DE102022001526A1 - Internal combustion engine for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle - Google Patents

Internal combustion engine for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle Download PDF

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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 DE 10 2015 015 484 B3 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine weist einen von Abgas aus Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt sowie einen Ansaugtrakt auf, welcher von Luft, welche auch als Frischluft oder Verbrennungsluft bezeichnet wird, durchströmbar ist. Mittels des Ansaugtrakts kann die den Ansaugtrakt durchströmende Luft (Frischluft beziehungsweise Verbrennungsluft) den Brennräumen zugeführt, mithin in die Brennräume eingeleitet werden. Die Verbrennungskraftmaschine weist außerdem wenigstens einen Abgasturbolader auf, welcher eine in dem Abgastrakt angeordnete und von dem den Abgastrakt durchströmenden Abgas antreibbare Turbine und einen in dem Ansaugtrakt angeordneten und von der Turbine antreibbaren Verdichter aufweist. Mittels des Verdichters kann durch Antreiben des Verdichters die den Ansaugtrakt durchströmende Luft (Frischluft beziehungsweise Verbrennungsluft) verdichtet werden. Die Verbrennungskraftmaschine weist außerdem ein Sekundärluftsystem auf, welches eine Sekundärluftleitung aufweist. Mittels der Sekundärluftleitung kann zumindest ein Teil der den Ansaugtrakt durchströmenden Luft (Verbrennungsluft beziehungsweise Frischluft) an einer stromauf des Verdichters angeordneten Abzweigstelle aus dem Ansaugtrakt abgezweigt und als Sekundärluft unter Umgehung der beziehungsweise aller Brennräume der Verbrennungskraftmaschine in den Abgastrakt eingeleitet werden.Such an internal combustion engine for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, is, for example, already DE 10 2015 015 484 B3 to be taken as known. The internal combustion engine has an exhaust tract through which exhaust gas from combustion chambers of the internal combustion engine can flow, and an intake duct through which air, which is also referred to as fresh air or combustion air, can flow. By means of the intake tract, the air flowing through the intake tract (fresh air or combustion air) can be supplied to the combustion chambers, and thus introduced into the combustion chambers. The internal combustion engine also has at least one exhaust gas turbocharger, which has a turbine arranged in the exhaust tract and drivable by the exhaust gas flowing through the exhaust tract and a compressor arranged in the intake tract and drivable by the turbine. By driving the compressor, the air flowing through the intake tract (fresh air or combustion air) can be compressed by means of the compressor. The internal combustion engine also has a secondary air system, which has a secondary air line. By means of the secondary air line, at least part of the air flowing through the intake tract (combustion air or fresh air) can be branched off from the intake tract at a branch point located upstream of the compressor and introduced into the exhaust tract as secondary air, bypassing the or all combustion chambers of the internal combustion engine.

