DE102020201085A1 - Motoranordnung mit Abgasnachbehandlungsvorrichtung stromaufwärts des Turboladers - Google Patents

Motoranordnung mit Abgasnachbehandlungsvorrichtung stromaufwärts des Turboladers Download PDF

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Abstract

Es wird eine Motoranordnung (20) für ein Kraftfahrzeug (30) beschrieben, welche mindestens einen Verbrennungsmotor (1) mit einem Abgaskrümmer (4), einen Turbolader (5) mit einem Kompressor (6) und einer Turbine (7), mindestens eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung (15) stromaufwärts der Turbine (7) und mindestens eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) stromabwärts der Turbine (7) umfasst. Der Abgaskrümmer (4) umfasst einen ersten Auslass (21) und einen zweiten Auslass (22). Der erste Auslass (21) ist strömungstechnisch mit der mindestens einen ersten stromaufwärts der Turbine (7) angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung (15) verbunden und der zweite Auslass (22) ist strömungstechnisch mit einem Einlass (27) der Turbine (7) verbunden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motoranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor. Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Motoranordnung.
  • Im Zusammenhang mit Verbrennungsmotoren, welche Abgasnachbehandlungssysteme zur Reinigung der Abgase umfassen, stellt die Aufwärmphase des gesamten Systems in der Regel eine Herausforderung dar. Das Abgasnachbehandlungssystem arbeitet in dieser Phase häufig ineffizient, da es eine bestimmte Minimaltemperatur, sogenannte Anspringtemperatur, erfordert um die Umwandlung der Abgase einzuleiten.
  • Während der Aufwärmphase stellt das Abgasnachbehandlungssystem nicht die einzige Komponente der Motoranordnung dar, die in dieser Phase noch kalt ist. Auch alle weiteren Komponenten die stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystem angeordnet sind, entziehen dem Abgas thermische Energie. Dies hat zur Folge, dass noch weniger thermische Energie während der Aufwärmphase das Abgasnachbehandlungssystem erreicht. Insbesondere Turbolader weisen eine hohe thermische Masse auf, welche zunächst aufgewärmt werden muss und welche sich in der Regel stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystems befindet.
  • Es werden daher mitunter einzelne Abgasnachbehandlungssysteme stromaufwärts des Turboladers angeordnet. Beispiele hierfür sind in den Dokumenten DE 10 2012 200 012 A1 und DE 10 2015 205 465 A1 beschrieben. Dabei weisen die stromaufwärts des Turboladers angeordneten Abgasnachbehandlungskomponenten einen Bypass-Strömungskanal auf, insbesondere um die Effizienz der Turbine im Anschluss an die Aufwärmphase nicht negativ zu beeinflussen.
  • Vor dem beschriebenen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine noch weiter verbesserte Motoranordnung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, welche einerseits eine effiziente Abgasnachbehandlung während der Aufwärmphase ermöglicht und gleichzeitig im Anschluss an die Aufwärmphase und/oder während dieser einen effizienten Betrieb des Turboladers ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Motoranordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 1, durch ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 10 und durch ein Verfahren zum Betrieb einer Motoranordnung gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Die erfindungsgemäße Motoranordnung für ein Kraftfahrzeug umfasst mindestens einen Verbrennungsmotor mit einem Abgaskrümmer, einen Turbolader mit einem Kompressor und einer Turbine, mindestens eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung und mindestens eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung. Die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung ist stromaufwärts der Turbine des Turboladers angeordnet. Die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung ist stromabwärts der Turbine des Kompressors angeordnet. Der Abgaskrümmer umfasst einen ersten Auslass und einen zweiten Auslass. Der erste Auslass ist strömungstechnisch mit der mindestens einen ersten stromaufwärts der Turbine angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung verbunden. Der zweite Auslass ist strömungstechnisch mit einem Einlass der Turbine verbunden, vorzugsweise unmittelbar mit diesem verbunden.
  • Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat den Vorteil, dass während der Aufwärmphase das Abgas durch den ersten Auslass des Abgaskrümmers in die stromaufwärts der Turbine anordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung eingeleitet und dort nachbehandelt werden kann. Im Anschluss an die Aufwärmphase oder bereits während dieser kann Abgas durch den zweiten Auslass des Abgaskrümmers unmittelbar in einen Einlass der Turbine geleitet werden. Auf diese Weise können sehr kurze Strömungswege realisiert werden und entsprechende thermische Verluste und Druckverluste zwischen Abgaskrümmer und Turbine minimiert werden. Weiterhin ist auf diese Weise kein zusätzlicher Bypass-Strömungskanal zur Überbrückung der stromaufwärts der Turbine angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung erforderlich. Es können dadurch auch Material, Kosten und erforderlicher Bauraum eingespart werden. Gleichzeitig ist eine optimale Abgasnachbehandlung auch bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten möglich. Die stromaufwärts der Turbine angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung kann vergleichsweise klein ausgestaltet sein, was den Vorteil hat, dass sie sich sehr schnell aufwärmt und damit eine effiziente Abgasnachbehandlung sichergestellt ist.
  • Vorzugsweise umfasst der Turbolader eine Turbine mit einem oder mehreren Einlässen. Dabei weist die Turbine bevorzugt einen ersten Einlass und einen zweiten Einlass auf. Vorzugsweise ist der erste Einlass strömungstechnisch mit der stromaufwärts der Turbine angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung verbunden und der zweite Einlass ist strömungstechnisch mit dem zweiten Auslass des Abgaskrümmers verbunden. Vorteilhafterweise kann zwischen dem zweiten Auslass des Abgaskrümmers und dem zweiten Einlass der Turbine ein Ventil angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass je nach Betriebszustand, insbesondere je nach Betriebstemperatur, das Abgas teilweise oder vollständig durch die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung oder ausschließlich oder überwiegend unmittelbar in die Turbine eingeleitet werden kann. Bei dem Ventil kann es sich zum Beispiel um ein stufenlos regelbares Ventil handeln. Dies ermöglicht eine flexible Anpassung des Betriebs an den jeweiligen Betriebszustand.
  • In einer weiteren Variante kann die erfindungsgemäße Motoranordnung einen Bypass-Strömungskanal umfassen, welche einen Einlass und einen Auslass umfasst. Der Einlass ist stromaufwärts der mindestens einen ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet. Der Auslass ist stromabwärts der mindestens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet. Der Bypass-Strömungskanal kann ein Bypass-Ventil, beispielsweise ein stufenlos regelbares Ventil, umfassen. Ein solcher zusätzlicher Bypass-Strömungskanal hat den Vorteil, dass insbesondere im Falle eines Turboladers, dessen Turbine einen oder mehrere Einlässe aufweist, im Anschluss an die Aufwärmphase Abgas gleichmäßig durch den ersten Einlass und den zweiten Einlass der Turbine in den Turbolader eingeleitet werden kann. Es kann also sowohl durch den zweiten Auslass des Abgaskrümmers Abgas in die Turbine eingeleitet werden als auch über den Bypass-Strömungskanal. Mittels der genannten Ventile kann insbesondere die Menge und der Druck des jeweils über die genannten Strömungskanäle in die Turbine eingeleiteten Abgases gesteuert und insbesondere geregelt werden.
  • Vorteilhafterweise kann das Ventil hinter dem zweiten Auslass des Abgaskrümmers und/oder das Bypass-Ventil dazu ausgelegt sein, die Öffnung variierbar, zum Beispiel kontinuierlich von 0 Prozent bis 100 Prozent, zu steuern.
  • In einer weiteren vorteilhaften Variante ist die mindestens eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung und die mindestens eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung baulich in ein Bauteil integriert ausgestaltet. Eine solche Ausgestaltung hat einerseits den Vorteil, dass auf diese Weise eine sehr kompakte und bauraumeffiziente Lösung bereitgestellt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Wärmeübertragung zwischen der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung und der mindestens zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung ermöglicht wird.
