DE102020126255A1 - Internal combustion engine for a motor vehicle and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (1), mit einem von Frischluft durchströmbaren Einlasstrakt (5), mittels welchem die den Einlasstrakt (5) durchströmende Frischluft in einen Brennraum (4) der Verbrennungskraftmaschine (1) einleitbar ist, mit einer von Abgas aus dem Brennraum (4) durchströmbaren Abgasanlage (8), in welcher wenigstens ein Brenner (10) angeordnet ist, mittels welchem unter Verbrennen eines einen dem Brenner (10) zugeführten Brennstoff und dem Brenner (10) zugeführte Verbrennungsluft umfassenden Gemisches Wärme zum Erwärmen wenigstens eines in der Abgasanlage (8) angeordneten Abgasnachbehandlungselements (9) bereitstellbar ist, und mit wenigstens einem in dem Einlasstrakt (5) angeordneten Verdichter (12), mittels welchem die dem Brennraum (4) zuzuführende Frischluft zu verdichten ist, wobei der Verdichter (12) als elektrisch betreibbarer Verdichter (12) ausgebildet ist, wobei wenigstens eine Luftleitung (15) vorgesehen ist, mittels welcher zumindest ein Teil der mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters (12) geförderten Frischluft aus dem Einlasstrakt (5) abzweigbar und als die Verbrennungsluft dem Brenner (10) zuführbar ist.The invention relates to an internal combustion engine (1) with an intake section (5) through which fresh air can flow, by means of which the fresh air flowing through the intake section (5) can be introduced into a combustion chamber (4) of the internal combustion engine (1), with an exhaust gas from the combustion chamber (4) through-flow exhaust system (8), in which at least one burner (10) is arranged, by means of which, with combustion of a mixture comprising fuel supplied to the burner (10) and combustion air supplied to the burner (10), heat for heating at least one in the exhaust system (8) arranged exhaust gas aftertreatment element (9) can be made available, and with at least one compressor (12) arranged in the intake tract (5), by means of which the fresh air to be supplied to the combustion chamber (4) is to be compressed, the compressor (12) being electric operable compressor (12) is formed, wherein at least one air line (15) is provided, by means of which at least one Part of the fresh air conveyed by means of the electrically operated compressor (12) can be branched off from the intake tract (5) and fed to the burner (10) as the combustion air.
Description
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, 9 beziehungsweise 12. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.The invention relates to an internal combustion engine for a motor vehicle according to the preamble of
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, sodass eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung auf besonders günstige Weise realisiert werden kann.The object of the present invention is to create an internal combustion engine for a motor vehicle and a motor vehicle with such an internal combustion engine, so that a particularly advantageous exhaust gas aftertreatment can be implemented in a particularly favorable manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12, sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved according to the invention by an internal combustion engine having the features of
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine auch als Verbrennungsmotor bezeichnete und vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere verbrennungsmotorisch, antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist einen zumindest von Frischluft durchströmbaren Einlasstrakt auf, mittels welchem die den Einlasstrakt durchströmende Luft in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einleitbar ist. Hierdurch wird der Brennraum mit der Frischluft versorgt. Der Brennraum kann auch mit einem insbesondere flüssigen oder aber gasförmigen Kraftstoff versorgt werden, wobei der Kraftstoff beispielsweise direkt in den Brennraum einspritzbar oder einblasbar ist. Der Kraftstoff und die Frischluft bilden ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine in dem Brennraum verbrannt wird. Hierdurch entsteht in dem Brennraum Abgas der Verbrennungskraftmaschine.A first aspect of the invention relates to an internal combustion engine, also referred to as an internal combustion engine and preferably designed as a reciprocating piston engine, for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle preferably designed as a passenger car. This means that the motor vehicle has the internal combustion engine in its completely manufactured state and can be driven by means of the internal combustion engine, in particular by means of an internal combustion engine. The internal combustion engine has an intake section through which at least fresh air can flow, by means of which the air flowing through the intake section can be introduced into at least one combustion chamber of the internal combustion engine. As a result, the combustion chamber is supplied with fresh air. The combustion chamber can also be supplied with an in particular liquid or gaseous fuel, with the fuel being able to be injected or blown directly into the combustion chamber, for example. The fuel and the fresh air form a fuel-air mixture, which is burned in the combustion chamber during fired operation of the internal combustion engine. This produces exhaust gas from the internal combustion engine in the combustion chamber.
Die Verbrennungskraftmaschine weist auch einen von dem Abgas aus dem Brennraum durchströmbare Abgasanlage auf, welche auch als Abgastrakt bezeichnet wird. Des Weiteren umfasst die Verbrennungskraftmaschine einen in dem Abgastrakt und somit stromab von dem Brennraum angeordneten und somit von dem Brennraum unterschiedlichen beziehungsweise zusätzlich zu dem Brennraum vorgesehenen Brenner, mittels welchem unter Verbrennen eines Gemisches Wärme bereitstellbar ist. Das Gemisch umfasst einen dem Brenner zugeführten Brennstoff sowie dem Brenner zugeführte Verbrennungsluft. Bei dem Brennstoff kann es sich um den Kraftstoff oder aber um einen von dem Kraftstoff unterschiedlichen, weiteren Brennstoff handeln. Beispielsweise wird das den Brennstoff und die Verbrennungsluft umfassende Gemisch in dem Brenner gebildet. Das Gemisch wird beispielsweise in den Brenner, insbesondere in einer Brennkammer des Kammers, verbrannt. Beispielsweise wird das Gemisch mittels des Brenners unter Bildung einer, insbesondere offenen, Flamme verbrannt, wobei der Brenner die Flamme und somit die zuvor genannte Wärme bereitstellen kann. Mittels der Wärme beziehungsweise mittels der Flamme kann wenigstens ein in der Abgasanlage, insbesondere stromab des Brenners, angeordnetes Abgasnachbehandlungselement erwärmt werden. Das Abgasnachbehandlungselement ist beispielsweise ein Katalysator oder aber ein anderes Abgasnachbehandlungselement.The internal combustion engine also has an exhaust system through which the exhaust gas from the combustion chamber can flow, which is also referred to as an exhaust tract. Furthermore, the internal combustion engine comprises a burner which is arranged in the exhaust gas tract and thus downstream of the combustion chamber and is therefore different from the combustion chamber or provided in addition to the combustion chamber, by means of which heat can be provided by burning a mixture. The mixture comprises fuel supplied to the burner and combustion air supplied to the burner. The fuel can be the fuel or another fuel that is different from the fuel. For example, the mixture comprising the fuel and the combustion air is formed in the burner. The mixture is burned, for example, in the burner, in particular in a combustion chamber of the chamber. For example, the mixture is burned by means of the burner to form a flame, in particular an open flame, it being possible for the burner to provide the flame and thus the aforementioned heat. At least one exhaust gas aftertreatment element arranged in the exhaust system, in particular downstream of the burner, can be heated by means of the heat or by means of the flame. The exhaust gas aftertreatment element is, for example, a catalytic converter or another exhaust gas aftertreatment element.
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner wenigstens einen in dem Einlasstrakt angeordneten Verdichter, mittels welchem die dem Brennraum zuzuführende Frischluft zu verdichten ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass zumindest ein Teil der den Einlasstrakt durchströmenden Frischluft dem Brennraum zuführbar ist oder zugeführt wird und mittels des Verdichters zu verdichten ist beziehungsweise verdichtet wird. Mittels des Abgasnachbehandlungselements kann das Abgas nachbehandelt werden, wodurch beispielsweise einen zunächst im Abgas enthaltene Komponente mittels des Abgasnachbehandlungselements aus dem Abgas entfernt beziehungsweise insbesondere im Rahmen einer chemischen Reaktion in einen anderen Bestandteil umgewandelt wird.The internal combustion engine also includes at least one arranged in the intake tract compressor, by means of which the combustion fresh air to be supplied to the room is to be compressed. This is to be understood in particular as meaning that at least part of the fresh air flowing through the intake tract can be or is supplied to the combustion chamber and is to be compressed or is being compressed by means of the compressor. The exhaust gas can be after-treated by means of the exhaust gas after-treatment element, whereby, for example, a component initially contained in the exhaust gas is removed from the exhaust gas by means of the exhaust gas after-treatment element or, in particular, converted into another component as part of a chemical reaction.
