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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2012 001 059 B4 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens zwei Brennräume auf, deren jeweilige, zugehörige Auslasskanäle zu einem von Abgas aus den wenigstens zwei Brennräumen durchströmbaren Abgasrohr zusammengeführt sind. Des Weiteren offenbart die
EP 1 522 701 A1 eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, mit einer LambdaSonde, einem Katalysator und mit einer ersten Gruppe von Zylindern und einer zweiten Gruppe von Zylindern.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine Sekundärlufteinblasung auf besonders kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Weise realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine Sekundärlufteinblasung auf besonders kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Weise realisiert werden kann, ist erfindungsgemäß in einem der Auslasskanäle stromauf des Abgasrohrs ein Absperrelement angeordnet, welches zwischen einer zumindest einen Teilbereich des einen Auslasskanals versperrenden Schließstellung und wenigstens einer zumindest den Teilbereich freigebenden Offenstellung verstellbar, insbesondere bewegbar ist. Des Weiteren umfasst die Verbrennungskraftmaschine erfindungsgemäß ein Verbindungselement, über welches in einem zur Sekundärlufteinblasung vorgesehenen beziehungsweise ausgebildeten Betriebszustand, in welchem sich das Absperrelement in der Schließstellung befindet und ein befeuerter beziehungsweise gefeuerter Betrieb des zu dem einen Auslasskanal gehörenden Brennraums unterbleibt, Luft an wenigstens einer stromauf des Absperrelements angeordneten Abzweigstelle aus dem einen Auslasskanal abzweigbar und in den anderen Auslasskanal einleitbar ist. Bei der Erfindung wird der zu dem einen Auslasskanal gehörende und auch als Arbeitsbrennraum bezeichnete Brennraum, welcher beispielsweise teilweise durch einen auch als Arbeitszylinder bezeichneten Zylinder der Verbrennungskraftmaschine gebildet oder begrenzt ist, als Luftpumpe genutzt. Mittels der Luftpumpe wird in dem genannten Betriebszustand die Luft aus dem zu dem einen Auslasskanal gehörenden Brennraum in den einen Auslasskanal und über den einen Auslasskanal in das Verbindungselement gefördert und durch das Verbindungselement hindurchgefördert und über das Verbindungselement in den anderen Auslasskanal gefördert, von welchem die Luft zu dem und in das Abgasrohr strömen und durch das Abgasrohr hindurchströmen kann. Hierdurch kann die Luft als Sekundärluft in das Abgasrohr und insbesondere in eine das Abgasrohr umfassende Abgasanlage eingeblasen werden. Da der zu dem einen Auslasskanal gehörende Brennraum als die beschriebene Luftpumpe verwendet wird, können zusätzliche, kosten-, bauraum- und gewichtsintensive Luftpumpen und zusätzliche Ventile vermieden werden, sodass die Sekundärlufteinblasung auf kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Weise darstellbar ist.
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Die Sekundärlufteinblasung ist ein wichtiger Vorgang bei einem Kaltstart von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von hybridisierten Verbrennungskraftmaschinen. Im Rahmen der der Sekundärlufteinblasung wird die genannte Luft als Sekundärluft vorzugsweise in großen Mengen in die Abgasanlage eingeblasen. Hierdurch kann ein Ansprechverhalten einer Abgasnachbehandlungseinrichtung der Abgasanlage besonders kurz gehalten werden. Mit anderen Worten ist es möglich, bereits kurze Zeit nach dem Kaltstart mittels der vorzugsweise stromab des Absperrelements angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung das Abgas der auch als Verbrennungsmotor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine besonders vorteilhafte nachzubehandeln, sodass ein besonders emissionsarmer Betrieb darstellbar ist. Insbesondere kann durch die Sekundärlufteinblasung eine Menge von kostenintensiven Edelmetallen in einem Katalysator der Abgasnachbehandlungseinrichtung gering gehalten werden und eine Heizphase, in welcher beispielsweise der Katalysator elektrisch beheizt wird, kann vermieden oder besonders kurz gehalten werden. Dadurch können die Kosten von insbesondere hybridisierten Antriebssträngen besonders gering gehalten werden.
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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 ausschnittsweise eine schematische Unteransicht einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug; und
- 2 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht der Verbrennungskraftmaschine.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Unteransicht eine auch als Verbrennungsmotor oder Brennkraftmaschine bezeichnete Verbrennungskraftmaschine 10 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine weist vorliegend wenigstens oder genau drei in 1 jeweils ausschnittsweise erkennbare Zylinder 12 auf, welche vorliegend beispielsweise in Reihe angeordnet sind. Der jeweilige Zylinder 12 begrenzt teilweise einen jeweiligen Brennraum 14a-c, in welchem während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 Verbrennungsvorgänge ablaufen. Der befeuerte Betrieb wird auch als gefeuerter Betrieb bezeichnet. Insbesondere kann der jeweilige Brennraum 14a-c und somit der jeweilige Zylinder 12c in einem jeweiligen befeuerten und gefeuerten Betrieb betrieben werden, wobei während des jeweiligen, befeuerten Betriebs des jeweiligen Brennraums 14a-d Verbrennungsvorgänge in dem jeweiligen Brennraum 14a-c ablaufen.
