DE102020126255A1

DE102020126255A1 - Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020126255A1
Application number: DE102020126255.8A
Authority: DE
Inventors: Dirk Christian Leinhos; Thomas Buitkamp; Samuel Engeda; Andreas Heinisch; Wolf Kiefer; Gunnar Richter; Christian Schwarz; Jan Velthuis
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-10-07
Filing date: 2020-10-07
Publication date: 2022-04-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (1), mit einem von Frischluft durchströmbaren Einlasstrakt (5), mittels welchem die den Einlasstrakt (5) durchströmende Frischluft in einen Brennraum (4) der Verbrennungskraftmaschine (1) einleitbar ist, mit einer von Abgas aus dem Brennraum (4) durchströmbaren Abgasanlage (8), in welcher wenigstens ein Brenner (10) angeordnet ist, mittels welchem unter Verbrennen eines einen dem Brenner (10) zugeführten Brennstoff und dem Brenner (10) zugeführte Verbrennungsluft umfassenden Gemisches Wärme zum Erwärmen wenigstens eines in der Abgasanlage (8) angeordneten Abgasnachbehandlungselements (9) bereitstellbar ist, und mit wenigstens einem in dem Einlasstrakt (5) angeordneten Verdichter (12), mittels welchem die dem Brennraum (4) zuzuführende Frischluft zu verdichten ist, wobei der Verdichter (12) als elektrisch betreibbarer Verdichter (12) ausgebildet ist, wobei wenigstens eine Luftleitung (15) vorgesehen ist, mittels welcher zumindest ein Teil der mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters (12) geförderten Frischluft aus dem Einlasstrakt (5) abzweigbar und als die Verbrennungsluft dem Brenner (10) zuführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, 9 beziehungsweise 12. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
Die EP 0 631 039 A1 offenbart einen Brenner zur schnellen und motorunabhängigen Aufheizung eines Abgaskatalysators, mit einem Leitungsabschnitt, dem ein Teil an Verbrennungsluft als Primärluftstrom in Achsrichtung zuführbar ist. Der EP 2 743 470 A1 ist ein Verfahren zur Anhebung der Abgastemperatur in einem Abgastrakt einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine als bekannt zu entnehmen, mit einer nachgeschalteten Abgasreinigungseinrichtung und mit einem bei Bedarf zuschaltbaren Brenner, der in denjenigen Phasen, in denen der Ladedruck so hoch ist, dass eine definierte und/oder eine ausreichende Menge an Ladeluft in die Heizeinrichtung überströmen kann, aus der Ladedruckleitung der Brennkraftmaschine mit Luft versorgt wird. Außerdem ist aus der DE 10 2019 008 956 A1 eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, mit einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Stickoxid-Speicherkatalysator, und mit einem mit Luft und einem Kraftstoff versorgbaren Brenner, mittels welchem ein den Kraftstoff und die Luft aufweisendes Kraftstoff-Luft-Gemisch zu verbrennen ist. Der Brenner ist dazu ausgebildet, durch das Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches den Stickoxid-Speicherkatalysator zu erwärmen, wobei dem Brenner eine eigene, unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine und elektrisch betreibbare Luftpumpe zugeordnet ist, mittels welcher der Brenner unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine mit der Luft versorgbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, sodass eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung auf besonders günstige Weise realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12, sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine auch als Verbrennungsmotor bezeichnete und vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere verbrennungsmotorisch, antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist einen zumindest von Frischluft durchströmbaren Einlasstrakt auf, mittels welchem die den Einlasstrakt durchströmende Luft in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einleitbar ist. Hierdurch wird der Brennraum mit der Frischluft versorgt. Der Brennraum kann auch mit einem insbesondere flüssigen oder aber gasförmigen Kraftstoff versorgt werden, wobei der Kraftstoff beispielsweise direkt in den Brennraum einspritzbar oder einblasbar ist. Der Kraftstoff und die Frischluft bilden ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine in dem Brennraum verbrannt wird. Hierdurch entsteht in dem Brennraum Abgas der Verbrennungskraftmaschine.
Die Verbrennungskraftmaschine weist auch einen von dem Abgas aus dem Brennraum durchströmbare Abgasanlage auf, welche auch als Abgastrakt bezeichnet wird. Des Weiteren umfasst die Verbrennungskraftmaschine einen in dem Abgastrakt und somit stromab von dem Brennraum angeordneten und somit von dem Brennraum unterschiedlichen beziehungsweise zusätzlich zu dem Brennraum vorgesehenen Brenner, mittels welchem unter Verbrennen eines Gemisches Wärme bereitstellbar ist. Das Gemisch umfasst einen dem Brenner zugeführten Brennstoff sowie dem Brenner zugeführte Verbrennungsluft. Bei dem Brennstoff kann es sich um den Kraftstoff oder aber um einen von dem Kraftstoff unterschiedlichen, weiteren Brennstoff handeln. Beispielsweise wird das den Brennstoff und die Verbrennungsluft umfassende Gemisch in dem Brenner gebildet. Das Gemisch wird beispielsweise in den Brenner, insbesondere in einer Brennkammer des Kammers, verbrannt. Beispielsweise wird das Gemisch mittels des Brenners unter Bildung einer, insbesondere offenen, Flamme verbrannt, wobei der Brenner die Flamme und somit die zuvor genannte Wärme bereitstellen kann. Mittels der Wärme beziehungsweise mittels der Flamme kann wenigstens ein in der Abgasanlage, insbesondere stromab des Brenners, angeordnetes Abgasnachbehandlungselement erwärmt werden. Das Abgasnachbehandlungselement ist beispielsweise ein Katalysator oder aber ein anderes Abgasnachbehandlungselement.
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner wenigstens einen in dem Einlasstrakt angeordneten Verdichter, mittels welchem die dem Brennraum zuzuführende Frischluft zu verdichten ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass zumindest ein Teil der den Einlasstrakt durchströmenden Frischluft dem Brennraum zuführbar ist oder zugeführt wird und mittels des Verdichters zu verdichten ist beziehungsweise verdichtet wird. Mittels des Abgasnachbehandlungselements kann das Abgas nachbehandelt werden, wodurch beispielsweise einen zunächst im Abgas enthaltene Komponente mittels des Abgasnachbehandlungselements aus dem Abgas entfernt beziehungsweise insbesondere im Rahmen einer chemischen Reaktion in einen anderen Bestandteil umgewandelt wird.
Um nun eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung auf besonders günstige, insbesondere auf besonders kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Weise realisieren zu können, ist es bei dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass der Verdichter als elektrisch betreibbarer Verdichter ausgebildet ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Verdichter ein Verdichterrad aufweist, mittels welchem die Frischluft verdichtet werden kann. Das Verdichterrad ist beispielsweise drehbar in einem Verdichtergehäuse des Verdichters angeordnet und um eine Verdichterraddrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar. Durch Drehen des Verdichterrads relativ zu dem Gehäuse kann die Frischluft mittels des Verdichterrads verdichtet werden. Dabei ist dem Verdichterrad ein mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgbarer Elektromotor zugeordnet, mittels welchem unter Nutzung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom, die beziehungsweise der dem Elektromotor zugeführt wird, das Verdichterrad antreibbar und dadurch relativ zu dem Verdichtergehäuse um die Verdichterraddrehachse drehbar ist. Somit kann das Verdichterrad unter Nutzung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom mittels des Elektromotors angetrieben werden. Somit kann das Verdichterrad insbesondere auch dann besonders vorteilhaft angetrieben werden, wenn kein oder nur ein geringer Volumen- oder beziehungsweise Abgasmassestrom des Abgases zum Antreiben des Verdichterrads zur Verfügung steht.