Um nun eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung auf besonders günstige, insbesondere auf besonders kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Weise realisieren zu können, ist es bei dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass der Verdichter als elektrisch betreibbarer Verdichter ausgebildet ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Verdichter ein Verdichterrad aufweist, mittels welchem die Frischluft verdichtet werden kann. Das Verdichterrad ist beispielsweise drehbar in einem Verdichtergehäuse des Verdichters angeordnet und um eine Verdichterraddrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar. Durch Drehen des Verdichterrads relativ zu dem Gehäuse kann die Frischluft mittels des Verdichterrads verdichtet werden. Dabei ist dem Verdichterrad ein mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgbarer Elektromotor zugeordnet, mittels welchem unter Nutzung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom, die beziehungsweise der dem Elektromotor zugeführt wird, das Verdichterrad antreibbar und dadurch relativ zu dem Verdichtergehäuse um die Verdichterraddrehachse drehbar ist. Somit kann das Verdichterrad unter Nutzung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom mittels des Elektromotors angetrieben werden. Somit kann das Verdichterrad insbesondere auch dann besonders vorteilhaft angetrieben werden, wenn kein oder nur ein geringer Volumen- oder beziehungsweise Abgasmassestrom des Abgases zum Antreiben des Verdichterrads zur Verfügung steht.In order to be able to implement a particularly advantageous exhaust gas aftertreatment in a particularly favorable manner, in particular in a particularly cost-effective, weight-saving and space-saving manner, the first aspect of the invention provides for the compressor to be designed as an electrically operable compressor. This means in particular that the compressor has a compressor wheel, by means of which the fresh air can be compressed. The compressor wheel is rotatably arranged in a compressor housing of the compressor, for example, and is rotatable about a compressor wheel axis of rotation relative to the housing. By rotating the compressor wheel relative to the housing, the fresh air can be compressed by means of the compressor wheel. The compressor wheel is assigned an electric motor that can be supplied with electrical energy or electric current, by means of which the compressor wheel can be driven using electrical energy or electric current that is supplied to the electric motor and can therefore be rotated relative to the compressor housing about the axis of rotation of the compressor wheel. The compressor wheel can thus be driven using electrical energy or electric current by means of the electric motor. Thus, the compressor wheel can also be driven in a particularly advantageous manner when no or only a small volume flow or exhaust gas mass flow of the exhaust gas is available for driving the compressor wheel.
Des Weiteren ist es bei dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine wenigstens eine insbesondere separat von dem Einlasstrakt ausgebildete und zusätzlich zu dem Einlasstrakt vorgesehene Luftleitung umfasst, mittels welcher zumindest ein Teil der mittels des Verdichters geförderten Frischluft aus dem Einlasstrakt abzweigbar und als die Verbrennungsluft dem Brenner zuführbar ist. Mit anderen Worten, durch Antreiben des Verdichterrads wird mittels des Verdichterrads die Frischluft gefördert, insbesondere durch den Einlasstrakt. Mittels der Luftleitung kann zumindest ein Teil der mittels des Verdichterrads und somit mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters geförderten Frischluft aus dem Einlasstrakt abgezweigt und in die Luftleitung eingeleitet werden. Die in die Luftleitung eingeleitete Frischluft kann die Luftleitung durchströmen und wird mittels der Luftleitung zu dem Brenner geführt und beispielsweise in den Brenner eingeleitet. Hierdurch wird der Brenner mit der die Luftleitung durchströmenden Frischluft versorgt. Die Frischluft, mit der der Brenner versorgt wird, ist die Verbrennungsluft beziehungsweise wird als die Verbrennungsluft verwendet, um das Gemisch zu bilden um schließlich mittels des Brenners die Wärme zum Erwärmen des Abgasnachbehandlungselements bereitzustellen.Furthermore, the first aspect of the invention provides that the internal combustion engine comprises at least one air line, which is in particular designed separately from the intake tract and is provided in addition to the intake tract, by means of which at least part of the fresh air conveyed by means of the compressor can be branched off from the intake tract and used as the Combustion air can be fed to the burner. In other words, by driving the compressor wheel, the fresh air is conveyed by means of the compressor wheel, in particular through the intake tract. By means of the air line, at least part of the fresh air conveyed by means of the compressor wheel and thus by means of the electrically operable compressor can be branched off from the intake tract and introduced into the air line. The fresh air introduced into the air line can flow through the air line and is guided to the burner by means of the air line and, for example, introduced into the burner. As a result, the burner is supplied with the fresh air flowing through the air line. The fresh air with which the burner is supplied is the combustion air or is used as the combustion air to form the mixture in order to finally provide the heat for heating the exhaust gas aftertreatment element by means of the burner.
Der Erfindung liegen dabei insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Der Brenner ist ein thermisches Heizsysteme, insbesondere ein thermisches Katalysatorheizsystem, welcher durch Verbrennen des Gemisches die Wärme bereitstellen kann, insbesondere derart, dass der Brenner durch das Verbrennen des Gemisches das heiße Abgas und somit die Wärme bereitstellen kann. Dabei ist der Brenner ein externer Brenner, da er bezüglich eines den Brennraum zumindest teilweise bildenden, beziehungsweise begrenzenden Motorgehäuses der Verbrennungskraftmaschine extern und dabei stromab des Brennraums in der Abgasanlage angeordnet ist. Mittels der von dem Brenner bereitgestellten Wärme kann das Abgasnachbehandlungselement schnell und zumindest nahezu unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine, das heißt zumindest nahezu unabhängig davon, ob Abgas die Abgasanlage durchströmt beziehungsweise unabhängig von einer Temperatur des die Abgasanlage durchströmenden Abgases aufgeheizt werden. Hierdurch kann besonders schnell eine so genannte, auch als Light-off-Temperatur bezeichnete Anspringtemperatur des Abgasnachbehandlungselements erreicht werden, welches ab seiner Anspringtemperatur das Abgas besonders effektiv und effizient nachbehandeln kann. Grundsätzlich ist es denkbar, so genannte Sekundärluftpumpen zu verwenden, um die dem Brenner zuzuführende Verbrennungsluft zu dem Brenner zu fördern, mithin den Brenner mit der Verbrennungsluft zu versorgen. Solche Sekundärluftpumpen sind aber für den gewünschten Zweck, den Brenner mit der Verbrennungsluft zu versorgen, nicht entwickelt, sodass gegebenenfalls mehrere Sekundärluftpumpen eingesetzt werden müssen, um eine hinreichende Versorgung des Brenners mit der Verbrennungsluft sicherzustellen. Außerdem sind solche Sekundärluftpumpen bauraum-, gewichts- und kostenintensiv.The invention is based in particular on the following findings and considerations: The burner is a thermal heating system, in particular a thermal catalytic converter heating system, which can provide the heat by burning the mixture, in particular in such a way that the burner burns the hot exhaust gas and thus that can provide heat. In this case, the burner is an external burner, since it is arranged externally with respect to a motor housing of the internal combustion engine that at least partially forms or delimits the combustion chamber and is thereby arranged downstream of the combustion chamber in the exhaust system. Using the heat provided by the burner, the exhaust gas aftertreatment element can be heated quickly and at least almost independently of the internal combustion engine, i.e. at least almost independently of whether exhaust gas flows through the exhaust system or independently of a temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust system. As a result, a so-called light-off temperature, also referred to as the light-off temperature, of the exhaust gas after-treatment element can be reached particularly quickly, which can after-treat the exhaust gas particularly effectively and efficiently from its light-off temperature. In principle it is conceivable to use so-called secondary air pumps in order to convey the combustion air to be supplied to the burner to the burner, and consequently to supply the burner with the combustion air. However, such secondary air pumps have not been developed for the desired purpose of supplying the burner with combustion air, so that it may be necessary to use a plurality of secondary air pumps in order to ensure that the burner is adequately supplied with combustion air. In addition, such secondary air pumps are space-, weight- and cost-intensive.
Die zuvor genannten Nachteile und Problemen können nun durch die Erfindung vermieden werden. Die Erfindung nutzt dabei den ohnehin vorhandenen Verdichter, indem die Erfindung den Verdichter als elektrisch betreibbaren Verdichter gestaltet und somit dazu ertüchtigt, den Brenner auf bauraum-, gewichts- und kostengünstige Weise mit einer hinreichenden Menge an Verbrennungsluft zu versorgen.The disadvantages and problems mentioned above can now be avoided by the invention. The invention uses the already existing compressor by the invention the Verdich ter designed as an electrically operated compressor and thus upgraded to supply the burner with a sufficient amount of combustion air in a way that saves space, weight and cost.