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Dem jeweiligen Brennraum 14a-c ist ein jeweiliger Auslasskanal 16a-c zugeordnet, sodass der Auslasskanal 16a zu dem Brennraum 14a, der Auslasskanal 16b zu dem Brennraum 14b und der Auslasskanal 16c zu dem Brennraum 16c gehört und umgekehrt. Während des jeweiligen befeuerten Betriebs des jeweiligen Brennraums 14a-c entsteht in dem jeweiligen Brennraum 14a-c ein Abgas, welches aus dem jeweiligen Brennraum 14a-c ausströmen und in den jeweils zugehörigen Auslasskanal 16a-c einströmen kann. Aus 1 ist erkennbar, dass die Auslasskanäle 16a-c zu einem den Auslasskanälen 16a-c gemeinsamen Abgasrohr 18 zusammengeführt sind, mithin in das den Auslasskanälen 16a-c gemeinsame Abgasrohr 18 münden. Somit sind die Brennräume 14a-c zu dem den Brennräumen 14a-c gemeinsamen Abgasrohr 18 zusammengeführt, sodass das Abgasrohr 18 von dem Abgas aus den drei Brennräumen 14a-c durchströmbar ist. Außerdem ist aus 1 erkennbar, dass der jeweilige Auslasskanal 16a-c zwei erste Längenbereiche L1, zwischen welchen eine Trennwand 20 angeordnet ist, und einen jeweiligen, zweiten Längenbereich L2 aufweist, in welchen die Längenbereiche L1 münden, sodass die Längenbereiche L1 zu dem den Längenbereichen L1 gemeinsamen, jeweiligen zweiten Längenbereich L2 zusammengeführt sind. Somit strömt das jeweilige Abgas aus dem jeweiligen Brennraum 14a-c zunächst in den jeweiligen, ersten Längenbereich L1 ein, woraufhin das jeweilige Abgas den jeweiligen Längenbereich L1 durchströmt. Von den Längenbereichen L1 des jeweiligen Auslasskanals 16a-c strömt das Abgas in den jeweiligen, den jeweiligen Längenbereichen L1 gemeinsamen, zweiten Längenbereich L2 des jeweiligen Auslasskanals 16a-c, woraufhin das Abgas aus den Längenbereichen L1 der Auslasskanäle 16a-c ausströmt und in das Abgasrohr 18 einströmt. Beispielsweise sind die Auslasskanäle 16a-c durch einen Auslasskrümmer 22 der Verbrennungskraftmaschine 10 gebildet. Alternativ oder zusätzlich ist das Abgasrohr 18 durch den Auslasskrümmer 22 gebildet. Das Abgasrohr 18, insbesondere der Auslasskrümmer 22, ist beispielsweise Bestandteil einer Abgasanlage, welche auch eine in den Fig. nicht gezeigte Abgasnachbehandlungseinrichtung aufweist. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst wenigstens einen Katalysator und ist von dem Abgas aus den Brennräumen 14a-c durchströmbar.
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Um nun eine besonders vorteilhafte Sekundärlufteinblasung realisieren und somit die Abgasnachbehandlungseinrichtung insbesondere bei beziehungsweise nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 10 besonders schnell erwärmen und somit auf ihrer auch als Light-off-Temperatur bezeichnete, vorteilhafte Betriebstemperatur zu bringen, weist die Verbrennungskraftmaschine ein in dem zum Brennraum 14b zugehörigen Auslasskanal 16b, insbesondere in dem zweiten Längenbereich L2 des Auslasskanals 16b, angeordnetes und auch als Absperrorgan bezeichnetes Absperrelement 24 auf, welches, insbesondere relativ zu dem Abgasrohr 18 beziehungsweise relativ zu dem Auslasskrümmer 22, zwischen einer Schließstellung S und wenigstens einer Offenstellung O bewegbar, insbesondere verschwenkbar ist. In der Schließstellung S ist zumindest ein Teilbereich des Auslasskanals 16b mittels des Absperrelements 24 fluidisch versperrt, sodass zumindest der Teilbereich nicht von Abgas beziehungsweise nicht von einem aus dem Brennraum 14b ausströmenden Fluid durchströmbar ist. Erst in der Offenstellung O gibt das Absperrelement 24 den Teilbereich frei, sodass in der Offenstellung O - wie in 1 durch einen Pfeil 26 veranschaulicht ist - Abgas aus dem Brennraum 14b beziehungsweise ein aus dem Brennraum 14b stammendes oder ausströmendes Fluid zumindest den Teilbereich des Auslasskanals 16b durchströmen kann. Es ist denkbar, dass das Verbindungselement 28 den Auslasskanal 16b in der Schließstellung S vollständig fluidisch versperrt. Ferner ist es denkbar, dass das Absperrelement 24 in der Schließstellung S den Teilbereich als ersten Teilbereich des Auslasskanals 16b versperrt und einen zweiten Teilbereich des Auslasskanals 16b freigibt oder freilässt, sodass das Fluid aus dem Brennraum 14b in der Schließstellung S den zweiten Teilbereich, nicht jedoch den ersten Teilbereich durchströmen kann. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich in der Offenstellung O freigegeben sind, wobei der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich einen Gesamtbereich ergeben, welcher größer als der einzelne erste Teilbereich und als der einzelne zweite Teilbereich ist. Somit ist es denkbar, dass der Auslasskanal 16b in der Schließstellung S des Verbindungselements 28 durch das Verbindungselement 28 zumindest gedrosselt oder angedrosselt ist.
