DE102022116771A1 - Verbrennungskraftmaschine und verfahren zum betreiben von verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Verbrennungskraftmaschine und verfahren zum betreiben von verbrennungskraftmaschinen Download PDF

Info

Publication number
DE102022116771A1
DE102022116771A1 DE102022116771.2A DE102022116771A DE102022116771A1 DE 102022116771 A1 DE102022116771 A1 DE 102022116771A1 DE 102022116771 A DE102022116771 A DE 102022116771A DE 102022116771 A1 DE102022116771 A1 DE 102022116771A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
exhaust gas
turbine
gas turbocharger
bypass
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102022116771.2A
Other languages
English (en)
Inventor
Giuseppe Sammito
Sebastian Pudlik
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FEV Group GmbH
Original Assignee
FEV Group GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FEV Group GmbH filed Critical FEV Group GmbH
Priority to DE102022116771.2A priority Critical patent/DE102022116771A1/de
Publication of DE102022116771A1 publication Critical patent/DE102022116771A1/de
Priority to DE102023115671.3A priority patent/DE102023115671A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/22—Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/105—Final actuators by passing part of the fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • F02B37/10—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump at least one pump being alternatively or simultaneously driven by exhaust and other drive, e.g. by pressurised fluid from a reservoir or an engine-driven pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • F02B39/10—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/25—Layout, e.g. schematics with coolers having bypasses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

Verbrennungskraftmaschine, mit einem Motorblock (4), der einen oder mehr Zylinder (6) aufweist, mit einem Abgasturbolader (8, 8'), der eine stromab des Motorblocks (4) an-geordnete Turbine (10) aufweist, die zum Antreiben einer stromauf des Motorblocks angeordneten Verdichters (12) des Abgasturboladers (8) eingerichtet ist, wobei der Abgasturbolader (8, 8') ein elektrischer Abgasturbolader (8) ist und/oder ein ansaugseitiger Elektro-Booster (38) zum Verdichten von Ansaug-luft vorgesehen ist, wobei der Turbine (10) des Abgasturboladers (8, 8') ein Bypass (16, 16') zum Umgehen der Turbine (10) des Abgasturboladers (8, 8') zugeordnet ist, wobei der Bypass (16, 16') eine Steuerklappe (18) zum Einstellen eines Volumenstroms durch den Bypass (16, 16') aufweist und wobei stromauf der Turbine (10) des Abgasturboladers (8, 8') eine Steuerklappe (20) zum Einstellen eines Volumenstroms durch die Turbine (10) des Abgasturboladers (8, 8') angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Verbrennungskraftmaschinen und Verfahren zum Betreiben von Verbrennungskraftmaschinen.
  • Moderne Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen sollen möglichst effizient und zudem mit möglichst geringem Schadstoffausstoß betrieben werden.
  • Erfindungsgemäß wird eine Verbrennungskraftmaschine angegeben, mit einem Motorblock, der einen oder mehr Zylinder aufweist, mit einem Abgasturbolader, der eine stromab des Motorblocks angeordnete Turbine aufweist, die zum Antreiben eines stromauf des Motorblocks angeordneten Verdichters des Abgasturboladers eingerichtet ist, wobei der Abgasturbolader ein elektrischer Abgasturbolader ist und/oder ein ansaugseitiger Elektro-Booster zum Verdichten von Ansaugluft vorgesehen ist, wobei der Turbine des Abgasturboladers ein Bypass zum Umgehen der Turbine des Abgasturboladers zugeordnet ist, wobei der Bypass eine Steuerklappe zum Einstellen eines Volumenstroms durch den Bypass aufweist und wobei stromauf der Turbine des Abgasturboladers eine Steuerklappe zum Einstellen eines Volumenstroms durch die Turbine des Abgasturboladers angeordnet ist.
  • Der Bypass kann als Wastegate ausgeführt sein.
  • Die Begriffe „stromauf“ und „stromab“ beziehen sich auf die Richtung des Abgasstroms durch die betreffende Verbrennungskraftmaschine.
  • Die Steuerklappen dienen insbesondere dazu, nach einem Kaltstart des Motors ein zügiges Aufwärmen einer der Turbine des Abgasturboladers nachgeschalteten Abgasnachbehandlungseinrichtung zu ermöglichen, in dem Abgas an der Turbine vorbeigeführt und demnach nicht in der Turbine entspannt und abgekühlt wird. Um während dieser Aufwärmphase der Abgasnachbehandlungseinrichtung den erforderlichen Ladedruck bereitzustellen, werden der Elektro-Booster und/oder der elektrische Abgasturbolader verwendet.