Der Einlasstrakt und der Verdichter sind Bestandteile eines so genannten Aufladesystems, da das Verdichten der dem Brennraum zuzuführenden Frischluft auch als Aufladen bezeichnet wird. Die mittels des Verdichters verdichtete und dem Brennraum zuzuführende Frischluft wird auch als Ladeluft bezeichnet. Die Erfindung nutzt somit Komponenten des beispielsweise als Turboaufladesystems ausgebildeten Aufladesystems, wobei es sich bei diesen Komponenten zumindest um den elektrisch betreibbaren Verdichter und somit zumindest um einen Teil des Einlasstrakts handelt. Im Rahmen der Erfindung kommt dem Verdichter somit eine Doppelfunktion zu. Einerseits wird der Verdichter genutzt, um die dem Brennraum zuzuführende Frischluft zu verdichten. Dadurch, dass der Verdichter als elektrisch betreibbarer Verdichter ausgebildet ist, kann ein vorteilhaftes Ansprechverhalten des Verdichters beziehungsweise des Verdichterrads gewährleistet werden, da mittels des Verdichters die dem Brennraum zuzuführende Frischluft auch dann effektiv und effizient verdichtet werden kann, wenn kein oder ein nur geringer Volumen- oder Massestrom des Abgases zur Verfügung steht. Die Luftleitung ist dabei eine zusätzlich zu dem Einlasstrakt und zusätzlich zu dem Auslasstrakt vorgesehene Luftleitung, welche beispielsweise wenigstens einen von der dem Brenner zuzuführenden Verbrennungsluft durchströmbaren Luftkanal umfasst. Dadurch kann eine gezielte und bedarfsgerechte Versorgung des Brenners mit der Verbrennungsluft realisiert werden, wobei die Versorgung des Brenners mit der Verbrennungsluft auch als Luftversorgung des Brenners bezeichnet wird.The intake tract and the compressor are components of a so-called supercharging system, since the compression of the fresh air to be supplied to the combustion chamber is also referred to as supercharging. The fresh air that is compressed by the compressor and is to be supplied to the combustion chamber is also referred to as charge air. The invention thus uses components of the charging system designed, for example, as a turbocharging system, these components being at least the electrically operable compressor and thus at least part of the intake tract. Within the scope of the invention, the compressor thus has a dual function. On the one hand, the compressor is used to compress the fresh air to be supplied to the combustion chamber. The fact that the compressor is designed as an electrically operable compressor can ensure an advantageous response behavior of the compressor or the compressor wheel, since the fresh air to be supplied to the combustion chamber can also be compressed effectively and efficiently by means of the compressor when there is no or only a small volume or mass flow of the exhaust gas is available. The air line is an air line provided in addition to the intake duct and in addition to the outlet duct, which includes, for example, at least one air duct through which the combustion air to be supplied to the burner can flow. As a result, the burner can be supplied with the combustion air in a targeted and needs-based manner, with the supply of the burner with the combustion air also being referred to as the air supply of the burner.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Einlasstrakt stromab des elektrisch betreibbaren Verdichters, das heißt stromab des Verdichterrads ein Ladeluftkühler angeordnet, mittels welchem die mittels des Verdichters beziehungsweise des Verdichterrads verdichtete Frischluft gekühlt werden kann.In an advantageous embodiment of the invention, a charge air cooler is arranged in the intake tract downstream of the electrically operated compressor, ie downstream of the compressor wheel, by means of which the fresh air compressed by means of the compressor or the compressor wheel can be cooled.
Um mittels der Luftleitung die den Einlasstrakt durchströmende Frischluft aus dem Einlasstrakt abzuzweigen und als die Verbrennungsluft zu dem Brenner zu führen, ist die Luftleitung beispielsweise an einer Abzweigstelle fluidisch mit dem Einlasstrakt verbunden beziehungsweise an den Einlasstrakt angeschlossen. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Abzweigstelle stromauf des Ladeluftkühlers und stromab des elektrisch betreibbaren Verdichters, das heißt stromab des Verdichterrads des Verdichters, angeordnet ist. Hierdurch kann eine durch den Ladeluftkühler bewirkte Kühlung der Verbrennungsluft vermieden werden, sodass die Verbrennungsluft bei der Verbrennung des Gemisches in den Brenner beziehungsweise dann, wenn die Verbrennungsluft in den Brenner einströmt, eine vorteilhaft hohe Temperatur aufweist. Dadurch kann der Brenner eine besonders große Wärmemenge in kurzer Zeit bereitstellen, sodass das Abgasnachbehandlungselement effektiv und effizient aufgeheizt werden kann.In order to branch off the fresh air flowing through the intake tract from the intake tract by means of the air line and to route it as the combustion air to the burner, the air line is fluidically connected to the intake tract or connected to the intake tract at a branch point, for example. It is preferably provided that the branching point is arranged upstream of the intercooler and downstream of the electrically operable compressor, ie downstream of the compressor wheel of the compressor. As a result, cooling of the combustion air caused by the intercooler can be avoided, so that the combustion air has an advantageously high temperature during combustion of the mixture in the burner or when the combustion air flows into the burner. As a result, the burner can provide a particularly large amount of heat in a short time, so that the exhaust gas aftertreatment element can be heated up effectively and efficiently.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Einlasstrakt stromauf des elektrisch betreibbaren Verdichters, das heißt stromauf des Verdichterrads ein weiterer Verdichter angeordnet ist, mittels welchem die dem Brennraum zuzuführende Frischluft zu verdichten ist. Der elektrisch betreibbare Verdichter ist somit beispielsweise ein elektrischer Zusatzverdichter, mittels welchem einerseits die Frischluft effektiv und effizient insbesondere auch dann verdichtet werden kann, wenn kein oder nur ein geringer Volumen- oder Massestrom des Abgases zur Verfügung steht. Insbesondere kann hierdurch eine zweistufige Aufladung realisiert werden, da beispielsweise die Frischluft mittels des weiteren Verdichters und daraufhin mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters verdichtet werden kann. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Verdichter in Strömungsrichtung der den Einlasstrakt durchströmenden Frischluft seriell beziehungsweise in Reihe zueinander angeordnet oder geschaltet sind. Andererseits kann durch die Verwendung des elektrisch betreibbaren Verdichters insbesondere als Zusatzverdichter eine große Menge an Verbrennungsluft zu dem Brenner bedarfsgereicht gefördert werden.A further embodiment is characterized in that a further compressor is arranged in the intake tract upstream of the electrically operable compressor, ie upstream of the compressor wheel, by means of which the fresh air to be supplied to the combustion chamber is to be compressed. The electrically operable compressor is thus, for example, an electric auxiliary compressor, by means of which on the one hand the fresh air can be compressed effectively and efficiently, in particular when no or only a small volume or mass flow of the exhaust gas is available. In this way, in particular, two-stage supercharging can be implemented since, for example, the fresh air can be compressed by means of the additional compressor and then by means of the electrically operable compressor. It is therefore preferably provided that the compressors are arranged or connected in series or in series with one another in the direction of flow of the fresh air flowing through the intake tract. On the other hand, by using the electrically operable compressor, in particular as an additional compressor, a large amount of combustion air can be conveyed to the burner as required.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn stromab des weiteren Verdichters und stromauf des elektrisch betreibbaren Verdichters ein Ladeluftkühler zum Kühlen der mittels des weiteren Verdichters verdichteten Frischluft angeordnet ist, wobei die Abzweigstelle vorzugsweise stromab des elektrisch betreibbaren Verdichters angeordnet ist. Hierdurch kann eine Kühlung der mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters zu dem Brenner geförderten Verbrennungsluft durch den Ladeluftkühler vermieden werden, sodass die Abgasnachbehandlungskomponente in kurzer Zeit stark aufgeheizt werden kann.It has proven particularly advantageous if a charge air cooler for cooling the fresh air compressed by the additional compressor is arranged downstream of the additional compressor and upstream of the electrically operated compressor, with the branching point preferably being arranged downstream of the electrically operated compressor. As a result, cooling of the combustion air conveyed to the burner by means of the electrically operable compressor can be avoided by the intercooler, so that the exhaust gas aftertreatment component can be heated up significantly in a short time.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass dem elektrisch betreibbaren Verdichter beziehungsweise dem Verdichterrad eine Umgehungsleitung zugeordnet ist, welche an einer stromauf des elektrisch betreibbaren Verdichters beziehungsweise des Verdichterrads angeordneten, ersten Verbindungsstelle und an einer stromab des elektrisch betreibbaren Verdichters beziehungsweise des Verdichterrads angeordneten, zweiten Verbindungsstelle fluidisch mit dem Einlasstrakt verbunden ist. Hierdurch ist der elektrische betreibbare Verdichter beziehungsweise dessen Verdichterrad über die Umgehungsleitung von zumindest einem Teil der Frischluft umgehbar. Dies bedeutet, dass die die Umgehungsleitung durchströmende Frischluft den elektrisch betreibbaren Verdichter beziehungsweise dessen Verdichterrad umgeht und somit nicht mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters verdichtet werden kann. Hierdurch kann mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters die Verbrennungsluft besonders bedarfsgerecht gefördert werden, sodass der Brenner besonders vorteilhaft und bedarfsgerecht mit der Verbrennungsluft versorgt werden kann.A further embodiment is characterized in that the electrically operable compressor or the compressor wheel is assigned a bypass line which is arranged at a first connection point arranged upstream of the electrically operable compressor or the compressor wheel and at a second connection point arranged downstream of the electrically operable compressor or the compressor wheel Connection point fluidly with the intake tract ver is bound. As a result, the compressor that can be operated electrically or its compressor wheel can be bypassed by at least a portion of the fresh air via the bypass line. This means that the fresh air flowing through the bypass line bypasses the electrically operable compressor or its compressor wheel and thus cannot be compressed by means of the electrically operable compressor. As a result, the combustion air can be conveyed as required by means of the electrically operable compressor, so that the burner can be supplied with the combustion air particularly advantageously and as required.