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.
The drawing shows in:
  • 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.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine einfach auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichnete und vorliegend als Hubkolbenmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 10 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine 10 aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist einen beispielsweise als Zylindergehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildeten Motorblock 12 auf, welcher Zylinder 14 aufweist. Der jeweilige Zylinder 14 begrenzt einen jeweiligen Brennraum 16 der Verbrennungskraftmaschine 10 zumindest teilweise. Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 laufen in den Brennräumen 16 Verbrennungsvorgänge ab, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 resultiert. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist dabei einen von dem Abgas aus den Brennräumen 16 durchströmbaren Abgastrakt 18 auf. Des Weiteren weist die Verbrennungskraftmaschine 10 einen Ansaugtrakt 20 auf, welcher von Luft durchströmbar ist. Die Luft wird auch als Verbrennungsluft oder Frischluft bezeichnet. Mittels des Ansaugtrakts 20 kann die den Ansaugtrakt 20 durchströmende Frischluft zu den und in die Brennräume 16 geführt werden. In dem Ansaugtrakt 20 ist ein Luftfilter 22 angeordnet, mittels welchem die Frischluft gefiltert wird. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist außerdem einen Abgasturbolader 24 auf, welcher eine in dem Abgastrakt 18 angeordnete und von dem den Abgastrakt 18 durchströmenden Abgas antreibbare Turbine 26 und einen Verdichter 28 aufweist. Der Verdichter 28 ist über eine Welle 30 des Abgasturboladers 24 von der Turbine 26 antreibbar. Durch Antreiben des Verdichters 28 kann mittels des Verdichters 28 die den Ansaugtrakt 20 durchströmende Frischluft verdichtet werden, insbesondere auf einen mit p2 bezeichneten Ladedruck. In dem Ansaugtrakt 20 ist auch ein Ladeluftkühler 33 angeordnet, welcher in dem Ansaugtrakt 20 stromab des Verdichters 28 und insbesondere stromauf der Brennräume 16 angeordnet ist. Mittels des Ladeluftkühlers 33 wird die verdichtete und dadurch erwärmte Frischluft gekühlt, wobei die mittels des Verdichters 28 verdichtete Frischluft auch als Ladeluft bezeichnet wird. Es ist erkennbar, dass die Ladeluft den Druck p2 in dem Ansaugtrakt 20 stromab des Verdichters 28 und stromauf des Ladeluftkühlers 33 aufweist. Stromauf des Verdichters 28 und stromab des Luftfilters 22 weist die Frischluft in dem Ansaugtrakt 20 einen gegenüber dem Ladedruck geringeren Druck p0 auf, welcher insbesondere dem Umgebungsdruck entspricht. 1 shows a schematic representation of a simply referred to as a motor or internal combustion engine and present as a reciprocating engine tor trained internal combustion engine 10 for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle. This means that the motor vehicle has the internal combustion engine 10 in its fully manufactured state and can be driven by the internal combustion engine 10 . The internal combustion engine 10 has an engine block 12 embodied, for example, as a cylinder housing, in particular as a cylinder crankcase, which has cylinders 14 . The respective cylinder 14 delimits a respective combustion chamber 16 of the internal combustion engine 10 at least partially. During fired operation of the internal combustion engine 10, combustion processes take place in the combustion chambers 16, resulting in exhaust gas from the internal combustion engine 10. The internal combustion engine 10 has an exhaust tract 18 through which the exhaust gas from the combustion chambers 16 can flow. Furthermore, the internal combustion engine 10 has an intake tract 20 through which air can flow. The air is also referred to as combustion air or fresh air. The fresh air flowing through the intake tract 20 can be guided to and into the combustion chambers 16 by means of the intake tract 20 . An air filter 22 is arranged in the intake tract 20 and is used to filter the fresh air. The internal combustion engine 10 also has an exhaust gas turbocharger 24 which has a turbine 26 which is arranged in the exhaust gas section 18 and can be driven by the exhaust gas flowing through the exhaust gas section 18 and a compressor 28 . The compressor 28 can be driven by the turbine 26 via a shaft 30 of the exhaust gas turbocharger 24 . By driving the compressor 28, the fresh air flowing through the intake tract 20 can be compressed by means of the compressor 28, in particular to a charge pressure designated as p2. A charge air cooler 33 is also arranged in the intake tract 20 and is arranged in the intake tract 20 downstream of the compressor 28 and in particular upstream of the combustion chambers 16 . The compressed and thus heated fresh air is cooled by means of the charge air cooler 33, the fresh air compressed by means of the compressor 28 also being referred to as charge air. It can be seen that the charge air has the pressure p2 in the intake tract 20 downstream of the compressor 28 and upstream of the charge air cooler 33 . Upstream of the compressor 28 and downstream of the air filter 22, the fresh air in the intake tract 20 has a pressure p0 which is lower than the charge pressure and which corresponds in particular to the ambient pressure.

Ferner ist aus 1 erkennbar, dass das Abgas in dem Abgastrakt 18 stromauf der Turbine 26 und insbesondere stromab der Brennräume 16 einen Druck p3 aufweist, und das Abgas weist in dem Abgastrakt 18 stromab der Turbine 26 einen gegenüber dem Druck p3 geringeren Druck p4 auf.Furthermore is off 1 recognizable that the exhaust gas in the exhaust tract 18 upstream of the turbine 26 and in particular downstream of the combustion chambers 16 has a pressure p3, and the exhaust gas in the exhaust tract 18 downstream of the turbine 26 has a pressure p4 that is lower than the pressure p3.