  • Die Steuerklappe stromauf der Turbine kann dazu dienen, einen notwendigen Rückstau zum Ermöglichen einer Abgasrückführung zu erzeugen, insbesondere für den Fall, dass die Turbine teilweise oder vollständig mit dem Bypass umgangen wird. Insbesondere weist der Bypass eine möglichst niedrige thermische Trägheit auf, sodass die Wärmeverluste im Abgas möglichst geringgehalten werden können.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine kann vorgesehen sein, dass der Abgasturbolader mit einer Batterie gekoppelt ist und/oder der Abgasturbolader mit einer Batterie gekoppelt ist und die Batterie mit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist, wobei die elektrische Maschine insbesondere Teil eines Startergenerators ist.
  • Die elektrische Maschine kann über ein Getriebe oder einen Riementrieb mit einer Kurbelwelle verbunden sein. Alternativ kann die elektrische Maschine direkt mit der Kurbelwelle oder einer Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden sein. Die elektrische Maschine kann in ein Getriebe integriert sein. Die elektrische Maschine kann direkt eine Abtriebswelle eines Fahrzeugs antreiben, die nicht mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist.
  • So kann überschüssige Energie des Abgasturboladers genutzt und die Effizienz der Verbrennungskraftmaschine gesteigert werden. Weiter kann durch die Kopplung der Turbine mit einer Batterie und/oder der Batterie mit der elektrischen Maschine die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung bei hohen Lasten reduziert werden, da dem Abgasstrom Energie entzogen wird. Auf diese Weise kann die Lebensdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung erhöht werden.
  • Erfindungsgemäß wird eine weitere Verbrennungskraftmaschine angegeben, mit einem Motorblock, der einen oder mehr Zylinder aufweist, mit einem Abgasturbolader, der eine stromab des Motorblocks angeordnete Turbine aufweist, die zum Antreiben eines stromauf des Motorblocks angeordneten Verdichters des Abgasturboladers eingerichtet ist, wobei der Abgasturbolader ein elektrischer Abgasturbolader ist und/oder ein ansaugseitiger Elektro-Booster zum Verdichten von Ansaugluft vorgesehen ist, wobei der Turbine des Abgasturboladers ein Bypass zum Umgehen der Turbine des Abgasturboladers zugeordnet ist, wobei der Bypass eine Steuerklappe zum Einstellen eines Volumenstroms durch den Bypass aufweist, wobei der Abgasturbolader mit einer Batterie gekoppelt ist und/oder wobei der Abgasturbolader mit einer Batterie gekoppelt ist und die Batterie mit einer elektrischen Maschinegekoppelt ist, wobei die elektrische Maschine insbesondere Teil eines Startergenerators ist.
  • Die elektrische Maschine kann über ein Getriebe oder einen Riementrieb mit einer Kurbelwelle verbunden sein. Alternativ kann die elektrische Maschine direkt mit der Kurbelwelle oder einer Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden sein. Die elektrische Maschine kann in ein Getriebe integriert sein. Die elektrische Maschine kann direkt eine Abtriebswelle eines Fahrzeugs antreiben, die nicht mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist.
  • So kann überschüssige Energie des Abgasturboladers genutzt und die Effizienz der Verbrennungskraftmaschine gesteigert werden. Weiter kann durch die Kopplung der Turbine mit einer Batterie und/oder der Batterie mit derm elektrischen Masschsine die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung bei hohen Lasten reduziert werden, da dem Abgasstrom Energie entzogen wird. Auf diese Weise kann die Lebensdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung erhöht werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der weiteren Verbrennungskraftmaschine kann vorgesehen sein, dass stromauf der Turbine des Abgasturboladers eine Steuerklappe zum Einstellen eines Volumenstroms durch die Turbine des Abgasturboladers angeordnet ist. Die Steuerklappe stromauf der Turbine kann dazu dienen, einen notwendigen Rückstau zum Ermöglichen einer Abgasrückführung zu erzeugen, insbesondere für den Fall, dass die Turbine teilweise oder vollständig mit dem Bypass umgangen wird.