In weiterer, besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Einlasstrakt in einem sich von dem elektrisch betreibbaren Verdichter bis zu der Abzweigstelle durchgängig, das heißt unterbrechungsfrei erstreckenden Bereich vollständig frei von einer Kühleinrichtung zum gezielten Kühlen der mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters geförderten Frischluft ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Verbrennungsluft den Brenner mit einer vorteilhaft hohen Temperatur erreicht, sodass mittels des Brenners die Abgasnachbehandlungskomponente in kurzer Zeit stark aufgeheizt werden kann.In a further, particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that the intake tract in an area that extends continuously, i.e. without interruption, from the electrically operable compressor to the branching point is completely free of a cooling device for the targeted cooling of the fresh air conveyed by means of the electrically operable compressor is. It can thereby be ensured that the combustion air reaches the burner at an advantageously high temperature, so that the exhaust gas aftertreatment component can be heated up strongly in a short time by means of the burner.
Um eine besonders vorteilhafte Luftversorgung des Brenners auf besonders kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Weise zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der elektrisch betreibbare Verdichter Bestandteil eines Abgasturboladers ist, welcher eine von dem Abgas aus dem Brennraum antreibbare Turbine umfasst, mittels welcher der Verdichter antreibbar ist.In order to realize a particularly advantageous air supply for the burner in a particularly cost-effective manner with regard to weight and installation space, it is provided in a further embodiment of the invention that the electrically operated compressor is a component of an exhaust gas turbocharger, which includes a turbine that can be driven by the exhaust gas from the combustion chamber , by means of which the compressor can be driven.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass in der Luftleitung ein auch als Medienspeicher bezeichneter Speicher angeordnet ist, in welchem die mittels der Luftleitung aus dem Einlasstrakt abgezweigte Frischluft gezielt zwischenzuspeichern ist. Die in dem Speicher gezielt zwischengespeicherte Frischluft kann als die Verbrennungsluft aus dem Speicher abgeführt und dem Brenner zugeführt werden. Der Speicher ermöglicht somit eine hinreichende Luftversorgung des Brenners insbesondere auch dann, wenn der elektrisch betreibbare Verdichter außer Betrieb ist beziehungsweise wenn keine Frischluft durch den Einlasstrakt strömt. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte und bedarfsgerecht Versorgung des Brenners mit der Verbrennungsluft realisierbar. Insbesondere kann die Frischluft beziehungsweise die Verbrennungsluft in dem Speicher verdichtet und somit unter hohem Druck gespeichert werden, sodass der Brenner über den Speicher mit einer hohen Menge an Verbrennungsluft versorgt werden kann.A further embodiment is characterized in that a reservoir, also referred to as a media reservoir, is arranged in the air line, in which the fresh air branched off from the intake tract by means of the air line is to be temporarily stored in a targeted manner. The fresh air temporarily stored in a targeted manner in the store can be discharged from the store as the combustion air and fed to the burner. The accumulator thus enables the burner to be adequately supplied with air, in particular when the electrically operable compressor is out of operation or when no fresh air is flowing through the intake tract. As a result, the burner can be supplied with the combustion air in a particularly advantageous and needs-based manner. In particular, the fresh air or the combustion air can be compressed in the accumulator and thus stored under high pressure, so that the burner can be supplied with a large amount of combustion air via the accumulator.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit einem zumindest von Frischluft durchströmbaren Einlasstrakt, mittels welchem die den Einlasstrakt durchströmende Frischluft in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einleitbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst außerdem eine von Abgas aus dem Brennraum durchströmbare Abgasanlage, in welcher wenigstens ein Brenner angeordnet ist. Mittels des Brenners ist unter Verbrennen eines Gemisches Wärme zum Erwärmen wenigstens eines in der Abgasanlage insbesondere stromab des Brenners angeordneten Abgasnachbehandlungselements bereitstellbar. Das mittels des Brenners beziehungsweise in dem Brenner zu verbrennende Gemisch umfasst einen Brennstoff, welcher dem Brenner zugeführt wird, sowie Verbrennungsluft, die dem Brenner zugeführt wird.A second aspect of the invention relates to an internal combustion engine for a motor vehicle, with an intake tract through which at least fresh air can flow, by means of which the fresh air flowing through the intake tract can be introduced into at least one combustion chamber of the internal combustion engine. The internal combustion engine according to the second aspect of the invention also comprises an exhaust gas system through which exhaust gas from the combustion chamber can flow, in which at least one burner is arranged. By means of the burner, heat for heating at least one exhaust gas aftertreatment element arranged in the exhaust system, in particular downstream of the burner, can be made available by burning a mixture. The mixture to be burned by means of the burner or in the burner comprises a fuel, which is supplied to the burner, and combustion air, which is supplied to the burner.
Um nun eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung auf besonders günstige Weise zu realisieren, ist es bei dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine einen von der Verbrennungsluft durchströmbaren Versorgungspfad aufweist, über welchen der Brenner mit der Verbrennungsluft unter Umgehung des Einlasstrakts versorgbar ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die den Versorgungspfad durchströmende und somit mittels des Versorgungspfads zu dem Brenner hin geführte Verbrennungsluft den gesamten Einlasstrakt umgeht, das heißt nicht durch den Einlasstrakt hindurchströmt. Somit ist, insbesondere der gesamte, Versorgungspfad ein von dem Einlasstrakt unterschiedlicher, zusätzlich zu dem Einlasstrakt vorgesehener Weg beziehungsweise Pfad, welcher von der Verbrennungsluft durchströmbar ist, die mittels des Wegs beziehungsweise Pfads zu dem Brenner geführt wird. Somit stammt bei dem zweiten Aspekt der Erfindung die insbesondere gesamte Verbrennungsluft, die dem Brenner zugeführt wird, nicht aus dem Einlasstrakt.In order to implement a particularly advantageous exhaust gas aftertreatment in a particularly favorable manner, the second aspect of the invention provides for the internal combustion engine to have a supply path through which the combustion air can flow, via which the burner can be supplied with the combustion air while bypassing the intake tract. This means in particular that the combustion air flowing through the supply path and thus guided to the burner by means of the supply path bypasses the entire intake tract, ie does not flow through the intake tract. Thus, in particular the entire supply path is a path or path which is different from the intake tract and is provided in addition to the intake tract, through which the combustion air can flow, which is guided to the burner by means of the path or path. Thus, in the second aspect of the invention, in particular all of the combustion air that is supplied to the burner does not come from the intake tract.