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 1 nicht dargestellte Abgasnachbehandlungseinrichtung, welche in dem Abgastrakt 18 angeordnet ist, effektiv und effizient aufgeheizt und/oder warmgehalten werden. Das Einleiten oder Einbringen der Sekundärluft in den Abgastrakt 18 wird auch als Einblasung oder Sekundärlufteinblasung bezeichnet.The internal combustion engine 10 also has a secondary air system 32 which includes a secondary air line 34 . The secondary air line 34 is fluidically connected or connectable to the intake tract 20 at a branch point A. In addition, the secondary air line 34 is fluidically connected or can be connected to the exhaust tract 18 at an introduction point E. In particular, the introduction point E is arranged in an outlet channel, which is assigned to one of the combustion chambers 16 and through which the exhaust gas from one combustion chamber can flow. It can be seen that the inlet point E is arranged upstream of the turbine 26 and downstream of the combustion chambers 16, so that the exhaust gas has the pressure p3 at the inlet point E in the exhaust gas tract 18. The branching point A is arranged in the intake tract 20 downstream of the air filter 22 and upstream of the compressor 28, so that at the branching point A the air in the intake tract 20 has the pressure p0. In addition, the fresh air at branch point A is clean air and is therefore sufficiently clean, since the fresh air at branch point A was filtered by means of air filter 22 and was not yet compressed by compressor 28 . At least part of the fresh air can be branched off from the intake tract 20 at the branch point A by means of the secondary air line 34 . The fresh air branched off from the intake tract 20 at branch point A by means of the secondary air line 34 can flow through the secondary air line 34 and be introduced as secondary air by means of the secondary air line 34, bypassing the or all combustion chambers 16 at the inlet point E into the exhaust tract 18. This means that the fresh air flowing through the secondary air line 34 comes from the intake tract 20 and is referred to as secondary air and on its way from branch point A and thus from the intake tract 20 to the introduction point E and into the exhaust tract 18 bypasses all or all of the combustion chambers 16, that is, it does not flow through any of the combustion chambers 16 . By means of the secondary air, for example, an in 1 not shown exhaust aftertreatment device, which is arranged in the exhaust tract 18, effectively and efficiently heated and / or kept warm. The introduction or introduction of the secondary air into the exhaust tract 18 is also referred to as blowing in or blowing in secondary air.

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 1 gezeigten Ausführungsbeispiel in der Sekundärluftleitung 34 und dabei stromauf der Sekundärluftpumpe 36 angeordnet ist. Wie in 1 durch einen gestrichelten Pfeil 40 veranschaulicht ist, kann der Vorverdichter 38 durch zumindest einen Teil der mittels des Verdichters 28 verdichteten Frischluft, mithin durch zumindest einen Teil der Ladeluft, angetrieben werden. Dies bedeutet, dass dem Vorverdichter 38 zumindest ein Teil der Ladeluft zugeführt werden kann, und zwar von einer stromab des Verdichters 28 und stromauf des Ladeluftkühlers 33 angeordneten Stelle, sodass die Ladeluft, mit welcher der Vorverdichter 38 versorgbar ist oder versorgt wird, den Ladedruck p2 aufweist. Durch Antreiben des Vorverdichters 38 kann mittels des Vorverdichters 38 die die Sekundärluftleitung 34 durchströmende Sekundärluft vorverdichtet werden, wobei, da die Sekundärluftpumpe 36 stromab des Vorverdichters 38 in der Sekundärluftleitung 34 angeordnet ist, die Sekundärluftpumpe 36 mit der mittels des Vorverdichters 38 vorverdichteten, das heißt verdichteten Sekundärluft versorgbar ist beziehungsweise versorgt wird. Dadurch kann auf einer Saugseite der Sekundärluftpumpe 36 ein besonders hohes Druckniveau realisiert werden, wobei die Sekundärluftpumpe 36 die Sekundärluft von der Saugseite zu einer Druckseite der Sekundärluftpumpe 36 fördert und über die Druckseite zu der Einleitstelle E und an der Einleitstelle E in den Abgastrakt 18 hineinfördert. Es ist erkennbar, dass durch den Vorverdichter 38 eine Druckerhöhung der Sekundärluft insbesondere auf der Saugseite der Sekundärluftpumpe 36 realisiert werden kann, wodurch die Sekundärluft gegen den Druck p3 in den Abgastrakt 18 und dabei insbesondere in den Auslasskanal hineingefördert, mithin eingeblasen werden kann.In order to now be able to implement a particularly advantageous secondary air injection, the secondary air system 32 has a secondary air pump 36 which is arranged in the secondary air line 34 and can preferably be operated electrically, by means of which the secondary air can be conveyed through the secondary air line 34 and can be conveyed into the exhaust tract 18 at the introduction point E. It can be seen that the secondary air pump 36 is provided in addition to the compressor 28 . The secondary air system also includes 32 a pre-compressor 38 provided in addition to the compressor 28 and in addition to the secondary air pump 36, which in 1 shown embodiment in the secondary air line 34 and is arranged upstream of the secondary air pump 36. As in 1 is illustrated by a dashed arrow 40, the supercharger 38 can be driven by at least part of the fresh air compressed by means of the compressor 28, and consequently by at least part of the charge air. This means that at least part of the charge air can be fed to the supercharger 38, specifically from a point arranged downstream of the compressor 28 and upstream of the charge air cooler 33, so that the charge air with which the supercharger 38 can be or is supplied has the charge pressure p2 having. By driving the supercharger 38, the secondary air flowing through the secondary air line 34 can be precompressed by means of the supercharger 38. Since the secondary air pump 36 is arranged downstream of the supercharger 38 in the secondary air line 34, the secondary air pump 36 is precompressed by means of the supercharger 38, i.e. compressed Secondary air can be supplied or is supplied. As a result, a particularly high pressure level can be achieved on a suction side of secondary air pump 36, with secondary air pump 36 pumping the secondary air from the suction side to a pressure side of secondary air pump 36 and via the pressure side to inlet point E and at inlet point E into exhaust tract 18. It can be seen that the precompressor 38 can increase the pressure of the secondary air, in particular on the suction side of the secondary air pump 36, as a result of which the secondary air can be conveyed against the pressure p3 into the exhaust gas tract 18 and in particular into the outlet channel, and can therefore be blown in.