Des Weiteren ist es bei dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine wenigstens eine insbesondere separat von dem Einlasstrakt ausgebildete und zusätzlich zu dem Einlasstrakt vorgesehene Luftleitung umfasst, mittels welcher zumindest ein Teil der mittels des Verdichters geförderten Frischluft aus dem Einlasstrakt abzweigbar und als die Verbrennungsluft dem Brenner zuführbar ist. Mit anderen Worten, durch Antreiben des Verdichterrads wird mittels des Verdichterrads die Frischluft gefördert, insbesondere durch den Einlasstrakt. Mittels der Luftleitung kann zumindest ein Teil der mittels des Verdichterrads und somit mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters geförderten Frischluft aus dem Einlasstrakt abgezweigt und in die Luftleitung eingeleitet werden. Die in die Luftleitung eingeleitete Frischluft kann die Luftleitung durchströmen und wird mittels der Luftleitung zu dem Brenner geführt und beispielsweise in den Brenner eingeleitet. Hierdurch wird der Brenner mit der die Luftleitung durchströmenden Frischluft versorgt. Die Frischluft, mit der der Brenner versorgt wird, ist die Verbrennungsluft beziehungsweise wird als die Verbrennungsluft verwendet, um das Gemisch zu bilden um schließlich mittels des Brenners die Wärme zum Erwärmen des Abgasnachbehandlungselements bereitzustellen.
Der Erfindung liegen dabei insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Der Brenner ist ein thermisches Heizsysteme, insbesondere ein thermisches Katalysatorheizsystem, welcher durch Verbrennen des Gemisches die Wärme bereitstellen kann, insbesondere derart, dass der Brenner durch das Verbrennen des Gemisches das heiße Abgas und somit die Wärme bereitstellen kann. Dabei ist der Brenner ein externer Brenner, da er bezüglich eines den Brennraum zumindest teilweise bildenden, beziehungsweise begrenzenden Motorgehäuses der Verbrennungskraftmaschine extern und dabei stromab des Brennraums in der Abgasanlage angeordnet ist. Mittels der von dem Brenner bereitgestellten Wärme kann das Abgasnachbehandlungselement schnell und zumindest nahezu unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine, das heißt zumindest nahezu unabhängig davon, ob Abgas die Abgasanlage durchströmt beziehungsweise unabhängig von einer Temperatur des die Abgasanlage durchströmenden Abgases aufgeheizt werden. Hierdurch kann besonders schnell eine so genannte, auch als Light-off-Temperatur bezeichnete Anspringtemperatur des Abgasnachbehandlungselements erreicht werden, welches ab seiner Anspringtemperatur das Abgas besonders effektiv und effizient nachbehandeln kann. Grundsätzlich ist es denkbar, so genannte Sekundärluftpumpen zu verwenden, um die dem Brenner zuzuführende Verbrennungsluft zu dem Brenner zu fördern, mithin den Brenner mit der Verbrennungsluft zu versorgen. Solche Sekundärluftpumpen sind aber für den gewünschten Zweck, den Brenner mit der Verbrennungsluft zu versorgen, nicht entwickelt, sodass gegebenenfalls mehrere Sekundärluftpumpen eingesetzt werden müssen, um eine hinreichende Versorgung des Brenners mit der Verbrennungsluft sicherzustellen. Außerdem sind solche Sekundärluftpumpen bauraum-, gewichts- und kostenintensiv.
Die zuvor genannten Nachteile und Problemen können nun durch die Erfindung vermieden werden. Die Erfindung nutzt dabei den ohnehin vorhandenen Verdichter, indem die Erfindung den Verdichter als elektrisch betreibbaren Verdichter gestaltet und somit dazu ertüchtigt, den Brenner auf bauraum-, gewichts- und kostengünstige Weise mit einer hinreichenden Menge an Verbrennungsluft zu versorgen.
Der Einlasstrakt und der Verdichter sind Bestandteile eines so genannten Aufladesystems, da das Verdichten der dem Brennraum zuzuführenden Frischluft auch als Aufladen bezeichnet wird. Die mittels des Verdichters verdichtete und dem Brennraum zuzuführende Frischluft wird auch als Ladeluft bezeichnet. Die Erfindung nutzt somit Komponenten des beispielsweise als Turboaufladesystems ausgebildeten Aufladesystems, wobei es sich bei diesen Komponenten zumindest um den elektrisch betreibbaren Verdichter und somit zumindest um einen Teil des Einlasstrakts handelt. Im Rahmen der Erfindung kommt dem Verdichter somit eine Doppelfunktion zu. Einerseits wird der Verdichter genutzt, um die dem Brennraum zuzuführende Frischluft zu verdichten. Dadurch, dass der Verdichter als elektrisch betreibbarer Verdichter ausgebildet ist, kann ein vorteilhaftes Ansprechverhalten des Verdichters beziehungsweise des Verdichterrads gewährleistet werden, da mittels des Verdichters die dem Brennraum zuzuführende Frischluft auch dann effektiv und effizient verdichtet werden kann, wenn kein oder ein nur geringer Volumen- oder Massestrom des Abgases zur Verfügung steht. Die Luftleitung ist dabei eine zusätzlich zu dem Einlasstrakt und zusätzlich zu dem Auslasstrakt vorgesehene Luftleitung, welche beispielsweise wenigstens einen von der dem Brenner zuzuführenden Verbrennungsluft durchströmbaren Luftkanal umfasst. Dadurch kann eine gezielte und bedarfsgerechte Versorgung des Brenners mit der Verbrennungsluft realisiert werden, wobei die Versorgung des Brenners mit der Verbrennungsluft auch als Luftversorgung des Brenners bezeichnet wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Einlasstrakt stromab des elektrisch betreibbaren Verdichters, das heißt stromab des Verdichterrads ein Ladeluftkühler angeordnet, mittels welchem die mittels des Verdichters beziehungsweise des Verdichterrads verdichtete Frischluft gekühlt werden kann.
Um mittels der Luftleitung die den Einlasstrakt durchströmende Frischluft aus dem Einlasstrakt abzuzweigen und als die Verbrennungsluft zu dem Brenner zu führen, ist die Luftleitung beispielsweise an einer Abzweigstelle fluidisch mit dem Einlasstrakt verbunden beziehungsweise an den Einlasstrakt angeschlossen. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Abzweigstelle stromauf des Ladeluftkühlers und stromab des elektrisch betreibbaren Verdichters, das heißt stromab des Verdichterrads des Verdichters, angeordnet ist. Hierdurch kann eine durch den Ladeluftkühler bewirkte Kühlung der Verbrennungsluft vermieden werden, sodass die Verbrennungsluft bei der Verbrennung des Gemisches in den Brenner beziehungsweise dann, wenn die Verbrennungsluft in den Brenner einströmt, eine vorteilhaft hohe Temperatur aufweist. Dadurch kann der Brenner eine besonders große Wärmemenge in kurzer Zeit bereitstellen, sodass das Abgasnachbehandlungselement effektiv und effizient aufgeheizt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Einlasstrakt stromauf des elektrisch betreibbaren Verdichters, das heißt stromauf des Verdichterrads ein weiterer Verdichter angeordnet ist, mittels welchem die dem Brennraum zuzuführende Frischluft zu verdichten ist. Der elektrisch betreibbare Verdichter ist somit beispielsweise ein elektrischer Zusatzverdichter, mittels welchem einerseits die Frischluft effektiv und effizient insbesondere auch dann verdichtet werden kann, wenn kein oder nur ein geringer Volumen- oder Massestrom des Abgases zur Verfügung steht. Insbesondere kann hierdurch eine zweistufige Aufladung realisiert werden, da beispielsweise die Frischluft mittels des weiteren Verdichters und daraufhin mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters verdichtet werden kann. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Verdichter in Strömungsrichtung der den Einlasstrakt durchströmenden Frischluft seriell beziehungsweise in Reihe zueinander angeordnet oder geschaltet sind. Andererseits kann durch die Verwendung des elektrisch betreibbaren Verdichters insbesondere als Zusatzverdichter eine große Menge an Verbrennungsluft zu dem Brenner bedarfsgereicht gefördert werden.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn stromab des weiteren Verdichters und stromauf des elektrisch betreibbaren Verdichters ein Ladeluftkühler zum Kühlen der mittels des weiteren Verdichters verdichteten Frischluft angeordnet ist, wobei die Abzweigstelle vorzugsweise stromab des elektrisch betreibbaren Verdichters angeordnet ist. Hierdurch kann eine Kühlung der mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters zu dem Brenner geförderten Verbrennungsluft durch den Ladeluftkühler vermieden werden, sodass die Abgasnachbehandlungskomponente in kurzer Zeit stark aufgeheizt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass dem elektrisch betreibbaren Verdichter beziehungsweise dem Verdichterrad eine Umgehungsleitung zugeordnet ist, welche an einer stromauf des elektrisch betreibbaren Verdichters beziehungsweise des Verdichterrads angeordneten, ersten Verbindungsstelle und an einer stromab des elektrisch betreibbaren Verdichters beziehungsweise des Verdichterrads angeordneten, zweiten Verbindungsstelle fluidisch mit dem Einlasstrakt verbunden ist. Hierdurch ist der elektrische betreibbare Verdichter beziehungsweise dessen Verdichterrad über die Umgehungsleitung von zumindest einem Teil der Frischluft umgehbar. Dies bedeutet, dass die die Umgehungsleitung durchströmende Frischluft den elektrisch betreibbaren Verdichter beziehungsweise dessen Verdichterrad umgeht und somit nicht mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters verdichtet werden kann. Hierdurch kann mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters die Verbrennungsluft besonders bedarfsgerecht gefördert werden, sodass der Brenner besonders vorteilhaft und bedarfsgerecht mit der Verbrennungsluft versorgt werden kann.