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Besonders gut in Zusammenschau mit 2 ist erkennbar, dass die Verbrennungskraftmaschine 10 außerdem ein auch als Verbindungsleitung bezeichnetes oder als Verbindungsleitung ausgebildetes Verbindungselement 28 aufweist. Das Verbindungselement 28 ist an wenigstens einer, vorliegend an wenigstens oder genau zwei, Abzweigstellen A fluidisch mit dem Auslasskanal 16b verbunden oder verbindbar, wobei die Abzweigstellen A in Strömungsrichtung des den Auslasskanal 16 durchströmenden Abgases beziehungsweise Fluids stromauf des Absperrelements 24 und insbesondere stromab des Brennraums 14b angeordnet sind. An einer ersten der Abzweigstellen A ist das Verbindungselement 28 mit einem ersten der Längenbereiche L1 des Auslasskanals 16b fluidisch verbindbar oder verbunden, und an einer zweiten der Abzweigstellen A ist das Verbindungselement 28 mit einem zweiten der Längenbereiche L1 des Auslasskanals 16b fluidisch verbindbar oder verbunden.
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An jeweiligen Einleitstellen E ist das Verbindungselement 28 mit den Auslasskanälen 16a und 16c, insbesondere mit den Längenbereichen L1 der Auslasskanäle 16a, c, fluidisch verbindbar oder verbunden. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Sekundärlufteinblasung, insbesondere in die Abgasnachbehandlungseinrichtung, realisiert werden, wobei die Sekundärlufteinblasung im Folgenden beschrieben wird: um die Sekundärlufteinblasung zu realisieren, wird die Verbrennungskraftmaschine 10 in einem Betriebszustand betrieben, sodass der Betriebszustand zur Sekundärlufteinblasung vorgesehen oder ausgebildet ist. In dem Betriebszustand befindet sich das Absperrelement 24 in seiner Schließstellung S. Außerdem ist es vorgesehen, dass in dem Betriebszustand ein befeuerter Betrieb des Brennraums 14b unterbleibt, sodass in dem Betriebszustand zur Sekundärlufteinblasung keine Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum 14b ablaufen. Jedoch ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in dem Betriebszustand der Sekundärlufteinblasung Luft in dem Brennraum 14b eingebracht, insbesondere eingeleitet, wird. Es ist denkbar, dass in dem Betriebszustand auch die Brennräume 14a, 14c unbefeuert betrieben werden, sodass vorzugsweise in dem Betriebszustand auch ein befeuerter Betrieb der Brennräume 14a-c unterbleibt. Insbesondere ist es denkbar, dass die Verbrennungskraftmaschine 10 wenigstens einen oder mehrere, weitere Brennräume aufweisen, wobei es denkbar ist, dass die weiteren Brennräume beziehungsweise der weitere Brennraum der Verbrennungskraftmaschine 10 in dem Betriebszustand befeuert betrieben wird, sodass in dem Betriebszustand Verbrennungsvorgänge in dem jeweiligen, weiteren Brennraum ablaufen. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass Abgas aus dem jeweiligen, weiteren Brennraum durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung hindurchströmen kann. Vorzugsweise ist es jedoch vorgesehen, dass in dem Betriebszustand die Brennräume 14a-c, das heißt die die Brennräume 14a-c teilweise begrenzenden Zylinder 12 befeuert, das heißt in ihrem befeuerten Betrieb betrieben werden.
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In dem jeweiligen Zylinder 12 ist ein jeweiliger Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass sich in dem Betriebszustand der jeweilige Kolben translatorisch in dem jeweiligen Zylinder 12 bewegt. Dabei ist der jeweiligen Brennraum 14-c durch den jeweiligen, in dem jeweiligen Zylinder 12 angeordneten Kolben teilweise begrenzt.