  • Jede der vorgenannten Verbrennungskraftmaschinen kann sich dadurch auszeichnen, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die einen Volumenstrom durch den Bypass in Abhängigkeit von einer Temperatur eines Abgasnachbehandlungssystems regelt, wobei der Volumenstrom durch den Bypass nach dem Erreichen einer vorgegebenen Temperaturschwelle mit über die Temperaturschwelle zunehmender Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems reduziert wird.
  • Jede der vorgenannten Verbrennungskraftmaschinen kann dadurch gekennzeichnet sein, dass eine Abgasrückführung mit einer Kühleinrichtung zum Kühlen des rückgeführten Abgases vorgesehen ist, wobei ein Bypass zum Umgehen der Kühleinrichtung vorgesehen ist, wobei der Bypass eine Steuerklappe zum Regeln eines Volumenstroms durch den Bypass aufweist.
  • Jede der vorgenannten Verbrennungskraftmaschinen kann dadurch gekennzeichnet sein, dass eine Ladeluftkühlung vorgesehen ist.
  • Jede der vorgenannten Verbrennungskraftmaschinen kann dadurch gekennzeichnet sein, dass der Abgasturbolader eine feste Turbinengeometrie oder eine variable Turbinengeometrie aufweist.
  • Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine angegeben, wobei die Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 1 ausgebildet ist, mit den Verfahrensschritten: Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine; Regeln eines Volumenstroms der Turbine durch eine Steuerung der Steuerklappe des Bypasses der Turbine und durch eine Steuerung der stromauf der Turbine angeordneten Steuerklappe, wobei ein Abgasvolumenstrom teilweise oder vollständig über den Bypass an der Turbine vorbeigeführt wird, bis eine vorgesehene Konvertierungstemperatur eines Abgasnachbehandlungssystems erreichet ist; Verdichten ansaugseitiger Umgebungsluft mittels des elektrischen Abgasturboladers im Batteriebetrieb und/oder des ansaugseitigen Elektro-Boosters im Batteriebetrieb. So kann auch im Kaltstart der erforderliche Ladedruck bereitgestellt werden.
  • Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine angegeben, wobei die Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 3 ausgebildet ist, mit den Verfahrensschritten: Betreiben der Turbine, wobei ein Abgasnachbehandlungssystem eine vorgesehene Konvertierungstemperatur erreicht hat, und wobei der Bypass teilweise oder vollständig geschlossen ist; Rekuperieren von Energie, in dem eine Batterie, die mit dem elektrischen Abgasturbolader und/oder dem Elektro-Booster gekoppelt ist, mittels der Turbine geladen wird.
  • Alternativ oder ergänzend kann ein Antreiben des Startergenerators mittels der durch die Turbine rekuperierten elektrischen Energie erfolgen. Dieser Modus ist mit einem sogenannten Turbocompound vergleichbar.
  • Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine angegeben, wobei die Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 5 ausgebildet ist, mit den Verfahrensschritten: Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine; Regeln des Volumenstroms der Turbine durch eine Steuerung der Steuer-klappe des Bypasses der Turbine, wobei der Volumenstrom durch den Bypass in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems geregelt wird, wobei der Volumenstrom durch den Bypass nach dem Erreichen der vorgegebenen Temperaturschwelle mit über die Temperaturschwelle zunehmender Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems reduziert wird.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch:
    • 1 eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine;
    • 2 eine weitere erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine;
    • 3 eine weitere erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine;
    • 4 eine weitere erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine.
  • 1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 2. Die Verbrennungskraftmaschine 2 hat einen Motorblock 4, der vier Zylinder 6 aufweist.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 2 hat einen Abgasturbolader 8. Der Abgasturbolader 8 hat eine stromab des Motorblocks 4 angeordnete Turbine 10, die zum Antreiben einer stromauf des Motorblocks 4 angeordneten Verdichters 12 des Abgasturboladers 8 eingerichtet ist. Der Abgasturbolader 8 ist ein elektrischer Abgasturbolader, mit einer Batterie- und Motoreinheit 14, die zur Energieversorgung des elektromotorisch antreibbaren Verdichters 12 des Abgasturboladers 8 eingerichtet ist.
  • Der Turbine 10 des Abgasturboladers 8 ist ein Bypass 16 zum Umgehen der Turbine 10 des Abgasturboladers 8 zugeordnet. Der Bypass 16 hat eine Steuerklappe 18 zum Einstellen eines Volumenstroms durch den Bypass 16.