In weiterer, besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Einlasstrakt in einem sich von dem elektrisch betreibbaren Verdichter bis zu der Abzweigstelle durchgängig, das heißt unterbrechungsfrei erstreckenden Bereich vollständig frei von einer Kühleinrichtung zum gezielten Kühlen der mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters geförderten Frischluft ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Verbrennungsluft den Brenner mit einer vorteilhaft hohen Temperatur erreicht, sodass mittels des Brenners die Abgasnachbehandlungskomponente in kurzer Zeit stark aufgeheizt werden kann.
Um eine besonders vorteilhafte Luftversorgung des Brenners auf besonders kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Weise zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der elektrisch betreibbare Verdichter Bestandteil eines Abgasturboladers ist, welcher eine von dem Abgas aus dem Brennraum antreibbare Turbine umfasst, mittels welcher der Verdichter antreibbar ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass in der Luftleitung ein auch als Medienspeicher bezeichneter Speicher angeordnet ist, in welchem die mittels der Luftleitung aus dem Einlasstrakt abgezweigte Frischluft gezielt zwischenzuspeichern ist. Die in dem Speicher gezielt zwischengespeicherte Frischluft kann als die Verbrennungsluft aus dem Speicher abgeführt und dem Brenner zugeführt werden. Der Speicher ermöglicht somit eine hinreichende Luftversorgung des Brenners insbesondere auch dann, wenn der elektrisch betreibbare Verdichter außer Betrieb ist beziehungsweise wenn keine Frischluft durch den Einlasstrakt strömt. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte und bedarfsgerecht Versorgung des Brenners mit der Verbrennungsluft realisierbar. Insbesondere kann die Frischluft beziehungsweise die Verbrennungsluft in dem Speicher verdichtet und somit unter hohem Druck gespeichert werden, sodass der Brenner über den Speicher mit einer hohen Menge an Verbrennungsluft versorgt werden kann.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit einem zumindest von Frischluft durchströmbaren Einlasstrakt, mittels welchem die den Einlasstrakt durchströmende Frischluft in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einleitbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst außerdem eine von Abgas aus dem Brennraum durchströmbare Abgasanlage, in welcher wenigstens ein Brenner angeordnet ist. Mittels des Brenners ist unter Verbrennen eines Gemisches Wärme zum Erwärmen wenigstens eines in der Abgasanlage insbesondere stromab des Brenners angeordneten Abgasnachbehandlungselements bereitstellbar. Das mittels des Brenners beziehungsweise in dem Brenner zu verbrennende Gemisch umfasst einen Brennstoff, welcher dem Brenner zugeführt wird, sowie Verbrennungsluft, die dem Brenner zugeführt wird.
Um nun eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung auf besonders günstige Weise zu realisieren, ist es bei dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine einen von der Verbrennungsluft durchströmbaren Versorgungspfad aufweist, über welchen der Brenner mit der Verbrennungsluft unter Umgehung des Einlasstrakts versorgbar ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die den Versorgungspfad durchströmende und somit mittels des Versorgungspfads zu dem Brenner hin geführte Verbrennungsluft den gesamten Einlasstrakt umgeht, das heißt nicht durch den Einlasstrakt hindurchströmt. Somit ist, insbesondere der gesamte, Versorgungspfad ein von dem Einlasstrakt unterschiedlicher, zusätzlich zu dem Einlasstrakt vorgesehener Weg beziehungsweise Pfad, welcher von der Verbrennungsluft durchströmbar ist, die mittels des Wegs beziehungsweise Pfads zu dem Brenner geführt wird. Somit stammt bei dem zweiten Aspekt der Erfindung die insbesondere gesamte Verbrennungsluft, die dem Brenner zugeführt wird, nicht aus dem Einlasstrakt.
Der Versorgungspfad weist dabei einen auch als Medienspeicher bezeichneten Speicher auf, in beziehungsweise mittels welchem die den Versorgungspfad durchströmende Verbrennungsluft zwischengespeichert werden kann. Der Versorgungspfad umfasst dabei eine Zuführleitung, in welche unter Umgehung des Einlasstrakts die Verbrennungsluft einleitbar ist. Somit stammt die dem Brenner zuzuführenden, in die Zuführleitung eingeleitete und den Versorgungspfad durchströmende Verbrennungsluft nicht aus dem Einlasstrakt. Die Verbrennungsluft ist unter Umgehung des Einlasstrakts mittels der Zuführleitung in den Speicher einleitbar. Somit ist die Zuführleitung in Strömungsrichtung der den Versorgungspfad durchströmenden Verbrennungsluft stromauf des Speichers angeordnet, wobei die Verbrennungsluft auf ihrem Weg durch die Zuführleitung und zu dem Speicher und in den Speicher den Einlasstrakt umgeht, mithin nicht durch den Einlasstrakt hindurchströmt. Außerdem umfasst der Versorgungspfad eine Abführleitung, über welche die Verbrennungsluft unter Umgehung des Einlasstrakts aus dem Speicher abführbar und unter Umgehung des Einlasstrakts dem Brenner zuführbar ist. Somit ist die Abführleitung in Strömungsrichtung der den Versorgungspfad durchströmenden Verbrennungsluft stromab des Speichers angeordnet. Auf ihrem Weg aus dem Speicher durch die Abführleitung und zu dem und in den Brenner strömt die Verbrennungsluft nicht durch den Einlasstrakt, mithin umgeht die Verbrennungsluft den Einlasstrakt. Der Versorgungspfad ist somit ein eigener, vollständig von dem Einlasstrakt separater beziehungsweise zusätzlich vorgesehener Pfad, mittels welchem eine besonders bedarfsgerechte Versorgung des Brenners mit der Verbrennungsluft realisierbar ist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt kann der Brenner mittels des Versorgungspfads unabhängig von dem Einlasstrakt und darin angeordneten Bauelementen mit der Verbrennungsluft versorgt werden, sodass eine besonders bedarfsgerechte und somit vorteilhafte Erwärmung des Abgasnachbehandlungselements und in der Folge eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung darstellbar sind. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung ist in der Zuführleitung eine elektrisch betreibbare Fördereinrichtung, insbesondere ein elektrisch betreibbarer Verdichter, angeordnet ist, mittels welcher beziehungsweise welchem die Verbrennungsluft durch die Zuführleitung hindurch zu fördern und in den Speicher hinein zu fördern ist. Hierdurch kann eine besonders große Menge der Verbrennungsluft, insbesondere in verdichtetem Zustand, in dem Speicher gespeichert werden, sodass eine bedarfsgerechte Versorgung des Brenners mit der Verbrennungsluft darstellbar ist.