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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 2011 002 500 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine weist einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt sowie einen Abgastrakt auf, welcher von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Außerdem umfasst die Verbrennungskraftmaschine einen Druckluftspeicher, in welchem Druckluft zu speichern ist. Die Druckluft kann als Sekundärluft aus dem Druckluftspeicher in den Abgastrakt eingeleitet werden.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2009 060 857 A1 ein Verfahren zum Betrieb einer einen Abgasturbolader aufweisenden Brennkraftmaschine.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art zu verbessern.
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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 in Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu verbessern, ist erfindungsgemäß eine zusätzlich zu dem Druckluftspeicher vorgesehene und elektrisch betreibbare Sekundärluftpumpe vorgesehen, mittels welcher durch elektrisches Betreiben eine Sekundärluftpumpe Luft als Sekundärluft aus dem Ansaugtrakt in den Abgastrakt zu fördern ist. Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sowohl in dem Druckluftspeicher unter Druck gespeicherte Luft als Druckluft und als Sekundärluft als auch mittels der Sekundärluftpumpe geförderte Luft als Sekundärluft bereitgestellt und in den Abgastrakt eingeleitet werden kann, kann die Sekundärluftpumpe hinsichtlich ihrer elektrischen Leistung vorteilhaft klein ausgestaltet beziehungsweise gering gehalten werden. Der Erfindung liegen dabei insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Ist es vorgesehen, mittels einer elektrisch betreibbaren Pumpe ohne zusätzliche Verwendung eines Druckluftspeichers Sekundärluft in den Abgastrakt zu fördern, so muss üblicherweise eine hohe elektrische Leistung der Pumpe von beispielsweise 750 Watt erforderlich sein, um eine hinreichende Menge an Sekundärluft in den Abgastrakt einblasen zu können. Dies kann beispielsweise bei einem 12-Volt-Bordnetz in einem Volllastbetrieb der Pumpe zu elektrischen Strömen führen, welche größer als 55 Ampere sein können. Üblicherweise kommt es jedoch bereits ab circa 35 Ampere zu Problemen in dem Bordnetz. In der Folge ist ein großer technischer und finanzieller Aufwand nötig, um auch hohe elektrische Ströme von beispielsweise 55 Ampere im Bordnetz darstellen zu können. Zusätzlicher Bauraumbedarf und Mehrgewicht wären die Folge. Die Verwendung einer Hochvolt-Sekundärluftpumpe wäre noch kostenintensiver.
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Da nun erfindungsgemäß sowohl die Sekundärluftpumpe als auch der Druckluftspeicher verwendet werden, um Sekundärluft in den Abgastrakt einzubringen, kann die elektrische Leistung der Sekundärluftpumpe vorteilhaft gering gehalten werden. Beispielsweise ist eine elektrische Leistung der Sekundärluftpumpe von 450 Watt ausreichend. Einen zusätzlichen Luft-Bedarf, also eine Förderdifferenz zwischen einer Sekundärluftpumpe mit 750 Watt und einer Sekundärluftpumpe mit 450 Watt, kann dem einfach auch als Speicher bezeichneten Druckluftspeicher entnommen werden, das heißt durch den Druckluftspeicher kompensiert werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass kein übermäßig großer, elektrischer Strom durch das Bordnetz fließt. Mit anderen Worten kann beispielsweise sichergestellt werden, dass der maximale, elektrische Strom im Bordnetz auf höchstens 33 Ampere begrenzt werden kann.
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Durch eine vorteilhafte Einbindung des Druckluftspeichers in ein auch die Sekundärluftpumpe umfassendes Sekundärluftsystem kann die Größe der Sekundärluftpumpe hinreichend gering gehalten werden. Dadurch wird das elektrische Bordnetz deutlich entlastet, insbesondere im Vergleich zur Verwendung einer Sekundärluftpumpe mit einer hohen elektrischen Leistung von beispielsweise 750 Watt. Der Druckluftspeicher kann beispielsweise durch die Sekundärluftpumpe aufgeladen werden, wenn diese nicht verwendet wird, um Sekundärluft in den Abgastrakt zu fördern und/oder durch einen insbesondere kleinen Kompressor, der beispielsweise unabhängig von der auch als Luftpumpe bezeichneten Sekundärluftpumpe angesteuert, das heißt betrieben werden kann.