  • Stromauf der Turbine 10 des Abgasturboladers 8 ist eine Steuerklappe 20 zum Einstellen eines Volumenstroms durch die Turbine 10 des Abgasturboladers 8 angeordnet.
  • Der Abgasturbolader 8 ist mit der Batterie- und Motoreinheit 14 gekoppelt. Die Batterie- und Motoreinheit 14 ist mit einer elektrischen Maschine gekoppelt, die vorliegend ein Startergenerator 22 ist. Der Startergenerator 22 ist über eine Getriebeeinheit 23 mit einer Kurbelwelle 25 verbunden. Die Getriebeeinheit 23 kann einen Riementrieb, ein Zahnradgetriebe oder dergleichen aufweisen. Insbesondere ist der Startergenerator 22 ein riemengetriebener Startergenerator 22. Der Startergenerator 22 ist mittels der Kurbelwelle 25 und/oder mittels der von der Batterie- und Motoreinheit 14 bereitgestellten elektrischen Leistung antreibbar.
  • Stromab der Turbine 10 ist ein Abgasnachbehandlungssystem 24 angeordnet. Das Abgasnachbehandlungssystem 24 kann einen oder mehrere Katalysatoren aufweisen. Das Abgasnachbehandlungssystem 24 kann ein SCR-Katalysator sein, d.h. zur selektiven katalytischen Reduktion eingerichtet sein.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 2 hat eine Abgasrückführung 26 mit einer Kühleinrichtung 28, die zum Kühlen des rückgeführten Abgases vorgesehen ist. Die Abgasrückführung 26 hat einen Bypass 30 zum Umgehen der Kühleinrichtung 28. Der Bypass hat Steuerklappen 32, 34 zum Regeln eines Volumenstroms durch den Bypass 30 und durch die Kühleinrichtung 28.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 2 hat eine Ladeluftkühlung 36.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 2 kann nach einem Kaltstart mit geschlossener Klappe 20 und geöffneter Klappe 18 betrieben werden. So kann das Erwärmen der Abgasnachbehandlungseinrichtung 24 beschleunigt werden, in dem Abgas durch den Bypass 16 an der Turbine 10 vorbei unmittelbar in die Abgasnachbehandlungseinrichtung 24 geleitet wird.
  • Um das Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung 24 weiter zu unterstützen, kann rückgeführtes Abgas durch die Abgasrückführung 26 an der Kühleinrichtung 28 vorbei durch den Bypass 30 geleitet werden.
  • Mit dem Erreichen einer Schwelltemperatur innerhalb der Abgasnachbehandlungseinrichtung 24 von z.B. 180°C kann die Klappe 18 sukzessive mit weiter steigenden Temperaturen der Abgasnachbehandlungseinrichtung 24 geschlossen werden, während die Klappe 20 schrittweise geöffnet wird. Die Begriffe „Klappe“ und „Steuerklappe“ werden im vorliegenden Text synonym verwendet. Gleichermaßen kann mit steigender Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung 24 rückgeführtes Abgas mehr und mehr durch die Kühleinrichtung 28 geleitet werden, während der Bypass 30 schrittweise geschlossen wird.
  • Der Volumenstrom durch die Turbine 10 und der Volumenstrom durch die Kühleinrichtung 28 werden daher in Abhängigkeit von der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung 24 gesteuert.
  • Während der Aufwärmphase der Abgasnachbehandlungseinrichtung 24 kann der Verdichter 12 elektromotorisch mittels der Batterie- und Motoreinheit 14 angetrieben werden bzw. der Antrieb des Verdichters 12 kann mittels der Batterie- und Motoreinheit 14 unterstützt werden, so dass auch nach dem Kaltstart ein ausreichender Ladedruck vorhanden ist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die durch die Turbine 10 rekuperierte Elektrizität zum Antreiben des Startergenerators 22 und/oder zum Aufladen der Batterie der Batterie- und Motoreinheit 14 verwendet wird. Insbesondere für den Fall, dass das Abgasnachbehandlungseinrichtung 24 die erforderliche Betriebstemperatur erreicht hat, kann überschüssige Energie aus der Turbine 10 durch Rekuperation in der Batterie der Batterie- und Motoreinheit 14 gespeichert werden und zum Antrieb des Startergenerators 22 verwendet werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Turbine 10 zum Laden einer dem Startergenerator 22 zugeordneten Batterie verwendet wird. Es kann vorgesehen sein, dass der elektrische Abgasturbolader 8 und der Startergenerator 22 mit derselben Batterie verbunden sind, hier der Batterie der Batterie- und Motoreinheit 14.