Der Versorgungspfad weist dabei einen auch als Medienspeicher bezeichneten Speicher auf, in beziehungsweise mittels welchem die den Versorgungspfad durchströmende Verbrennungsluft zwischengespeichert werden kann. Der Versorgungspfad umfasst dabei eine Zuführleitung, in welche unter Umgehung des Einlasstrakts die Verbrennungsluft einleitbar ist. Somit stammt die dem Brenner zuzuführenden, in die Zuführleitung eingeleitete und den Versorgungspfad durchströmende Verbrennungsluft nicht aus dem Einlasstrakt. Die Verbrennungsluft ist unter Umgehung des Einlasstrakts mittels der Zuführleitung in den Speicher einleitbar. Somit ist die Zuführleitung in Strömungsrichtung der den Versorgungspfad durchströmenden Verbrennungsluft stromauf des Speichers angeordnet, wobei die Verbrennungsluft auf ihrem Weg durch die Zuführleitung und zu dem Speicher und in den Speicher den Einlasstrakt umgeht, mithin nicht durch den Einlasstrakt hindurchströmt. Außerdem umfasst der Versorgungspfad eine Abführleitung, über welche die Verbrennungsluft unter Umgehung des Einlasstrakts aus dem Speicher abführbar und unter Umgehung des Einlasstrakts dem Brenner zuführbar ist. Somit ist die Abführleitung in Strömungsrichtung der den Versorgungspfad durchströmenden Verbrennungsluft stromab des Speichers angeordnet. Auf ihrem Weg aus dem Speicher durch die Abführleitung und zu dem und in den Brenner strömt die Verbrennungsluft nicht durch den Einlasstrakt, mithin umgeht die Verbrennungsluft den Einlasstrakt. Der Versorgungspfad ist somit ein eigener, vollständig von dem Einlasstrakt separater beziehungsweise zusätzlich vorgesehener Pfad, mittels welchem eine besonders bedarfsgerechte Versorgung des Brenners mit der Verbrennungsluft realisierbar ist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt kann der Brenner mittels des Versorgungspfads unabhängig von dem Einlasstrakt und darin angeordneten Bauelementen mit der Verbrennungsluft versorgt werden, sodass eine besonders bedarfsgerechte und somit vorteilhafte Erwärmung des Abgasnachbehandlungselements und in der Folge eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung darstellbar sind. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.The supply path has a reservoir, also referred to as a media reservoir, in or by means of which the combustion air flowing through the supply path can be temporarily stored. The supply path includes a supply line into which the combustion air can be introduced, bypassing the intake tract. Thus, the combustion air to be supplied to the burner, introduced into the supply line and flowing through the supply path does not come from the intake tract. The combustion air can be introduced into the accumulator by means of the supply line, bypassing the intake tract. Thus, the supply line is in the direction of flow of the combustion products flowing through the supply path The combustion air is arranged upstream of the memory, with the combustion air bypassing the intake tract on its way through the supply line and to the memory and into the memory, and therefore not flowing through the intake tract. In addition, the supply path includes a discharge line, via which the combustion air can be discharged from the reservoir, bypassing the intake tract, and fed to the burner, bypassing the intake tract. The discharge line is thus arranged downstream of the accumulator in the direction of flow of the combustion air flowing through the supply path. Combustion air does not flow through the intake duct on its way from the accumulator through the discharge duct and to and into the burner, thus the combustion air bypasses the intake duct. The supply path is thus a separate path that is completely separate from the intake tract or is additionally provided, by means of which a supply of the burner with combustion air that is particularly tailored to requirements can be implemented. In other words, the burner can be supplied with combustion air by means of the supply path independently of the intake tract and components arranged therein, so that a particularly needs-based and therefore advantageous heating of the exhaust gas aftertreatment element and, as a result, a particularly advantageous exhaust gas aftertreatment can be represented. Advantages and advantageous configurations of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the second aspect of the invention and vice versa.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung ist in der Zuführleitung eine elektrisch betreibbare Fördereinrichtung, insbesondere ein elektrisch betreibbarer Verdichter, angeordnet ist, mittels welcher beziehungsweise welchem die Verbrennungsluft durch die Zuführleitung hindurch zu fördern und in den Speicher hinein zu fördern ist. Hierdurch kann eine besonders große Menge der Verbrennungsluft, insbesondere in verdichtetem Zustand, in dem Speicher gespeichert werden, sodass eine bedarfsgerechte Versorgung des Brenners mit der Verbrennungsluft darstellbar ist.In a particularly advantageous embodiment of the second aspect of the invention, an electrically operable conveying device, in particular an electrically operable compressor, is arranged in the feed line, by means of which the combustion air can be conveyed through the feed line and into the reservoir. As a result, a particularly large quantity of the combustion air, in particular in a compressed state, can be stored in the accumulator, so that the burner can be supplied with the combustion air as required.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn bei dem zweiten Aspekt der Erfindung wenigstens eine Versorgungsleitung vorgesehen ist, über welche Luft aus dem Brennraum in den Speicher einleitbar und als die Verbrennungsluft in dem Speicher zu speichern ist. Bei dieser Ausführungsform können der Brennraum und ein den Brennraum teilweise begrenzender Kolben, der in einem den Brennraum teilweise begrenzenden Zylinder der Verbrennungskraftmaschine translatorisch bewegbar aufgenommen ist, insbesondere während eines Schub- oder Schleppbetriebs der Verbrennungskraftmaschine als Luftpumpe genutzt werden, um die Luft aus dem Brennraum über die Versorgungsleitung in den Speicher zu fördern und darin als die Verbrennungsluft zu speichern. Dadurch kann besonders effizienter Betrieb gewährleistet werden. Somit kann vorgesehen sein, dass der auch als Medienspeicher bezeichnete Speicher, insbesondere über die Versorgungsleitung, an den Brennraum angeschlossen ist. Insbesondere kann der Speicher für eine Rekuperation, insbesondere in Schubfahrten der Verbrennungskraftmaschine, genutzt werden, insbesondere beispielsweise derart, dass in einer Schubphase der Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsluft in den Speicher eingespeichert wird. Hierbei wird beispielsweise kinetische Energie des Kraftfahrzeugs genutzt und insbesondere in eine andere Energieform umgewandelt, um die Verbrennungsluft in den Speicher einzuspeichern, insbesondere um beispielsweise die Fördereinrichtung zu betreiben und somit mittels der Fördereinrichtung die Verbrennungsluft in den Speicher hinein zu fördern und somit in den Speicher einzuspeichern.Finally, it has proven to be particularly advantageous if, in the second aspect of the invention, at least one supply line is provided, via which air can be introduced from the combustion chamber into the accumulator and stored in the accumulator as the combustion air. In this embodiment, the combustion chamber and a piston that partially delimits the combustion chamber, which is accommodated in a translationally movable manner in a cylinder of the internal combustion engine that partially delimits the combustion chamber, can be used as an air pump, in particular during overrun or drag operation of the internal combustion engine, to pump the air out of the combustion chamber to convey the supply line to the accumulator and store it there as the combustion air. As a result, particularly efficient operation can be guaranteed. It can thus be provided that the storage device, also referred to as a media storage device, is connected to the combustion chamber, in particular via the supply line. In particular, the accumulator can be used for recuperation, in particular when the internal combustion engine is coasting, in particular for example in such a way that combustion air is stored in the accumulator in an overrun phase of the internal combustion engine. Here, for example, kinetic energy of the motor vehicle is used and in particular converted into another form of energy in order to store the combustion air in the accumulator, in particular in order to operate the conveyor device, for example, and thus to convey the combustion air into the accumulator by means of the conveyor device and thus to store it in the accumulator .
