WO2019219701A1 - Verbrennungskraftmaschine für ein kraftfahrzeug, insbesondere für einen kraftwagen, sowie verfahren zum betreiben einer solchen verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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Nils Brinkert
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Internal combustion engine for a motor vehicle in particular for a motor vehicle, and method for operating such an internal combustion engine
  • the invention relates to an internal combustion engine for a motor vehicle
  • the invention relates to a method for operating such
  • the internal combustion engine comprises an exhaust system through which exhaust gas of the internal combustion engine can flow, in which at least one exhaust gas aftertreatment element is arranged for after-treatment of the exhaust gas.
  • the internal combustion engine comprises at least one exhaust gas turbocharger, which has a turbine arranged in the exhaust system and a compressor.
  • the turbine comprises a turbine wheel drivable by the exhaust gas and arranged upstream of the at least one exhaust gas aftertreatment element.
  • the compressor comprises a compressor wheel that can be driven by the turbine wheel, by means of which air, which is to be supplied to at least one combustion chamber of the internal combustion engine, can be compressed.
  • the internal combustion engine comprises at least one electric machine, by means of which at least the turbine wheel can be driven electrically or by electric motor.
  • a bypass device is provided which has at least one bypass line.
  • the bypass line bypasses the turbine wheel, so that the turbine wheel can be bypassed via the bypass line at least by a part of the exhaust gas flowing through the exhaust system. This means that the exhaust gas flowing through the exhaust system bypasses the turbine wheel and thus does not drive the turbine wheel. In other words, the turbine wheel is not driven by the exhaust gas flowing through the bypass line.
  • DE 10 2007 017 777 A1 discloses a turbocharger arrangement for a motor vehicle, with at least one turbocharger stage comprising a turbine and a turbine
  • Object of the present invention is to further develop an internal combustion engine and a method of the type mentioned in such a way that a particularly low-emission operation of the internal combustion engine can be realized.
  • Exhaust aftertreatment element bypasses, so that also the at least one
  • Exhaust aftertreatment element is at least to be avoided by the part of the exhaust gas.
  • a valve element is arranged in the bypass line, by means of which a quantity of the bypass line flowing through and thereby the turbine wheel and the at least one exhaust gas treatment element bypassing the exhaust gas is adjustable.
  • the at least one exhaust aftertreatment element is preferably a near-engine exhaust aftertreatment element, which is arranged close to the combustion chamber.
  • the at least one exhaust aftertreatment element can exactly one
  • exhaust aftertreatment component for post-treatment of the exhaust gas, or the at least one exhaust aftertreatment element is a
  • Exhaust after-treatment group which has a plurality of exhaust aftertreatment components for post-treatment of the exhaust gas.
  • the at least one exhaust gas aftertreatment element at least or exactly one
  • Catalyst in particular a three-way catalyst having.
  • the at least one exhaust aftertreatment element in the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust system, the first arranged in the exhaust system downstream of the combustion chamber and for the aftertreatment of the Exhaust gas formed exhaust aftertreatment element of the internal combustion engine is.
  • the internal combustion engine is designed as a gasoline engine.
  • the motor vehicle is designed as a hybrid vehicle.
  • the at least one exhaust aftertreatment element can bypass and in that the amount of the bypass line
  • the flowing exhaust gas can be adjusted as needed by means of the valve element, at least temporarily a poor efficiency of the turbine and thus the exhaust gas turbocharger can be adjusted in particular in its function as a compressor.
  • a poor efficiency is of particular advantage, since a particularly high amount of energy dissipates. This results in a large amount of heat loss, the temperature increase or for heating the at least one
  • Exhaust after-treatment element and / or at least one further, optionally provided and arranged in the exhaust system exhaust aftertreatment element can be used.
  • the respective exhaust system exhaust aftertreatment element can be used.
  • Exhaust after-treatment element particularly fast and thus be brought over a particularly short time after a cold start or restart of the internal combustion engine to an advantageous operating temperature, so that then the exhaust gas can be aftertreated particularly well. As a result, a particularly low-emission operation can be guaranteed.
  • Bypass line is fluidly connected to the exhaust system at an upstream of the turbine wheel and upstream of the at least one exhaust aftertreatment element arranged branching, so that at least the portion of the exhaust gas at the branch point from the exhaust system can be branched by means of the bypass line and in the
  • Bypass line can be introduced, wherein the bypass line at a downstream of the turbine and arranged downstream of the at least one exhaust aftertreatment device is fluidly connected to the exhaust system, so that the exhaust gas flowing through the bypass line at the point of discharge from the bypass line can be discharged and introduced into the exhaust system.
  • downstream of the discharge point at least one further exhaust gas aftertreatment element is arranged for the aftertreatment of the exhaust gas in the exhaust system.
  • the further exhaust gas aftertreatment element is arranged downstream of the discharge point for the aftertreatment of the exhaust gas in the exhaust system.
  • Exhaust after-treatment element has at least one particle filter.
  • the at least one exhaust aftertreatment element has a three-way catalyst.
  • the at least one exhaust aftertreatment element in the flow direction of the exhaust system is provided.
  • Exhaust after-treatment element of the internal combustion engine is.
  • bypass also bypasses the at least one exhaust aftertreatment element, so that at least one
  • Exhaust aftertreatment element is at least bypassed by the part of the exhaust gas.
  • a valve element is arranged in the bypass line, by means of which a quantity of the bypass line flowing through and thereby the turbine wheel and the at least one exhaust gas treatment element bypassing exhaust gas is adjusted.
  • the turbine by means of the electric machine for a period of at least substantially or in about five seconds in a forward rotational direction, in which the turbine wheel is driven or driven by the exhaust gas flowing through the exhaust system, in particular in a normal operation, is rotated by a motor, in particular while the internal combustion engine is deactivated when an outside temperature and / or a temperature of a cooling medium, in particular a cooling liquid , for cooling the internal combustion engine is less than a predetermined limit.
  • the cooling medium is, for example, water or comprises water, so that the cooling medium is also referred to as cooling water.
  • the electric machine upon detection of a shortly successive cold starts of the internal combustion engine or a restart of the internal combustion engine after a stop phase for outdoor temperatures or cooling water temperatures less than a predetermined limit for a period of about 5 seconds, the electric machine is operated in the forward direction of rotation, whereby the turbine or the turbine wheel is rotated in the forward direction of rotation ,
  • the method is a method for heating the at least one exhaust aftertreatment element and / or the aforementioned, optionally provided further exhaust aftertreatment element, so that a particularly low-emission operation can be ensured.
  • valve element is open to the maximum, that is set approximately to maximum opening.
  • the turbine wheel is rotated by means of the electric machine in a reverse direction of rotation opposite to the forward direction of rotation, in particular during the internal combustion engine is deactivated.
  • exhaust gas the effluent gas from the internal combustion engine
  • the effluent gas from the internal combustion engine is referred to as exhaust gas, even if the internal combustion engine is deactivated because the gas, which promptly after stopping the
  • Reverse direction of rotation or in the forward direction of rotation circulation or recirculation of the exhaust gas can be effected, which in the context of Circulation or recirculation of the branch point by the
  • the exhaust gas On its way from the point of introduction to the branching point, the exhaust gas first flows through the at least one
  • At least one exhaust gas aftertreatment element is heated particularly advantageously by the circulating exhaust gas, so that, for example, a particularly advantageous operating temperature of the at least one exhaust aftertreatment element can be set particularly fast. This can be a particularly low-emission operation
  • the exhaust gas is conveyed and compressed by means of the turbine wheel. Since the turbine as compressor, by means of which the exhaust gas is compressed, has an advantageously low efficiency, the exhaust gas is strongly heated, so that the at least one exhaust aftertreatment element can advantageously be heated.
  • the electric machine is in a motor operation, that is, motorized and thus operated as an electric motor. Furthermore, it is conceivable that the electric machine in a generator mode and thus as a generator
  • the generator mode for example, the electric machine, in particular via a shaft, of the
  • the electric machine provides electrical energy or
  • electrical power ready which, for example, stored and / or at least one electrical load, in particular directly, can be supplied.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an inventive
  • Fig. 2 shows a detail of a schematic representation of
  • FIG. 3 in part a schematic representation of
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the internal combustion engine according to a further embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the internal combustion engine according to a further embodiment
  • Fig. 6 is a schematic representation of the internal combustion engine according to another embodiment.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine 10 for a motor vehicle, which preferably as a motor vehicle, in particular
  • the motor vehicle can by means of
  • Internal combustion engine 10 a cylinder housing 12, which forms a plurality of combustion chambers, in the present case in the form of cylinders 14 or limited. During a fired operation of the internal combustion engine 10, combustion processes take place in the cylinders 14, resulting in exhaust gas of the internal combustion engine 10.
  • the internal combustion engine 10 has an exhaust system 16 through which exhaust gas can flow, which is also referred to as the exhaust gas tract.