  • In einer weiteren Variante können die mindestens eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung und die mindestens eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung so miteinander verbunden sein, dass zwischen ihnen Wärme ausgetauscht werden kann. Dies kann beispielsweise durch die zuvor beschriebene in ein Bauteil baulich integrierte Ausgestaltung realisiert werden. Es ist aber auch möglich, dass die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung und die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung lediglich unmittelbar nebeneinander, insbesondere mit einer möglichst großen Kontaktoberfläche, angeordnet sind.
  • Die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung können einen Dieseloxidationskatalysator und/oder einen SCR-Katalysator (SCR-Selectiv Catalytic Reduction), also einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion und/oder einen Partikelfilter, insbesondere einen Partikelfilter mit SCR-Beschichtung, und/oder ein NOx-Speicherkatalysator (Lean NOx Storage Catalyst), und/oder eine Vorrichtung zum Einspritzen eines Reduktionsmittels, beispielsweise Urea bzw. Harnstoff, und/oder eine Mischvorrichtung umfassen. Die Vorrichtung zum Einspritzen kann zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom und zum Mischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas ausgelegt sein. Die genannten Varianten haben den Vorteil, dass auf engstem Raum eine hochwertige Abgasnachbehandlung realisiert werden kann.
  • In einer weiteren Variante umfasst der Verbrennungsmotor einen Motorblock mit einer Anzahl an Zylindern und wenigstens einen an wenigstens einer Seite des Motorblocks angeordneten Zylinderkopf. Dabei ist der Abgaskrümmer in den Zylinderkopf oder in den Motorblock integriert. Durch diese integrierte Ausgestaltung werden thermische Verluste minimiert, insbesondere kann über den zweiten Auslass des Abgaskrümmers die thermische Energie des Abgases optimal an den Turbolader übertragen werden. Dadurch wird ein schnelles Aufheizen sowohl des Turboladers als auch der stromabwärts des Turboladers angeordneten Komponenten, insbesondere Abgasnachbehandlungseinrichtungen, ermöglicht. Auf diese wird die Aufwärmphase deutlich verkürzt.
  • Die Zylinder können zum Beispiel ausgehend von einer ersten Stirnseite in Richtung einer zweiten Stirnseite des Motorblocks hintereinander angeordnet sein. Der zweite Auslass des Abgaskrümmers und/oder der Turbolader können vorteilhafterweise an der ersten Stirnseite oder zweiten Stirnseite angeordnet sein. Diese Variante hat den Vorteil, dass der Turbolader an der jeweiligen Stirnseite angeordnet werden kann, so kurze Strömungswege erzielt werden und gleichzeitig eine bauraumoptimierte Anordnung geschaffen wird. In dieser Variante können zum Beispiel die stromabwärts des Turboladers angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtungen an den Längsseiten des Motorblocks angeordnet werden, wodurch eine kompakte Bauweise ermöglicht wird.
  • In einer besonders vorteilhaften Variante ist der Turbolader an einer der Stirnseiten des Motorblocks angeordnet und die erste und die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung sind an einer der Längsseiten des Motorblocks angeordnet. Hierdurch wird im Vergleich zum Stand der Technik ein besonders geringes Volumen durch die Motoranordnung eingenommen und damit minimaler Bauraum beansprucht.
  • Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße, zuvor beschriebene, Motoranordnung. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen, einen Transporter, einen Bus, einen Kleinbus oder ein Motorrad handeln. Das Kraftfahrzeug kann als Hybridkraftfahrzeug ausgestaltet sein, also einen Hybridantrieb umfassen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug hat die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Motoranordnung genannten Eigenschaften und Vorteile.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer oben beschriebenen erfindungsgemäßen Motoranordnung umfasst folgende Schritte: Der Verbrennungsmotor wird eingeschaltet. Anschließend wird die Temperatur der mindestens einen zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung stromabwärts der Turbine bestimmt, zum Beispiel gemessen. Falls die bestimmte Temperatur einen festgelegten Schwellenwert unterschreitet, wird das den Verbrennungsmotor verlassende Abgas durch den ersten Auslass des Abgaskrümmers in die mindestens eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung stromaufwärts der Turbine eingeleitet. Falls die bestimmte Temperatur den bestimmten festgelegten Schwellenwert nicht unterschreitet, wird das den Verbrennungsmotor verlassende Abgas durch den zweiten Auslass des Abgaskrümmers unmittelbar bzw. direkt in die Turbine eingeleitet.
  • Falls ein Bypass-Strömungskanal zum Überbrücken der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung vorgesehen ist, wie oben als eine Ausführungsvariante beschrieben, so kann, falls die bestimmte Temperatur den festgelegten Schwellenwert nicht unterschreitet, das den Verbrennungsmotor verlassende Abgas zusätzlich auch über den Bypass-Strömungskanal in die Turbine eingeleitet werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Motoranordnung beschriebenen Vorteile. Es ermöglicht insbesondere eine verbesserte Abgasnachbehandlung im Rahmen der Aufwärmphase und gleichzeitig sowohl während der Aufwärmphase als auch danach eine verbesserte Effizienz, insbesondere im Hinblick auf die Übertragung von thermischer und/oder kinetischer Energie zwischen den Komponenten der Motoranordnung.
  • Die vorliegende Erfindung hat insbesondere den Vorteil, dass durch den zweiten Auslass des Abgaskrümmers der Druckabfall des Abgases zwischen Abgaskrümmer und Turbolader minimiert wird, während über die stromaufwärts des Turboladers angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Abgasnachbehandlung auch unter Kaltstartbedingungen möglich ist. Der optional zusätzliche Bypass-Strömungskanal ermöglicht weiterhin eine maximale Nutzung des Abgasdrucks zum Betrieb des Turboladers unter normalen Betriebsbedingungen. Weiterhin ermöglicht der zweite Auslass des Abgaskrümmers und dessen unmittelbare Verbindung zum Turbolader eine geringstmögliche Distanz zwischen Abgaskrümmer und Turbine, was insbesondere im Hinblick auf die auf die Turbine übertragene Energie im Vergleich zu den im Stand der Technik verwendeten Bypass-Strömungskanälen besonders vorteilhaft ist. Gleichzeitig wird die Wärmeübertragung des heißen Abgases auf den Turbolader dadurch optimiert. Weiterhin ist im Falle einer stirnseitigen Anordnung des Turboladers und einer längsseitigen Anordnung der Abgasnachbehandlungseinrichtungen in Bezug auf den Motorblock eine besonders günstige Wärmebertragung zwischen Motorblock und Abgasnachbehandlungseinrichtung möglich.
  • Dadurch werden insbesondere die Aufwärmzeiten verringert. Insgesamt ermöglicht die vorliegende Erfindung damit eine verbesserte Abgasnachbehandlung während der Aufwärmphasen und eine Verkürzung der Aufwärmphasen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.
  • Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elementen verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, dass sie die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.
    • 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Motoranordnung in einer Ansicht von oben.
    • 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Motoranordnung in einer Ansicht von oben.
    • 3 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Motoranordnung in einer Ansicht von oben.
    • 4 zeigt schematisch die erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Motoranordnung in einer Seitenansicht.
    • 5 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
    • 6 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren in Form eines Flussdiagramms.
  • Die 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Motoranordnung 20 in einer Ansicht von oben. Der Verbrennungsmotor 1 umfasst einen Zylinderkopf 2 und einen nicht gezeigten, darunter angeordneten Motorblock 10. Der Motorblock 10 umfasst eine Oberseite, an der der Zylinderkopf 2 angeordnet ist. Eine Anzahl an Zylindern 3, in der vorliegenden Variante vier Zylinder 3, sind nebeneinander angeordnet bzw. ausgehend von einer ersten Stirnseite 11 bzw. Vorderseite des Motorblocks 10 bzw. des Zylinderkopfes 2 in Richtung einer zweiten Stirnseite 12 bzw. Rückseite des Motorblocks 10 bzw. des Zylinderkopfes 2 hintereinander angeordnet. Die gezeigten Stirnseiten 11 und 12 stellen gleichzeitig Stirnseiten des Motorblocks 10 und des Zylinderkopfes 2 dar, die allerdings in unterschiedlichen Ebenen liegen können.
  • Der Motorblock 10 und der Zylinderkopf 2 umfassen zudem eine erste Längsseite 13 und eine zweite Längsseite 14. Die Längsseiten 13 und 14 verbinden die erste Stirnseite 11 und die zweite Stirnseite 12 miteinander. In der vorliegenden Variante ist ein Abgaskrümmer 4 entlang der ersten Längsseite 13 angeordnet. An der ersten Stirnseite 11 ist ein Turbolader 5 angeordnet. Der Turbolader 5 umfasst einen Kompressor 6 und eine Turbine 7. Die Strömungsrichtung der Ladeluft durch den Kompressor 6 ist durch Pfeile im der Bezugsziffer 8 gekennzeichnet. Die Strömungsrichtung des Abgases aus dem Abgaskrümmer 4 durch die Turbine 7 des Turboladers 5 ist durch Pfeile mit der Bezugsziffer 9 gekennzeichnet. Durch die Neupositionierung des Turboladers 5 im Vergleich zu bekannten Motorenanordnungen wird entlang der Längsseiten 13 und 14 zusätzlicher Bauraum für weitere Komponenten geschaffen.
  • In der gezeigten Variante ist der Abgaskrümmer 4 in den Zylinderkopf 2 integriert. Dies bewirkt einerseits eine Platzeinsparung und ermöglicht zudem die Nutzung von in dem Zylinderkopf 2 vorhandenen Kühlsystemen zur Kühlung des durch den Abgaskrümmer 4 strömenden Abgases.
  • Der Abgaskrümmer 4 umfasst einen ersten Auslass 21 und einen zweiten Auslass 22. Der erste Auslass 21 ist strömungstechnisch mit einer stromaufwärts der Turbine 7 angeordneten ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 verbunden. Stromabwärts des ersten Auslasses 21 und stromaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 ist ein Ventil 29 angeordnet. Der zweite Auslass 22 ist mit der Turbine 7 strömungstechnisch direkt bzw. unmittelbar verbunden. Vorzugsweise ist der zweite Auslass 22 an der ersten Stirnseite 11 des Verbrennungsmotors 1 angeordnet.
  • In der gezeigten Variante weist die Turbine 7 einen ersten Einlass 26 und einen zweiten Einlass 27 auf. Der erste Einlass 26 in die Turbine 7 ist strömungstechnisch mit der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 verbunden. Der zweite Einlass 27 der Turbine 7 ist strömungstechnisch mit dem zweiten Auslass 22 des Abgaskrümmers 4 verbunden. Zwischen dem zweiten Auslass 22 und dem mit diesem verbundenen zweiten Einlass 27 der Turbine 7 ist ein Ventil 24 angeordnet.
  • Stromabwärts des Turboladers 5 ist eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung 16 angeordnet. Die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung 16 umfasst beispielsweise einen Dieseloxidationskatalysator 17, eine stromabwärts davon angeordnete Einspritzvorrichtung 18, beispielsweise zum Einspritzen und Mischen von Urea bzw. Harnstoff, und/oder beispielsweise einen stromabwärts davon angeordneten Partikelfilter mit SCR-Beschichtung 19. Dabei können die einzelnen Komponenten auch in einer anderen Reihenfolge angeordnet sein.
  • Die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung 16 ist in der gezeigten Variante an der ersten Längsseite 13 angeordnet. Durch die gezeigte Anordnung ist ein kurzer Strömungsweg von dem Turbolader 5 zur zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 16 und eine insgesamt platzsparende Anordnung realisiert. Durch diese Anordnung entsteht auch die Möglichkeit mehrere Teilkomponenten der Abgasnachbehandlungseinrichtung direkt hintereinander anzuordnen, was zu weiteren Effizienzsteigerungen führen kann. Weiterhin werden durch die kurzen Strömungswege Druckverluste reduziert und insgesamt die Effizienz der gesamten Anordnung verbessert. Gleichzeitig werden die Strömungskanäle so kurz wie möglich gehalten und damit ebenfalls Material eingespart. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Temperatur des Abgases in Folge des kurzen Strömungsweges optimal zum Aufheizen der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 16 und zum Erreichen der Anspringtemperatur beispielsweise des Dieseloxidationskatalysators 17 optimal genutzt werden kann. Dadurch wird im Ergebnis die Schadstoffimmission während der Aufwärmphase des Motors reduziert. Weiterhin sinkt die Komplexität der Komponenten durch die kompakte Anordnung.
  • In der in der 2 gezeigten Variante ist zusätzlich ein Bypass-Strömungskanal 25 mit einem Bypass-Ventil 28 vorgesehen, welcher strömungstechnisch mit dem ersten Auslass 21 des Abgaskrümmers 4 verbunden ist und die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 strömungstechnisch überbrückt. Der Bypass-Strömungskanal 25 weist einen Einlass 31, der stromaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 angeordnet ist, und einen Auslass 32, der stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 angeordnet ist, auf.
  • In der 3 ist eine Ausführungsvariante gezeigt, in welcher im Unterschied zu der in der 1 gezeigten Variante die Turbine 7 lediglich einen Einlass 26 aufweist. Der Einlass 26 ist strömungstechnisch mit dem zweiten Auslass 22 des Abgaskrümmers 4 und einem Auslass 33 des Strömungskanals 23 verbunden. Dabei ist das Ventil 24 stromaufwärts des Auslasses 33 des Strömungskanals 23 und stromabwärts des zweiten Auslasses 22 des Abgaskrümmers 4 angeordnet. Diese Variante kombiniert die bereits genannten Vorteile eines Abgaskrümmers 4 mit zwei Auslässen mit einem Turbolader 5 mit einer Turbine 7, welche nur einen Einlass 26 umfasst.
  • Die 4 zeigt schematisch die in der 1 gezeigte Variante in einer Ansicht auf die erste Längsseite 13. Die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 und die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung 16 sind an der ersten Längsseite 13 angeordnet. In einer optionalen Variante sind die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 und die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung 16 in ein Bauteil integriert. Dies ist durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet.
  • Die 5 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 30, welches eine erfindungsgemäße Motoranordnung 20, insbesondere eine Motoranordnung, wie im Zusammenhang mit den 1 bis 4 beschrieben, umfasst.
  • Die 6 zeigt schematisch eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Motoranordnung, beispielsweise wie im Zusammenhang mit den 1 und 4 erläutert. In Schritt 41 wird der Verbrennungsmotor 1 eingeschaltet. In Schritt 42 wird die Temperatur der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 16 bestimmt, beispielsweise gemessen. In Schritt 43 wird geprüft, ob die bestimmte Temperatur einen festgelegten Schwellenwert unterschreitet. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 44 das Ventil 24 geschlossen und das den Verbrennungsmotor 1 verlassene Abgas ausschließlich durch den ersten Auslass 21 des Abgaskrümmers 4 in die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 stromaufwärts der Turbine 7 eingeleitet. Dazu wird das Ventil 29 geöffnet.