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Die Verbrennungskraftmaschine weist einen zumindest von Frischluft durchströmbaren Einlasstrakt auf, mittels welchem die den Einlasstrakt durchströmende Frischluft in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einleitbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist eine von Abgas aus dem Brennraum durchströmbare Abgasanlage auf, in welcher wenigstens ein Brenner angeordnet ist. Mittels des Brenners ist unter Verbrennen eines einen dem Brenner zugeführten Brennstoff und dem Brenner zugeführte Verbrennungsluft umfassenden Gemisches Wärme zum Erwärmen wenigstens eines in der Abgasanlage angeordneten Abgasnachbehandlungselements bereitstellbar ist,A third aspect of the invention relates to an internal combustion engine for a motor vehicle. The internal combustion engine has an intake section through which at least fresh air can flow, by means of which the fresh air flowing through the intake section can be introduced into at least one combustion chamber of the internal combustion engine. The internal combustion engine has an exhaust gas system through which exhaust gas from the combustion chamber can flow, in which at least one burner is arranged. By means of the burner, heat can be provided for heating at least one exhaust gas aftertreatment element arranged in the exhaust system, with combustion of a mixture comprising fuel supplied to the burner and combustion air supplied to the burner,
Um nun auf besonders günstige Weise eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung realisieren zu können, ist es bei dem dritten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine wenigstens eine Versorgungsleitung aufweist, über welche dem Brennraum die Verbrennungsluft als Luft aus dem Brennraum unter Umgehung der Abgasanlage zuführbar ist. Mit anderen Worten kann als die Verbrennungsluft Luft aus dem Brennraum genutzt werden, indem Luft aus dem Brennraum in die Versorgungsleitung eingeleitet und über die Versorgungsleitung zumindest mittelbar dem Brenner zugeführt wird, wobei die aus dem Brennraum stammende, in die Verbrennungsluft eingeleitete und in der Folge die Versorgungsleitung durchströmende Luft, die dann zumindest mittelbar dem Brenner zugeführt wird, die stromab des Brennraums verlaufende Abgasanlage vollständig umgeht, mithin nicht durch die Abgasanlage hindurchströmt. Hierdurch kann beispielsweise während einer Schlepp- oder Schubphase der Verbrennungskraftmaschine Luft aus dem Brennraum besonders gut als die Verbrennungsluft genutzt werden. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.In order to be able to implement a particularly advantageous exhaust gas aftertreatment in a particularly favorable manner, the third aspect of the invention provides that the internal combustion engine has at least one supply line, via which the combustion air can be fed to the combustion chamber as air from the combustion chamber, bypassing the exhaust gas system. In other words, air from the combustion chamber can be used as the combustion air by introducing air from the combustion chamber into the supply line and at least indirectly feeding it to the burner via the supply line, with the air coming from the combustion chamber, being introduced into the combustion air and subsequently the Air flowing through the supply line, which is then at least indirectly fed to the burner, completely bypasses the exhaust system running downstream of the combustion chamber, and therefore does not flow through the exhaust system. As a result, air from the combustion chamber can be used particularly well as the combustion air, for example during a drag or overrun phase of the internal combustion engine. Advantages and advantageous configurations of the first and second aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the third aspect of the invention and vice versa.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine verbrennungsmotorisch antreibbar ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten, zweiten und dritten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des vierten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.A fourth aspect of the invention relates to a motor vehicle, preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car, which has an internal combustion engine according to the first aspect of the invention or according to the second aspect of the invention and can be driven by an internal combustion engine by means of the internal combustion engine. Advantages and advantageous configurations of the first, second and third aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the fourth aspect of the invention and vice versa.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug; -
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine; -
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine; -
4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine; und -
5 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine.
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1 a schematic representation of a first embodiment of an internal combustion engine according to the invention for a motor vehicle; -
2 a schematic representation of a second embodiment of the internal combustion engine; -
3 a schematic representation of a third embodiment of the internal combustion engine; -
4 a schematic representation of a fourth embodiment of the internal combustion engine; and -
5 a schematic representation of a fifth embodiment of the internal combustion engine.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.
Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 1 wird der jeweilige Brennraum 4 mit der Frischluft und mit einem beispielsweise flüssigen Kraftstoff versorgt. Die Frischluft und der Kraftstoff bilden ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches in dem jeweiligen Brennraum 4 verbrannt wird. Daraus resultiert Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1. Das Abgas kann aus den Brennräumen 4 ausströmen, in einen Abgastrakt 8 der Verbrennungskraftmaschine einströmen und den Abgastrakt 8 durchströmen. Der Abgastrakt 8 wird auch als Abgasanlage bezeichnet, die von dem Abgas aus den Brennräumen 4 durchströmbar ist. In der Abgasanlage ist wenigstens ein Abgasnachbehandlungselement 9 angeordnet, mittels welchem das Abgas nachbehandelt werden kann. Das Abgasnachbehandlungselement 9 ist vorzugsweise ein motornahes Abgasnachbehandlungselement. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 beziehungsweise das Zylindergehäuse 2 in einem Motorraum des Kraftwagens angeordnet ist. Der Motorraum ist durch einen beispielsweise als selbsttragende Karosserie ausgebildeten Aufbau des Kraftfahrzeugs zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzt. Dabei ist auch das Abgasnachbehandlungselement 9 in dem Motorraum angeordnet. During fired operation of the
Insbesondere ist das Abgasnachbehandlungselement 9 ein Katalysator, insbesondere ein motornaher Katalysator.In particular, the exhaust
Des Weiteren ist in der Abgasanlage ein Brenner 10 angeordnet, welcher vorzugsweise ebenfalls in dem Motorraum angeordnet ist. In
Um nun eine besonders vorteilhafte Nachbehandlung des Abgases auf besonders günstige Weise realisieren zu können, wobei die Nachbehandlung des Abgases auch als Abgasnachbehandlung bezeichnet wird, ist der Verdichter 12 als ein elektrisch betreibbarer Verdichter ausgebildet. Hierzu umfasst der Verdichter 12 einen Elektromotor 14, welcher unter Versorgung des Elektromotors 14 mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom betrieben werden kann. Durch Betreiben des Elektromotors 14 kann der Elektromotor 14 unter Nutzung der dem Elektromotor 14 zugeführten, elektrischen Energie den Verdichter 12 beziehungsweise das Verdichterrad 13 antreiben, wodurch mittels des Verdichterrads 13 die Frischluft gefördert und insbesondere verdichtet wird.In order to be able to implement a particularly advantageous after-treatment of the exhaust gas in a particularly favorable manner, the after-treatment of the exhaust gas also being referred to as exhaust gas after-treatment, the