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In dem Betriebszustand wird mittels des den Brennraum 14b begrenzenden Kolbens Luft, die in dem Betriebszustand dem Brennraum 14b zugeführt wird, aus dem Brennraum 14b herausgefördert und hierdurch in den Auslasskanal 16b hineingefördert. Da der Auslasskanal 16b mittels des sich in der Schließstellung S befindenden Absperrelements 24 verschlossen oder zumindest gedrosselt ist, strömt die aus dem Brennraum 14b stammende Luft an den Abzweigstellen A in das Verbindungselement 28 ein und wird mittels des den Brennraum 14b teilweise begrenzenden Kolbens durch das Verbindungselement 28 hindurchgefördert und an den Einleitstellen E aus dem Verbindungselement 28 herausgefördert und in die Auslasskanäle 16a-c hineingefördert. Somit ist über das Verbindungselement 28 die aus dem Brennraum 14b stammende Luft an den Abzweigstellen A aus dem Auslasskanal 16b abzweigbar und in die anderen Auslasskanäle 16a-c einleitbar. Die in die Auslasskanäle 16a-c eingeleitete Luft strömt durch die Auslasskanäle 16a-c und daraufhin durch das Abgasrohr 18 hindurch. Beispielsweise kann der Luft, die als Sekundärluft verwendet wird, ein Brennstoff, das heißt unverbrannte Kohlenwasserstoffe, zugeführt werden, die mit der Sekundärluft verbrannt werden können. Hierdurch kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung effektiv und effizient sowie besonders schnell erwärmt werden.
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Besonders gut aus 2 ist erkennbar, dass das Verbindungselement 28 an dem Auslasskrümmer 22 gehalten ist, welcher die Auslasskanäle 16a-c begrenzt, die mittels des Auslasskrümmers 22 zu dem Abgasrohr 18 zusammengeführt sind.
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Insgesamt ist erkennbar, dass es durch das Absperrorgan möglich ist, zumindest einen oder mehrere Auslasskanäle der Verbrennungskraftmaschine 10 zu drosseln oder zu verschließen. Das Absperrorgan kann sich in einem Zylinderkopf oder außerhalb des Zylinderkopfes der Verbrennungskraftmaschine 10 befinden. Insbesondere ist es denkbar, dass das Abgasrohr in einem Abgasturbolader oder in einem Zwischenflansch angeordnet ist. Außerhalb ist eine separate Kanalführung des entsprechenden Zylinders 12 vorzusehen. Insbesondere für die Dauer der Sekundärlufteinblasung wird der zu dem verschlossenen beziehungsweise gedrosselten Auslasskanal 16b gehörende Zylinder 12 beziehungsweise Brennraum 14b nicht befeuert, sodass der Brennraum 14b beziehungsweise der den Brennraum 14b teilweise begrenzende Brennkolben die Luft als das zuvor genannte Fluid fördert. Die aus dem Brennraum 14b stammende Luft wird über die Verbindungsleitung den Auslasskanälen 16a-c möglichst sitzringnah zugeführt. Mit anderen Worten wird beispielsweise die aus dem nicht-befeuert betriebenen Brennraum 14b stammende Luft über die Verbindungsleitung den befeuerten Zylindern 12, insbesondere möglichst sitzringnah, zugeführt.
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Durch das Einleiten der Sekundärluft in die gefeuerten Zylinder 12 beziehungsweise in die Auslasskanäle 16a-c kann eine besonders kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Sekundärlufteinblasung realisiert werden, da der Brennraum 14b als Luftpumpe zum Fördern der Sekundärluft verwendet wird. Insbesondere ist es möglich, sehr große Mengen der Sekundärluft mittels des Brennraums 14b und das den Brennraum 14b teilweise begrenzenden Kolbens zu fördern. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn der nicht befeuerte Zylinder 12 beziehungsweise die aus dem Brennraum 14b stammende Sekundärluft über ein auch als Umgehungsventil bezeichnetes Bypass-Ventil eine Drosselklappe beziehungsweise das Absperrelement 24 umgehen kann. Dies ermöglicht es, eine auch als Fördermenge bezeichnete Menge der Sekundärluft weiter zu steigern.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Zylinder
- 14a, b, c
- Brennraum
- 16a, b, c
- Auslasskanal
- 18
- Abgasrohr
- 20
- Trennwand
- 22
- Abgaskrümmer
- 24
- Absperrelement
- 26
- Pfeil
- 28
- Verbindungselement
- A
- Abzweigstelle
- E
- Einleitstelle
- L1, L2
- erster Längenbereich
- L2
- zweiter Längenbereich
- O
- Offenstellung
- S
- Schließstellung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012001059 B4 [0002]
- EP 1522701 A1 [0002]