  • 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine 2'. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird lediglich auf die Unterschiede zu dem voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eingegangen, wobei gleichen Merkmalen gleiche Bezugszeichen zugeordnet werden.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 2' unterscheidet sich dadurch von der Verbrennungskraftmaschine 2, dass der Bypass 16' in Form eines Wastegates 16' ausgestaltet ist. Das Wastegate 16' lässt auch im vollständig geöffneten Zustand noch einen Teilvolumenstrom durch die Turbine 10 zu.
  • 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine 2". Zur Vermeidung von Wiederholungen wird lediglich auf die Unterschiede zu den voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen, wobei gleichen Merkmalen gleiche Bezugszeichen zugeordnet werden.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 2" unterscheidet sich dadurch von den Verbrennungskraftmaschinen 2 und 2', dass keine Steuerklappe 20 stromauf der Turbine 10 vorgesehen ist.
  • 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine 2'''. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird lediglich auf die Unterschiede zu den voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen, wobei gleichen Merkmalen gleiche Bezugszeichen zugeordnet werden.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 2''' unterscheidet sich dadurch von den Verbrennungskraftmaschinen 2, 2', 2'', dass statt des elektrischen Turboladers ein konventioneller Abgasturbolader 8' und ein Elektro-Booster 38 mit einer Batterie 14' vorgesehen sind. Der Elektro-Booster 38 dient dazu, während der Aufwärmphase der Abgasnachbehandlungseinrichtung 24 den erforderlichen Ladedruck bereitzustellen.
  • Für die Verbrennungskraftmaschinen 2', 2'' und 2''' gilt, dass der Volumenstrom durch die Turbine 10 und der Volumenstrom durch die Kühleinrichtung 28 in Abhängigkeit von der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung 24 gesteuert wird.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Wastegate bzw. die Bypassöffnung schrittweise nach dem Übersteigen einer Temperatur von 180° geschlossen wird:
    Temperatur Abgasnachbehandlungseinrichtung (SCR) Wastegate oder Bypassöffnung
    [°C] [mm]
    < 180 30 (maximale Öffnung)
    ≥ 200 20
    ≥ 220 10
    ≥ 240 5
    ≥ 260 4
    ≥ 280 3
    ≥ 300 2
    ≥ 325 1
    ≥ 350 0
  • Die Vorteile der beschriebenen Steuerung sind ein geringerer Kraftstoffverbrauch aufgrund der Rekuperation und der Kopplung mit dem Startergenerator, wobei ein Reduzieren der Motordrehzahl ermöglicht wird.
  • Weiter wird ein schnelleres Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere mit SCR, beim Kaltstart ermöglicht und es erfolgt dennoch die Bereitstellung des erforderlichen Ladedrucks durch den elektrischen Abgasturbolader oder den Elektro-Booster.
  • Es können niedrigere Temperaturen der Abgasnachbehandlungseinrichtung bei höheren Lasten eingestellt werden, was die thermische Alterung der Katalysatorbeschichtung verringert.

Claims (10)

  1. Verbrennungskraftmaschine, - mit einem Motorblock (4), der einen oder mehr Zylinder (6) aufweist, - mit einem Abgasturbolader (8, 8'), der eine stromab des Motorblocks (4) angeordnete Turbine (10) aufweist, die zum Antreiben eines stromauf des Motorblocks angeordneten Verdichters (12) des Abgasturboladers (8) eingerichtet ist, - wobei der Abgasturbolader (8, 8') ein elektrischer Abgasturbolader (8) ist und/oder ein ansaugseitiger Elektro-Booster (38) zum Verdichten von Ansaugluft vorgesehen ist, - wobei der Turbine (10) des Abgasturboladers (8, 8') ein Bypass (16, 16') zum Umgehen der Turbine (10) des Abgasturboladers (8, 8') zugeordnet ist, - wobei der Bypass (16, 16') eine Steuerklappe (18) zum Einstellen eines Volumenstroms durch den Bypass (16, 16') aufweist und - wobei stromauf der Turbine (10) des Abgasturboladers (8, 8') eine Steuerklappe (20) zum Einstellen eines Volumenstroms durch die Turbine (10) des Abgasturboladers (8, 8') angeordnet ist.
