses 52 unter Bildung eines in radialer Richtung des Turbinenrads 30 nach außen durch die Wandungsbereiche W und in radialer Richtung des Turbinenrads 30 nach innen durch die Wandung 62 begrenzten und sich in Umfangsrichtung des Turbinenrads 30 über dessen Umfang erstreckenden Verteilerkanals 66 beabstandet, welcher somit in radialer Richtung des Turbinenrads 30 zwischen der Wandung 62 und den Wandungsbereichen W angeordnet ist und sich in Umfangsrichtung des Turbinenrads 30 über dessen Umfang, insbesondere vollständig umlaufend, herum erstreckt. Dabei mündet die Austrittsöffnung 58 in den Verteilerkanal 66, sodass der Sekundärluftkanal 38 über seine Austrittsöffnung 58 in den Verteilerkanal 66 mündet.
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Die Wandung 62 weist in Umfangsrichtung des Turbinenrads 30 aufeinanderfolgende, voneinander beabstandete und vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnete Durchströmöffnungen 68 auf, welche jeweils einenends in den Verteilerkanal 66 und andernends in einen insbesondere in dem Austrittsbereich 54 angeordneten Bereich B münden, welcher in radialer Richtung des Turbinenrads 30 innenseitig der Wandung 62 angeordnet und von dem das Turbinengehäuse 42 durchströmenden Abgas durchströmbar ist. Somit kann die den Sekundärluftkanal 38 durchströmende Sekundärluft über die Austrittsöffnung 58 aus dem Sekundärluftkanal 38 ausströmen und in der Folge beziehungsweise daraufhin direkt in den Verteilerkanal 66 einströmen, wie es in 3 durch einen Pfeil 70 veranschaulicht ist. Die in den Verteilerkanal 66 eingeströmte Sekundärluft kann den Verteilerkanal 66 durchströmen und wird somit mittels des Verteilerkanals 66 in Umfangsrichtung des Turbinenrads 30 über dessen Umfang herum geführt und verteilt. Die Sekundärluft aus dem Verteilerkanal 66 kann die Durchströmöffnungen 68 durchströmen und somit über die Durchströmöffnungen 68 aus dem Verteilerkanal 66 in den Bereich B und dadurch in das den Bereich B durchströmende Abgas strömen. Somit wird die Sekundärluft aus dem Sekundärluftkanal 38 besonders vorteilhaft verteilt und in das Abgas eingeleitet, insbesondere mit dem Abgas vermischt. Die Wandung 62 und der Verteilerkanal 66 bilden somit beispielsweise einen Sekundärluftverteiler, mittels welchem die Sekundärluft aus dem Sekundärluftkanal 38 besonders vorteilhaft in Umfangsrichtung des Turbinenrads 30 über dessen Umfang verteilt und in das Abgas eingeleitet werden kann.
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Besonders gut aus 1 bis 3 ist erkennbar, dass ein das abgastraktseitige Ende E1 des Sekundärluftkanals 38 aufweisender, erster Längenbereich L1 des Sekundärluftkanals 38 innerhalb des Turbinengehäuses 42 angeordnet ist und entlang seiner Umfangsrichtung vollständig umlaufend direkt durch das Turbinengehäuse 42, das heißt durch das einstückige Gehäuseelement beziehungsweise durch den einstückigen Grundkörper, begrenzt beziehungsweise gebildet ist. Zumindest ein zweiter Längenbereich L2 (1) des Sekundärluftkanals 38 ist beispielsweise durch eine Sekundärluftleitung 74 gebildet oder begrenzt. Die Sekundärluftleitung 74 ist beispielsweise separat von dem Turbinengehäuse 42 ausgebildet und zumindest fluidisch und vorzugsweise auch mechanisch mit dem Turbinengehäuse 42 insbesondere derart verbunden, dass der von der Sekundärluft durchströmbare, zweite Längenbereich L2 fluidisch mit dem Längenbereich L1 verbunden ist. Während der Längenbereich L1 innerhalb des Turbinengehäuses 42 verläuft, verläuft der Längenbereich L2, insbesondere vollständig, außerhalb des Turbinengehäuses 42. Somit kann die Sekundärluft aus dem Längenbereich L2 ausströmen und in den Längenbereich L1 einströmen. Dabei ist in Strömungsrichtung der den Sekundärluftkanal 38 durchströmenden Sekundärluft der Längenbereich L2 stromauf des Längenbereichs L1 angeordnet.
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Der Sekundärluftverteiler und insbesondere das Ende E1 und somit die Austrittsöffnung 58 sind stromab zumindest des Teils des Turbinenrads 30 angeordnet, da dann in zumindest nahezu jedem Betriebspunkt beziehungsweise Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 an der Einleitstelle E und somit an dem Ende E1 des Sekundärluftkanals 38, an dessen Ende E1 die Austrittsöffnung 58 angeordnet ist, ein vorteilhaft geringer Druck, insbesondere Unterdruck, herrscht, sodass ein besonders vorteilhaftes und insbesondere vorteilhaft großes Druckgefälle von der Abzweigstelle A zu der Einleitstelle E hin beziehungsweise zu dem Ende E1 hin gewährleistet werden kann. Dadurch kann eine hinreichend große Menge der Sekundärluft von der Abzweigstelle A zu der Einleitstelle E geführt werden, ohne dass hierzu eine übermäßig große Anzahl an separaten, zusätzlichen Bauelementen wie Aktoren, Pumpen und/oder Ventilen erforderlich wäre. Außerdem kann auf einfache Weise vermieden werden, dass Abgas unerwünschterweise von der Einleitstelle E zu der Ausleitstelle A rückströmt. Insbesondere können somit Rückschlagventile in dem Sekundärluftkanal 38 vermieden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12a-d
- Zylinder
- 14
- Zylindergehäuse
- 16a-d
- Brennraum
- 18
- Abgastrakt
- 20
- Ansaugtrakt
- 22
- Abgasturbolader
- 24
- Verdichter
- 26
- Turbine
- 28
- Verdichterrad
- 30
- Turbinenrad
- 32
- Welle
- 34
- Ladeluftkühler
- 36
- Drosselklappe
- 38
- Sekundärluftkanal
- 40
- Ventilelement
- 42
- Turbinengehäuse
- 44
- Aufnahmebereich
- 46
- Drehachse
- 48
- Abgaskrümmer
- 50
- Abgaskanal
- 52
- Kanal
- 54
- Austrittsbereich
- 56
- Laufradschaufel
- 58
- Austrittsöffnung
- 60
- Doppelpfeil
- 62
- Wandung
- 64
- Pfeil
- 66
- Verteilerkanal
- 68
- Durchströmöffnung
- 70
- Pfeil
- 72
- Pfeil
- 74
- Sekundärluftleitung
- B
- Bereich
- E
- Einleitstelle
- E1
- Ende
- W
- Wandungsbereich