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn bei dem zweiten Aspekt der Erfindung wenigstens eine Versorgungsleitung vorgesehen ist, über welche Luft aus dem Brennraum in den Speicher einleitbar und als die Verbrennungsluft in dem Speicher zu speichern ist. Bei dieser Ausführungsform können der Brennraum und ein den Brennraum teilweise begrenzender Kolben, der in einem den Brennraum teilweise begrenzenden Zylinder der Verbrennungskraftmaschine translatorisch bewegbar aufgenommen ist, insbesondere während eines Schub- oder Schleppbetriebs der Verbrennungskraftmaschine als Luftpumpe genutzt werden, um die Luft aus dem Brennraum über die Versorgungsleitung in den Speicher zu fördern und darin als die Verbrennungsluft zu speichern. Dadurch kann besonders effizienter Betrieb gewährleistet werden. Somit kann vorgesehen sein, dass der auch als Medienspeicher bezeichnete Speicher, insbesondere über die Versorgungsleitung, an den Brennraum angeschlossen ist. Insbesondere kann der Speicher für eine Rekuperation, insbesondere in Schubfahrten der Verbrennungskraftmaschine, genutzt werden, insbesondere beispielsweise derart, dass in einer Schubphase der Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsluft in den Speicher eingespeichert wird. Hierbei wird beispielsweise kinetische Energie des Kraftfahrzeugs genutzt und insbesondere in eine andere Energieform umgewandelt, um die Verbrennungsluft in den Speicher einzuspeichern, insbesondere um beispielsweise die Fördereinrichtung zu betreiben und somit mittels der Fördereinrichtung die Verbrennungsluft in den Speicher hinein zu fördern und somit in den Speicher einzuspeichern.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Die Verbrennungskraftmaschine weist einen zumindest von Frischluft durchströmbaren Einlasstrakt auf, mittels welchem die den Einlasstrakt durchströmende Frischluft in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einleitbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist eine von Abgas aus dem Brennraum durchströmbare Abgasanlage auf, in welcher wenigstens ein Brenner angeordnet ist. Mittels des Brenners ist unter Verbrennen eines einen dem Brenner zugeführten Brennstoff und dem Brenner zugeführte Verbrennungsluft umfassenden Gemisches Wärme zum Erwärmen wenigstens eines in der Abgasanlage angeordneten Abgasnachbehandlungselements bereitstellbar ist,
Um nun auf besonders günstige Weise eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung realisieren zu können, ist es bei dem dritten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine wenigstens eine Versorgungsleitung aufweist, über welche dem Brennraum die Verbrennungsluft als Luft aus dem Brennraum unter Umgehung der Abgasanlage zuführbar ist. Mit anderen Worten kann als die Verbrennungsluft Luft aus dem Brennraum genutzt werden, indem Luft aus dem Brennraum in die Versorgungsleitung eingeleitet und über die Versorgungsleitung zumindest mittelbar dem Brenner zugeführt wird, wobei die aus dem Brennraum stammende, in die Verbrennungsluft eingeleitete und in der Folge die Versorgungsleitung durchströmende Luft, die dann zumindest mittelbar dem Brenner zugeführt wird, die stromab des Brennraums verlaufende Abgasanlage vollständig umgeht, mithin nicht durch die Abgasanlage hindurchströmt. Hierdurch kann beispielsweise während einer Schlepp- oder Schubphase der Verbrennungskraftmaschine Luft aus dem Brennraum besonders gut als die Verbrennungsluft genutzt werden. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine verbrennungsmotorisch antreibbar ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten, zweiten und dritten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des vierten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine;
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine;
4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine; und
5 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform einer auch als Verbrennungsmotor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine 1 eines vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildeten und mittels der Verbrennungskraftmaschine 1 verbrennungsmotorisch antreibbaren Kraftfahrzeugs. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist ein beispielsweise als Zylindergehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildetes Motorgehäuse 2 auf, welches mehrere Zylinder 3 aufweist beziehungsweise bildet oder begrenzt. Der jeweilige Zylinder 3 begrenzt teilweise einen jeweiligen Brennraum 4. Der jeweilige Brennraum 4 ist auch teilweise durch einen translatorisch bewegbar an dem jeweiligen Zylinder 3 aufgenommenen Kolben begrenzt. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist einen von Frischluft durchströmbaren und auch als Ansaugtrakt bezeichneten Einlasstrakt 5 auf, mittels welchem die den Einlasstrakt 5 durchströmende Frischluft zu dem und in den Zylinder 3 und somit zu den und in die Brennräume 4 geführt wird. In dem Ansaugtrakt 5 ist ein Bauelement 6 angeordnet. Das Bauelement 6 kann ein Luftfilter zum Filtern der Frischluft umfassen. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Bauelement 6 einen Ansauggeräuschdämpfer. In 1 veranschaulicht ein Pfeil 7 die in den Einlasstrakt 5 einströmende und den Einlasstrakt 5 durchströmende Frischluft.
Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 1 wird der jeweilige Brennraum 4 mit der Frischluft und mit einem beispielsweise flüssigen Kraftstoff versorgt. Die Frischluft und der Kraftstoff bilden ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches in dem jeweiligen Brennraum 4 verbrannt wird. Daraus resultiert Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1. Das Abgas kann aus den Brennräumen 4 ausströmen, in einen Abgastrakt 8 der Verbrennungskraftmaschine einströmen und den Abgastrakt 8 durchströmen. Der Abgastrakt 8 wird auch als Abgasanlage bezeichnet, die von dem Abgas aus den Brennräumen 4 durchströmbar ist. In der Abgasanlage ist wenigstens ein Abgasnachbehandlungselement 9 angeordnet, mittels welchem das Abgas nachbehandelt werden kann. Das Abgasnachbehandlungselement 9 ist vorzugsweise ein motornahes Abgasnachbehandlungselement. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 beziehungsweise das Zylindergehäuse 2 in einem Motorraum des Kraftwagens angeordnet ist. Der Motorraum ist durch einen beispielsweise als selbsttragende Karosserie ausgebildeten Aufbau des Kraftfahrzeugs zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzt. Dabei ist auch das Abgasnachbehandlungselement 9 in dem Motorraum angeordnet.
Insbesondere ist das Abgasnachbehandlungselement 9 ein Katalysator, insbesondere ein motornaher Katalysator.
Des Weiteren ist in der Abgasanlage ein Brenner 10 angeordnet, welcher vorzugsweise ebenfalls in dem Motorraum angeordnet ist. In 1 ist durch einen Pfeil 11 das Abgas und insbesondere dessen Strömung durch die Abgasanlage veranschaulicht. Mittels des Brenners 10 kann ein einen Brennstoff und Verbrennungsluft umfassendes Gemisch, insbesondere unter Bildung einer Flamme, verbrannt werden. Aus der Verbrennung des Gemisches resultiert Wärme, die von dem Brenner 10 bereitgestellt werden kann. Mittels der von dem Brenner 10 bereitgestellten Wärme kann das Abgasnachbehandlungselement 9 in kurzer Zeit stark aufgeheizt und dadurch aus oder über seine Anspringtemperatur gebracht werden. Hierzu ist es insbesondere vorgesehen, dass das Abgasnachbehandlungselement 9 in Strömungsrichtung des die Abgasanlage durchströmenden Abgases stromab des Brenners 10 angeordnet ist. Das zuvor genannte Gemisch umfasst den Brennstoff, welcher dem Brenner 10 zugeführt wird. Außerdem wird die Verbrennungsluft dem Brenner 10 zugeführt. Mit anderen Worten wird der Brenner 10 mit der Verbrennungsluft versorgt. Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst auch einen in dem Einlasstrakt 5 angeordneten Verdichter 12, welcher ein in dem Einlasstrakt 5 angeordnetes Verdichterrad 13 aufweist. Mittels des Verdichterrads 13 und somit mittels des Verdichters 12 kann die den Einlasstrakt 5 durchströmende Frischluft, die den Brennräumen 4 zugeführt beziehungsweise in die Brennräume 4 eingeleitet wird, verdichtet werden.