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Vorzugsweise ist der Druckluftspeicher als ein Langzeitspeicher ausgebildet, das heißt ausgeführt. Damit steht unmittelbar vor einem Kaltstart großes Volumen beziehungsweise hinreichend großer Volumenstrom an vorkomprimierter Luft aus dem Druckluftspeicher zur Verfügung, insbesondere für eine Abgasnachbehandlung. Das Einleiten der Sekundärluft in den Abgastrakt wird auch als Sekundärlufteinblasung (SLE) bezeichnet. Da bei der Sekundärlufteinblasung unmittelbar nach einem Motorstart der Verbrennungskraftmaschine eine besonders hohe Menge an Sekundärluft benötigt wird, ist es von Vorteil, wenn zum Beispiel mit einem Entriegeln des Kraftfahrzeugs und/oder mit einer Annäherung eines Funkschlüssels an das Kraftfahrzeug bereits eine Förderung von Luft in den Druckluftspeicher beispielsweise durch den optionalen Kompressor und/oder durch die Sekundärluftpumpe erfolgt. So kann sichergestellt werden, dass der Druckluftspeicher mit einer hinreichenden Menge an Sekundärluft, das heißt ausreichend gefüllt ist und die kleine Sekundärluftpumpe vorteilhaft unterstützt werden kann. Eine Regelung einer Luftförderung zu der Pumpe beziehungsweise in den Druckspeicher kann beispielsweise durch ein regelbares Sekundärluftventil erfolgen, dass vor allem bei einem Motorstart die Luftströme von beiden Luft-Quellen, das heißt von dem Druckluftspeicher und von der Sekundärluftquelle in Richtung von Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine führen kann. Somit ermöglicht die Erfindung zumindest den Vorteil, durch die Kombination von kleiner Sekundärluftpumpe und Druckspeicher eine übermäßig große Sekundärluftpumpe mit hohen elektrischen Strömen beziehungsweise ein 48-Volt-Bordnetz vermeiden zu können.
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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 der einzigen Figur 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 der einzigen Fig. eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit einer Sekundärlufteinblasung.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine 10 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist einen auch als Zylinderblock oder Zylindergehäuse bezeichneten Motorblock 12 auf, welcher beispielsweise ein Kurbelgehäuse, insbesondere ein Zylinderkurbelgehäuse, sein kann. Der Motorblock 12 weist wenigstens oder genau beispielsweise vier Zylinder 14 auf, könnte jedoch demgegenüber mehr oder weniger Zylinder aufweisen. Beispielsweise kann der Motorblock wenigstens oder genau drei Zylinder aufweisen, sodass die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise als ein Drei-Zylinder-Motor ausgebildet sein könnte, wobei durch den jeweiligen Zylinder 14 ein jeweiliger Brennraum der Verbrennungskraftmaschine 10 teilweise begrenzt ist. Somit weist die Verbrennungskraftmaschine 10 wenigstens oder genau vier oder wenigstens oder genau dreu Brennräume auf, in welchem während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 Verbrennungsvorgänge ablaufen. Aus dem jeweiligen Verbrennungsvorgang resultiert Abgas, wobei das Abgas aus den Brennräumen einen Abgastrakt 16 der Verbrennungskraftmaschine 10 durchströmen kann.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist auch einen Ansaugtrakt 18 auf, welcher von Luft durchströmbar ist. Mittels des Ansaugtrakts 18 wird die den Ansaugtrakt 18 durchströmende Luft zu den und in die Brennräume, das heißt zu den und in die Zylinder 14 geleitet. Dabei ist in dem Ansaugtrakt 18 ein Luftfilter 20 angeordnet, mittels welchem die den Ansaugtrakt 18 durchströmende Luft gefiltert wird. Bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verbrennungskraftmaschine 10 als ein Vier-Zylinder-Motor insbesondere als ein Vier-Zylinder-Reinmotor ausgebildet. Beispielsweise wird die Verbrennungskraftmaschine 10 in einem überstöchrometrischen Betrieb betrieben, welcher auch als Magerbetrieb bezeichnet wird. Somit ist es denkbar, dass während des befeuerten Betriebs das auch als λ bezeichnetes Verbrennungsluftverhältnis größer als 1 ist. In der Fig. ist durch einen Pfeil 22 das den Abgastrakt 16 durchströmende Abgas veranschaulicht. In dem Abgastrakt 16 ist auch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 24 angeordnet, mittels welcher das Abgas nachbehandelt wird.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst außerdem ein Sekundärluftsystem 26, mittels welchem Luft als Sekundärluft in den Abgastrakt 16 eingebracht werden kann. Das Einbringen der Sekundärluft in den Abgastrakt 16 wird auch als Sekundärlufteinblasung (SLE) bezeichnet. Unter der Sekundärlufteinblasung ist zu verstehen, dass die Sekundärluft vorzugsweise unter Umgehung der beziehungsweise aller Brennräume der Verbrennungskraftmaschine 10 in den Abgastrakt 16 eingebracht wird. Dies bedeutet, dass die mittels des Sekundärluftsystems 26 in den Abgastrakt 16 eingebrachte, insbesondere eingeblasene, Sekundärluft die beziehungsweise alle Brennräume der Verbrennungskraftmaschine 10 umgeht, mithin nicht über die Brennräume, das heißt über keinen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine 10 in den Abgastrakt 16 eingebracht wird.