Des Weiteren umfasst die Verbrennungskraftmaschine 1 eine Luftleitung 15, die an einer Abzweigstelle A fluidisch mit dem Einlasstrakt 5 verbunden ist. Hierunter ist zu verstehen, dass an der Abzweigstelle A mittels der Luftleitung 15 zumindest ein Teil der mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters 12 beziehungsweise mittels des Verdichterrads 13 geförderten Frischluft aus dem Einlasstrakt 5 abgezweigt und als die Verbrennungsluft dem Brenner 10 zugeführt werden kann. Hierzu ist die Luftleitung 15 an einer Verbindungsstelle V mit dem Brenner 10 verbunden, sodass beispielsweise an der Verbindungsstelle V die die Luftleitung 15 durchströmende Frischluft als die Verbrennungsluft in den Brenner 10 eingeleitet werden kann.Furthermore, the
In dem Einlasstrakt 5 ist stromab des elektrisch betreibbaren Verdichters 12, das heißt stromab des Verdichterrads 13 ein Ladeluftkühler 16 angeordnet, mittels welchem die mittels des Verdichters 12 verdichtet Frischluft gekühlt werden kann. Dabei ist die Abzweigstelle A stromab des Verdichterrads 13 und stromauf des Ladeluftkühlers 16 angeordnet.A
In dem Ansaugtrakt 5 ist stromab des Verdichters 12, insbesondere stromab des Ladeluftkühlers 16, ein so genannter, auch als Luftsammler oder Ladeluftsammler bezeichneter Sammler 17 angeordnet, in welchem die mittels des Verdichters 12 geförderte und verdichtete Luft zunächst gesammelt wird. Über den Sammler 17 wird die mittels des Verdichters 12 geförderte und verdichtete Frischluft den Brennräumen 4 zugeführt, mithin auf die Brennräume 4 aufgeteilt beziehungsweise verteilt. Dabei ist in dem Einlasstrakt 5 stromab des Verdichters 12, insbesondere stromab des Ladeluftkühlers 16 und stromauf des Sammlers 17 eine auch als Hauptdrosselklappe bezeichnete, Drosselklappe 18 angeordnet. Mittels der Drosselklappe 18 kann beispielsweise eine, insbesondere über den Sammler 17, den Brennräumen 4 zuzuführende Menge der Frischluft eingestellt werden.A so-called
Dabei ist der Einlasstrakt 5 in einem sich von dem elektrisch betreibbaren Verdichter 12 bis zu der Abzweigstelle A durchgängig erstreckenden Bereich vollständig frei von einer Kühleinrichtung zum gezielten Kühlen der mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters 12 verdichteten Frischluft, wobei die Frischluft beziehungsweise Verbrennungsluft auf ihrem Weg von der Abzweigstelle A in den Brenner 10 nicht mittels einer Kühleinrichtung gezielt gekühlt wird. Hierdurch kann der Brenner 10 eine besonders große Wärmemenge bereitstellen.The
Bei der ersten Ausführungsform ist der elektrisch betreibbare Verdichter 12 Bestandteil eines Abgasturboladers 19. Der Abgasturbolader 19 umfasst somit den Elektromotor 14 und ist daher als elektrisch unterstützter Abgasturbolader (eATL) ausgebildet. Der Abgasturbolader 19 umfasst dabei eine Turbine 20 mit einem Turbinenrad 23, wobei die Turbine 20 und das Turbinenrad 23 in der Abgasanlage angeordnet sind. Das Turbinenrad 23 ist von dem die Abgasanlage durchströmenden Abgas antreibbar. Der Abgasturbolader 19 umfasst dabei beispielsweise eine Welle, über welche das Verdichterrad 13 von dem Turbinenrad 23 antreibbar ist. Dadurch ist der Verdichter 12 von der Turbine 20 antreibbar. Somit kann im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Frischluft genutzt werden. Insbesondere ist der Elektromotor 14 ein in den Abgasturbolader 19 integrierter Elektromotor, sodass der Abgasturbolader 19 beziehungsweise dessen Verdichter 12 durch Antreiben des Verdichterrads 13 die Verbrennungsluft über die Luftleitung 15 für den Brenner 10 liefern kann. Der Brenner 10 ist ein thermisches Heizsystem, insbesondere ein thermisches Katalysatorheizsystem, mittels welchem das Abgasnachbehandlungselement 9 effektiv aufgeheizt werden kann. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Luftleitung 15 an der Abzweigstelle A nach einem Austritt des Verdichters 12 abzweigt.In the first embodiment, the electrically
In dem Einlasstrakt 5 ist insbesondere an das Abzweigstelle A ein Ventilelement 24 angeordnet, mittels welchem beispielsweise eine die Luftleitung 15 durchströmende und mittels des Verdichters 12 geförderte Menge der Verbrennungsluft und/oder eine zu den Brennräumen 4 beziehungsweise zu dem Ladeluftkühler 16 strömende und mittels der Verdichters 12 geförderte Menge der Frischluft einstellbar ist. Hierunter kann insbesondere verstanden werden, dass beispielsweise das Ventilelement 24 zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung verstellbar ist. In der Schließstellung versperrt beispielsweise das Ventilelement 24 die Luftleitung 15, sodass keine Frischluft aus dem Einlasstrakt 5 abgezweigt und in die Luftleitung 15 eingeleitet wird. In der Offenstellung gibt beispielsweise das Ventilelement 24 die Luftleitung 15 frei, sodass dann an der Abzweigstelle A zumindest ein Teil der den Einlasstrakt 5 durchströmenden Frischluft abgezweigt und in die Luftleitung 15 eingeleitet wird, daraufhin die Luftleitung 15 durchströmt und mittels der Luftleitung 15 zu dem Brenner 10 geführt wird. Somit ist die Luftleitung 15 beispielsweise eine bezüglich des Einlasstrakts 5 separate, externe Leitung, deren Luftkanal von der abgezweigten Frischluft als die Verbrennungsluft durchströmbar ist und beispielsweise schaltbar ist, insbesondere durch das Ventilelement 24.A
Durch das Verbrennen des Gemisches stellt der Brenner 10 beispielsweise ein Brennerabgas bereit, welches auf das beziehungsweise durch das Abgasnachbehandlungselement 9 geleitet wird. Somit wird das Abgasnachbehandlungselement 9 mittels des Brennerabgases erwärmt. Vorzugsweise ist eine entsprechende Ölversorgung für den Abgasturbolader 19 sicherzustellen.By burning the mixture, the
Um ein Rückströmen von heißem Gas zu vermeiden, kann stromauf des Brenners 10 und somit beispielsweise in der Luftleitung 15 oder stromab des Brenners 10 ein Abschaltventil 25 angeordnet sein, welches bei der ersten Ausführungsform stromauf des Brenners 10 in der Luftleitung 15 angeordnet ist und dabei beispielsweise in Richtung der Abzweigstelle A beziehungsweise dann, wenn das Abschaltventil 25 stromab des Brenners 10 angeordnet ist, in Richtung des Brenners 10 sperrt und in die entgegengesetzte Richtung öffnet. Unter der Anordnung des Abschaltventils 25 stromab des Brenners 10 kann insbesondere verstanden werden, dass der Brenner 10 über ein Leitungsteil fluidisch mit der Abgasanlage verbunden ist, sodass die von dem Brenner 10 bereitgestellte Wärme beziehungsweise das Brennerabgas über das Leitungsteil von dem Brenner 10 in die Abgasanlage geleitet werden kann. Dabei ist beispielsweise das Abschaltventil 25 stromab des Brenners 10 und in den Leitungsteil und dabei stromauf der Abgasanlage angeordnet.In order to prevent hot gas from flowing back, a shut-off
Bei der zweiten Ausführungsform ist der Verdichter 12 als ein elektrischer Zusatzverdichter ausgebildet, mittels welchem die den Brennräumen 4 zuzuführende Frischluft verdichtet werden kann. Insbesondere ist der Verdichter 12 stromab der Drosselklappe 18 angeordnet. Außerdem ist der Ladeluftkühler 16 stromab des Verdichters 26 und stromauf des Verdichters 12, insbesondere stromauf der Drosselklappe 18, angeordnet. Über ein Luftleitungselement 28 kann die mittels des Verdichters 12 geförderte und verdichtete Frischluft von dem Verdichter 12 in den Sammler 17 und daraufhin in die Brennräume 4 strömen. Dabei ist in dem Luftleitungselement 28 eine zweite Drosselklappe 29 angeordnet, mittels welcher beispielsweise eine insbesondere über den Sammler 17 den Brennräumen 4 zuzuführende Menge der mittels des Verdichters 12 verdichteten und geförderten Frischluft einstellbar ist. Die Luftleitung 15 ist dabei an der Abzweigstelle A fluidisch mit dem Luftleitungselement 28 des Einlasstrakts 5 verbunden. Auch bei der zweiten Ausführungsform ist da beispielsweise als regelbare Klappe, insbesondere regelbare Umschaltklappe, ausgebildete Ventilelement 24 vorgesehen, mittels welchem eine Menge der die Luftleitung 15 durchströmenden und mittels des Verdichters 12 geförderten Frischluft einstellbar ist, die als die Verbrennungsluft dem Brenner 10 zugeführt wird. Somit ist auch bei der zweiten Ausführungsform die Luftleitung 15 beziehungsweise deren Luftkanal ein bezüglich des Einlasstrakts 5 externer und schaltbarer beziehungsweise mittels des Ventilelements 24 regelbarer Luftkanal, um den Brenner 10 mit der Verbrennungsluft zu versorgen. Beispielsweise beim Versorgen des Brenners 10 mit der Verbrennungsluft ist die Drosselklappe 18 geschlossen und/oder die Drosselklappe 29 kann geschlossen sein.In the second embodiment, the