Um nun eine besonders vorteilhafte Nachbehandlung des Abgases auf besonders günstige Weise realisieren zu können, wobei die Nachbehandlung des Abgases auch als Abgasnachbehandlung bezeichnet wird, ist der Verdichter 12 als ein elektrisch betreibbarer Verdichter ausgebildet. Hierzu umfasst der Verdichter 12 einen Elektromotor 14, welcher unter Versorgung des Elektromotors 14 mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom betrieben werden kann. Durch Betreiben des Elektromotors 14 kann der Elektromotor 14 unter Nutzung der dem Elektromotor 14 zugeführten, elektrischen Energie den Verdichter 12 beziehungsweise das Verdichterrad 13 antreiben, wodurch mittels des Verdichterrads 13 die Frischluft gefördert und insbesondere verdichtet wird.
Des Weiteren umfasst die Verbrennungskraftmaschine 1 eine Luftleitung 15, die an einer Abzweigstelle A fluidisch mit dem Einlasstrakt 5 verbunden ist. Hierunter ist zu verstehen, dass an der Abzweigstelle A mittels der Luftleitung 15 zumindest ein Teil der mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters 12 beziehungsweise mittels des Verdichterrads 13 geförderten Frischluft aus dem Einlasstrakt 5 abgezweigt und als die Verbrennungsluft dem Brenner 10 zugeführt werden kann. Hierzu ist die Luftleitung 15 an einer Verbindungsstelle V mit dem Brenner 10 verbunden, sodass beispielsweise an der Verbindungsstelle V die die Luftleitung 15 durchströmende Frischluft als die Verbrennungsluft in den Brenner 10 eingeleitet werden kann.
In dem Einlasstrakt 5 ist stromab des elektrisch betreibbaren Verdichters 12, das heißt stromab des Verdichterrads 13 ein Ladeluftkühler 16 angeordnet, mittels welchem die mittels des Verdichters 12 verdichtet Frischluft gekühlt werden kann. Dabei ist die Abzweigstelle A stromab des Verdichterrads 13 und stromauf des Ladeluftkühlers 16 angeordnet.
In dem Ansaugtrakt 5 ist stromab des Verdichters 12, insbesondere stromab des Ladeluftkühlers 16, ein so genannter, auch als Luftsammler oder Ladeluftsammler bezeichneter Sammler 17 angeordnet, in welchem die mittels des Verdichters 12 geförderte und verdichtete Luft zunächst gesammelt wird. Über den Sammler 17 wird die mittels des Verdichters 12 geförderte und verdichtete Frischluft den Brennräumen 4 zugeführt, mithin auf die Brennräume 4 aufgeteilt beziehungsweise verteilt. Dabei ist in dem Einlasstrakt 5 stromab des Verdichters 12, insbesondere stromab des Ladeluftkühlers 16 und stromauf des Sammlers 17 eine auch als Hauptdrosselklappe bezeichnete, Drosselklappe 18 angeordnet. Mittels der Drosselklappe 18 kann beispielsweise eine, insbesondere über den Sammler 17, den Brennräumen 4 zuzuführende Menge der Frischluft eingestellt werden.
Dabei ist der Einlasstrakt 5 in einem sich von dem elektrisch betreibbaren Verdichter 12 bis zu der Abzweigstelle A durchgängig erstreckenden Bereich vollständig frei von einer Kühleinrichtung zum gezielten Kühlen der mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters 12 verdichteten Frischluft, wobei die Frischluft beziehungsweise Verbrennungsluft auf ihrem Weg von der Abzweigstelle A in den Brenner 10 nicht mittels einer Kühleinrichtung gezielt gekühlt wird. Hierdurch kann der Brenner 10 eine besonders große Wärmemenge bereitstellen.
Bei der ersten Ausführungsform ist der elektrisch betreibbare Verdichter 12 Bestandteil eines Abgasturboladers 19. Der Abgasturbolader 19 umfasst somit den Elektromotor 14 und ist daher als elektrisch unterstützter Abgasturbolader (eATL) ausgebildet. Der Abgasturbolader 19 umfasst dabei eine Turbine 20 mit einem Turbinenrad 23, wobei die Turbine 20 und das Turbinenrad 23 in der Abgasanlage angeordnet sind. Das Turbinenrad 23 ist von dem die Abgasanlage durchströmenden Abgas antreibbar. Der Abgasturbolader 19 umfasst dabei beispielsweise eine Welle, über welche das Verdichterrad 13 von dem Turbinenrad 23 antreibbar ist. Dadurch ist der Verdichter 12 von der Turbine 20 antreibbar. Somit kann im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Frischluft genutzt werden. Insbesondere ist der Elektromotor 14 ein in den Abgasturbolader 19 integrierter Elektromotor, sodass der Abgasturbolader 19 beziehungsweise dessen Verdichter 12 durch Antreiben des Verdichterrads 13 die Verbrennungsluft über die Luftleitung 15 für den Brenner 10 liefern kann. Der Brenner 10 ist ein thermisches Heizsystem, insbesondere ein thermisches Katalysatorheizsystem, mittels welchem das Abgasnachbehandlungselement 9 effektiv aufgeheizt werden kann. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Luftleitung 15 an der Abzweigstelle A nach einem Austritt des Verdichters 12 abzweigt.
In dem Einlasstrakt 5 ist insbesondere an das Abzweigstelle A ein Ventilelement 24 angeordnet, mittels welchem beispielsweise eine die Luftleitung 15 durchströmende und mittels des Verdichters 12 geförderte Menge der Verbrennungsluft und/oder eine zu den Brennräumen 4 beziehungsweise zu dem Ladeluftkühler 16 strömende und mittels der Verdichters 12 geförderte Menge der Frischluft einstellbar ist. Hierunter kann insbesondere verstanden werden, dass beispielsweise das Ventilelement 24 zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung verstellbar ist. In der Schließstellung versperrt beispielsweise das Ventilelement 24 die Luftleitung 15, sodass keine Frischluft aus dem Einlasstrakt 5 abgezweigt und in die Luftleitung 15 eingeleitet wird. In der Offenstellung gibt beispielsweise das Ventilelement 24 die Luftleitung 15 frei, sodass dann an der Abzweigstelle A zumindest ein Teil der den Einlasstrakt 5 durchströmenden Frischluft abgezweigt und in die Luftleitung 15 eingeleitet wird, daraufhin die Luftleitung 15 durchströmt und mittels der Luftleitung 15 zu dem Brenner 10 geführt wird. Somit ist die Luftleitung 15 beispielsweise eine bezüglich des Einlasstrakts 5 separate, externe Leitung, deren Luftkanal von der abgezweigten Frischluft als die Verbrennungsluft durchströmbar ist und beispielsweise schaltbar ist, insbesondere durch das Ventilelement 24.
Durch das Verbrennen des Gemisches stellt der Brenner 10 beispielsweise ein Brennerabgas bereit, welches auf das beziehungsweise durch das Abgasnachbehandlungselement 9 geleitet wird. Somit wird das Abgasnachbehandlungselement 9 mittels des Brennerabgases erwärmt. Vorzugsweise ist eine entsprechende Ölversorgung für den Abgasturbolader 19 sicherzustellen.
Um ein Rückströmen von heißem Gas zu vermeiden, kann stromauf des Brenners 10 und somit beispielsweise in der Luftleitung 15 oder stromab des Brenners 10 ein Abschaltventil 25 angeordnet sein, welches bei der ersten Ausführungsform stromauf des Brenners 10 in der Luftleitung 15 angeordnet ist und dabei beispielsweise in Richtung der Abzweigstelle A beziehungsweise dann, wenn das Abschaltventil 25 stromab des Brenners 10 angeordnet ist, in Richtung des Brenners 10 sperrt und in die entgegengesetzte Richtung öffnet. Unter der Anordnung des Abschaltventils 25 stromab des Brenners 10 kann insbesondere verstanden werden, dass der Brenner 10 über ein Leitungsteil fluidisch mit der Abgasanlage verbunden ist, sodass die von dem Brenner 10 bereitgestellte Wärme beziehungsweise das Brennerabgas über das Leitungsteil von dem Brenner 10 in die Abgasanlage geleitet werden kann. Dabei ist beispielsweise das Abschaltventil 25 stromab des Brenners 10 und in den Leitungsteil und dabei stromauf der Abgasanlage angeordnet.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform, bei welcher in dem Einlasstrakt 5 stromauf des Verdichters 12 ein weiterer Verdichter 26 mit einem weiteren Verdichterrad 27 angeordnet ist. Bei der zweiten Ausführungsform umfasst der Abgasturbolader 19 anstelle des Verdichters 12 den Verdichter 26 mit dem Verdichterrad 27, und der Abgasturbolader 19 ist als herkömmlicher Abgasturbolader ausgebildet, dessen Laufräder in Form des Verdichterrads 27 und in Form des Turbinenrads 23 nicht durch einen Elektromotor angetrieben werden können.
Bei der zweiten Ausführungsform ist der Verdichter 12 als ein elektrischer Zusatzverdichter ausgebildet, mittels welchem die den Brennräumen 4 zuzuführende Frischluft verdichtet werden kann. Insbesondere ist der Verdichter 12 stromab der Drosselklappe 18 angeordnet. Außerdem ist der Ladeluftkühler 16 stromab des Verdichters 26 und stromauf des Verdichters 12, insbesondere stromauf der Drosselklappe 18, angeordnet. Über ein Luftleitungselement 28 kann die mittels des Verdichters 12 geförderte und verdichtete Frischluft von dem Verdichter 12 in den Sammler 17 und daraufhin in die Brennräume 4 strömen. Dabei ist in dem Luftleitungselement 28 eine zweite Drosselklappe 29 angeordnet, mittels welcher beispielsweise eine insbesondere über den Sammler 17 den Brennräumen 4 zuzuführende Menge der mittels des Verdichters 12 verdichteten und geförderten Frischluft einstellbar ist. Die Luftleitung 15 ist dabei an der Abzweigstelle A fluidisch mit dem Luftleitungselement 28 des Einlasstrakts 5 verbunden. Auch bei der zweiten Ausführungsform ist da beispielsweise als regelbare Klappe, insbesondere regelbare Umschaltklappe, ausgebildete Ventilelement 24 vorgesehen, mittels welchem eine Menge der die Luftleitung 15 durchströmenden und mittels des Verdichters 12 geförderten Frischluft einstellbar ist, die als die Verbrennungsluft dem Brenner 10 zugeführt wird. Somit ist auch bei der zweiten Ausführungsform die Luftleitung 15 beziehungsweise deren Luftkanal ein bezüglich des Einlasstrakts 5 externer und schaltbarer beziehungsweise mittels des Ventilelements 24 regelbarer Luftkanal, um den Brenner 10 mit der Verbrennungsluft zu versorgen. Beispielsweise beim Versorgen des Brenners 10 mit der Verbrennungsluft ist die Drosselklappe 18 geschlossen und/oder die Drosselklappe 29 kann geschlossen sein.
Dem Verdichter 26 beziehungsweise dessen Verdichterrad 27 ist eine auch als Bypassleitung oder Verdichterbypass bezeichnete Umgehungsleitung 30 zugeordnet, welche an Verbindungsstellen V1 und V2 fluidisch mit dem Einlasstrakt 5 verbunden ist. Die Verbindungsstelle V1 ist stromauf des Verdichterrads 27 angeordnet, und die Verbindungsstelle V2 ist stromab des Verdichterrads 27 und insbesondere stromauf des Verdichterrads 13, insbesondere stromauf des Ladeluftkühlers 16, angeordnet. Über die Umgehungsleitung 30 kann zumindest ein Teil der den Einlasstrakt 5 durchströmenden Frischluft das Verdichterrad 27 umgehen und somit nicht mittels des Verdichterrads 27 verdichtet werden beziehungsweise nicht durch den Verdichter 26 hindurchströmen. In der Umgehungsleitung 30 ist beispielsweise ein Ventilelement 31 angeordnet, mittels welchem eine Menge der die Umgehungsleitung 30 durchströmenden und dadurch den Verdichter 26 umgehenden Frischluft einstellbar, insbesondere regelbar, ist. Beispielsweise dann, wenn der Verdichter 12 die Frischluft, insbesondere über das Bauelement 6 ansaugt und somit in den Einlasstrakt 5 ansaugt und in der Folge die Frischluft als die Verbrennungsluft zu dem Brenner 10 fördert, kann die mittels des Verdichters 12 geförderte Frischluft den Verdichter 26 über die Umgehungsleitung 30 umgehen, sodass ein durch die mittels des Verdichters 12 geförderte Frischluft bewirktes Antreiben des Verdichterrads 27 unterbleibt oder zumindest gering gehalten werden kann. Außerdem können durch Nutzung der Umgehungsleitung 30 Druckverluste gering gehalten werden. Beispielsweise ist das Ventilelement 31 schaltbar, sodass die Umgehungsleitung 30 ein schaltbarer Verdichterbypass, das heißt eine schaltbare Umgehung des Verdichters 26 sein kann. Insbesondere kann das Ventilelement 31 ein Schubumluftventil sein, welches insbesondere geöffnet wird und somit die Umgehungsleitung 30 freigibt, wenn mittels des Verdichters 12 die Frischluft angesaugt und als die Verbrennungsluft zu dem Brenner 10 gefördert wird.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 1. Bei der dritten Ausführungsform ist dem Verdichter 12 eine Umgehungsleitung 32 zugeordnet, welche an einer ersten Verbindungsstelle V3 und an einer zweiten Verbindungsstelle V4 fluidisch mit dem Einlasstrakt 5 verbunden ist.
Die Verbindungsstelle V3 ist stromab des Verdichterrads 27 und dabei stromab des Ladeluftkühlers 16 und stromauf des Verdichterrads 13 angeordnet, und die Verbindungsstelle V4 ist stromab des Verdichterrads 13 und stromauf der Brennräume 4, insbesondere stromauf des Sammlers 17, angeordnet. Somit kann über die Umgehungsleitung 32 zumindest ein Teil der beispielsweise mittels des Verdichterrads 27 geförderten Frischluft das Verdichterrad 13 und somit den Verdichter 12 umgehen, sodass die die Umgehungsleitung 32 durchströmende Frischluft den Verdichter 12 nicht durchströmt. Im Hinblick auf die Umgehungsleitung 32 ist ein Leitungsteil 33 des Einlasstrakts 5, in dessen Leitungsteil das Verdichterrad 13 angeordnet ist, ein Umgehungszweig, da die den Umgehungszweig, das heißt das Leitungsteil 33 durchströmende Luft die Umgehungsleitung 32 umgeht.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst außerdem Sensoren 34 und 35. Der Sensor 34 ist beispielsweise ein Druck- und/oder Temperatursensor, wobei der Sensor 35 beispielsweise ein Temperatursensor ist. Der Umgehungszweig mündet vor der Drosselklappe 18 in den eigentlichen Einlasstrakt 5. In der Umgehungsleitung 32 ist ein beispielsweise als Rückschlagklappe oder Rückschlagventil ausgebildetes Ventilelement 36 angeordnet, welches insbesondere in Richtung der Verbindungsstelle V4 öffnet und in entgegengesetzter Richtung, das heißt in Richtung der Verbindungsstelle V3 schließt. Hierdurch kann eine übermäßige Rückströmung der Frischluft von der Verbindungsstelle V4 zu der Verbindungsstelle V3 hin vermieden werden.
Die dritte Ausführungsform weist insbesondere den Vorteil auf, dass durch eine gezielte Durchlässigkeit der Drosselklappe 18 ein Luftstrom durch den Verdichter 12 erhöht werden kann, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen und hohe Druckverhältnisse einstellen zu können.
4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 1. Bei der vierten Ausführungsform kann beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine 1 frei von einem elektrisch betreibbaren Verdichter, mittels welchem die beziehungsweise alle Brennräume 4 der Verbrennungskraftmaschine 1 mit Luft versorgbar sind, sein. Insbesondere ist bei der vierten Ausführungsform der Abgasturbolader 19 als herkömmlicher Abgasturbolader ohne elektrische Maschine ausgebildet. Bei der vierten Ausführungsform umfasst die Verbrennungskraftmaschine 1 einen bezüglich des Einlasstrakts 5 vollständig externen, vollständig zusätzlich zu dem Einlasstrakt 5 vorgesehenen Versorgungspfad 37, über welchen der Brenner 10, insbesondere unabhängig von dem Einlasstrakt 5, mit der Verbrennungsluft versorgbar ist. Mit anderen Worten ist der Brenner 10 über den Versorgungspfad 37 unter Umgehung des Einlasstrakts 5 mit der Verbrennungsluft versorgbar, sodass die den Versorgungspfad 37 durchströmende Verbrennungsluft, die mittels der Versorgungspfads 37 zu dem Brenner 10 geführt wird, den gesamten Einlasstrakt 5 umgeht, mithin nicht durch den Einlasstrakt 5 hindurchströmt. Dabei weist der Versorgungspfad 37 einen auch als Medienspeicher bezeichneten Speicher 38 auf, in welchem die dem Brenner 10 zuführende Verbrennungsluft zwischengespeichert wird. Der Versorgungspfad 37 umfasst eine Zuführleitung 39, welche Strömungsrichtung der den Versorgungspfad 37 durchströmenden Luft stromauf des Speichers 38 angeordnet ist. In die Zuführleitung 39 ist unter Umgehung des gesamten Einlasstrakts 5 die Verbrennungsluft einleitbar, welche unter Umgehung des gesamten Einlasstrakts 5 mittels der Zuführleitung 39 zu dem und in den Speicher 38 geführt und in den Speicher 38 eingeleitet wird. Der Versorgungspfad 37 umfasst ferner eine Abführleitung 40, die in Strömungsrichtung der den Versorgungspfad 37 durchströmenden Verbrennungsluft stromab des Speichers 38 und insbesondere stromauf des Brenners 10 angeordnet ist. Über die Abführleitung 40 ist die Verbrennungsluft unter Umgehung des Einlasstrakts 5 aus dem Speicher 38 abführbar und unter Umgehung des Einlasstrakts 5 dem Brenner 10 zuführbar, mithin in den Brenner 10 einleitbar. Dabei ist in der Zuführleitung 39 eine beispielsweise als elektrisch betreibbarer Verdichter ausgebildete, elektrisch betreibbare Fördereinrichtung 41 angeordnet, mittels welcher unter elektrischem Betreiben der Fördereinrichtung 41 die Verbrennungsluft durch die Zuführleitung 39 hindurchgefördert und in den Speicher 38 hineingefördert wird. Hierzu umfasst die Fördereinrichtung 41 ein beispielsweise als Förderrad ausgebildetes Förderelement 42 und einen Elektromotor 43, mittels welchem unter Nutzung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom das Förderelement 42 antreibbar ist. Durch Antreiben des Förderelements 42 wird mittels des Förderelements 42 die Verbrennungsluft durch die Zuführleitung 39 hindurchgefördert.
In der Zuführleitung 39 ist stromab der Fördereinrichtung 41 und stromauf des Speichers 38 ein beispielsweise als Rückschlagklappe ausgebildetes Ventilelement 44 angeordnet, welches beispielsweise als Rückschlagventil ausgebildet ist und eine Rückströmung der Verbrennungsluft aus dem Speicher 38 zu der Fördereinrichtung 41 vermeidet, mithin in Richtung des Speichers 38 öffnet und in Richtung der Fördereinrichtung 41 schließt. In der Abführleitung 40 ist stromauf des Brenners 10 ein beispielsweise als Umschaltorgan ausgebildetes Ventilelement 45 angeordnet, welches beispielsweise an einem Austritt des Speichers 38 angeordnet ist. Mittels des Ventilelements 45 kann eine aus dem Speicher 38 abzuführende und dem Brenner 10 zuzuführende beziehungsweise in den Brenner 10 einzuleitende Menge der Verbrennungsluft eingestellt, insbesondere geregelt, werden. Des Weiteren ist es vorgesehen, dass das Abschaltventil 25 beispielsweise stromab des Brenners und dabei in dem Leitungsteil 33 oder - wie in 4 gezeigt - in der Abführleitung 40 und dabei stromauf des Brenners 10 und stromab des Speichers 38, insbesondere stromab des Ventilelements 45, angeordnet ist. Das Abschaltventil 25 kann eine Strömung der Verbrennungsluft von dem Brenner 10 hin zu dem Speicher 38 vermeiden.
Die vierte Ausführungsform ist insbesondere insofern vorteilhaft, als dass der Speicher 38, insbesondere mittels der beispielsweise als elektrische Luftpumpe ausgebildeten, elektrisch betreibbaren Fördereinrichtung 41, über einen besonders langen Zeitraum mit der Verbrennungsluft befüllt werden kann, sodass Anforderungen an die Fördereinrichtung 41 gering gehalten werden können. Somit kann die Fördereinrichtung 41 bauraum-, gewichts- und kostengünstig ausgestaltet werden.
5 zeigt eine fünfte Ausführungsform, welche im Grunde der vierten Ausführungsform entspricht. Bei der fünften Ausführungsform ist jedoch zusätzlich eine Versorgungsleitung 46 vorgesehen, über welche Luft aus zumindest einem der Brennräume 4, insbesondere aus allen Brennräumen 4, in den Speicher 38 einleitbar und in dem Speicher 38 als die Verbrennungsluft zu speichern ist. Hierzu ist die Versorgungsleitung 46, insbesondere einerseits oder einen Ends, fluidisch mit dem zumindest einen Brennraum 4, insbesondere mit allen Brennräumen 4, verbunden. Andererseits beziehungsweise anderen Ends ist die Versorgungsleitung 46 mit dem Speicher 38 fluidisch verbunden. Über die Versorgungsleitung 46 kann beispielsweise ein Einleiten von Verbrennungsluft in den Speicher 38, das heißt ein Befüllen des Speichers 38 mit der Verbrennungsluft in Schlepp- oder Schubphasen der Verbrennungskraftmaschine 1 erfolgen, deren beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle in der jeweiligen Schleppbeziehungsweise Schubphase von kinetischer Energie des fahrenden beziehungsweise rollenden Kraftfahrzeugs angetrieben wird. Die Zylinder sind über jeweilige Pleuel gelenkig mit der Abtriebswelle gekoppelt. Hierdurch können translatorische Bewegungen der Kolben in den Zylindern 3 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgewandelt werden. Wird in der jeweiligen Schlepp- beziehungsweise Schubphase die Abtriebswelle (Kurbelwelle) gedreht, so werden dadurch die Kolben in den Zylindern 3 translatorisch bewegt. Der jeweilige Kolben und der jeweilige Zylinder 3 arbeiten somit als Luftpumpe, mittels welcher die Luft aus dem jeweiligen Brennraum 4 in die Versorgungsleitung 46 hineingefördert und durch die Versorgungsleitung 46 hindurchgefördert wird. Die die Versorgungsleitung 46 durchströmende Luft aus dem jeweiligen Brennraum 4 wird mittels der Versorgungsleitung 46 in den Speicher 38 eingeleitet und als die Verbrennungsluft in dem Speicher 38 gespeichert. Dabei ist in der Versorgungsleitung 46 ein beispielsweise als Rückschlagventil oder Rückschlagklappe ausgebildetes Ventilelement 47 vorgesehen, welches in Richtung des jeweiligen Brennraums 4 schließt und in Richtung des Speichers 38 öffnet. Mittels des Ventilelements 47 kann somit ein Rückströmen der Verbrennungsluft aus dem Speicher 38 in den jeweiligen Brennraum 4 vermieden werden.
Beispielsweise ist dem jeweiligen Brennraum 4 wenigstens ein oder mehrere, insbesondere schaltbare, Ventile zugeordnet, die beispielsweise in einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine 1 angeordnet sind. Die Luft aus den Brennräumen 4 kann über die Ventile in die Versorgungsleitung 46 eingeleitet werden, beziehungsweise einströmen.