  • the internal combustion engine 10 includes at least one first exhaust gas aftertreatment element 18, which is arranged in the exhaust system 16 and consequently can be flowed through by the exhaust gas.
  • the exhaust gas aftertreatment element 18 is designed, for example, as a three-way catalytic converter or comprises at least or precisely one of such three Way catalyst.
  • the exhaust aftertreatment element 18 is the exhaust gas aftertreatment element of the internal combustion engine 10 arranged downstream of the cylinder 14 and arranged in the exhaust system 16 for aftertreatment of the exhaust gas. This means that the exhaust gas can be aftertreated by means of the exhaust aftertreatment element 18.
  • the internal combustion engine 10 comprises at least or exactly one exhaust gas turbocharger 20.
  • the exhaust gas turbocharger 20 has a turbine 22 arranged in the exhaust system 16, which has a turbine wheel 24 which is arranged in the exhaust system 16 and can be driven by the exhaust gas flowing through the exhaust system 16.
  • the exhaust gas turbocharger 20 comprises a compressor 28 arranged in an intake tract 26 of the internal combustion engine 10.
  • the air intake tract 26, which is also referred to as an intake tract or air path, can be traversed by air, which is conducted to and into the cylinders 14 by means of the intake tract 26.
  • the compressor 28 comprises a compressor wheel 30, which is arranged in the inlet tract 26 and can be driven by the turbine wheel 24, by means of which the air flowing through the inlet tract 26 is compressed or compressed.
  • the exhaust gas turbocharger 20 includes, for example, a shaft to which the turbine wheel 24 and the compressor wheel 30 are coupled or coupled.
  • the compressor wheel 30 can be driven by the turbine wheel 24 via the shaft. Since the turbine wheel 24 is driven by the exhaust gas or is driven, the energy contained in the exhaust gas to
  • Exhaust after-treatment element 18 is arranged in the flow direction of the exhaust gas downstream of the turbine wheel 24, so that the turbine wheel 24 upstream of the
  • Exhaust after-treatment element 18 is arranged.
  • a charge air cooler 32 is arranged in the inlet tract 26 downstream of the compressor wheel 30. By compressing the air, it is heated. In order to still be able to realize high levels of charge, the air heated by the compressor and also referred to as charge air is cooled by means of the charge air cooler 32 before the charge air flows into the cylinder 14.
  • a throttle valve 34 is arranged, by means of which an amount of the cylinders 14 to be supplied and compressed air can be adjusted.
  • the internal combustion engine 10 also has an electric machine 36, by means of which at least the turbine wheel 24 can be electrically driven. Furthermore, it is conceivable that the compressor wheel 30 can be driven by means of the electric machine 36. In particular, the turbine wheel 24 and / or the
  • Compressor 30 via the aforementioned shaft of the electric machine 36, in particular in a motor operation of the electric machine 36, electrically and thus driven by an electric motor.
  • the internal combustion engine 10 comprises a bypass device 38 which has at least or exactly one bypass line 40.
  • Bypass line 40 is disposed at an upstream of turbine wheel 24
  • Branch point A and at a downstream of the exhaust aftertreatment element 18 arranged discharge point E each fluidly connected to the exhaust system 16.
  • the exhaust gas flowing through the exhaust system 16 can be diverted from the exhaust system 16 and introduced into the bypass line 40 from the cylinders 14 by means of the bypass line 40 at the branching point A.
  • the branched off and introduced into the bypass line 40 exhaust gas flows through the bypass line 40 and thereby from the branch point A to the discharge point E.
  • the bypass line 40 bypasses the turbine wheel 24. This means that the turbine wheel 24 at least from the aforementioned and the bypass line 40 flowing through the bypass line 40 to handle is.
  • the exhaust gas flowing through the bypass line 40 thus bypasses the turbine wheel 24 and thus does not drive the turbine wheel 24.
  • bypass line 40 is also referred to as wastegate, wastegate line, bypass or bypass line.
  • the bypass line 40 also bypasses the at least one exhaust gas aftertreatment element 18.
  • the at least one exhaust gas aftertreatment element 18 can also be bypassed by at least the abovementioned part of the exhaust gas.
  • the discharge point E is arranged not only downstream of the turbine wheel 24 but also downstream of the exhaust gas aftertreatment element 18. The exhaust gas flowing through the bypass line 40 thus does not flow through the exhaust gas aftertreatment element 18.
  • the bypass device 38 comprises a arranged in the bypass line 40 valve element 42, by means of which a quantity of the bypass line 40 flowing through and thereby the turbine wheel 24 and the
  • Exhaust gas aftertreatment element 18 bypassing the exhaust gas is adjustable or is set.
  • the valve member 42 is also referred to as wastegate or wastegate valve.
  • the bypass line 40 flowing through the exhaust gas is a so-called bypass mass flow, which is not about upstream of the
  • Exhaust aftertreatment element 18 is introduced into the exhaust system 16.
  • a main exhaust gas flow or main mass flow of the exhaust gas flows through the turbine 22 and through the exhaust gas aftertreatment element 18, especially at the bypass mass flow.
  • the bypass mass flow is returned to the main exhaust gas flow, so then the bypass mass flow and the main exhaust stream are combined to a total flow.
  • the total flow then flows from the point of introduction E through the remaining exhaust system 16 and then, for example, into the surroundings of the motor vehicle. Downstream of the point of introduction E, at least one further exhaust-gas aftertreatment element 44 for after-treatment of the exhaust gas is arranged in the exhaust system 16. The total mass flow thus flows through the
  • the exhaust aftertreatment element 44 comprises, for example, at least or precisely one particle filter or is as such
  • At least the turbine wheel 24 is driven by means of the electric machine 36, while the internal combustion engine 10 is deactivated per se, that is, while the internal combustion engine 10 is in its engine standstill. In the engine standstill, for example, no combustion processes take place in the cylinders 14. While the turbine wheel 24 is driven by means of the electric machine 36, the valve element 42 is at least partially,
  • the turbine wheel 24 is driven by the electric machine 36 and thereby rotated in a forward rotational direction, in which the turbine wheel 24 is driven and thus rotated in a normal operation or during the fired operation of the internal combustion engine 10. Furthermore, it is conceivable that the turbine wheel 24 is driven by means of the electric machine 36 and thereby opposite in one of the forward rotational direction
  • FIG. 2 shows a circulation mode of the internal combustion engine 10, also referred to as a recirculation mode.
  • the internal combustion engine 10 is in its standstill, also referred to as engine standstill, during which no combustion processes occur in the cylinders 14.
  • the turbine wheel 24 is - as described above - driven by the electric machine 36 and thus motor or electric motor and thereby preferably rotated in the forward direction of rotation, while the internal combustion engine 10 is in its engine stall and while the valve element 42 at least partially, in particular maximum, open.
  • exhaust gas is conveyed by means of the turbine wheel 24, the flow through which
  • Branch point A flows into the bypass line 40, flows through the bypass line 40, flows to the discharge point E, at the discharge point E from the bypass line 40 and flows into the exhaust system 16, then flows from the discharge point E to the branch point A and from there back into the bypass line 40 flows.
  • the circulating exhaust gas flows through the exhaust aftertreatment element 18 and then through the turbine 22.
  • the turbine 22 functions as a pump or
  • Conveying device for effecting the circulating flow that is, for conveying the exhaust gas on only a poor efficiency, but this is advantageous in that thereby the exhaust gas and thus the exhaust aftertreatment element 18 can be heated particularly advantageous and very fast.
  • the exhaust gas flows through the exhaust system 16 in a first flow direction, which is opposite to a second flow direction, in which the exhaust gas flows from the branch point A to the point of introduction E during the fired operation.
  • a flow of the circulating exhaust gas through the exhaust aftertreatment element 44 to the surroundings of the motor vehicle is not possible, and also a flow of the exhaust gas to and into the cylinders 14 is not possible, provided none of the cylinders of the
  • Turbine wheel 24 is driven by the electric machine 36 and is preferably rotated in the forward direction of rotation.
  • the circulating exhaust gas is strongly heated, whereby the exhaust aftertreatment element 18 is heated.
  • the inlet and outlet valves of this cylinder are open at the same time. In that case the exhaust gas would not flow in a circle, but through the wrong cylinder back to the intake tract. It must therefore for the inventive method
  • Internal combustion engine can be displayed using the starter motor.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the internal combustion engine 10.
  • the aforementioned shaft of the exhaust gas turbocharger 20 is designated by 48.
  • Turbine wheel 24 is, for example, non-rotatably connected to the shaft 48, wherein the shaft 48 and thus the turbine wheel 24 can be driven by the electric machine 36.
  • the turbine wheel 24 is rotated by means of the electric machine 36 in the forward direction of rotation, which is also the first
  • Direction of rotation is called. Furthermore, a reversal of the direction of rotation of the electric machine 36 is conceivable.