  2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der Abgasturbolader (8, 8') mit einer Batterie (14) gekoppelt ist und/oder - der Abgasturbolader (8, 8') mit einer Batterie (14) gekoppelt ist und die Batterie (14) mit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist, wobei die elektrische Maschine insbesondere Teil eines Startergenerators (22) ist.
  3. Verbrennungskraftmaschine, - mit einem Motorblock (4), der einen oder mehr Zylinder (6) aufweist, - mit einem Abgasturbolader (8, 8'), der eine stromab des Motorblocks (4) angeordnete Turbine (10) aufweist, die zum Antreiben eines stromauf des Motorblocks angeordneten Verdichters (12) des Abgasturboladers (8) eingerichtet ist, - wobei der Abgasturbolader (8, 8') ein elektrischer Abgasturbolader (8) ist und/oder ein ansaugseitiger Elektro-Booster (38) zum Verdichten von Ansaugluft vorgesehen ist, - wobei der Turbine (10) des Abgasturboladers (8, 8') ein Bypass (16, 16') zum Umgehen der Turbine (10) des Abgasturboladers (8, 8') zugeordnet ist, - wobei der Bypass (16, 16') eine Steuerklappe (18) zum Einstellen eines Volumenstroms durch den Bypass (16, 16') aufweist und - wobei der Abgasturbolader (8, 8') mit einer Batterie (14) und/oder - wobei der Abgasturbolader (8, 8') mit einer Batterie (14) gekoppelt ist und die Batterie (14) mit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist, wobei die elektrische Maschine insbesondere Teil eines Startergenerators (22) ist.
  4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf der Turbine (10) des Abgasturboladers (8, 8') eine Steuerklappe (20) zum Einstellen eines Volumenstroms durch die Turbine (10) des Abgasturboladers (8, 8') angeordnet ist.
  5. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die einen Volumenstrom durch den Bypass (16, 16') in Abhängigkeit von einer Temperatur eines Abgasnachbehandlungssystems (24) regelt, - wobei der Volumenstrom durch den Bypass (16, 16') nach dem Erreichen einer vorgegebenen Temperaturschwelle mit über die Temperaturschwelle zunehmender Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems (24) reduziert wird.
  6. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Abgasrückführung (26) mit einer Kühleinrichtung (28) zum Kühlen des rückgeführten Abgases vorgesehen ist, - wobei ein Bypass (30) zum Umgehen der Kühleinrichtung (28) vorgesehen ist, - wobei der Bypass (30) eine Steuerklappe (32, 34) zum Regeln eines Volumenstroms durch den Bypass (30) aufweist.
  7. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Ladeluftkühlung (36) vorgesehen ist.
  8. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 1 ausgebildet ist, mit den Verfahrensschritten: - Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine; - Regeln eines Volumenstroms der Turbine (10) durch eine Steuerung der Steuerklappe (18) des Bypasses (16, 16') der Turbine (10) und durch eine Steuerung der stromauf der Turbine angeordneten Steuerklappe (20), wobei ein Abgasvolumenstrom teilweise oder vollständig über den Bypass (16) an der Turbine (10) vorbeigeführt wird, bis eine vorgesehene Konvertierungstemperatur eines Abgasnachbehandlungssystems (24) erreichet ist; - Verdichten ansaugseitiger Umgebungsluft mittels des elektrischen Abgasturboladers (8) im Batteriebetrieb und/oder des ansaugseitigen Elektro-Boosters (38) im Batteriebetrieb.
  9. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 3 ausgebildet ist, mit den Verfahrensschritten: - Betreiben der Turbine (10), wobei ein Abgasnachbehandlungssystem (24) eine vorgesehene Konvertierungstemperatur erreicht hat, und wobei der Bypass (16) teilweise oder vollständig geschlossen ist; - Rekuperieren von Energie, in dem eine Batterie (14), die mit dem elektrischen Abgasturbolader (8) und/oder dem Elektro-Booster (38) gekoppelt ist, mittels der Turbine (10) geladen wird, und/oder Antreiben der elektrischen Maschine, insbesondere des Startergenerators (22), mittels der durch die Turbine (10) rekuperierten elektrischen Energie.