Bei der fünften Ausführungsform ist die Fördereinrichtung 41 optional vorgesehen und kann entfallen. Die Abzweigstelle A kann gegebenenfalls anders als in den Fig. gezeigt angeordnet sein, zweckmäßige ist es, die Luftleitung 15 möglichst kurz zu halten. Aus bestimmten Gründen wie beispielsweise aus Bauraumgründen kann es gegebenenfalls vorteilhaft sein, wenn die Abzweigstelle A stromab des Sammlers 17 und insbesondere stromauf der Brennräume 4 oder stromauf des Sammlers 17 und gegebenenfalls stromab des Ladeluftkühlers 16 angeordnet ist.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungskraftmaschine
2: Zylindergehäuse
3: Zylinder
4: Brennraum
5: Einlasstrakt
6: Bauelement
7: Pfeil
8: Abgastrakt
9: Abgasnachbehandlungselement
10: Brenner
11: Pfeil
12: Verdichter
13: Verdichterrad
14: Elektromotor
15: Luftleitung
16: Ladeluftkühler
17: Sammler
18: Drosselklappe
19: Abgasturbolader
20: Turbine
23: Turbinenrad
24: Ventilelement
25: Abschaltventil
26: Verdichter
27: Verdichterrad
28: Luftleitungselement
29: Ventilelement
30: Umgehungsleitung
31: Ventilelement
32: Umgehungsleitung
33: Leitungsteil
34: Sensor
35: Sensor
36: Ventilelement
37: Versorgungspfad
38: Speicher
39: Zuführleitung
40: Abführleitung
41: Fördereinrichtung
42: Förderelement
43: Elektromotor
44: Ventilelement
45: Ventilelement
46: Versorgungsleitung
47: Ventilelement
A: Abzweigstelle
V, V1- V4: Verbindungsstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0631039 A1 [0002]
EP 2743470 A1 [0002]
DE 102019008956 A1 [0002]

Claims

Verbrennungskraftmaschine (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem zumindest von Frischluft durchströmbaren Einlasstrakt (5), mittels welchem die den Einlasstrakt (5) durchströmende Frischluft in wenigstens einen Brennraum (4) der Verbrennungskraftmaschine (1) einleitbar ist, mit einer von Abgas aus dem Brennraum (4) durchströmbaren Abgasanlage (8), in welcher wenigstens ein Brenner (10) angeordnet ist, mittels welchem unter Verbrennen eines einen dem Brenner (10) zugeführten Brennstoff und dem Brenner (10) zugeführte Verbrennungsluft umfassenden Gemisches Wärme zum Erwärmen wenigstens eines in der Abgasanlage (8) angeordneten Abgasnachbehandlungselements (9) bereitstellbar ist, und mit wenigstens einem in dem Einlasstrakt (5) angeordneten Verdichter (12), mittels welchem die dem Brennraum (4) zuzuführende Frischluft zu verdichten ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (12) als elektrisch betreibbarer Verdichter (12) ausgebildet ist, wobei wenigstens eine Luftleitung (15) vorgesehen ist, mittels welcher zumindest ein Teil der mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters (12) geförderten Frischluft aus dem Einlasstrakt (5) abzweigbar und als die Verbrennungsluft dem Brenner (10) zuführbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einlasstrakt (5) stromab des elektrisch betreibbaren Verdichters (12) ein Ladeluftkühler (16) zum Kühlen der verdichteten Frischluft angeordnet ist, wobei die Luftleitung (15) an einer stromauf des Ladeluftkühlers (16) und stromab des elektrisch betreibbaren Verdichters (12) angeordneten Abzweigstelle (A) fluidisch mit dem Einlasstrakt (5) verbunden ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einlasstrakt (5) stromauf des elektrisch betreibbaren Verdichters (12) ein weiterer Verdichter (26) angeordnet ist, mittels welchem die dem Brennraum (4) zuzuführende Frischluft zu verdichten ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des weiteren Verdichters (26) und stromauf des elektrisch betreibbaren Verdichters (12) ein Ladeluftkühler (16) zum Kühlen der mittels des weiteren Verdichters (26) verdichteten Frischluft angeordnet ist, wobei die Luftleitung (15) an einer stromab des elektrisch betreibbaren Verdichters (12) angeordneten Abzweigstelle (A) fluidisch mit dem Einlasstrakt (5) verbunden ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem elektrisch betreibbaren Verdichter (12) eine Umgehungsleitung (32) zugeordnet ist, welche an einer stromauf des elektrisch betreibbaren Verdichters (12) angeordneten, ersten Verbindungsstelle (V3) und an einer stromab des elektrisch betreibbaren Verdichters (12) angeordneten, zweiten Verbindungsstelle (V4) fluidisch mit dem Einlasstrakt (5) verbunden ist, wodurch der elektrische betreibbare Verdichter (12) über die Umgehungsleitung (32) von zumindest einem Teil der Frischluft umgehbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasstrakt (5) in einem sich von dem elektrisch betreibbaren Verdichter (12) bis zu der Abzweigstelle (A) durchgängig erstreckenden Bereich vollständig frei von einer Kühleinrichtung zum gezielten Kühlen der mittels des elektrisch betreibbaren Verdichters (12) geförderten Frischluft ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch betreibbare Verdichter (12) Bestandteil eines Abgasturboladers (19) ist, welcher eine von dem Abgas antreibbare Turbine (20) umfasst, mittels welcher der Verdichter (12) antreibbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Luftleitung (15) ein Speicher (38) angeordnet ist, in welchem die mittels der Luftleitung (15) aus dem Einlasstrakt (5) abgezweigte Frischluft zwischenzuspeichern ist, welche als die Verbrennungsluft aus dem Speicher (38) abführbar und dem Brenner (10) zuführbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem zumindest von Frischluft durchströmbaren Einlasstrakt (5), mittels welchem die den Einlasstrakt (5) durchströmende Frischluft in wenigstens einen Brennraum (4) der Verbrennungskraftmaschine (1) einleitbar ist, und mit einer von Abgas aus dem Brennraum (4) durchströmbaren Abgasanlage (8), in welcher wenigstens ein Brenner (10) angeordnet ist, mittels welchem unter Verbrennen eines einen dem Brenner (10) zugeführten Brennstoff und dem Brenner (10) zugeführte Verbrennungsluft umfassenden Gemisches Wärme zum Erwärmen wenigstens eines in der Abgasanlage (8) angeordneten Abgasnachbehandlungselements (9) bereitstellbar ist, gekennzeichnet durch einen von der Verbrennungsluft durchströmbaren Versorgungspfad (37), über welchen der Brenner (10) mit der Verbrennungsluft unter Umgehung des Einlasstrakts (5) versorgbar ist, wobei der Versorgungspfad (37) aufweist: - einen Speicher (38) zum Zwischenspeichern der Verbrennungsluft; - eine Zuführleitung (39), in welche unter Umgehung des Einlasstrakts (5) die Verbrennungsluft einleitbar, welche unter Umgehung des Einlasstrakts (5) mittels der Zuführleitung (39) in den Speicher (38) einleitbar ist; und - eine Abführleitung (40), über welche die Verbrennungsluft unter Umgehung des Einlasstrakts (5) aus dem Speicher (38) abführbar und unter Umgehung des Einlasstrakts (5) dem Brenner (10) zuführbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuführleitung (39) eine elektrisch betreibbare Fördereinrichtung (41) angeordnet ist, mittels welcher die Verbrennungsluft durch die Zuführleitung (39) hindurch zu fördern und in den Speicher (38) hinein zu fördern ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch wenigstens eine Versorgungsleitung (46), über welche Luft aus dem Brennraum (4) in den Speicher (38) einleitbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem zumindest von Frischluft durchströmbaren Einlasstrakt (5), mittels welchem die den Einlasstrakt (5) durchströmende Frischluft in wenigstens einen Brennraum (4) der Verbrennungskraftmaschine (1) einleitbar ist, und mit einer von Abgas aus dem Brennraum (4) durchströmbaren Abgasanlage (8), in welcher wenigstens ein Brenner (10) angeordnet ist, mittels welchem unter Verbrennen eines einen dem Brenner (10) zugeführten Brennstoff und dem Brenner (10) zugeführte Verbrennungsluft umfassenden Gemisches Wärme zum Erwärmen wenigstens eines in der Abgasanlage (8) angeordneten Abgasnachbehandlungselements (9) bereitstellbar ist, gekennzeichnet durch wenigstens eine Versorgungsleitung (46), über welche dem Brenner (10) die Verbrennungsluft als Luft aus dem Brennraum (4) unter Umgehung der Abgasanlage (8) zuführbar ist.
Kraftfahrzeug, mit einer Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.