  • the electric machine 36 may rotate the shaft 48, and thus the turbine wheel 24, in the reverse direction opposite the forward direction of rotation, which is also referred to as the second direction of rotation.
  • a coupling device 50 is provided, which may be designed in particular as a freewheel.
  • the turbine wheel 24 and the compressor 30 are connected to each other via the coupling device 50 about the shaft 48, in particular rotatably connected to each other. If then the shaft 48 is driven by the electric machine 36 and thereby, for example, in the
  • Coupling device 50 which is designed, for example, freewheeling, taken along.
  • Turbine wheel 24 is rotated by the electric machine 36 in the reverse direction.
  • the compressor wheel 30 is decoupled from the shaft 48 and thus from the turbine wheel 24, so that, for example, when turning the turbine wheel 24 in the reverse direction of rotation caused by the electric machine 36 driving and turning the Avoid compressor wheel 30.
  • the coupling device designed as a coupling element separates the compressor wheel 30 from the electric machine 36 and the turbine wheel 24.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the internal combustion engine 10.
  • a decoupled dominant electric exhaust turbocharging is provided.
  • the turbine wheel 24, the electric machine 36 is assigned, and the compressor 30 is assigned its own, another electric machine 52, by means of which the
  • Turbine 24 driven in particular electrically driven, can be.
  • a compound 54 shown schematically in Fig. 4 an electrical abbreviation is illustrated.
  • the turbine 22 is decoupled from the compressor 28 and vice versa. Nevertheless, an electric motor drive of the turbine wheel 24 in the forward direction of rotation or in the
  • a respective electronics 56 and a battery 58 are shown schematically.
  • Fig. 5 shows another embodiment.
  • an integrated starter generator 60 is provided, which can be supplied, for example via a power electronics 62 stored in the battery 58 electrical energy and / or the integrated starter generator 60 can provide electrical energy, which on the
  • Power electronics 62 can be stored in the battery 58.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the internal combustion engine 10.
  • the turbine wheel 24 by means of the electric machine 36 in the forward direction of rotation and in the
  • Compressor 30 is omitted.
  • the invention is based in particular on the following findings:
  • Powertrains which also referred to as internal combustion engine
  • the exhaust gas turbocharger can be considered as electric assistive
  • bypass line 40 also referred to as a wastegate channel, first departs downstream of the one or more
  • Exhaust aftertreatment elements is fed back to the main exhaust duct and the wastegate releases this channel during operation of the exhaust gas turbocharger, then the turbine 22 acts like a compressor, the exhaust gas from the exhaust aftertreatment components sucks and promotes radially outward.
  • the compressor 28 may undesirably rotate with it, so that a portion of the electrical power input is used to heat the air, also referred to as intake air.
  • the coupling device 50 is designed as a driving clutch, coupling member or freewheel, which takes the compressor 30 only in one of the directions of rotation, so that the turbine wheel 24 and the compressor 30 can be rotated together in one direction of rotation of the electric machine 36.
  • the turbine wheel 24 can be rotated relative to the compressor wheel 30, and entrainment of the compressor wheel 30 is omitted when the turbine wheel 24 is rotated in the other direction of rotation.
  • Direction of rotation is, for example, the forward direction of rotation or the reverse direction of rotation.
  • the turbine 22 may perform the desired heating function while the compressor 28 is not receiving power.
  • the complete engine power of the electric machine 36 then flows into the compression and delivery of the exhaust gas in
  • Machine 36 exists.
  • Turbocharger 20 split into two completely separate components, wherein a first of the components comprising the turbine 22 with the turbine wheel 24 and the electric machine 36, while the other component includes the compressor 28 with the compressor 30 and the electric machine 52.
  • the respective component receives its own drive shaft, via which the turbine wheel 24 or the compressor wheel 30 can be driven by the respective electric machine 36 or 52.
  • the respective electric machine 36 or 52 can be operated both in a generator mode and in a motor mode. Then, the turbine 22 may perform the desired heating function while the compressor 28 is not receiving power. The complete, from the electric machine 36
  • the exhaust gas turbocharger 20 is designed as an electrically assisted exhaust gas turbocharger.
  • the recirculation operation is carried out before the actual engine start of the internal combustion engine 10, so that, for example, the electric machine 36 is already operated before the actual engine start.
  • the exhaust gas turbocharger 20 is preferably able to run without oil pressure, since the exhaust gas turbocharger 20 is operated while the internal combustion engine 10 is stationary.
  • the compressor side is relieved in some way, for example, by a flap upstream that allows no mass flow, a separate recirculation channel that allows no pressure build-up or a kind blow-off.
  • the system is also suitable for multi-stage charged concepts, as long as the exhaust aftertreatment components to be heated in the recirculation
  • Exhaust gas turbocharger 20 replaced by a chain of generator, power electronics, battery, power electronics and electric machine. In favorable cases, can be dispensed with the caching of the electrical energy in the battery and the low-efficiency path from the turbine can be selected directly to the compressor.
  • the compressor may be part of the throttling or the whole

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (10) durchströmbaren Abgasanlage (16), in welcher wenigstens ein Abgasnachbehandlungselement (18) zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet ist, mit wenigstens einem Abgasturbolader (20), welcher eine in der Abgasanlage (16) angeordnete und ein von dem Abgas antreibbares und stromauf des wenigstens einen Abgasnachbehandlungselements (18) angeordnetes Turbinenrad (24) aufweisende Turbine (22) und einen Verdichter (28) aufweist, welcher ein von dem Turbinenrad (24) antreibbares Verdichterrad (30) zum Verdichten von wenigstens einem Brennraum (14) der Verbrennungskraftmaschine (10) zuzuführender Luft umfasst, mit wenigstens einer elektrischen Maschine (36), mittels welcher zumindest das Turbinenrad (24) elektrisch antreibbar ist, und mit einer Umgehungseinrichtung (38), welche zumindest eine das Turbinenrad (24) umgehende Umgehungsleitung (40) aufweist, über welche das Turbinenrad (24) von zumindest einem Teil des Abgases zu umgehen ist.

Description

Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug,
insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen
Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 7.
Eine solche Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug sowie ein solches
Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschine sind bereits der JP 2016/1 1632 A als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbare Abgasanlage, in welcher wenigstens ein Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet ist. Außerdem umfasst die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen Abgasturbolader, welcher eine in der Abgasanlage angeordnete Turbine und einen Verdichter aufweist. Die Turbine umfasst ein von dem Abgas antreibbares und stromauf des wenigstens einen Abgasnachbehandlungselements angeordnetes Turbinenrad. Der Verdichter umfasst ein von dem Turbinenrad antreibbares Verdichterrad, mittels welchem Luft, die wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuzuführen ist, verdichtet werden kann. Außerdem umfasst die Verbrennungskraftmaschine wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher zumindest das Turbinenrad elektrisch beziehungsweise elektromotorisch angetrieben werden kann. Des Weiteren ist eine Umgehungseinrichtung vorgesehen, welche zumindest eine Umgehungsleitung aufweist. Die Umgehungsleitung umgeht das Turbinenrad, sodass das Turbinenrad über die Umgehungsleitung zumindest von einem Teil des die Abgasanlage durchströmenden Abgases zu umgehen ist. Dies bedeutet, dass das die Abgasanlage durchströmende Abgas das Turbinenrad umgeht und somit das Turbinenrad nicht antreibt. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt wird das Turbinenrad von dem die Umgehungsleitung durchströmenden Abgas nicht angetrieben. Des Weiteren offenbart die DE 10 2007 017 777 A1 eine Turboladeranordnung für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Turboladerstufe die eine Turbine und einen
Verdichter aufweist, welche mechanisch voneinander entkoppelt sind. Außerdem ist aus der DE 10 2015 2018 991 A1 eine aufgeladene Brennkraftmaschine bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Umgehungsleitung auch das wenigstens eine
Abgasnachbehandlungselement umgeht, sodass auch das wenigstens eine
Abgasnachbehandlungselement zumindest von dem Teil des Abgases zu umgehen ist. Dabei ist in der Umgehungsleitung ein Ventilelement angeordnet, mittels welchem eine Menge des die Umgehungsleitung durchströmenden und dadurch das Turbinenrad und das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement umgehenden Abgases einstellbar ist.
Das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement ist vorzugsweise ein motornahes Abgasnachbehandlungselement, welches nahe an dem Brennraum angeordnet ist. Das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement kann genau eine
Abgasnachbehandlungskomponente zum Nachbehandeln des Abgases aufweisen, oder das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement ist eine
Abgasnachbehandlungsgruppe, welche mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten zum Nachbehandeln des Abgases aufweist. Insbesondere ist es denkbar, dass das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement wenigstens oder genau einen
Katalysator, insbesondere einen Drei-Wege-Katalysator, aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement in Strömungsrichtung des die Abgasanlage durchströmenden Abgases das stromab des Brennraums erste in der Abgasanlage angeordnete und zum Nachbehandeln des Abgases ausgebildete Abgasnachbehandlungselement der Verbrennungskraftmaschine ist. Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine als Ottomotor ausgebildet. Ferner ist es denkbar, dass das Kraftfahrzeug als ein Hybridfahrzeug ausgebildet ist.