2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine mögliche Ausführungsform des Vorverdichters 38. Der Vorverdichter 38 kann beispielsweise als Verdrängerkolben, Läufer oder Turbolader ausgebildet sein. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist der Vorverdichter 38 als Turbolader und somit als Strömungsmaschine ausgebildet. Dabei weist der Vorverdichter 38 ein Turbinenrad 42 auf, welches mit der den Druck p2 aufweisenden Ladeluft versorgbar und durch die den Ladedruck p2 aufweisende Ladeluft antreibbar und dadurch um eine Drehachse insbesondere relativ zu einem Gehäuse drehbar ist. Des Weiteren umfasst der Vorverdichter 38 ein Verdichterrad 44, welches über eine Welle 46 des Vorverdichters 38 von dem Turbinenrad 42 antreibbar und dadurch um die Drehachse insbesondere relativ zu dem Gehäuse drehbar ist. Durch Antreiben, mithin durch Drehen, des Verdichterrads 44 wird mittels des Verdichterrads 44 die den Druck p0 (Umgebungsdruck) aufweisende Sekundärluft vorverdichtet, insbesondere auf einen auch als Vordruck bezeichneten Druck, welcher größer als der Druck p0 und beispielsweise kleiner oder gleich dem Ladedruck p2 ist. Mittels der Sekundärluftleitung 34 wird die mittels des Verdichterrads 44 und somit mittels des Vorverdichters 38 verdichtete und den genannten Vordruck aufweisende Sekundärluft zu der Sekundärluftpumpe 36 geführt, welche somit mit der vorverdichteten und somit den Vordruck aufweisenden Sekundärluft versorgt wird und in der Folge die Sekundärluft zu der Einleitstelle E fördert und an der Einleitstelle E in den Abgastrakt 18 hineinfördert. Dadurch, dass die Ladeluft das Turbinenrad 42 antreibt, wird die Ladeluft von dem Druck p2 (Ladedruck) entspannt, beispielsweise auf einen Entspannungsdruck, welcher geringer als der Ladedruck p2 und größer oder gleich dem Druck p0 ist. Die das Turbinenrad 42 antreibende Ladeluft ist heiß und schmutzig, da sie beispielsweise Öl enthält, und wird daher, nachdem sie das Turbinenrad 42 angetrieben hat, einer Kurbelgehäuseentlüftung der Verbrennungskraftmaschine 10 zugeführt. Die mittels des Verdichterrads 44 verdichtete Sekundärluft ist vorteilhaft rein und vorteilhaft kalt. Es ist erkennbar, dass die das Turbinenrad 42 antreibende Ladeluft und die Sekundärluft, die mittels des Verdichterrads 44 verdichtet wird, voneinander getrennt gehalten werden, sodass die Sekundärluft vorteilhaft kühl und vorteilhaft rein ist. Somit muss nicht die üblicherweise heiße und schmutzige Ladeluft als Sekundärluft verwendet werden. 2 shows a possible embodiment of the supercharger 38 in a schematic representation. The supercharger 38 can be designed, for example, as a displacement piston, rotor or turbocharger. At the in 2 shown embodiment, the supercharger 38 is designed as a turbocharger and thus as a turbomachine. The supercharger 38 has a turbine wheel 42 which can be supplied with the charge air having the pressure p2 and can be driven by the charge air having the charge pressure p2 and is therefore rotatable about an axis of rotation, in particular relative to a housing. Furthermore, the supercharger 38 includes a compressor wheel 44, which can be driven by the turbine wheel 42 via a shaft 46 of the supercharger 38 and is therefore rotatable about the axis of rotation, in particular relative to the housing. By driving, i.e. by turning, the compressor wheel 44, the secondary air having the pressure p0 (ambient pressure) is precompressed by means of the compressor wheel 44, in particular to a pressure, also referred to as admission pressure, which is greater than the pressure p0 and, for example, less than or equal to the boost pressure p2 . By means of the secondary air line 34, the secondary air compressed by means of the compressor impeller 44 and thus by means of the precompressor 38 and having the stated admission pressure is guided to the secondary air pump 36, which is thus supplied with the precompressed secondary air and thus having the admission pressure and subsequently the secondary air to the Introduction point E promotes and conveys at the introduction point E into the exhaust tract 18 . Because the charge air drives the turbine wheel 42, the charge air is expanded from the pressure p2 (charge pressure), for example to an expansion pressure which is lower than the charge pressure p2 and greater than or equal to the pressure p0. The charge air driving the turbine wheel 42 is hot and dirty because it contains oil, for example, and is therefore supplied to a crankcase ventilation of the internal combustion engine 10 after it has driven the turbine wheel 42 . The secondary air compressed by the compressor wheel 44 is advantageously clean and advantageously cold. It can be seen that the charge air driving the turbine wheel 42 and the secondary air compressed by the compressor wheel 44 are kept separate so that the secondary air is advantageously cool and advantageously clean. This means that the usually hot and dirty charge air does not have to be used as secondary air.