Dem Verdichter 26 beziehungsweise dessen Verdichterrad 27 ist eine auch als Bypassleitung oder Verdichterbypass bezeichnete Umgehungsleitung 30 zugeordnet, welche an Verbindungsstellen V1 und V2 fluidisch mit dem Einlasstrakt 5 verbunden ist. Die Verbindungsstelle V1 ist stromauf des Verdichterrads 27 angeordnet, und die Verbindungsstelle V2 ist stromab des Verdichterrads 27 und insbesondere stromauf des Verdichterrads 13, insbesondere stromauf des Ladeluftkühlers 16, angeordnet. Über die Umgehungsleitung 30 kann zumindest ein Teil der den Einlasstrakt 5 durchströmenden Frischluft das Verdichterrad 27 umgehen und somit nicht mittels des Verdichterrads 27 verdichtet werden beziehungsweise nicht durch den Verdichter 26 hindurchströmen. In der Umgehungsleitung 30 ist beispielsweise ein Ventilelement 31 angeordnet, mittels welchem eine Menge der die Umgehungsleitung 30 durchströmenden und dadurch den Verdichter 26 umgehenden Frischluft einstellbar, insbesondere regelbar, ist. Beispielsweise dann, wenn der Verdichter 12 die Frischluft, insbesondere über das Bauelement 6 ansaugt und somit in den Einlasstrakt 5 ansaugt und in der Folge die Frischluft als die Verbrennungsluft zu dem Brenner 10 fördert, kann die mittels des Verdichters 12 geförderte Frischluft den Verdichter 26 über die Umgehungsleitung 30 umgehen, sodass ein durch die mittels des Verdichters 12 geförderte Frischluft bewirktes Antreiben des Verdichterrads 27 unterbleibt oder zumindest gering gehalten werden kann. Außerdem können durch Nutzung der Umgehungsleitung 30 Druckverluste gering gehalten werden. Beispielsweise ist das Ventilelement 31 schaltbar, sodass die Umgehungsleitung 30 ein schaltbarer Verdichterbypass, das heißt eine schaltbare Umgehung des Verdichters 26 sein kann. Insbesondere kann das Ventilelement 31 ein Schubumluftventil sein, welches insbesondere geöffnet wird und somit die Umgehungsleitung 30 freigibt, wenn mittels des Verdichters 12 die Frischluft angesaugt und als die Verbrennungsluft zu dem Brenner 10 gefördert wird.The
Die Verbindungsstelle V3 ist stromab des Verdichterrads 27 und dabei stromab des Ladeluftkühlers 16 und stromauf des Verdichterrads 13 angeordnet, und die Verbindungsstelle V4 ist stromab des Verdichterrads 13 und stromauf der Brennräume 4, insbesondere stromauf des Sammlers 17, angeordnet. Somit kann über die Umgehungsleitung 32 zumindest ein Teil der beispielsweise mittels des Verdichterrads 27 geförderten Frischluft das Verdichterrad 13 und somit den Verdichter 12 umgehen, sodass die die Umgehungsleitung 32 durchströmende Frischluft den Verdichter 12 nicht durchströmt. Im Hinblick auf die Umgehungsleitung 32 ist ein Leitungsteil 33 des Einlasstrakts 5, in dessen Leitungsteil das Verdichterrad 13 angeordnet ist, ein Umgehungszweig, da die den Umgehungszweig, das heißt das Leitungsteil 33 durchströmende Luft die Umgehungsleitung 32 umgeht.The connection point V3 is arranged downstream of the
Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst außerdem Sensoren 34 und 35. Der Sensor 34 ist beispielsweise ein Druck- und/oder Temperatursensor, wobei der Sensor 35 beispielsweise ein Temperatursensor ist. Der Umgehungszweig mündet vor der Drosselklappe 18 in den eigentlichen Einlasstrakt 5. In der Umgehungsleitung 32 ist ein beispielsweise als Rückschlagklappe oder Rückschlagventil ausgebildetes Ventilelement 36 angeordnet, welches insbesondere in Richtung der Verbindungsstelle V4 öffnet und in entgegengesetzter Richtung, das heißt in Richtung der Verbindungsstelle V3 schließt. Hierdurch kann eine übermäßige Rückströmung der Frischluft von der Verbindungsstelle V4 zu der Verbindungsstelle V3 hin vermieden werden.
Die dritte Ausführungsform weist insbesondere den Vorteil auf, dass durch eine gezielte Durchlässigkeit der Drosselklappe 18 ein Luftstrom durch den Verdichter 12 erhöht werden kann, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen und hohe Druckverhältnisse einstellen zu können.The third embodiment has the particular advantage that an air flow through the
In der Zuführleitung 39 ist stromab der Fördereinrichtung 41 und stromauf des Speichers 38 ein beispielsweise als Rückschlagklappe ausgebildetes Ventilelement 44 angeordnet, welches beispielsweise als Rückschlagventil ausgebildet ist und eine Rückströmung der Verbrennungsluft aus dem Speicher 38 zu der Fördereinrichtung 41 vermeidet, mithin in Richtung des Speichers 38 öffnet und in Richtung der Fördereinrichtung 41 schließt. In der Abführleitung 40 ist stromauf des Brenners 10 ein beispielsweise als Umschaltorgan ausgebildetes Ventilelement 45 angeordnet, welches beispielsweise an einem Austritt des Speichers 38 angeordnet ist. Mittels des Ventilelements 45 kann eine aus dem Speicher 38 abzuführende und dem Brenner 10 zuzuführende beziehungsweise in den Brenner 10 einzuleitende Menge der Verbrennungsluft eingestellt, insbesondere geregelt, werden. Des Weiteren ist es vorgesehen, dass das Abschaltventil 25 beispielsweise stromab des Brenners und dabei in dem Leitungsteil 33 oder - wie in
Die vierte Ausführungsform ist insbesondere insofern vorteilhaft, als dass der Speicher 38, insbesondere mittels der beispielsweise als elektrische Luftpumpe ausgebildeten, elektrisch betreibbaren Fördereinrichtung 41, über einen besonders langen Zeitraum mit der Verbrennungsluft befüllt werden kann, sodass Anforderungen an die Fördereinrichtung 41 gering gehalten werden können. Somit kann die Fördereinrichtung 41 bauraum-, gewichts- und kostengünstig ausgestaltet werden.The fourth embodiment is particularly advantageous in that the
Beispielsweise ist dem jeweiligen Brennraum 4 wenigstens ein oder mehrere, insbesondere schaltbare, Ventile zugeordnet, die beispielsweise in einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine 1 angeordnet sind. Die Luft aus den Brennräumen 4 kann über die Ventile in die Versorgungsleitung 46 eingeleitet werden, beziehungsweise einströmen.For example, the
Bei der fünften Ausführungsform ist die Fördereinrichtung 41 optional vorgesehen und kann entfallen. Die Abzweigstelle A kann gegebenenfalls anders als in den Fig. gezeigt angeordnet sein, zweckmäßige ist es, die Luftleitung 15 möglichst kurz zu halten. Aus bestimmten Gründen wie beispielsweise aus Bauraumgründen kann es gegebenenfalls vorteilhaft sein, wenn die Abzweigstelle A stromab des Sammlers 17 und insbesondere stromauf der Brennräume 4 oder stromauf des Sammlers 17 und gegebenenfalls stromab des Ladeluftkühlers 16 angeordnet ist.In the fifth embodiment, the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Verbrennungskraftmaschineinternal combustion engine
- 22
- Zylindergehäusecylinder body
- 33
- Zylindercylinder
- 44
- Brennraumcombustion chamber
- 55
- Einlasstraktadmission tract
- 66
- Bauelementcomponent
- 77
- PfeilArrow
- 88th
- Abgastraktexhaust tract
- 99
- Abgasnachbehandlungselementexhaust aftertreatment element
- 1010
- Brennerburner
- 1111
- PfeilArrow
- 1212
- Verdichtercompressor
- 1313
- Verdichterradcompressor wheel
- 1414
- Elektromotorelectric motor
- 1515
- Luftleitungair line
- 1616
- Ladeluftkühlerintercooler
- 1717
- Sammlercollector
- 1818
- Drosselklappethrottle
- 1919
- Abgasturboladerexhaust gas turbocharger
- 2020
- Turbineturbine
- 2323
- Turbinenradturbine wheel
- 2424
- Ventilelementvalve element
- 2525
- Abschaltventilshut-off valve
- 2626
- Verdichtercompressor
- 2727
- Verdichterradcompressor wheel
- 2828
- Luftleitungselementair duct element
- 2929
- Ventilelementvalve element
- 3030
- Umgehungsleitungbypass line
- 3131
- Ventilelementvalve element
- 3232
- Umgehungsleitungbypass line
- 3333
- Leitungsteilline part
- 3434
- Sensorsensor
- 3535
- Sensorsensor
- 3636
- Ventilelementvalve element
- 3737
- Versorgungspfadsupply path
- 3838
- SpeicherStorage
- 3939
- Zuführleitungsupply line
- 4040
- Abführleitungdischarge line
- 4141
- Fördereinrichtungconveyor
- 4242
- Förderelementconveying element
- 4343
- Elektromotorelectric motor
- 4444
- Ventilelementvalve element
- 4545
- Ventilelementvalve element
- 4646
- Versorgungsleitungsupply line
- 4747
- Ventilelementvalve element
- AA
- Abzweigstellejunction
- V, V1- V4V, V1-V4
- Verbindungsstelleconnection point
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- EP 2743470 A1 [0002]EP 2743470 A1 [0002]
- DE 102019008956 A1 [0002]DE 102019008956 A1 [0002]
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-
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