Dadurch, dass das die Umgehungsleitung durchströmende Abgas nicht nur das
Turbinenrad sondern auch das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement umgehen kann und dadurch, dass die Menge des die Umgehungsleitung
durchströmenden Abgases mittels des Ventilelements bedarfsgerecht eingestellt werden kann, kann zumindest temporär ein schlechter Wirkungsgrad der Turbine und somit des Abgasturboladers insbesondere in dessen Funktion als Verdichter eingestellt werden. Ein solch schlechter Wirkungsgrad ist jedoch gerade von Vorteil, da eine besonders hohe Energiemenge dissipiert. Somit entsteht eine große Menge an Verlustwärme, die zur Temperaturerhöhung beziehungsweise zum Erwärmen des wenigstens einen
Abgasnachbehandlungselements und/oder wenigstens eines weiteren, gegebenenfalls vorgesehenen und in die Abgasanlage eingeordneten Abgasnachbehandlungselements genutzt werden kann. Dadurch kann beispielsweise das jeweilige
Abgasnachbehandlungselement besonders schnell und somit über besonders kurze Zeit nach einem Kaltstart oder Wiederstart der Verbrennungskraftmaschine auf eine vorteilhafte Betriebstemperatur gebracht werden, sodass dann das Abgas besonders gut nachbehandelt werden kann. In der Folge kann ein besonders emissionsarmer Betrieb gewährleistet werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die
Umgehungsleitung an einer stromauf des Turbinenrads und stromauf des wenigstens einen Abgasnachbehandlungselements angeordneten Abzweigstelle fluidisch mit der Abgasanlage verbunden ist, sodass mittels der Umgehungsleitung zumindest der Teil des Abgases an der Abzweigstelle aus der Abgasanlage abzweigbar und in die
Umgehungsleitung einleitbar ist, wobei die Umgehungsleitung an einer stromab des Turbinenrads und stromab des wenigstens einen Abgasnachbehandlungselements angeordneten Einleitstelle fluidisch mit der Abgasanlage verbunden ist, sodass das die Umgehungsleitung durchströmende Abgas an der Einleitstelle aus der Umgehungsleitung abführbar und in die Abgasanlage einleitbar ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass stromab der Einleitstelle zumindest ein weiteres Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases in der Abgasanlage angeordnet ist. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das weitere
Abgasnachbehandlungselement wenigstens einen Partikelfilter aufweist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement einen Drei-Wege-Katalysator aufweist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement in Strömungsrichtung des die Abgasanlage
durchströmenden Abgases das stromab des Brennraums erste in der Abgasanlage angeordnete und zum Nachbehandeln des Abgases ausgebildete
Abgasnachbehandlungselement der Verbrennungskraftmaschine ist.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 7 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders emissionsarmer Betrieb realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Umgehungsleitung auch das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement umgeht, sodass auch das wenigstens eine
Abgasnachbehandlungselement zumindest von dem Teil des Abgases umgangen wird. Dabei ist in der Umgehungsleitung ein Ventilelement angeordnet, mittels welchem eine Menge des die Umgehungsleitung durchströmenden und dadurch das Turbinenrad und das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement umgehenden Abgases eingestellt wird. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäß
Verbrennungskraftmaschine sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäß Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wie bei Erkennen eines zukünftig erfolgenden Kaltstarts der Verbrennungskraftmaschine und/oder bei Erkennen eines sich an eine automatische Stopp-Phase anschließenden Wiederstarts der Verbrennungskraftmaschine das Turbinenrad mittels der elektrischen Maschine für eine Zeitspanne von zumindest im Wesentlichen beziehungsweise von in etwa fünf Sekunden in eine Vorwärtsdrehrichtung, in welche das Turbinenrad von dem die Abgasanlage durchströmenden Abgas antreibbar ist beziehungsweise angetrieben wird, insbesondere in einem Normalbetrieb, motorisch gedreht wird, insbesondere während die Verbrennungskraftmaschine deaktiviert ist, wenn eine Außentemperatur und/oder eine Temperatur eines Kühlmediums, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine geringer als ein vorgegebener Grenzwert ist. Das Kühlmedium ist beispielsweise Wasser oder umfasst Wasser, sodass das Kühlmedium auch als Kühlwasser bezeichnet wird. Somit ist es bei dieser Ausgestaltung beispielsweise vorgesehen, dass bei Erkennen eines in Kürze erfolgenden Kaltstarts der Verbrennungskraftmaschine oder eines Wiederstarts der Verbrennungskraftmaschine nach einer Stopp-Phase für Außentemperaturen oder Kühlwassertemperaturen kleiner als ein vorgegebener Grenzwert für eine Zeitspanne von etwa 5 Sekunden die elektrische Maschine in Vorwärtsdrehrichtung motorisch betrieben wird, wodurch die Turbine beziehungsweise das Turbinenrad in die Vorwärtsdrehrichtung gedreht wird. Bei dieser Ausgestaltung ist das Verfahren ein Verfahren zum Aufheizen des wenigstens einen Abgasnachbehandlungselements und/oder des zuvor genannten, gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Abgasnachbehandlungselements, sodass ein besonders emissionsarmer Betrieb gewährleistet werden kann.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn bei dem Verfahren,
insbesondere bei dem Aufheizen, das Ventilelement maximal geöffnet, das heißt in etwa auf maximale Öffnung eingestellt wird.
Ferner ist es denkbar, dass das Turbinenrad mittels der elektrischen Maschine in eine der Vorwärtsdrehrichtung entgegengesetzte Rückwärtsdrehrichtung motorisch gedreht wird, insbesondere während die Verbrennungskraftmaschine deaktiviert ist. Durch Drehen des Turbinenrads in die Vorwärtsdrehrichtung und/oder durch Drehen des Turbinenrads in die Rückwärtsdrehrichtung während die Verbrennungskraftmaschine deaktiviert ist wird beispielsweise Abgas von der Einleitstelle durch das wenigstens eine
Abgasnachbehandlungselement und durch die Turbine hindurch zu der Abzweigstelle gefördert. Im Rahmen der Erfindung wird das aus der Verbrennungskraftmaschine ausströmende Gas als Abgas bezeichnet, auch wenn die Verbrennungskraftmaschine deaktiviert ist, da das Gas, welches zeitnah nach dem Abstellen der
Verbrennungskraftmaschine zirkuliert auch unter dieser Betriebsbedingung ein Abgas aus Verbrennungsprozessen ist, welches aus den Verbrennungsprozessen vor dem Abstellen der Verbrennungskraftmaschine resultiert. An der Abzweigstelle kann das von der Einleitstelle zu der Abzweigstelle mittels des Turbinenrads geförderte Abgas in die Umgehungsleitung einströmen und über die Umgehungsleitung von der Abzweigstelle zu der Einleitstelle strömen. An der Einleitstelle kann das Abgas aus der Umgehungsleitung aus- und in die auch als Abgastrakt bezeichnete Abgasanlage einströmen, woraufhin das Abgas wieder mittels des Turbinenrads von der Einleitstelle durch das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement hindurch zu der Abzweigstelle gefördert wird. Somit kann durch Drehen, insbesondere durch motorisches Drehen, des Turbinenrads in die
Rückwärtsdrehrichtung beziehungsweise in die Vorwärtsdrehrichtung eine Zirkulation beziehungsweise eine Rezirkulation des Abgases bewirkt werden, die im Rahmen der Zirkulation beziehungsweise Rezirkulation von der Abzweigstelle durch die
Umgehungsleitung zu der Einleitstelle und von der Einleitstelle zurück zu der
Abzweigstelle und von dort wieder in die Umgehungsleitung strömt, sodass das Abgas im Kreis beziehungsweise in einem Kreislauf zirkuliert. Auf ihrem Weg von der Einleitstelle zu der Abzweigstelle strömt das Abgas zunächst durch das wenigstens eine
Abgasnachbehandlungselement und dann durch die Turbine, woraufhin das Abgas zu der Abzweigstelle und von dort in die Umgehungsleitung strömt. Dadurch wird das
wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement durch das zirkulierende Abgas besonders vorteilhaft erwärmt, sodass beispielsweise besonders schnell eine besonders vorteilhafte Betriebstemperatur des wenigstens einen Abgasnachbehandlungselements eingestellt werden kann. Dadurch kann ein besonders emissionsarmer Betrieb
gewährleistet werden. Beispielsweise wird das Abgas mittels des Turbinenrads gefördert und verdichtet. Da dabei die Turbine als Verdichter, mittels welchem das Abgas verdichtet wird, einen vorteilhaft geringen Wirkungsgrad aufweist, wird das Abgas stark erwärmt, sodass das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement vorteilhaft aufgeheizt werden kann.
Um das Turbinenrad, insbesondere in die Vorwärtsdrehrichtung oder in die
Rückwärtsdrehrichtung, zu drehen, wird die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb, das heißt motorisch und somit als Elektromotor betrieben. Ferner ist es denkbar, dass die elektrische Maschine in einem Generatorbetrieb und somit als Generator
beziehungsweise generatorisch betrieben werden kann. In dem Generatorbetrieb wird beispielsweise die elektrische Maschine, insbesondere über eine Welle, von dem
Turbinenrad und somit von dem das Turbinenrad antreibenden Abgas angetrieben.
Hierdurch stellt die elektrische Maschine elektrische Energie beziehungsweise
elektrischen Strom bereit, welcher beispielsweise gespeichert und/oder wenigstens einem elektrischen Verbraucher, insbesondere direkt, zugeführt werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele 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. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Verbrennungskraftmaschine;
Fig. 2 ausschnittsweise eine schematische Darstellung der
Verbrennungskraftmaschine in einem Rezirkulationsbetrieb;
Fig. 3 ausschnittsweise eine schematische Darstellung der
Verbrennungskraftmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine 10 für ein Kraftfahrzeug, welches vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere
Personenkraftwagen, ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug kann mittels der
Verbrennungskraftmaschine 10 angetrieben werden. Hierzu umfasst die
Verbrennungskraftmaschine 10 ein Zylindergehäuse 12, welches mehrere Brennräume, vorliegend in Form von Zylindern 14 bildet beziehungsweise begrenzt. Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 laufen in den Zylindern 14 Verbrennungsvorgänge ab, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 resultiert.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist dabei eine von dem Abgas durchströmbare Abgasanlage 16 auf, welche auch als Abgastrakt bezeichnet wird. Dabei umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 wenigstens ein erstes Abgasnachbehandlungselement 18, welches in der Abgasanlage 16 angeordnet und demzufolge von dem Abgas durchströmbar ist. Das Abgasnachbehandlungselement 18 ist beispielsweise als Drei- Wege-Katalysator ausgebildet oder umfasst wenigstens oder genau einen solchen Drei- Wege-Katalysator. In Strömungsrichtung des die Abgasanlage 16 durchströmenden Abgases ist das Abgasnachbehandlungselement 18 das stromab der Zylinder 14 erste in der Abgasanlage 16 angeordnete und zum Nachbehandeln des Abgases ausgebildete Abgasnachbehandlungselement der Verbrennungskraftmaschine 10. Dies bedeutet, dass das Abgas mittels des Abgasnachbehandlungselements 18 nachbehandelt werden kann. Außerdem umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 wenigstens oder genau einen Abgasturbolader 20. Der Abgasturbolader 20 weist eine in der Abgasanlage 16 angeordnete Turbine 22 auf, welche ein in der Abgasanlage 16 angeordnetes und von dem die Abgasanlage 16 durchströmenden Abgas antreibbares Turbinenrad 24 aufweist.
Des Weiteren umfasst der Abgasturbolader 20 einen in einem Einlasstrakt 26 der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordneten Verdichter 28. Der auch als Ansaugtrakt oder Luftpfad bezeichnete Einlasstrakt 26 ist von Luft durchströmbar, welche mittels des Einlasstrakts 26 zu dem und in die Zylinder 14 geleitet wird. Dabei umfasst der Verdichter 28 ein in dem Einlasstrakt 26 angeordnetes und von dem Turbinenrad 24 antreibbares Verdichterrad 30, mittels welchem die den Einlasstrakt 26 durchströmende Luft verdichtet wird beziehungsweise verdichtet werden kann. Hierzu umfasst der Abgasturbolader 20 beispielsweise eine Welle, mit welcher das Turbinenrad 24 und das Verdichterrad 30 gekoppelt oder koppelbar sind. Dabei ist das Verdichterrad 30 über die Welle von dem Turbinenrad 24 antreibbar. Da das Turbinenrad 24 von dem Abgas antreibbar ist beziehungsweise angetrieben wird, wird in dem Abgas enthaltene Energie zum
Verdichten der Luft genutzt. Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, ist das
Abgasnachbehandlungselement 18 in Strömungsrichtung des Abgases stromab des Turbinenrads 24 angeordnet, sodass das Turbinenrad 24 stromauf des
Abgasnachbehandlungselements 18 angeordnet ist.
In Strömungsrichtung der den Einlasstrakt 26 durchströmenden Luft ist stromab des Verdichterrads 30 ein Ladeluftkühler 32 in dem Einlasstrakt 26 angeordnet. Durch das Verdichten der Luft wird dieser erwärmt. Um dennoch hohe Aufladegrade realisieren zu können, wird die durch den Verdichter erwärmte und auch als Ladeluft bezeichnete Luft mittels des Ladeluftkühlers 32 gekühlt, bevor die Ladeluft in die Zylinder 14 einströmt. Außerdem ist in dem Einlasstrakt 26 stromab des Ladeluftkühlers 32 und stromauf der Zylinder 14 eine Drosselklappe 34 angeordnet, mittels welcher eine Menge der den Zylindern 14 zuzuführenden und verdichteten Luft eingestellt werden kann.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist darüber hinaus eine elektrische Maschine 36 auf, mittels welcher zumindest das Turbinenrad 24 elektrisch angetrieben werden kann. Ferner ist es denkbar, dass das Verdichterrad 30 mittels der elektrischen Maschine 36 angetrieben werden kann. Insbesondere kann das Turbinenrad 24 und/oder das
Verdichterrad 30 über die zuvor genannte Welle von der elektrischen Maschine 36, insbesondere in einem Motorbetrieb der elektrischen Maschine 36, elektrisch und somit elektromotorisch angetrieben werden.
Des Weiteren umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 eine Umgehungseinrichtung 38, welche wenigstens oder genau eine Umgehungsleitung 40 aufweist. Die
Umgehungsleitung 40 ist an einer stromauf des Turbinenrads 24 angeordneten
Abzweigstelle A und an einer stromab des Abgasnachbehandlungselements 18 angeordneten Einleitstelle E jeweils fluidisch mit der Abgasanlage 16 verbunden.
Hierdurch kann mittels der Umgehungsleitung 40 an der Abzweigstelle A zumindest ein Teil des die Abgasanlage 16 durchströmenden Abgases aus den Zylindern 14 aus der Abgasanlage 16 abgezweigt und in die Umgehungsleitung 40 eingeleitet werden. Das abgezweigte und in die Umgehungsleitung 40 eingeleitete Abgas strömt durch die Umgehungsleitung 40 und dadurch von der Abzweigstelle A zu der Einleitstelle E. An der Einleitstelle E kann das abgezweigte und die Umgehungsleitung 40 durchströmende Abgas aus der Umgehungsleitung 40 ausströmen und zurück in die Abgasanlage 16 einströmen. Da die Abzweigstelle A stromauf des Turbinenrads 24 und die Einleitstelle E stromab der Turbinenrads 24 angeordnet ist, umgehet die Umgehungsleitung 40 das Turbinenrad 24. Dies bedeutet, dass über die Umgehungsleitung 40 das Turbinenrad 24 zumindest von dem zuvor genannten und die Umgehungsleitung 40 durchströmenden Abgas zu umgehen ist. Das die Umgehungsleitung 40 durchströmende Abgas umgeht somit das Turbinenrad 24 und treibt somit das Turbinenrad 24 nicht an. Die
Umgehungsleitung 40 wird auch als Wastegate, Wastegate-Leitung, Bypass oder Bypass-Leitung bezeichnet. Dabei umgeht die Umgehungsleitung 40 auch das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement 18. Dadurch ist auch das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement 18 zumindest von dem zuvor genannten Teil des Abgases zu umgehen. Dies bedeutet, dass die Einleitstelle E nicht nur stromab des Turbinenrads 24, sondern auch stromab des Abgasnachbehandlungselements 18 angeordnet ist. Das die Umgehungsleitung 40 durchströmende Abgas strömt somit nicht durch das Abgasnachbehandlungselement 18.
Dabei umfasst die Umgehungseinrichtung 38 ein in der Umgehungsleitung 40 angeordnetes Ventilelement 42, mittels welchem eine Menge des die Umgehungsleitung 40 durchströmenden und dadurch das Turbinenrad 24 und das
Abgasnachbehandlungselement 18 umgehenden Abgases einstellbar ist beziehungsweise eingestellt wird. Das Ventilelement 42 wird auch als Wastegate oder Wastegate-Ventil bezeichnet. Das die Umgehungsleitung 40 durchströmende Abgas ist ein so genannter Bypass-Massenstrom, welcher nicht etwa stromauf des
Abgasnachbehandlungselements 18, sondern erst wieder stromab des
Abgasnachbehandlungselements 18 in die Abgasanlage 16 eingeleitet wird. Während beispielsweise der Bypass-Massenstrom die Umgehungsleitung 40 durchströmt, strömt ein insbesondere gegenüber dem Bypass-Massenstrom größerer Hauptabgasstrom beziehungsweise Hauptmassestrom des Abgases durch die Turbine 22 und durch das Abgasnachbehandlungselement 18. An der Einleitstelle E wird der Bypass-Massenstrom dem Hauptabgasstrom wieder zugeführt, sodass dann der Bypass-Massenstrom und der Hauptabgasstrom zu einem Gesamtstrom vereinigt werden. Der Gesamtstrom strömt dann von der Einleitstelle E durch die übrige Abgasanlage 16 und dann beispielsweise in die Umgebung des Kraftfahrzeugs. Stromab der Einleitstelle E ist in der Abgasanlage 16 zumindest ein weiteres Abgasnachbehandlungselement 44 zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet. Der Gesamtmassestrom strömt somit durch das
Abgasnachbehandlungselement 44. Das Abgasnachbehandlungselement 44 umfasst beispielsweise wenigstens oder genau einen Partikelfilter oder ist als ein solcher
Partikelfilter ausgebildet.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass zumindest das Turbinenrad 24 mittels der elektrischen Maschine 36 angetrieben wird, während die Verbrennungskraftmaschine 10 an sich deaktiviert ist, das heißt während sich die Verbrennungskraftmaschine 10 in ihrem Motorstillstand befindet. In dem Motorstillstand laufen beispielsweise in den Zylindern 14 keine Verbrennungsvorgänge ab. Während das Turbinenrad 24 mittels der elektrischen Maschine 36 angetrieben wird, ist das Ventilelement 42 zumindest teilweise,
vorzugsweise maximal, geöffnet. Insbesondere wird das Turbinenrad 24 mittels der elektrischen Maschine 36 angetrieben und dadurch in eine Vorwärtsdrehrichtung gedreht, in die das Turbinenrad 24 bei einem Normalbetrieb beziehungsweise während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 angetrieben und somit gedreht wird. Ferner ist es denkbar, dass das Turbinenrad 24 mittels der elektrischen Maschine 36 angetrieben und dadurch in eine der Vorwärtsdrehrichtung entgegengesetzte
Rückwärtsdrehrichtung gedreht wird.
Fig. 2 zeigt einen auch als Rezirkulationsbetrieb bezeichneten Zirkulationsbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10. Während des Zirkulationsbetriebs befindet sich die Verbrennungskraftmaschine 10 in ihrem auch als Motorstillstand bezeichneten Stillstand, während welchem keine Verbrennungsvorgänge in den Zylindern 14 ablaufen. In dem Zirkulationsbetrieb wird zumindest das Turbinenrad 24 - wie zuvor beschrieben - mittels der elektrischen Maschine 36 und somit motorisch beziehungsweise elektromotorisch angetrieben und dadurch vorzugsweise in die Vorwärtsdrehrichtung gedreht, während sich die Verbrennungskraftmaschine 10 in ihrem Motorstillstand befindet und während das Ventilelement 42 zumindest teilweise, insbesondere maximal, geöffnet ist. Dadurch wird mittels des Turbinenrads 24 Abgas gefördert, deren Strömung durch die
Abgasanlage 16 in Fig. 2 durch nicht durchgestrichene Pfeile 45 veranschaulicht ist. Wie somit anhand der Pfeile 45 erkennbar ist, stellt sich eine zirkulierende Strömung von Abgas ein, wobei das Abgas im Zuge ihrer zirkulierenden Strömung von der
Abzweigstelle A in die Umgehungsleitung 40 einströmt, die Umgehungsleitung 40 durchströmt, zur Einleitstelle E strömt, an der Einleitstelle E aus der Umgehungsleitung 40 aus- und in die Abgasanlage 16 einströmt, daraufhin von der Einleitstelle E zu der Abzweigstelle A strömt und von dort wieder in die Umgehungsleitung 40 einströmt. Auf ihrem Weg von der Einleitstelle E zu der Abzweigstelle A strömt das zirkulierende Abgas durch das Abgasnachbehandlungselement 18 und dann durch die Turbine 22. Bei diesem Zirkulationsbetrieb weist die Turbine 22 in ihrer Funktion als Pumpe oder
Fördereinrichtung zum Bewirken der zirkulierenden Strömung, das heißt zum Fördern des Abgases einen nur schlechten Wirkungsgrad auf, was jedoch insofern vorteilhaft ist, als dadurch das Abgas und somit das Abgasnachbehandlungselement 18 besonders vorteilhaft und besonders schnell erwärmt werden können. Auf ihrem Weg von der Einleitstelle E zu der Abzweigstelle A strömt das Abgas durch die Abgasanlage 16 in eine erste Strömungsrichtung, die einer zweiten Strömungsrichtung entgegengesetzt ist, in welche bei dem befeuerten Betrieb das Abgas von der Abzweigstelle A zu der Einleitstelle E strömt. Wie in Fig. 2 durch durchgestrichene Pfeile 46 veranschaulicht ist, ist eine Strömung des zirkulierenden Abgases über das Abgasnachbehandlungselement 44 an die Umgebung des Kraftfahrzeugs nicht möglich und auch eine Strömung des Abgases zu den und in die Zylinder 14 ist nicht möglich, sofern keiner der Zylinder der
Verbrennungskraftmaschine genau im Ladungswechsel-OT steht, sodass dasselbe Abgas mittels des Turbinenrads 24 im Kreis gefördert wird, dadurch, dass das
Turbinenrad 24 von der elektrischen Maschine 36 angetrieben und dabei vorzugsweise in die Vorwärtsdrehrichtung gedreht wird. In der Folge wird das zirkulierende Abgas stark erhitzt, wodurch das Abgasnachbehandlungselement 18 aufgeheizt wird. Wenn einer der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine genau im Ladungswechsel-OT steht, dann stehen die Einlass- und Auslassventile dieses Zylinders gleichzeitig offen. In dem Fall würde das Abgas nicht im Kreis strömen, sondern durch den falsch stehenden Zylinder zurück zum Einlasstrakt. Es muss also für das erfindungsgemäße Verfahren
gewährleistet sein, dass keiner der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine genau im Ladungswechsel-OT steht, was entweder durch geeignetes Abstellen der
Verbrennungskraftmaschine oder durch aktives Positionieren der
Verbrennungskraftmaschine mithilfe des Startermotors darstellbar ist.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10. In Fig. 3 ist die zuvor genannte Welle des Abgasturboladers 20 mit 48 bezeichnet. Das
Turbinenrad 24 ist beispielsweise drehfest mit der Welle 48 verbunden, wobei die Welle 48 und somit das Turbinenrad 24 von der elektrischen Maschine 36 angetrieben werden können. Insbesondere ist es möglich, dass das Turbinenrad 24 mittels der elektrischen Maschine 36 in die Vorwärtsdrehrichtung gedreht wird, welche auch als erste
Drehrichtung bezeichnet wird. Ferner ist eine Drehrichtungsumkehr der elektrischen Maschine 36 denkbar. Somit kann beispielsweise die elektrische Maschine 36 die Welle 48 und somit das Turbinenrad 24 in die der Vorwärtsdrehrichtung entgegengesetzte Rückwärtsdrehrichtung drehen, welche auch als zweite Drehrichtung bezeichnet wird.
Dabei ist beispielsweise eine Koppeleinrichtung 50 vorgesehen, welche insbesondere als Freilauf ausgebildet sein kann. Bei einem konventionellen Betrieb sind das Turbinenrad 24 und das Verdichterrad 30 über die Koppeleinrichtung 50 um die Welle 48 miteinander verbunden, insbesondere drehfest miteinander verbunden. Wird dann die Welle 48 von der elektrischen Maschine 36 angetrieben und dabei beispielsweise in die
Vorwärtsdrehrichtung gedreht, so werden von der elektrischen Maschine 36 sowohl das Turbinenrad 24 als auch das Verdichterrad 30 angetrieben und dabei in die
Vorwärtsdrehrichtung gedreht. Dabei wird das Verdichterrad 30 von der
Koppeleinrichtung 50, welche beispielsweise freilaufend ausgebildet ist, mitgenommen.