  10. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 5 ausgebildet ist, mit den Verfahrensschritten: - Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine; - Regeln des Volumenstroms der Turbine (10) durch eine Steuerung der Steuer-klappe (18) des Bypasses (16, 16') der Turbine (10), - wobei der Volumenstrom durch den Bypass (16) in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems (24) geregelt wird, - wobei der Volumenstrom durch den Bypass (16) nach dem Erreichen der vorgegebenen Temperaturschwelle mit über die Temperaturschwelle zunehmender Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems reduziert wird.
DE102022116771.2A 2022-06-30 2022-07-05 Verbrennungskraftmaschine und verfahren zum betreiben von verbrennungskraftmaschinen Withdrawn DE102022116771A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022116771.2A DE102022116771A1 (de) 2022-07-05 2022-07-05 Verbrennungskraftmaschine und verfahren zum betreiben von verbrennungskraftmaschinen
DE102023115671.3A DE102023115671A1 (de) 2022-06-30 2023-06-15 Verbrennungskraftmaschine und verfahren zum betreiben von verbrennungskraftmaschinen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022116771.2A DE102022116771A1 (de) 2022-07-05 2022-07-05 Verbrennungskraftmaschine und verfahren zum betreiben von verbrennungskraftmaschinen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022116771A1 true DE102022116771A1 (de) 2022-10-27

Family

ID=83507988

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022116771.2A Withdrawn DE102022116771A1 (de) 2022-06-30 2022-07-05 Verbrennungskraftmaschine und verfahren zum betreiben von verbrennungskraftmaschinen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022116771A1 (de)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011084782B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung
EP2795075B1 (de) Verfahren zum betreiben eines antriebsaggregates und antriebsaggregat
DE102008064521B4 (de) Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader
DE102010027220B4 (de) Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine
EP3026244B1 (de) Verfahren zur kaltstartvorwärmung einer aufgeladenen brennkraftmaschine und/oder einer abgasnachbehandlungseinrichtung
DE102015001797A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Anhebung und/oder Absenkung einer Abgastemperatur einer Brennkraftmaschine mit einer in einer Abgasleitung angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung
DE102012200788A1 (de) Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Kompressors
DE102010005831A1 (de) Abgasstrang für eine Brennkraftmaschine sowie Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102016218990A1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit gekühlter Abgasrückführung
DE102010011026A1 (de) Brennkraftmaschine mit einem Turbolader
DE102007058964A1 (de) System und Verfahren zur Aufladung einer Brennkraftmaschine
EP1873372A1 (de) Verfahren zur Steigerung des Ladedruckaufbaus bei aufgeladenen Verbrennungskraftmaschinen
EP3056705B1 (de) Turbo-aufgeladene brennkraftmaschine mit einem fremdgezündeten verbrennungsmotor und verfahren zum betreiben einer derartigen brennkraftmaschine
WO2012113425A1 (de) Abgasturboladeranordnung
DE102022116771A1 (de) Verbrennungskraftmaschine und verfahren zum betreiben von verbrennungskraftmaschinen
DE102022116415A1 (de) Verbrennungskraftmaschine
DE102023115671A1 (de) Verbrennungskraftmaschine und verfahren zum betreiben von verbrennungskraftmaschinen
WO2019238297A1 (de) Verfahren und steuergerät zum betreiben einer antriebsvorrichtung, antriebsvorrichtung
DE102017123492A1 (de) Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
DE102019006517A1 (de) Verbrennungskraftmaschine mit einem Agasturbolader und einer Ladeeinheit und Verfahren für eine Verbrennungskraftmaschine
DE10217589A1 (de) Verfahren zum Aufheizen eines Katalysators im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine
DE102018214669B4 (de) Brennkraftmaschine, Motorsteuerung und Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors
DE102012011086A1 (de) Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschine
EP4092255B1 (de) Betrieb einer brennkraftmaschine mit einem elektrischen frischgasverdichter und mit einer abgasturbine mit bypassleitung und vtg
DE102018220383A1 (de) Verfahren zur Regulierung einer Temperatur in einem Abgassystem

Legal Events

Date Code Title Description
R230 Request for early publication
R084 Declaration of willingness to licence
R118 Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority