WO2019243261A1 - Antriebsstrang für ein kraftfahrzeug und kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2019243261A1
WO2019243261A1 PCT/EP2019/065891 EP2019065891W WO2019243261A1 WO 2019243261 A1 WO2019243261 A1 WO 2019243261A1 EP 2019065891 W EP2019065891 W EP 2019065891W WO 2019243261 A1 WO2019243261 A1 WO 2019243261A1
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Christopher Gessenhardt
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a drive train with an internal combustion engine for a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with a generic drive train.
  • Internal combustion engines are designed to burn a liquid or gaseous fuel or a fuel mixture, in particular from a fuel and filtered and compressed air, in order to do work through the associated expansion of the reactants.
  • the combustion can be self-ignited, for example, by
  • Compression of the fuel mixture in the diesel engine or spark-ignited, for example by means of an ignition spark generated especially for this purpose.
  • waste gases such as. B. carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen oxides, hydrocarbon, and
  • Soot particles To comply with ever stricter environmental regulations, modern motor vehicles have exhaust gas cleaning systems for cleaning the exhaust gases and soot particles, such as, for example, catalysts, particle filters or the like.
  • a regeneration temperature during a regeneration phase of the exhaust gas purification device or the like Operating temperature, a regeneration temperature during a regeneration phase of the exhaust gas purification device or the like.
  • the efficiency of a catalytic converter for example, when the motor vehicle is cold started, is significantly lower than in longer ferry operation when the catalytic converter is at its operating temperature.
  • Particle filters must also be regularly regenerated using heat to remove the soot particles that have accumulated there.
  • Fresh air can be introduced into the exhaust tract of the drive train by means of a secondary air system and combustion of the residual fuel present in the exhaust gases can be effected via a corresponding control of the exhaust valves of the cylinders of the internal combustion engine.
  • the combustion takes place, for example, directly in the exhaust manifold, so that it is faster
  • Heating the coolant of the drive train can be effected.
  • Such a system is known for example from EP 3 056 705 B1 and CN 2006 233803 A1.
  • DE 10 2016 012 457 A1 discloses a drive train for a motor vehicle, which has an additional heater for burning fuel and for heating one
  • the auxiliary heater is separate from the
  • Air injection and mixture enrichment of the combustion chamber charge Since the fresh air blown in must react with the unburned fuel in the exhaust gas of the internal combustion engine, the functionality of this concept is very sensitive with regard to the design of the injection openings and the associated design of the internal combustion engine.
  • the temporal distribution of the amount of air flowing into the exhaust duct is heavily dependent on the pressure conditions in the secondary air and exhaust duct. In principle, this leads to the alternating formation of over- and under-stoichiometric
  • the task is performed by a drive train for a motor vehicle with the features of the independent Claim 1 and by a motor vehicle with the features of the sibling
  • the object is achieved by a drive train for a motor vehicle.
  • the drive train has an internal combustion engine with a plurality of cylinders, pistons guided linearly in the cylinders and an exhaust manifold
  • the burner device with the exhaust manifold is of this type
  • the drive train internal combustion engine has, in particular, an engine block in which the cylinders are formed.
  • the engine block preferably has cooling channels for cooling.
  • the exhaust manifold is preferably in a cylinder head
  • the cylinder head and / or the exhaust manifold preferably has cooling channels for cooling.
  • the cooling ducts of the engine block are preferably designed to communicate fluidly with the cooling ducts of the exhaust manifold or of the cylinder head.
  • Exhaust valves for discharging the exhaust gases from the cylinder into the exhaust manifold are preferably arranged in the cylinder head.
  • intake valves for admitting a fuel-air mixture into the cylinder are preferably arranged in the cylinder head.
  • the burner device is designed to burn fuel.
  • the burner device is preferably for burning the same fuel as for operating the
  • the burner device is designed to burn an alternative fuel, such as methane or the like. Furthermore, it can be according to the invention
  • the burner device for burning the fuel is formed directly in the exhaust duct of the exhaust manifold.
  • the drive train has a plurality of burner devices which are assigned to exhaust gas channels of different cylinders.
  • a burner device is preferably assigned to each exhaust gas channel of the cylinders for uniform heat distribution.
  • the burner device can be designed according to the invention Distribute exhaust gases of the burner device evenly over the exhaust gas ducts of the exhaust manifold.
  • the burner device is preferably arranged on the exhaust manifold such that exhaust gases from the burner device can be introduced into the exhaust manifold through the exhaust manifold upstream of the merging of the exhaust gases of the individual cylinders.
  • the drive train has a plurality of temperature sensors, which are preferably arranged on the exhaust manifold, in particular associated with individual cylinders. In this way there are temperature differences in the exhaust manifold or between the
  • Exhaust gas ducts of the exhaust manifold can be determined and, if necessary, compensated for by appropriate activation of the burner device.
  • a drive train according to the invention for a motor vehicle has the advantage over conventional drive trains that improved exhaust gas heating is provided with simple means and in a cost-effective manner.
  • the exhaust gas heating is provided with simple means and in a cost-effective manner.
  • the exhaust manifold can be heated. This heat can be passed on to the cylinders, for example, via the cooling system of the internal combustion engine, so that a cold start behavior of the motor vehicle is significantly improved. Due to the higher exhaust gas temperatures that can be achieved in this way, the operation of
  • Exhaust gas purification systems such as a catalytic converter, a particle filter or the like, can be significantly improved, in particular when cold starting.
  • the burner also has the advantage that it also increases at other engine operating points
  • the burner device for burning the fuel has a
  • Combustion chamber having an exhaust gas outlet for discharging the exhaust gas from the combustion chamber, the exhaust gas outlet communicating fluidly with the exhaust gas duct of the
  • Exhaust manifold is coupled.
  • the combustion chamber of the burner device is separated from the exhaust gas ducts of the exhaust manifold. It can be provided according to the invention that the combustion chamber opens directly into the exhaust duct of a cylinder of the exhaust manifold. It can further be provided that the combustion chamber opens directly into the exhaust gas channels of several cylinders. Alternatively, you can choose between the
  • an exhaust pipe for guiding the exhaust gases from the combustion chamber into the exhaust manifold.
  • the exhaust pipe preferably opens into the exhaust duct of the exhaust manifold near the exhaust valve of the cylinder head.
  • the exhaust gas line is particularly preferably designed to direct the exhaust gases from the combustion chamber into all exhaust gas channels of the exhaust manifold.
  • a valve in particular a shut-off valve or check valve, is arranged between the combustion chamber and the exhaust duct of the exhaust manifold.
  • An opening of the exhaust gas outlet into the exhaust gas duct is preferably directed in the opposite direction to a flow direction of the exhaust gas of the internal combustion engine, so that mixing of the exhaust gases is improved.
  • the mouth of the exhaust gas outlet can be arranged according to the invention perpendicularly or obliquely to the direction of flow. Alignment is also in
  • Such an alignment has the advantage that a suction effect of the exhaust gas from the cylinder on the exhaust gas of the combustion chamber can be achieved.
  • Such a burner device has the advantage that a particular
  • the burner device has a fresh air inlet, the fresh air inlet being fluidly communicated with a suction pipe of the drive train for providing fresh air for the internal combustion engine in such a way that fresh air can be introduced from the suction pipe into the burner device.
  • An air inlet valve for controlling the amount of air passed through the fresh air inlet is preferably arranged on the fresh air inlet, in particular in the area of the intake manifold.
  • the air intake valve is preferably from a powertrain engine control device which
  • Fresh air of this type can be supplied to the burner device, in particular a combustion chamber of the burner device, in a simple and inexpensive manner.
  • the burner device is further preferably designed to direct fresh air from the intake pipe directly into the exhaust duct of the exhaust manifold. This has the advantage that the function of a can be achieved with simple means and in a cost-effective manner
  • Secondary air system can be fulfilled. This can be advantageous in particular when the drive train is operating at a normal operating temperature in order to save fuel.
  • the burner device is arranged on the internal combustion engine. Accordingly, there is a direct heat transfer from the burner device to the
  • the burner device is arranged on a region of the internal combustion engine in which rapid heat input is preferred, such as in the vicinity of the exhaust valve or the exhaust valves.
  • the burner device is preferably at least partially monolithic with an engine block of the internal combustion engine.
  • monolithic is understood to mean in particular in one piece, integrally or irreversibly connected to one another.
  • the burner device has a cover, which can be arranged or fixed, for example, to delimit the combustion chamber laterally on the engine block.
  • the cover can be formed, for example, in the exhaust manifold or as an additional component.
  • Such a design has the advantage that the production of the drive device is facilitated, in particular since the geometries required for the burner device can already be integrated into a casting mold and casting cores of the engine block and thus additional ones
  • Manufacturing processes for manufacturing the burner device can be saved.
  • the burner device is at least partially monolithic with the exhaust manifold.
  • monolithic is understood to mean in particular in one piece, integrally or irreversibly connected to one another.
  • the burner device has a cover, which can be arranged or fixed, for example, to delimit the combustion chamber on the side of the exhaust manifold.
  • the cover can be formed, for example, in the engine block or as an additional component.
  • the geometries required for the burner device can already be integrated into a casting mold and casting cores of the exhaust manifold, and additional manufacturing processes for producing the burner device can thus be saved.
  • the burner device particularly preferably has a fuel supply line for supplying fuel.
  • the fuel supply line is preferably fluidly coupled to a fuel tank of the motor vehicle. It can be provided according to the invention that the fuel supply line is coupled to a fuel pump for conveying the liquid fuel in a fluid-communicating manner.
  • the fuel pump can preferably be operated by means of an engine control device of the drive train, which is preferably designed to control the internal combustion engine. Alternatively or additionally, it can be provided according to the invention that the fuel supply line with a
  • Tank ventilation system for venting the fuel tank is fluidly coupled.
  • a fluid-communicating coupling of the fuel supply line to an additional fuel source for providing an alternative fuel, such as methane can be provided according to the invention.
  • a fuel supply line has the advantage that the combustion of the burner device can be better controlled with simple means and in an inexpensive manner. The combustion of the fuel by means of the burner device can thus be independent of an operating state of the internal combustion engine respectively. In this way, even in the case of a cold internal combustion engine, the burner device can be operated as intended using simple means and in a cost-effective manner.
  • the burner device is separate from the
  • Combustion engine controllable ignition device for spark ignition of the fuel.
  • the ignition device can preferably be controlled by means of a motor control device of the drive train, which is preferably designed to control the internal combustion engine.
  • Such an ignition device has the advantage that the fuel can be burned by means of the burner device independently of an operating state of the internal combustion engine. So even with a cold one
  • the object is achieved by a motor vehicle with a drive train having an internal combustion engine.
  • the drive train is designed as a drive train according to the invention.
  • the motor vehicle described has all the advantages which have already been described for a drive train for a motor vehicle according to the first aspect of the invention. Accordingly, the motor vehicle according to the invention has the advantage over conventional motor vehicles that improved exhaust gas heating is provided with simple means and in a cost-effective manner. In addition, the
  • the exhaust manifold can be heated. This heat can be passed on to the cylinders, for example, via the cooling system of the internal combustion engine, so that a cold start behavior of the motor vehicle is significantly improved. Due to the higher exhaust gas temperatures that can be achieved in this way, the operation of
  • Exhaust gas purification systems such as a catalytic converter, a particle filter or the like, can be significantly improved, in particular when cold starting.
  • the burner also has the advantage that it also increases at other engine operating points
  • FIG. 1 shows a section of a detail of a preferred embodiment of a drive train according to the invention
  • 2 shows a sectional view of a section of the drive train from FIG. 1 from a different viewing angle
  • Figure 3 is a side view of a preferred embodiment of an inventive
  • a section of a preferred embodiment of a drive train 1 according to the invention is shown schematically in a sectional view.
  • the drive train 1 has an internal combustion engine 3, of which a cylinder head 14 with an exhaust manifold 5 is shown in this illustration.
  • an intake valve 15 for admitting fresh air into a cylinder 4 of the internal combustion engine 3 and an exhaust valve 16 for exhausting exhaust gases from the cylinder 4 are arranged.
  • a plurality of cooling channels 17 are formed in the cylinder head 14. Furthermore, an exhaust gas outlet 9 of a burner device 6 that is only partially recognizable is formed in the cylinder head 14. The exhaust outlet 9 opens into an exhaust duct 7 of the exhaust manifold 5 in the area of the
  • Exhaust valve 16 and directed to the exhaust valve 16.
  • the exhaust gas outlet 9 is directed against a flow direction of the exhaust gas from the cylinder 4.
  • FIG. 2 shows a section of the drive train 1 from FIG. 1 from another
  • Intake pipe 1 1 for receiving fresh air are fluidly coupled.
  • Fresh air inlet 10 of the burner device 6 is also fluid-communicating with the
  • Intake pipe 1 1 coupled.
  • a check valve 18 is arranged at the fresh air inlet 10 to prevent fluid flow from the burner device 6 into the intake manifold 11.
  • Burner device 6 is essentially formed in exhaust manifold 5 and has a combustion chamber 8, into which fresh air inlet 10 for introducing fresh air and a fuel supply line 12 for introducing fuel open. Moreover, the
  • Burner device 6 has an ignition device 13 arranged on the combustion chamber 8 for igniting the fuel-air mixture.
  • An exhaust gas outlet 9 of the burner device 6 is fluidly coupled to the combustion chamber 8 and is thus designed to direct exhaust gas from the combustion chamber 8 into the exhaust gas channels 7 of the exhaust gas manifold 5 assigned to the various cylinders 4.
  • FIG. 3 schematically shows a preferred embodiment of a motor vehicle 2 according to the invention in a side view.
  • the motor vehicle 2 has one
  • a burner device 6 is arranged on an exhaust manifold 5 of the internal combustion engine 3.

Abstract

Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (1) für ein Kraftfahrzeug (2), aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (3) mit mehreren Zylindern (4) sowie in den Zylindern (4) linear geführten Kolben, einen Abgaskrümmer (5) zum Zusammenführen der aus den Zylindern (4) ausgestoßenen Abgase und eine Brennervorrichtung (6) zum Verbrennen eines Kraftstoffs außerhalb der Zylinder (4) zum Erzeugen von Wärme. Die Brennervorrichtung (6) ist mit dem Abgaskrümmer (5) derart fluidkommunizierend gekoppelt, dass Abgas aus der Brennervorrichtung (6) in einen Abgaskanal (7) des Abgaskrümmers (5) einleitbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug (2) mit einem einen Verbrennungsmotor (3) aufweisenden Antriebsstrang (1).

Description

Beschreibung
Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem gattungsgemäßen Antriebsstrang.
Verbrennungskraftmaschinen sind ausgebildet, einen flüssigen oder gasförmigen Kraftstoff bzw. ein Kraftstoffgemisch, insbesondere aus einem Kraftstoff und gefilterter sowie verdichteter Luft, zu verbrennen, um durch die hiermit verbundene Expansion der Reaktionspartner Arbeit zu verrichten. Die Verbrennung kann beispielsweise selbstgezündet, beispielsweise durch
Verdichten des Kraftstoffgemisches beim Dieselmotor, oder fremdgezündet, beispielsweise mittels eines extra hierfür erzeugten Zündfunkens, initiiert werden.
Bei der Verbrennung vieler Kraftstoffe bzw. Kraftstoffgemische entstehen als Abfallprodukte Abgase, wie z. B. Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickoxide, Kohlenwasserstoff, sowie
Rußpartikel. Zur Einhaltung stetig verschärfter Umweltauflagen weisen moderne Kraftfahrzeuge Abgasreinigungssysteme zum Reinigen der Abgase und Rußpartikel, wie beispielsweise Katalysatoren, Partikelfilter oder dergleichen, auf.
Bekannte Abgasreinigungssysteme benötigen zur Gewährleistung eines vorgegebenen
Abgasreinigungsergebnisses bestimmte Betriebsbedingungen, wie beispielsweise eine
Betriebstemperatur, eine Regenerationstemperatur während einer Regenerationsphase der Abgasreinigungsvorrichtung oder dergleichen. Der Wirkungsgrad eines Katalysators ist beispielsweise beim Kaltstart des Kraftfahrzeugs deutlich geringer als im längeren Fährbetrieb, wenn der Katalysator seine Betriebstemperatur aufweist. Ebenso müssen Partikelfilter regelmäßig mittels Wärme regeneriert werden, um die dort angesammelten Rußpartikel zu beseitigen.
Zur Verbesserung der Leistung von Abgasreinigungsvorrichtungen, insbesondere beim Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine, sind daher mehrere Konzepte entwickelt worden. Mittels eines Sekundärluftsystems ist Frischluft in den Abgastrakt des Antriebsstrangs hineinführbar und über eine entsprechende Steuerung der Auslassventile der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine ein Verbrennen des in den Abgasen vorhandenen Restkraftstoffs bewirkbar. Das Verbrennen erfolgt beispielsweise direkt im Abgaskrümmer, sodass auf diese Weise ein schnelleres
Aufheizen der Kühlflüssigkeit des Antriebsstrangs bewirkbar ist. Ein derartiges System ist beispielsweise aus der EP 3 056 705 B1 und der CN 2006 233803 A1 bekannt. Alternativ hierzu offenbart die DE 10 2016 012 457 A1 einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, welcher eine Zusatzheizung zum Verbrennen von Kraftstoff sowie zum Erwärmen einer
Abgasreinigungsvorrichtung aufweist. Die Zusatzheizung ist separat von der
Verbrennungskraftmaschine sowie zum Einleiten von Abgas in den Abgasstrang stromaufwärts des Abgasreinigungssystems ausgebildet. Auf diese Weise ist das Abgas der
Verbrennungskraftmaschine sowie der Zusatzheizung mittels des Abgasreinigungssystems reinigbar.
Bekannte Antriebsstränge mit Vorrichtungen zum Erwärmen von Abgasreinigungssystemen haben den Nachteil, dass insbesondere beim Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine eine unzureichende Reinigung des Abgases bereitgestellt ist. Überdies ist die Integration von Sekundärluftsystemen in den Antriebsstrang besonders schwierig und teilweise mit negativen Auswirkungen auf den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine verbunden, insbesondere aufgrund eines Übersprechens von Abgaskanälen sowie einem verschlechterten
Dynamikverhalten. Bei vielen Sekundärluftsystemen erfolgt eine auslassventilnahe
Lufteinblasung und Gemischanreicherung der Brennraumladung. Da die eingeblasene Frischluft mit dem unverbrannten Kraftstoff im Abgas der Verbrennungskraftmaschine reagieren muss, ist die Funktionalität dieses Konzepts sehr sensitiv bezüglich der Ausführung der Einblasöffnungen sowie der hiermit im Zusammenhang stehenden Ausbildung der Verbrennungskraftmaschine. Die zeitliche Verteilung der in den Abgaskanal einströmenden Luftmenge ist stark von den vorliegenden Druckverhältnissen im Sekundärluft- und Abgaskanal abhängig. Prinzipbedingt kommt es hierdurch alternierend zur Ausbildung von über- und unterstöchiometrischen
Gemischmengen im Abgas. Es ist zudem zu erwarten, dass konventionelle Antriebsstränge weiteren Verschärfungen der Umweltauflagen, wie beispielsweise das Reduzieren der erlaubten Abgasmengen, nicht mehr gerecht werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug sowie einem Kraftfahrzeug zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen
Antriebsstrang zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise ein
Aufwärmen eines Abgasreinigungssystems, insbesondere bei einem Kaltstart der
Verbrennungskraftmaschine, verbessern und somit zu reduzierten Abgasmengen des
Antriebsstrangs beitragen.
Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten
Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug gelöst. Der Antriebsstrang weist eine Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern, in den Zylindern linear geführten Kolben sowie einem Abgaskrümmer zum
Zusammenführen der aus den Zylindern ausgestoßenen Abgase und eine Brennervorrichtung zum Verbrennen eines Kraftstoffs außerhalb der Zylinder zum Erzeugen von Wärme auf.
Erfindungsgemäß ist die Brennervorrichtung mit dem Abgaskrümmer derart
fluidkommunizierend gekoppelt, dass Abgas aus der Brennervorrichtung in einen Abgaskanal des Abgaskrümmers einleitbar ist.
Die Verbrennungskraftmaschine des Antriebsstrangs weist insbesondere einen Motorblock auf, in welchem die Zylinder ausgebildet sind. Vorzugsweise weist der Motorblock zur Kühlung Kühlkanäle auf. Der Abgaskrümmer ist vorzugsweise in einem Zylinderkopf der
Verbrennungskraftmaschine ausgebildet. Der Zylinderkopf und/oder der Abgaskrümmer weist vorzugsweise zur Kühlung Kühlkanäle auf. Vorzugsweise sind die Kühlkanäle des Motorblocks fluidkommunizierend mit den Kühlkanälen des Abgaskrümmers bzw. des Zylinderkopfes ausgebildet. In dem Zylinderkopf sind vorzugsweise Auslassventile zum Auslassen der Abgase aus dem Zylinder in den Abgaskrümmer angeordnet. Weiter bevorzugt sind in dem Zylinderkopf Einlassventile zum Einlassen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Zylinder angeordnet.
Die Brennervorrichtung ist zum Verbrennen von Kraftstoff ausgebildet. Die Brennervorrichtung ist vorzugsweise zum Verbrennen des gleichen Kraftstoffs wie zum Betreiben der
Verbrennungskraftmaschine ausgebildet. Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass die Brennervorrichtung zum Verbrennen eines alternativen Kraftstoffs, wie beispielsweise Methan oder dergleichen, ausgebildet ist. Des Weiteren kann es erfindungsgemäß
beispielsweise vorgesehen sein, dass die Brennervorrichtung zum Verbrennen des Kraftstoffs direkt im Abgaskanal des Abgaskrümmers ausgebildet ist. Ferner kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Antriebsstrang mehrere Brennervorrichtungen aufweist, welche Abgaskanälen unterschiedlicher Zylinder zugeordnet sind. Vorzugsweise ist hierbei zur gleichmäßigen Wärmeverteilung jedem Abgaskanal der Zylinder eine Brennervorrichtung zugeordnet. Alternativ kann die Brennervorrichtung erfindungsgemäß ausgebildet sein, die Abgase der Brennervorrichtung gleichmäßig auf die Abgaskanäle des Abgaskrümmers zu verteilen. Die Brennervorrichtung ist vorzugsweise derart am Abgaskrümmer angeordnet, dass Abgase der Brennervorrichtung stromaufwärts der Zusammenführung der Abgase der einzelnen Zylinder durch den Abgaskrümmer in den Abgaskrümmer einleitbar sind.
Es ist bevorzugt, dass der Antriebsstrang mehrere Temperatursensoren aufweist, welche vorzugsweise am Abgaskrümmer, insbesondere einzelnen Zylindern zugeordnet, angeordnet sind. Auf diese Weise sind Temperaturgefälle im Abgaskrümmer bzw. zwischen den
Abgaskanälen des Abgaskrümmers ermittelbar und ggf. durch eine entsprechende Ansteuerung der Brennervorrichtung ausgleichbar.
Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug hat gegenüber herkömmlichen Antriebssträngen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine verbesserte Abgaserwärmung bereitgestellt ist. Zudem ist mittels der
Brennervorrichtung direkt oder indirekt auch der Abgaskrümmer aufheizbar. Diese Wärme ist beispielsweise über das Kühlsystem der Verbrennungskraftmaschine an die Zylinder weiterleitbar, sodass ein Kaltstartverhalten des Kraftfahrzeugs wesentlich verbessert ist. Durch die auf diese Weise erzielbaren höheren Abgastemperaturen ist der Betrieb von
Abgasreinigungssystemen, wie beispielsweise eines Katalysators, eines Partikelfilters oder dergleichen, insbesondere beim Kaltstart deutlich verbesserbar. Ferner hat der Brenner den Vorteil, dass dieser auch bei weiteren Motorbetriebspunkten mit erhöhten
Abgasenthalpieanforderungen verwendbar ist. Ein konventionelles Sekundärluftsystem ist somit ersetzbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Antriebsstrang vorgesehen sein, dass die Brennervorrichtung zum Verbrennen des Kraftstoffs eine
Brennkammer mit einem Abgasauslass zum Auslassen des Abgases aus der Brennkammer aufweist, wobei der Abgasauslass fluidkommunizierend mit dem Abgaskanal des
Abgaskrümmers gekoppelt ist. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Brennkammer der Brennervorrichtung von den Abgaskanälen des Abgaskrümmers getrennt. Hierbei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Brennkammer direkt in den Abgaskanal eines Zylinders des Abgaskrümmers mündet. Weiter kann vorgesehen sein, dass die Brennkammer direkt in die Abgaskanäle mehrerer Zylinder mündet. Alternativ kann zwischen der
Brennkammer und den Abgaskanälen eine Abgasleitung zum Leiten der Abgase aus der Brennkammer in den Abgaskrümmer ausgebildet sein. Die Abgasleitung mündet vorzugsweise nahe dem Auslassventil des Zylinderkopfs in den Abgaskanal des Abgaskrümmers. Besonders bevorzugt ist die Abgasleitung zum Leiten der Abgase aus der Brennkammer in sämtliche Abgaskanäle des Abgaskrümmers ausgebildet. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zwischen der Brennkammer und dem Abgaskanal des Abgaskrümmers ein Ventil, insbesondere ein Absperrventil oder Rückschlagventil, angeordnet ist. Vorzugsweise ist eine Mündung des Abgasauslasses in den Abgaskanal einer Strömungsrichtung des Abgases der Verbrennungskraftmaschine entgegengerichtet, sodass eine Vermischung der Abgase verbessert ist. Alternativ kann die Mündung des Abgasauslassens erfindungsgemäß senkrecht oder schräg zur Strömungsrichtung angeordnet sein. Ebenso ist eine Ausrichtung in
Strömungsrichtung erfindungsgemäß möglich. Eine derartige Ausrichtung hat den Vorteil, dass hiermit eine Sogwirkung des Abgases aus dem Zylinder auf das Abgas der Brennkammer erzielbar ist. Eine derartige Brennervorrichtung hat den Vorteil, dass eine besonders
gleichmäßige Abgas- sowie Wärmeverteilung erzielbar ist.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Brennervorrichtung einen Frischlufteinlass aufweist, wobei der Frischlufteinlass mit einem Saugrohr des Antriebsstrangs zum Bereitstellen von Frischluft für die Verbrennungskraftmaschine derart fluidkommunizierend gekoppelt ist, dass Frischluft aus dem Saugrohr in die Brennervorrichtung einleitbar ist. Vorzugsweise ist an dem Frischlufteinlass, insbesondere im Bereich des Saugrohrs, ein Lufteinlassventil zum Steuern der durch den Frischlufteinlass geleiteten Luftmenge angeordnet. Das Lufteinlassventil ist vorzugsweise von einer Motorsteuerungsvorrichtung des Antriebsstrangs, welche
vorzugsweise zum Steuern der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, steuerbar. Über einen derartigen Frischlufteinlass ist auf einfache sowie kostengünstige Art und Weise Frischluft der Brennervorrichtung, insbesondere einer Brennkammer der Brennervorrichtung, zuführbar.
Weiter bevorzugt ist die Brennervorrichtung ausgebildet, Frischluft aus dem Saugrohr direkt in den Abgaskanal des Abgaskrümmers zu leiten. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Funktion eines
Sekundärluftsystems erfüllbar ist. Insbesondere bei Betrieb des Antriebsstrangs auf einer normalen Betriebstemperatur kann dies vorteilhaft sein, um Kraftstoff zu sparen. Ein
Sekundärluftsystem ist hierdurch komplett substituierbar.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann bei einem Antriebsstrang vorgesehen sein, dass die Brennervorrichtung an der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Demnach ist ein direkter Wärmeübergang der Brennervorrichtung auf die
Verbrennungskraftmaschine durch mechanische Kopplung möglich. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Brennervorrichtung an einem Bereich der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, in welchem eine schnelle Wärmeeinbringung bevorzugt ist, wie beispielsweise in der Nähe des Auslassventils bzw. der Auslassventile. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass eine Wärmenutzung des Brenners verbessert ist. Vorzugsweise ist die Brennervorrichtung zumindest teilweise monolithisch mit einem Motorblock der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet. Unter monolithisch wird im Rahmen der Erfindung insbesondere einstückig, integral oder irreversibel miteinander verbunden verstanden. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Brennervorrichtung einen Deckel aufweist, welcher beispielsweise zum seitlichen Abgrenzen der Brennkammer am Motorblock anordenbar bzw. fixierbar ist. Der Deckel kann beispielsweise im Abgaskrümmer oder als zusätzliches Bauteil ausgebildet sein. Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, dass die Herstellung der Antriebsvorrichtung erleichtert ist, insbesondere da die für die Brennervorrichtung erforderlichen Geometrien bereits in eine Gussform sowie Gusskerne des Motorblocks integrierbar und somit zusätzliche
Herstellungsprozesse zur Herstellung der Brennervorrichtung einsparbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Brennervorrichtung zumindest teilweise monolithisch mit dem Abgaskrümmer ausgebildet. Unter monolithisch wird im Rahmen der Erfindung insbesondere einstückig, integral oder irreversibel miteinander verbunden verstanden. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Brennervorrichtung einen Deckel aufweist, welcher beispielsweise zum seitlichen Abgrenzen der Brennkammer am Abgaskrümmer anordenbar bzw. fixierbar ist. Der Deckel kann beispielsweise im Motorblock oder als zusätzliches Bauteil ausgebildet sein. Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, dass die Herstellung der Antriebsvorrichtung erleichtert ist, insbesondere da die für die
Brennervorrichtung erforderlichen Geometrien bereits in eine Gussform sowie Gusskerne des Abgaskrümmers integrierbar und somit zusätzliche Herstellungsprozesse zur Herstellung der Brennervorrichtung einsparbar sind.
Besonders bevorzugt weist die Brennervorrichtung eine Kraftstoffzuführleitung zum Zuführen von Kraftstoff auf. Die Kraftstoffzuführleitung ist vorzugsweise mit einem Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs fluidkommunizierend gekoppelt. Hierbei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Kraftstoffzuführleitung mit einer Kraftstoffpumpe zum Fördern des flüssigen Kraftstoffs fluidkommunizierend gekoppelt ist. Die Kraftstoffpumpe ist vorzugsweise mittels einer Motorsteuerungsvorrichtung des Antriebsstrangs, welche vorzugsweise zum Steuern der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, betreibbar. Alternativ oder zusätzlich kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Kraftstoffzuführleitung mit einem
Tankentlüftungssystem zum Entlüften des Kraftstofftanks fluidkommunizierend gekoppelt ist. Ebenso kann eine fluidkommunizierende Kopplung der Kraftstoffzuführleitung mit einer zusätzlichen Kraftstoffquelle zur Bereitstellung eines alternativen Kraftstoffs, wie beispielsweise Methan, erfindungsgemäß vorgesehen sein. Eine Kraftstoffzuführleitung hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Verbrennung der Brennervorrichtung besser steuerbar ist. Somit kann das Verbrennen des Kraftstoffs mittels der Brennervorrichtung unabhängig von einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine erfolgen. Auf diese Weise ist auch bei einer kalten Verbrennungskraftmaschine ein bestimmungsgemäßer Betrieb der Brennervorrichtung mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise gewährleistbar.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Brennervorrichtung eine separat von der
Verbrennungskraftmaschine steuerbare Zündvorrichtung zum Fremdzünden des Kraftstoffs aufweist. Die Zündvorrichtung ist vorzugsweise mittels einer Motorsteuerungsvorrichtung des Antriebsstrangs, welche vorzugsweise zum Steuern der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, steuerbar. Eine derartige Zündvorrichtung hat den Vorteil, dass das Verbrennen des Kraftstoffs mittels der Brennervorrichtung unabhängig von einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine erfolgen kann. Somit ist auch bei einer kalten
Verbrennungskraftmaschine ein bestimmungsgemäßer Betrieb der Brennervorrichtung mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise gewährleistbar.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit einem einen Verbrennungsmotor aufweisenden Antriebsstrang gelöst. Erfindungsgemäß ist der Antriebsstrang als erfindungsgemäßer Antriebsstrang ausgebildet.
Bei dem beschriebenen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine verbesserte Abgaserwärmung bereitgestellt ist. Zudem ist mittels der
Brennervorrichtung direkt oder indirekt auch der Abgaskrümmer aufheizbar. Diese Wärme ist beispielsweise über das Kühlsystem der Verbrennungskraftmaschine an die Zylinder weiterleitbar, sodass ein Kaltstartverhalten des Kraftfahrzeugs wesentlich verbessert ist. Durch die auf diese Weise erzielbaren höheren Abgastemperaturen ist der Betrieb von
Abgasreinigungssystemen, wie beispielsweise eines Katalysators, eines Partikelfilters oder dergleichen, insbesondere beim Kaltstart deutlich verbesserbar. Ferner hat der Brenner den Vorteil, dass dieser auch bei weiteren Motorbetriebspunkten mit erhöhten
Abgasenthalpieanforderungen verwendbar ist. Ein konventionelles Sekundärluftsystem ist somit ersetzbar.
Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 in einer Schnittdarstellung ein Ausschnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs, Figur 2 in einer Schnittdarstellung einen Ausschnitt des Antriebsstrangs aus Figur 1 aus einem anderen Betrachtungswinkel, und
Figur 3 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeugs.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs 1 schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. Der Antriebsstrang 1 weist eine Verbrennungskraftmaschine 3 auf, von welcher in dieser Darstellung ein Zylinderkopf 14 mit einem Abgaskrümmer 5 abgebildet ist. Im Zylinderkopf 14 sind ein Einlassventil 15 zum Einlassen von Frischluft in einen Zylinder 4 der Verbrennungskraftmaschine 3 sowie ein Auslassventil 16 zum Auslassen von Abgasen aus dem Zylinder 4 angeordnet. In dem
Zylinderkopf 14 sind mehrere Kühlkanäle 17 ausgebildet. Ferner ist in dem Zylinderkopf 14 ein Abgasauslass 9 einer nur teilweise erkennbaren Brennervorrichtung 6 ausgebildet. Der Abgasauslass 9 mündet in einen Abgaskanal 7 des Abgaskrümmers 5 im Bereich des
Auslassventils 16 sowie auf das Auslassventil 16 gerichtet. Somit ist der Abgasauslass 9 einer Strömungsrichtung des Abgases aus dem Zylinder 4 entgegengerichtet.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt des Antriebsstrangs 1 aus Fig. 1 aus einem anderen
Betrachtungswinkel schematisch in einer Schnittdarstellung. In dieser Ansicht sind vier in Reihe angeordnete Zylinder 4 der Verbrennungskraftmaschine 3 erkennbar, welche mit einem
Saugrohr 1 1 zur Aufnahme von Frischluft fluidkommunizierend gekoppelt sind. Ein
Frischlufteinlass 10 der Brennervorrichtung 6 ist ebenfalls fluidkommunizierend mit dem
Saugrohr 1 1 gekoppelt. Ein Rückschlagventil 18 ist am Frischlufteinlass 10 zum Verhindern eines Fluidstroms von der Brennervorrichtung 6 ins Saugrohr 11 angeordnet. Die
Brennervorrichtung 6 ist im Wesentlichen im Abgaskrümmer 5 ausgebildet und weist eine Brennkammer 8 auf, in welche der Frischlufteinlass 10 zum Einleiten von Frischluft sowie eine Kraftstoffzuführleitung 12 zum Einleiten von Kraftstoff münden. Überdies weist die
Brennervorrichtung 6 eine an der Brennkammer 8 angeordnete Zündvorrichtung 13 zum Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemisches auf. Ein Abgasauslass 9 der Brennervorrichtung 6 ist mit der Brennkammer 8 fluidkommunizierend gekoppelt und somit zum Leiten von Abgas aus der Brennkammer 8 in die den verschiedenen Zylindern 4 zugeordneten Abgaskanäle 7 des Abgaskrümmers 5 ausgebildet. In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 2 schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Das Kraftfahrzeug 2 weist einen
erfindungsgemäßen Antriebsstrang 1 mit einer Verbrennungskraftmaschine 3 auf. An einem Abgaskrümmer 5 der Verbrennungskraftmaschine 3 ist eine Brennervorrichtung 6 angeordnet.
Bezugszeichenliste Antriebsstrang
Kraftfahrzeug
Verbrennungskraftmaschine
Zylinder
Abgaskrümmer
Brennervorrichtung
Abgaskanal
Brennkammer
Abgasauslass
Frischlufteinlass
Saugrohr
Kraftstoffzuführleitung
Zündvorrichtung
Zylinderkopf
Einlassventil
Auslassventil
Kühlkanal
Rückschlagventil

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsstrang (1 ) für ein Kraftfahrzeug (2), aufweisend eine
Verbrennungskraftmaschine (3) mit mehreren Zylindern (4), in den Zylindern (4) linear geführten Kolben sowie einem Abgaskrümmer (5) zum Zusammenführen der aus den Zylindern (4) ausgestoßenen Abgase und eine Brennervorrichtung (6) zum Verbrennen eines Kraftstoffs außerhalb der Zylinder (4) zum Erzeugen von Wärme,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennervorrichtung (6) mit dem Abgaskrümmer (5) derart fluidkommunizierend gekoppelt ist, dass Abgas aus der Brennervorrichtung (6) in einen Abgaskanal (7) des Abgaskrümmers (5) einleitbar ist.
2. Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennervorrichtung (6) zum Verbrennen des Kraftstoffs eine Brennkammer (8) mit einem Abgasauslass (9) zum Auslassen des Abgases aus der Brennkammer (8) aufweist, wobei der Abgasauslass (9) fluidkommunizierend mit dem Abgaskanal (7) des Abgaskrümmers (5) gekoppelt ist.
3. Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennervorrichtung (6) einen Frischlufteinlass (10) aufweist, wobei der Frischlufteinlass (10) mit einem Saugrohr (11 ) des Antriebsstrangs (1 ) zum Bereitstellen von Frischluft für die Verbrennungskraftmaschine (3) derart fluidkommunizierend gekoppelt ist, dass Frischluft aus dem Saugrohr (11 ) in die Brennervorrichtung (6) einleitbar ist.
4. Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennervorrichtung (6) ausgebildet ist, Frischluft aus dem Saugrohr (1 1 ) direkt in den Abgaskanal (7) des Abgaskrümmers (5) zu leiten.
5. Antriebsstrang (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennervorrichtung (6) an der Verbrennungskraftmaschine (3) angeordnet ist.
6. Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennervorrichtung (6) zumindest teilweise monolithisch mit einem Motorblock der Verbrennungskraftmaschine (3) ausgebildet ist.
7. Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennervorrichtung (6) zumindest teilweise monolithisch mit dem
Abgaskrümmer (5) ausgebildet ist.
8. Antriebsstrang (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennervorrichtung (6) eine Kraftstoffzuführleitung (12) zum Zuführen von Kraftstoff aufweist.
9. Antriebsstrang (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennervorrichtung (6) eine separat von der Verbrennungskraftmaschine (3) steuerbare Zündvorrichtung (13) zum Fremdzünden des Kraftstoffs aufweist.
10. Kraftfahrzeug (2) mit einem einen Verbrennungsmotor (3) aufweisenden Antriebsstrang
(1 ),
dadurch gekennzeichnet,
dass der Antriebsstrang (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
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