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
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p2p2
Ladedruckboost pressure
p3p3
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p4p4
DruckPrint

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102015015484 B3 [0002]DE 102015015484 B3 [0002]

Claims (3)

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, gekennzeichnet durch: - 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; und - einen zusätzlich zu dem Verdichter (28) und zusätzlich zu der Sekundärluftpumpe (36) vorgesehenen, mit der Sekundärluft versorgbaren und durch zumindest einen Teil der mittels des Verdichters (28) verdichteten Luft antreibbaren Vorverdichter (38), mittels welchem unter Antreiben des Vorverdichters (38) die Sekundärluft vorverdichtbar und daraufhin der Sekundärluftpumpe (36) zuführbar ist.Internal combustion engine (10) for a motor vehicle, with an exhaust gas section (18) through which exhaust gas from combustion chambers (16) of the internal combustion engine (10) can flow, with an intake section (20) through which air can flow, by means of which the air can be supplied to the combustion chambers (16), with at least one exhaust gas turbocharger (24), which has a turbine (26) arranged in the exhaust tract (18) and a compressor (28) arranged in the intake tract (20) and drivable 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 branching point (A) arranged upstream of the compressor (28) and as secondary air, bypassing the combustion chambers (16 ) of the internal combustion engine (10) can be introduced into the exhaust tract (18), characterized by : - a secondary air pump (36) provided in addition to the compressor (28), by means of which d ie secondary air is to be conveyed through the secondary air line (34) and into the exhaust tract (18); and - a supercharger (38) provided in addition to the compressor (28) and in addition to the secondary air pump (36), which can be supplied with the secondary air and can be driven by at least part of the air compressed by the compressor (28), by means of which, while driving the supercharger (38) the secondary air can be precompressed and then fed to the secondary air pump (36). Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Abführleitung, mittels welcher die den Vorverdichter (38) antreibende Luft nach dem Antreiben des Vorverdichters (38) in ein Kurbelgehäuse (12) und/oder in eine Kurbelgehäuseentlüftung der Verbrennungskraftmaschine (10) einleitbar ist.Internal combustion engine (10) after claim 1 characterized by a discharge line, by means of which the air driving the precompressor (38) can be introduced into a crankcase (12) and/or into a crankcase ventilation of the internal combustion engine (10) after the precompressor (38) has been driven. Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorverdichter (38) als Verdrängerkolbenverdichter oder Turbomaschine ausgebildet ist.Internal combustion engine (10) after claim 1 or 2 , characterized in that the supercharger (38) is designed as a displacement piston compressor or turbomachine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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