DE102022001526A1 - Internal combustion engine for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem von Abgas aus Brennräumen (16) der Verbrennungskraftmaschine (10) durchströmbaren Abgastrakt (18), mit einem von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt (20), mittels welchem die Luft den Brennräumen (16) zuführbar ist, mit wenigstens einem Abgasturbolader (24), welcher eine in dem Abgastrakt (18) angeordnete Turbine (26) und einen in dem Ansaugtrakt (20) angeordneten und von der Turbine (26) antreibbaren Verdichter (28) zum Verdichten der Luft aufweist, und mit einem Sekundärluftsystem (32), welches eine Sekundärluftleitung (34) aufweist, mittels welcher zumindest ein Teil der Luft an einer stromauf des Verdichters (28) angeordneten Abzweigstelle (A) aus dem Ansaugtrakt (20) abzweigbar und als Sekundärluft unter Umgehung der Brennräume (16) der Verbrennungskraftmaschine (10) in den Abgastrakt (18) einleitbar ist Vorgesehen ist eine zusätzlich zu dem Verdichter (28) vorgesehene Sekundärluftpumpe (36), mittels welcher die Sekundärluft durch die Sekundärluftleitung (34) hindurchzufördern und in den Abgastrakt (18) hineinzufördern ist.The invention relates to an internal combustion engine (10) for a motor vehicle, with an exhaust gas duct (18) through which exhaust gas from combustion chambers (16) of the internal combustion engine (10) can flow, with an intake duct (20) through which air can flow, by means of which air is supplied to the combustion chambers (16 ) can be supplied, with at least one exhaust gas turbocharger (24), which has a turbine (26) arranged in the exhaust gas tract (18) and a compressor (28) arranged in the intake tract (20) and which can be driven by the turbine (26) for compressing the air and with a secondary air system (32), which has a secondary air line (34), by means of which at least part of the air can be branched off from the intake tract (20) at a branch point (A) arranged upstream of the compressor (28) and bypassed as secondary air of the combustion chambers (16) of the internal combustion engine (10) can be introduced into the exhaust tract (18) A secondary air pump (36) is provided in addition to the compressor (28), by means of which the secondary air is to be conveyed through the secondary air line (34) and into the exhaust tract (18).
Description
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to an internal combustion engine for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
Eine solche Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art zu verbessern.The object of the present invention is to improve an internal combustion engine of the type mentioned at the outset.
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.This problem is solved by an internal combustion engine with the features of patent claim 1 . Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu verbessern, ist erfindungsgemäß eine zusätzlich zu dem Verdichter vorgesehene und beispielsweise in der Sekundärluftleitung angeordnete Sekundärluftpumpe vorgesehen, mittels welcher die Sekundärluft durch die Sekundärluftleitung, das heißt durch zumindest einen Längenbereich der Sekundärluftleitung, hindurchgefördert und in den Abgastrakt hineingefördert, mithin eingeleitet werden kann. Unter der Sekundärluft, die mittels der Sekundärluftpumpe durch die Sekundärluftleitung hindurchgefördert und in den Abgastrakt hineingefördert werden kann, ist der mittels der Sekundärluftleitung an der Abzweigstelle aus dem Ansaugtrakt abgezweigte und daraufhin die Sekundärluftleitung durchströmende Teil der Luft, mithin die mittels der Sekundärluftleitung an der Abzweigstelle aus dem Ansaugtrakt abgezweigte und insbesondere daraufhin die Sekundärluftleitung durchströmende Luft zu verstehen.In order to improve an internal combustion engine of the type specified in the preamble of claim 1, a secondary air pump is provided according to the invention in addition to the compressor and is arranged, for example, in the secondary air line, by means of which the secondary air is conveyed through the secondary air line, i.e. through at least one length of the secondary air line, and conveyed into the exhaust tract, can therefore be initiated. The secondary air, which can be conveyed through the secondary air line and into the exhaust tract by means of the secondary air pump, includes that part of the air which is branched off from the intake tract by means of the secondary air line at the branching point and then flows through the secondary air line, i.e. the part of the air that is out by means of the secondary air line at the branching point to understand the air branched off from the intake tract and, in particular, then flowing through the secondary air line.