Bei einem Betrieb mit Drehrichtungsumkehr werden die Welle 48 und somit das
Turbinenrad 24 mittels der elektrischen Maschine 36 in die Rückwärtsdrehrichtung gedreht. Um dabei ein unerwünschtes Antreiben des Verdichterrads 30 zu vermeiden, wird beziehungsweise ist das Verdichterrad 30 von der Welle 48 und somit von dem Turbinenrad 24 entkoppelt, sodass beispielsweise beim Drehen des Turbinenrads 24 in die Rückwärtsdrehrichtung ein durch die elektrische Maschine 36 bewirktes Antreiben und Drehen des Verdichterrads 30 unterbleiben. Mit anderen Worten trennt die beispielsweise als Koppelelement ausgebildete Koppeleinrichtung das Verdichterrad 30 von der elektrischen Maschine 36 und von dem Turbinenrad 24. Wird dann das
Turbinenrad 24 von der elektrischen Maschine 36 angetrieben und dabei in die
Rückwärtsdrehrichtung gedreht, wodurch das Abgasnachbehandlungselement 18 vorteilhaft aufgeheizt werden kann, so unterbleibt ein durch die elektrische Maschine 36 bewirktes Antreiben des Verdichterrads 30 und beispielsweise die komplette, von der elektrischen Maschine 36 bereitgestellte Motorleistung fließt in das Antreiben des
Turbinenrads 24 und somit in das Aufheizen des Abgases in der Abgasanlage 16.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10. Hierbei ist eine entkoppelte dominant elektrische Abgasturboaufladung vorgesehen. Dabei ist dem Turbinenrad 24 die elektrische Maschine 36 zugeordnet, und dem Verdichterrad 30 ist eine eigene, weitere elektrische Maschine 52 zugeordnet, mittels welcher das
Turbinenrad 24 angetrieben, insbesondere elektrisch angetrieben, werden kann. Durch eine in Fig. 4 schematisch gezeigte Verbindung 54 ist eine elektrische Abkürzung veranschaulicht. Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist die Turbine 22 von dem Verdichter 28 entkoppelt beziehungsweise umgekehrt. Dennoch ist ein elektromotorischer Antrieb des Turbinenrads 24 in die Vorwärtsdrehrichtung beziehungsweise in die
Rückwärtsdrehrichtung möglich. Außerdem sind in Fig. 4 eine jeweilige Elektronik 56 und eine Batterie 58 schematisch dargestellt.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform. Dabei ist ein integrierter Starter-Generator 60 vorgesehen, welcher beispielsweise über eine Leistungselektronik 62 mit in der Batterie 58 gespeicherter elektrischer Energie versorgt werden kann und/oder der integrierte Starter- Generator 60 kann elektrische Energie bereitstellen, welche über die
Leistungselektronik 62 in der Batterie 58 gespeichert werden kann.
Schließlich zeigt Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10. Auch hierbei ist eine Entkopplung der Turbine 22 von dem Verdichterrad 30
beziehungsweise umgekehrt vorgesehen. Somit kann beispielsweise das Turbinenrad 24 mittels der elektrischen Maschine 36 in die Vorwärtsdrehrichtung und in die
Rückwärtsdrehrichtung gedreht werden, während ein motorisches Antreiben des
Verdichterrads 30 unterbleibt.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde:
Verbrennungsmotoren weisen in den ersten Sekunden des Betriebs nach einem Kaltstart erhöhte Emissionswerte im Abgas auf, da die Komponenten der Abgasnachbehandlung noch nicht auf die erforderlichen Temperaturen zur chemischen Abgasreinigung gebracht wurden. Es werden deshalb Kat-Heizmaßnahmen durchgeführt, die herkömmlicherweise mit erhöhtem Kraftstoffverbrauch verbunden sind. Insbesondere bei hybridisierten
Antriebssträngen, bei denen die auch als Verbrennungsmotor bezeichnete
Verbrennungskraftmaschine eine Vielzahl von Startvorgängen erfährt, führt das zu großen Nachteilen. Der Abgasturbolader kann als elektrische unterstützender
Abgasturbolader ausgeführt und bereits vor dem eigentlichen Starten der
Verbrennungskraftmaschine betrieben werden. Wenn die auch als Wastegate- Kanal bezeichnete Umgehungsleitung 40 erst stromab nach der einen oder mehreren
Abgasnachbehandlungselementen wieder dem Hauptabgaskanal zugeführt wird und das Wastegate diesen Kanal beim Betrieb des Abgasturboladers freigibt, dann wirkt die Turbine 22 wie ein Verdichter, der Abgas aus den Abgasnachbehandlungskomponenten ansaugt und radial nach außen fördert. Wenn die Ladungswechselventile des
Verbrennungsmotors so stehen, das kein Durchströmen der Zylinder möglich ist, hat das Abgas, das von der Turbine 22 gefördert wird, keine andere Wahl, als durch die
Umgehungsleitung 40 zu strömen, um dann wieder durch die
Abgasnachbehandlungskomponenten gesaugt zu werden und erneut von der Turbine 22 verdichtet zu werden. Das Abgas und die Abgasnachbehandlungskomponenten werden so in kürzester Zeit geheizt und reinigen das danach im Normalbetrieb der
Verbrennungskraftmaschine anfallende Abgas unmittelbar. Ein Problem dabei ist jedoch, dass der Verdichter 28 unerwünschter Weise mit rotieren kann, sodass ein Teil der eingebrachten elektrischen Leistung zum Heizen der auch als Ansaugluft bezeichneten Luft verwendet wird. Dies kann dadurch vermieden werden, dass der Verdichter 28 auf die beschriebene Weise von der Turbine 22 entkoppelt wird. Hierzu ist beispielsweise die Koppeleinrichtung 50 als Mitnahmekupplung, Koppelglied oder Freilauf ausgebildet, welches das Verdichterrad 30 nur in eine der Drehrichtungen mitnimmt, sodass das Turbinenrad 24 und das Verdichterrad 30 in die eine Drehrichtung gemeinsam von der elektrischen Maschine 36 gedreht werden können. In die der einen Drehrichtung entgegengesetzte andere Drehrichtung jedoch kann das Turbinenrad 24 relativ zu dem Verdichterrad 30 gedreht werden, und ein Mitnehmen des Verdichterrads 30 unterbleibt, wenn das Turbinenrad 24 in die andere Drehrichtung gedreht wird. Die andere
Drehrichtung ist beispielsweise die Vorwärtsdrehrichtung oder die Rückwärtsdrehrichtung. Auf diese Weise kann die Turbine 22 die gewünschte Heizfunktion erfüllen, während der Verdichter 28 keine Leistung aufnimmt. Die komplette Motorleistung der elektrischen Maschine 36 fließt dann in die Verdichtung und Förderung des Abgases im
Rezirkulationsbetrieb. Im konventionellen Betrieb beziehungsweise während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 ist die Koppeleinrichtung 50 geschlossen, sodass eine mechanische Verbindung zwischen der Turbine 22, dem Verdichter 28 und der beispielsweise als Elektromotor ausgebildeten elektrischen
Maschine 36 besteht. Gegebenenfalls ist es vorteilhaft, die Beschaufelung der Turbine 22 den besonderen Bedingungen bei entgegengesetzter Rotation anzupassen.
Des Weiteren ist es gemäß Fig. 5 bis 6 vorgesehen, den elektrisch unterstützten
Abgasturbolader 20 in zwei völlig voneinander getrennte Komponenten aufzuteilen, wobei eine erste der Komponenten die Turbine 22 mit dem Turbinenrad 24 und die elektrische Maschine 36 umfasst, während die andere Komponente den Verdichter 28 mit dem Verdichterrad 30 und die elektrische Maschine 52 umfasst. Die jeweilige Komponente erhält ihre jeweils eigene Antriebswelle, über die das Turbinenrad 24 beziehungsweise das Verdichterrad 30 von der jeweiligen elektrischen Maschine 36 beziehungsweise 52 angetrieben werden kann. Die jeweilige elektrische Maschine 36 beziehungsweise 52 kann sowohl in einem Generatorbetrieb als auch in einem Motorbetrieb betrieben werden. Dann kann die Turbine 22 die gewünschte Heizfunktion erfüllen, während der Verdichter 28 keine Leistung aufnimmt. Die komplette, von der elektrischen Maschine 36
bereitgestellte Motorleistung fließt dann in die Verdichtung und Förderung des Abgases im Rezirkulationsbetrieb.
Insgesamt ist erkennbar, dass der Abgasturbolader 20 als elektrisch unterstützter Abgasturbolader ausgeführt wird. Vorzugsweise wird der Rezirkulationsbetrieb bereits vor dem eigentlichen Motorstart der Verbrennungskraftmaschine 10 durchgeführt, sodass beispielsweise die elektrische Maschine 36 bereits vor dem eigentlichen Motorstart betrieben wird.