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Bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Sekundärluftsystem 26 eine elektrisch betreibbare Sekundärluftpumpe 28 auf, mittels welcher, wie in der Fig. durch Pfeile 30 veranschaulicht ist, Luft aus dem Ansaugtrakt 18 zumindest durch einen Teilbereich des Sekundärluftsystems 26 gefördert und dabei, insbesondere unter Umgehung der beziehungsweise aller Brennräume der Verbrennungskraftmaschine 10, in den Abgastrakt 16 hineingefördert werden kann. Die mittels der Sekundärluftpumpe 28 geförderte und aus dem Ansaugtrakt 18 stammende Luft wird als Sekundärluft in den Abgastrakt 16 hineingefördert, das heißt eingeblasen und somit eingebracht. Um nun die Sekundärluftpumpe 28 insbesondere hinsichtlich ihrer elektrischen Leistung, ihres Gewichts und ihres Bauraumbedarfs vorteilhaft klein halten zu können, weist die Verbrennungskraftmaschine 10 außerdem einen zusätzlich zu der Sekundärluftpumpe 28 vorgesehen Druckluftspeicher 32 auf, in welchem Luft unter Druck gespeichert werden kann. Die in dem einfach auch als Druckspeicher oder Speicher unter Druck gespeicherte Luft wird auch als Druckluft bezeichnet und kann als Sekundärluft aus dem Druckluftspeicher 32 abgeführt und insbesondere unter Umgehung der beziehungsweise aller Brennräume der Verbrennungskraftmaschine 10 in den Abgastrakt 16 eingeleitet werden. Sowohl die mittels der Sekundärluftpumpe 28 geförderte Sekundärluft als auch die Sekundärluft aus dem Druckluftspeicher 32 kann an wenigstens einer stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung 24 angeordneten Einleitstelle in den Abgastrakt 16 eingeleitet werden, sodass die Sekundärluft nach ihrer Einleitung beziehungsweise Einblasung in den Abgastrakt 16 die Abgasnachbehandlungseinrichtung 24 durchströmen kann. In der Sekundärluft enthaltener Sauerstoff kann beispielsweise zum Oxidieren beziehungsweise Verbrennen verbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) (bzw. Nachoxidieren anderer Abgasbestandteile) dienen, die in dem den Abgastrakt 16 durchströmenden Abgas enthalten sind, wodurch beispielsweise das Abgas und somit die Abgasnachbehandlungseinrichtung 24 besonders schnell, effektiv und effizient erwärmt werden kann.
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Wie in der Fig. durch einen gestrichelten Pfeil 34 veranschaulicht ist, ist es denkbar, dass die Sekundärluftpumpe 28 dazu ausgebildet ist, Luft aus dem Ansaugtrakt in den Druckluftspeicher zu fördern, in welchem die mittels der Sekundärluftpumpe 28 geförderte Luft, die aus dem Ansaugtrakt 18 stammt, als Sekundärluft gespeichert werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann ein zusätzlich zur Sekundärluftpumpe 28 vorgesehener Kompressor 36 verwendet werden, um Luft zu fördern und dabei in den Druckluftspeicher 32 hinein zu fördern. Die mittels des Kompressors 36 geförderte Luft kann als Sekundärluft in dem Druckluftspeicher 32 unter Druck und somit als Druckluft gespeichert werden. Die mittels des Kompressors 36 geförderte Luft kann beispielsweise über ein Ventilelement 38 in den Druckluftspeicher 32 eingeleitet werden. Das Ventilelement 38 ist beispielsweise ein elektrisch ansteuerbares und somit elektrisch betreibbares Ventil. Insbesondere ist es denkbar, dass mittels des Ventilelements 38 eine in den Druckluftspeicher 32 einzuleitende Menge der mittels des Kompressors 36 geförderten Luft eingestellt werden kann.
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Die mittels der Sekundärluftpumpe 28 geförderte Sekundärluft und die Sekundärluft aus dem Druckluftspeicher 32 kann beispielsweise über ein Sekundärluftventil 40 in den Abgastrakt 16 eingeleitet werden. Insbesondere ist das Sekundärluftventil 40 ein zusätzlich zu dem Ventilelement 38 vorgesehenes Ventil. Insbesondere kann mittels des Sekundärluftventils 40 eine in den Abgastrakt 16 einzuleitende Menge der mittels der Sekundärluftpumpe 28 geförderten Sekundärluft und der aus dem Druckluftspeicher 32 stammenden Sekundärluft eingestellt werden, wodurch eine besonders bedarfsgerechte Einblasung von Sekundärluft in den Abgastrakt 16 dargestellt werden kann. Die von dem Sekundärluftventil 40 in den Abgastrakt 16 strömende Sekundärluft ist in der Fig. durch einen Pfeil 42 veranschaulicht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Motorblock
- 14
- Zylinder
- 16
- Abgastrakt
- 18
- Ansaugtrakt
- 20
- Luftfilter
- 22
- Pfeil
- 24
- Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 26
- Sekundärluftsystem
- 28
- Sekundärluftpumpe
- 30
- Pfeil
- 32
- Druckluftspeicher
- 34
- gestrichelter Pfeil
- 36
- Kompressor
- 38
- Ventilelement
- 40
- Sekundärluftventil
- 42
- Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011002500 A1 [0002]
- DE 102009060857 A1 [0003]