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst außerdem einen zusätzlich zu dem Verdichter und zusätzlich zu der Sekundärluftpumpe vorgesehenen und mit der Sekundärluft, mithin mit dem abgezweigten, die Sekundärluftleitung durchströmenden Teil der Luft versorgbaren Vorverdichter auf, welcher insbesondere in der Sekundärluftleitung und dabei stromauf der Sekundärluftpumpe, welche einfach auch als Luftpumpe oder Pumpe bezeichnet wird, angeordnet ist. Der Vorverdichter ist durch zumindest einen Teil der mittels des Verdichters verdichteten Luft antreibbar. Die mittels des Verdichters verdichtete Luft wird auch als Ladeluft bezeichnet, sodass der Vorverdichter mittels zumindest eines Teils der Ladeluft antreibbar ist. Durch Antreiben des Vorverdichters kann mittels des Vorverdichters die Sekundärluft vorverdichtet werden, wobei die mittels des Vorverdichters vorverdichtete, das heißt verdichtete Sekundärluft der Sekundärluftpumpe zuführbar ist. Mit anderen Worten kann die Sekundärluftpumpe mit der mittels des Vorverdichters verdichteten Sekundärluft versorgt werden, sodass die mittels des Vorverdichters vorverdichtete Sekundärluft einer auch als Eingangsseite bezeichneten Saugseite der Sekundärluftpumpe zuführbar ist oder zugeführt wird. Dadurch kann mittels des Sekundärluftsystems eine besonders vorteilhafte Sekundärlufteinblasung realisiert werden. Beispielsweise wird bei dem oder durch das Antreiben des Vorverdichters die den Vorverdichter antreibende Ladeluft zumindest teilweise entspannt. Beispielsweise wird die Ladeluft, nachdem sie den Vorverdichter angetrieben hat, insbesondere mittels einer Rückführleitung von dem Vorverdichter in eine Kurbelgehäuseentlüftung der Verbrennungskraftmaschine eingeleitet, das heißt eingebracht, wodurch ein besonders emissionsgünstiger Betrieb dargestellt werden kann. Durch die Erfindung kann die auch Sekundärluftverdichter bezeichnete oder als Sekundärluftverdichter ausgebildete Sekundärluftpumpe im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen mit einem höheren, auf der Saugseite herrschenden Ansaugdruck betrieben werden.The internal combustion engine also includes a pre-compressor that is provided in addition to the compressor and in addition to the secondary air pump and can be supplied with the secondary air, i.e. with the branched part of the air flowing through the secondary air line, which is in particular in the secondary air line and upstream of the secondary air pump, which is also simply referred to as Air pump or pump is called, is arranged. The pre-compressor can be driven by at least part of the air compressed by the compressor. The air compressed by the compressor is also referred to as charge air, so that the pre-compressor can be driven by at least part of the charge air. By driving the pre-compressor, the secondary air can be pre-compressed by means of the pre-compressor, the secondary air pre-compressed, ie compressed, by means of the pre-compressor being able to be supplied to the secondary air pump. In other words, the secondary air pump can be supplied with the secondary air compressed by the supercharger, so that the secondary air precompressed by the supercharger can be or is supplied to a suction side of the secondary air pump, also referred to as the inlet side. As a result, a particularly advantageous injection of secondary air can be implemented by means of the secondary air system. For example, during or through the driving of the supercharger, the charge air driving the supercharger is at least partially expanded. For example, after the charge air has driven the precompressor, it is introduced, ie introduced, in particular by means of a return line from the precompressor into a crankcase ventilation of the internal combustion engine, as a result of which particularly low-emission operation can be achieved. As a result of the invention, the secondary air pump, which is also referred to as a secondary air compressor or is designed as a secondary air compressor, can be operated with a higher suction pressure prevailing on the suction side in comparison to conventional solutions.