Der Abgasturbolader 20 ist dabei vorzugsweise dazu fähig, ohne Öldruck zu laufen, da der Abgasturbolader 20 betrieben wird, während die Verbrennungskraftmaschine 10 stillsteht. Vorzugsweise wird dabei die Verdichterseite auf irgendeine Art entlastet, zum Beispiel durch eine Klappe stromauf, die keinen Massestrom zulässt, einen eigenen Rezirkulationskanal, der keinen Druckaufbau zulässt oder eine Art Abblasevorrichtung. Das System eignet sich auch für mehrstufig aufgeladene Konzepte, so lange die zu heizenden Abgasnachbehandlungskomponenten in den Rezirkulationskreis
aufgenommen werden. Ebenfalls ist es vorteilhaft, den Abgasturbolader 20 entgegen der herkömmlichen Vorwärtsdrehrichtung zu betreiben und dabei in die
Rückwärtsdrehrichtung zu drehen, da sich bessere thermodynamische Bedingungen ergeben für das Einbringen von elektrischer Leistung in den Rezirkulationskreis. Bei Auftrennung des Abgasturboladers 20 in die zuvor beschriebenen, völlig getrennten Komponenten, wird beispielsweise die jeweilige mechanische Welle des
Abgasturboladers 20 abgelöst durch eine Kette aus Generator, Leistungselektronik, Batterie, Leistungselektronik und elektrische Maschine. In günstigen Fällen kann auf das Zwischenspeichern der elektrischen Energie in der Batterie verzichtet werden und der wirkungsgradgünstige Weg von der Turbine direkt zum Verdichter gewählt werden.
Ebenfalls denkbar ist eine Anbindung des ganzen Systems an ein vorhandenes elektrisches Fahrzeugsystem. Dann ist rein elektrisches Verdichten durch Einspeisung von der Verbrennerseite oder auf Kosten des Batterieladestands möglich. Umgekehrt ist rein elektrisches Entspannen in der Turbine zum Laden der Batterie oder zum Antrieb der Kurbelwelle oder des Fahrzeugs denkbar. In hybridisierten Antriebssträngen sind beliebige Leistungsflüsse denkbar. Bei Bergabfahrten ist zum Beispiel das Laden der Batterie über die Antriebsräder und die Turbine gleichzeitig möglich, während gleichzeitig der Verdichter den Gaszustand im Ansaugtrakt konditioniert. Im gedrosselten
Verbrennerbetrieb kann der Verdichter einen Teil der Drosselung oder die ganze
Drosselung übernehmen und als Turbine betrieben werden. Ebenfalls denkbar ist die gezielte Nutzung der beiden Einheiten Verdichter und Turbine jeweils unabhängig vom Verbrennerbetrieb, also zum Beispiel auch beim Stillstand des Verbrenners, zum Beispiel zur Konditionierung des Gaszustands im Ansaug- oder Abgastrakt, oder zum Heizen oder Kühlen oder Versorgen von Motorkomponenten oder von motorfremden Komponenten.
Bezugszeichenliste
10 Verbrennungskraftmaschine
12 Zylindergehäuse
14 Zylinder
16 Abgasanlage
18 Abgasnachbehandlungselement
20 Abgasturbolader
22 Turbine
24 Turbinenrad
26 Einlasstrakt
28 Verdichter
30 Verdichterrad
32 Ladeluftkühler
34 Drosselklappe
36 elektrische Maschine
38 Umgehungseinrichtung
40 Umgehungsleitung
42 Ventilelement
44 Abgasnachbehandlungselement
45 Pfeil
46 Pfeil
48 Welle
50 Koppeleinrichtung
52 elektrische Maschine
54 Verbindung
56 Elektronik
58 Batterie
60 integrierter Stator Generator 62 Leistungselektronik
A Abzweigstelle
E Einleitstelle

Claims

Patentansprüche
1 . Verbrennungskraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (10) durchströmbaren Abgasanlage (16), in welcher wenigstens ein Abgasnachbehandlungselement (18) zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet ist, mit wenigstens einem Abgasturbolader (20), welcher eine in der Abgasanlage (16) angeordnete und ein von dem Abgas antreibbares und stromauf des wenigstens einen Abgasnachbehandlungselements (18)
angeordnetes Turbinenrad (24) aufweisende Turbine (22) und einen Verdichter (28) aufweist, welcher ein von dem Turbinenrad (24) antreibbares Verdichterrad (30) zum Verdichten von wenigstens einem Brennraum (14) der
Verbrennungskraftmaschine (10) zuzuführender Luft umfasst, mit wenigstens einer elektrischen Maschine (36), mittels welcher zumindest das Turbinenrad (24) elektrisch antreibbar ist, und mit einer Umgehungseinrichtung (38), welche zumindest eine das Turbinenrad (24) umgehende Umgehungsleitung (40) aufweist, über welche das Turbinenrad (24) von zumindest einem Teil des Abgases zu umgehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Umgehungsleitung (40) auch das wenigstens eine
Abgasnachbehandlungselement (18) umgeht, sodass auch das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement (18) zumindest von dem Teil des Abgases zu umgehen ist, wobei in der Umgehungsleitung (40) ein Ventilelement (42) angeordnet ist, mittels welchem eine Menge des die Umgehungsleitung (40) durchströmenden und dadurch das Turbinenrad (24) und das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement (18) umgehenden Abgases einstellbar ist.
2. Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Umgehungsleitung (40) an einer stromauf des Turbinenrads (24) und stromauf des wenigstens einen Abgasnachbehandlungselements (18) angeordneten Abzweigstelle (A) fluidisch mit der Abgasanlage (16) verbunden ist, sodass mittels der Umgehungsleitung (40) zumindest der Teil des Abgases an der Abzweigstelle (A) aus der Abgasanlage (16) abzweigbar und in die Umgehungsleitung (40) einleitbar ist, wobei die Umgehungsleitung (40) an einer stromab des Turbinenrads (24) und stromab des wenigstens einen Abgasnachbehandlungselements (18) angeordneten Einleitstelle (E) fluidisch mit der Abgasanlage (16) verbunden ist, sodass das die Umgehungsleitung (40) durchströmende Abgas an der Einleitstelle (E) aus der Umgehungsleitung (40) abführbar und in die Abgasanlage (16) einleitbar ist.
3. Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
stromab der Einleitstelle (E) zumindest ein weiteres
Abgasnachbehandlungselement (44) zum Nachbehandeln des Abgases in der Abgasanlage (16) angeordnet ist.
4. Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das weitere Abgasnachbehandlungselement (44) wenigstens einen Partikelfilter aufweist.
5. Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement (18) einen Drei-Wege- Katalysator aufweist.
6. Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement (18) in Strömungsrichtung des die Abgasanlage (16) durchströmenden Abgases das stromab des Brennraums (14) erste in der Abgasanlage (16) angeordnete und zum Nachbehandeln des Abgases ausgebildete Abgasnachbehandlungselement (18) der
Verbrennungskraftmaschine (10) ist.
7. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10) für ein
Kraftfahrzeug, mit einer von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (10) durchströmbaren Abgasanlage (16), in welcher wenigstens ein
Abgasnachbehandlungselement (18) zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet ist, mit wenigstens einem Abgasturbolader (20), welcher eine in der Abgasanlage (16) angeordnete und ein von dem Abgas antreibbares und stromauf des wenigstens einen Abgasnachbehandlungselements (18) angeordnetes Turbinenrad (24) aufweisende Turbine (22) und einen Verdichter (28) aufweist, welcher ein von dem Turbinenrad (24) antreibbares Verdichterrad (30) zum Verdichten von wenigstens einem Brennraum (14) der Verbrennungskraftmaschine (10)
zuzuführender Luft umfasst, mit wenigstens einer elektrischen Maschine (36), mittels welcher zumindest das Turbinenrad (24) elektrisch antreibbar ist, und mit einer Umgehungseinrichtung (38), welche zumindest eine das Turbinenrad (24) umgehende Umgehungsleitung (40) aufweist, über welche das Turbinenrad (24) von zumindest einem Teil des Abgases umgangen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Umgehungsleitung (40) auch das wenigstens eine
Abgasnachbehandlungselement (18) umgeht, sodass auch das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement (18) zumindest von dem Teil des Abgases umgangen wird, wobei in der Umgehungsleitung (40) ein Ventilelement (42) angeordnet ist, mittels welchem eine Menge des die Umgehungsleitung (40) durchströmenden und dadurch das Turbinenrad (24) und das wenigstens eine Abgasnachbehandlungselement (18) umgehenden Abgases eingestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei Erkennen eines zukünftig erfolgenden Kaltstarts der
Verbrennungskraftmaschine (10) oder bei Erkennen eines sich an eine automatische Stopp-Phase anschließenden Wiederstarts der
Verbrennungskraftmaschine (10) das Turbinenrad (24) mittels der elektrischen Maschine (36) für eine Zeitspanne von zumindest im Wesentlichen fünf Sekunden in eine Vorwärtsdrehrichtung, in welche das Turbinenrad (24) von dem die Abgasanlage (16) durchströmenden Abgas antreibbar ist, motorisch gedreht wird, wenn eine Außentemperatur und/oder eine Temperatur eines Kühlmediums zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine (10) geringer als ein vorgegebener Grenzwert ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ventilelement (42) maximal geöffnet wird.
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