Vorzugsweise ist die Sekundärluftpumpe eine elektrische Pumpe, mithin eine elektrisch betreibbare Pumpe.The secondary air pump is preferably an electric pump, ie a pump that can be operated electrically.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Herkömmliche elektrische Sekundärluftpumpen mit einer elektrischen Spannung von 12 V haben einen begrenzten Förderdruck von ca. 300 bis 400 mbar. Wenn eine solche herkömmliche Sekundärluftpumpe die Sekundärluft stromauf des Verdichters und beispielsweise stromab eines in dem Ansaugtrakt angeordneten Luftfilters fördert, insbesondere ansaugt, sodass die Sekundärluft Umgebungsdruck aufweist, kann die Sekundärluft in den Abgastrakt lediglich an solchen Stellen eingebracht werden, an denen ein gegenüber 300 bis 400 mbar geringerer Druck herrscht. Bei einer Einblasung der Sekundärluft nach Auslassventilen der Verbrennungskraftmaschine in deren Auslasskanäle oder Auslasskanal steigt der Druck dort jedoch stark an, insbesondere wenn die einfach auch als Motor bezeichnete und beispielsweise als Hubkolbenmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine in höhere Last geht, beispielsweise bei einem starken Beschleunigen nach einem Kaltstart oder nach einer oder bei einer Ausfahrt beispielsweise aus einer Tiefgarage. Denkbar wäre, Sekundärluftpumpen mit einer größeren elektrischen Spannung von beispielsweise 48 V zu verwenden, um einen höheren Förderdruck zu realisieren. Derartige Sekundärluftpumpen sind jedoch kosten- und bauraumintensiver. Ferner wäre es denkbar, dass die Sekundärluftpumpe die Sekundärluft an einer stromab des Verdichters angeordneten Stelle aus dem Ansaugtrakt abzweigt, sodass es sich bei der Sekundärluft zumindest um einen Teil der Ladeluft handelt, welcher auch einen mit p2 bezeichneten und durch den Verdichter bewirkten Ladedruck aufweist. Dies kann jedoch zu Problemen im Hinblick auf eine thermische Beständigkeit der Sekundärluftpumpe führen, sodass beispielsweise eine separate Kühlung einer Elektronik der Sekundärluftpumpe nötig sein kann, da die Ladeluft aufgrund ihrer Verdichtung sehr heiß und insbesondere zu heiß ist, um als Kühlmedium zu wirken. Außerdem kann dies zu Problemen im Hinblick auf eine Medienbeständigkeit führen, da in der Ladeluft ein Ölnebel aus Blow-by-Gasen enthalten sein kann. Die Folge davon wäre ein hoher technischer Aufwand und hohe Kosten.The invention is based in particular on the following findings and considerations: Conventional electrical secondary air pumps with an electrical voltage of 12 V have a limited delivery pressure of approximately 300 to 400 mbar. If such a conventional secondary air pump conveys the secondary air upstream of the compressor and, for example, downstream of an air filter arranged in the intake tract, in particular sucks it in, so that the secondary air has ambient pressure, the secondary air can only be introduced into the exhaust tract at those points at which a compared to 300 to 400 mbar lower pressure prevails. However, when the secondary air is blown in after the exhaust valves of the internal combustion engine in its exhaust ducts or exhaust duct, the pressure there increases sharply, especially when the internal combustion engine, which is also simply referred to as a motor and is designed, for example, as a reciprocating piston engine, is subjected to a higher load, for example during strong acceleration after a cold start or after or when exiting an underground car park, for example. It would be conceivable to use secondary air pumps with a higher electrical voltage of 48 V, for example, in order to achieve a higher delivery pressure. However, such secondary air pumps are more expensive and space-consuming. It would also be conceivable for the secondary air pump to branch off the secondary air from the intake tract at a point arranged downstream of the compressor, so that the secondary air is at least part of the charge air, which also has a charge pressure designated as p2 and caused by the compressor. However, this can lead to problems with regard to the thermal stability of the secondary air pump, so that separate cooling of the electronics of the secondary air pump may be necessary, for example, since the charge air is very hot due to its compression and, in particular, too hot to act as a cooling medium. In addition, this can lead to problems with regard to media resistance, since the charge air can contain an oil mist from blow-by gases. The consequence of this would be high technical complexity and high costs.
Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun durch die Erfindung vermieden werden. Die Erfindung ermöglicht es, die mittels des Verdichters verdichtete Luft, mithin die Ladeluft und somit deren Ladedruck zu verwenden, um mittels der mittels des Verdichters verdichteten Luft beziehungsweise mittels des Ladedrucks den Vorverdichter anzutreiben und somit die Sekundärluft aus einer Reinluftleitung des Ansaugtrakts stromauf des Verdichters und vorzugsweise stromab des zuvor genannten Luftfilters zu fördern, insbesondere abzuzweigen oder anzusaugen. Somit handelt es sich bei der Sekundärluft um gefilterte und somit hinreichend saubere Luft. Durch den Vorverdichter kann im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen auf der Saugseite der Sekundärluftpumpe ein höherer, auch als Luftdruck bezeichneter Druck der Sekundärluft realisiert werden, ohne dabei jedoch die Ladeluft, das heißt deren Ladeluft-Massenstrom über beziehungsweise durch die Sekundärluftpumpe zu führen. Durch den Vorverdichter kann also eine Druckerhöhung im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen realisiert werden, wobei die Druckerhöhung ausreichend ist, um die Sekundärluft beispielsweise gegen einen auch mit p3 bezeichneten, anstehenden Druck in einem Auslasskanal der Verbrennungskraftmaschine in den Auslasskanal einzublasen. Somit kann beispielsweise die Sekundärluft in den Abgastrakt an einer Einleitstelle eingebracht, das heißt eingeblasen werden, welche stromab der beziehungsweise aller Brennräume und insbesondere stromauf der Turbine angeordnet ist. Gleichzeitig ermöglicht es dabei die Erfindung, als die Sekundärluftpumpe eine vorteilhaft bauraum- und kostengünstige, elektrische Pumpe mit einer elektrischen Spannung von 12 V zu verwenden. Die Erfindung ist somit eine kostengünstige Lösung, welche ohne Leistungseinbußen insbesondere bei einem Kaltstart einen emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.The problems and disadvantages mentioned above can now be avoided by the invention. The invention makes it possible to use the air compressed by the compressor, and therefore the charge air and thus its charge pressure, to drive the supercharger by means of the air compressed by the compressor or by means of the charge pressure and thus the secondary air from a clean air line of the intake tract upstream of the compressor and to promote preferably downstream of the aforementioned air filter, in particular divert or suck. The secondary air is therefore filtered and therefore sufficiently clean air. Compared to conventional solutions, the supercharger allows a higher pressure of the secondary air, also referred to as air pressure, to be realized on the suction side of the secondary air pump, but without leading the charge air, i.e. its charge air mass flow, via or through the secondary air pump. The supercharger can therefore increase the pressure compared to conventional solutions, the pressure increase being sufficient to inject the secondary air into the outlet channel, for example against a pressure that is present in an outlet channel of the internal combustion engine, also referred to as p3. Thus, for example, the secondary air can be introduced into the exhaust tract at an introduction point, that is to say blown in, which is arranged downstream of the or all combustion chambers and in particular upstream of the turbine. At the same time, the invention makes it possible to use an electrical pump with an electrical voltage of 12 V, which is advantageous in terms of installation space and cost-effectiveness, as the secondary air pump. The invention is thus a cost-effective solution which enables low-emission operation of the internal combustion engine without loss of performance, particularly during a cold start.
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.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention.
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs; und -
2 eine schematische Darstellung eines Vorverdichters eines Sekundärluftsystems der Verbrennungskraftmaschine.
-
1 a schematic representation of an internal combustion engine of a motor vehicle; and -
2 a schematic representation of a supercharger of a secondary air system of the internal combustion engine.
In den Figuren 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.
Ferner ist aus
Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist auch ein Sekundärluftsystem 32 auf, welches eine Sekundärluftleitung 34 umfasst. Die Sekundärluftleitung 34 ist an einer Abzweigstelle A fluidisch mit dem Ansaugtrakt 20 verbunden oder verbindbar. Außerdem ist die Sekundärluftleitung 34 an einer Einleitstelle E fluidisch mit dem Abgastrakt 18 verbunden oder verbindbar. Insbesondere ist die Einleitstelle E in einem Auslasskanal angeordnet, welcher einem der Brennräume 16 zugeordnet und von dem Abgas aus dem einen Brennraum durchströmbar ist. Es ist erkennbar, dass die Einleitstelle E stromauf der Turbine 26 und stromab der Brennräume 16 angeordnet ist, sodass an der Einleitstelle E in dem Abgastrakt 18 das Abgas den Druck p3 aufweist. Die Abzweigstelle A ist in dem Ansaugtrakt 20 stromab des Luftfilters 22 und stromauf des Verdichters 28 angeordnet, sodass an der Abzweigstelle A die Luft in dem Ansaugtrakt 20 den Druck p0 aufweist. Zudem ist die Frischluft an der Abzweigstelle A eine Reinluft und somit hinreichend sauber, da an der Abzweigstelle A die Frischluft mittels des Luftfilters 22 gefiltert wurde und noch nicht durch den Verdichter 28 verdichtet wurde. Mittels der Sekundärluftleitung 34 kann an der Abzweigstelle A zumindest ein Teil der Frischluft aus dem Ansaugtrakt 20 abgezweigt werden. Die mittels der Sekundärluftleitung 34 an der Abzweigstelle A aus dem Ansaugtrakt 20 abgezweigte Frischluft kann die Sekundärluftleitung 34 durchströmen und als Sekundärluft mittels der Sekundärluftleitung 34 unter Umgehung der beziehungsweise aller Brennräume 16 an der Einleitstelle E in den Abgastrakt 18 eingeleitet werden. Dies bedeutet, dass die die Sekundärluftleitung 34 durchströmende Frischluft aus dem Ansaugtrakt 20 stammt und aus als Sekundärluft bezeichnet wird und auf ihrem Weg von Abzweigstelle A und somit aus dem Ansaugtrakt 20 zu der Einleitstelle E und in den Abgastrakt 18 die beziehungsweise alle Brennräume 16 umgeht, das heißt durch keinen der Brennräume 16 hindurchströmt. Mittels der Sekundärluft kann beispielsweise eine in
Um nun eine besonders vorteilhafte Sekundärlufteinblasung realisieren zu können, weist das Sekundärluftsystem 32 eine in der Sekundärluftleitung 34 angeordnete und vorzugsweise elektrisch betreibbare Sekundärluftpumpe 36 auf, mittels welcher die Sekundärluft durch die Sekundärluftleitung 34 hindurchgefördert und an der Einleitstelle E in den Abgastrakt 18 hineingefördert werden kann. Es ist erkennbar, dass die Sekundärluftpumpe 36 zusätzlich zu dem Verdichter 28 vorgesehen ist. Des Weiteren umfasst das Sekundärluftsystem 32 einen zusätzlich zu dem Verdichter 28 und zusätzlich zu der Sekundärluftpumpe 36 vorgesehen Vorverdichter 38, welcher bei dem in
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Verbrennungskraftmaschineinternal combustion engine
- 1212
- Motorblockengine block
- 1414
- Zylindercylinder
- 1616
- Brennraumcombustion chamber
- 1818
- Abgastraktexhaust tract
- 2020
- Ansaugtraktintake tract
- 2222
- Luftfilterair filter
- 2424
- Abgasturboladerexhaust gas turbocharger
- 2626
- Turbineturbine
- 2828
- Verdichtercompressor
- 3030
- WelleWave
- 3232
- Sekundärluftsystemsecondary air system
- 3333
- Ladeluftkühlerintercooler
- 3434
- Sekundärluftleitungsecondary air line
- 3636
- Sekundärluftpumpesecondary air pump
- 3838
- Vorverdichterbooster
- 4040
- Gestrichelter PfeilDashed arrow
- 4242
- Turbinenradturbine wheel
- 4444
- Verdichterradcompressor wheel
- 4646
- WelleWave
- p0p0
- DruckPrint
- p2p2
- Ladedruckboost pressure
- p3p3
- DruckPrint
- p4p4
- DruckPrint
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R230 | Request for early publication |