  • Falls in Schritt 43 die bestimmte Temperatur den festgelegten Schwellenwert nicht unterschreitet, so wird in Schritt 45 das den Verbrennungsmotor 1 verlassende Abgas zumindest teilweise durch den zweiten Auslass 22 des Abgaskrümmers 4 unmittelbar in die Turbine 7 eingeleitet. Dazu wird das Ventil 24 geöffnet. Zusätzlich oder alternativ dazu kann falls die Motoranordnung wie in der 2 dargestellt aufgebaut ist, in Schritt 45 das Abgas sowohl durch den zweiten Auslass 22 als auch über ersten Auslass 21 durch den Bypass-Strömungskanal 25 in die Turbine 7 eingeleitet werden. Dazu wird das Ventil 28 geöffnet und das Ventil 29 geschlossen. In der in der 2 gezeigten Variante wird bei Schritt 44 das Ventil 28 geschlossen und das Ventil 29 geöffnet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Zylinderkopf
    3
    Zylinder
    4
    Abgaskrümmer
    5
    Lader
    6
    Kompressor
    7
    Turbine
    8
    Strömungsrichtung der Ladeluft
    9
    Strömungsrichtung des Abgases
    10
    Motorblock
    11
    erste Stirnseite bzw. Vorderseite
    12
    zweite Stirnseite bzw. Rückseite
    13
    erste Längsseite
    14
    zweite Längsseite
    15
    erste Abgasnachbehandlungseinrichtung
    16
    zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung
    17
    Dieseloxidationskatalysator
    18
    Einspritzvorrichtung
    19
    Partikelfilter mit SCR-Beschichtung
    20
    Motoranordnung
    21
    erster Auslass des Abgaskrümmers
    22
    zweiter Auslass des Abgaskrümmers
    23
    Strömungskanal
    24
    Ventil
    25
    Bypass-Strömungskanal
    26
    erster Einlass in die Turbine
    27
    zweiter Einlass in die Turbine
    28
    Ventil
    29
    Ventil
    30
    Kraftfahrzeug
    31
    Einlass des Bypass-Strömungskanals
    32
    Auslass des Bypass-Strömungskanals
    33
    Auslass
    41
    Einschalten des Verbrennungsmotors
    42
    Bestimmen der Temperatur der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung
    43
    Überschreitet die bestimmte Temperatur einen festgelegten Schwellenwert?
    44
    Abgas ausschließlich durch ersten Auslass leiten
    45
    Abgas zumindest teilweise durch den zweiten Auslass leiten
    J
    Ja
    N
    Nein
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012200012 A1 [0004]
    • DE 102015205465 A1 [0004]

Claims (12)

  1. Motoranordnung (20) für ein Kraftfahrzeug (30), welche mindestens einen Verbrennungsmotor (1) mit einem Abgaskrümmer (4), einen Turbolader (5) mit einem Kompressor (6) und einer Turbine (7), mindestens eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung (15) stromaufwärts der Turbine (7) und mindestens eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) stromabwärts der Turbine (7) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskrümmer (4) einen ersten Auslass (21) und einen zweiten Auslass (22) umfasst und der erste Auslass (21) strömungstechnisch mit der mindestens einen ersten stromaufwärts der Turbine (7) angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung (15) verbunden ist und der zweite Auslass (22) strömungstechnisch mit einem Einlass (27) der Turbine (7) verbunden ist.
  2. Motoranordnung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader (5) eine Turbine (7) mit einem oder mehreren Einlässen umfasst, wobei die Turbine (7) einen ersten Einlass (26), welcher strömungstechnisch mit der stromaufwärts der Turbine (5) angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung (15) verbunden ist, und einen zweiten Einlass (27), welcher strömungstechnisch mit dem zweiten Auslass (22) des Abgaskrümmers (4) verbunden ist, umfasst.
  3. Motoranordnung (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass strömungstechnisch zwischen dem zweiten Auslass (22) des Abgaskrümmers (4) und dem zweiten Einlass (27) der Turbine (7) ein Ventil (24) angeordnet ist.
  4. Motoranordnung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Bypass-Strömungskanal (25) umfasst, welcher einen Einlass (31), der stromaufwärts der mindestens einen ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung (15) angeordnet ist, und einen Auslass (32), der stromabwärts der mindestens einen ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung (15) angeordnet ist, umfasst.
  5. Motoranordnung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung (15) und die mindestens eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) baulich in ein Bauteil integriert ausgestaltet sind.
  6. Motoranordnung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung (15) und die mindestens eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) so mit einander verbunden sind, dass zwischen ihnen Wärme ausgetauscht werden kann.
  7. Motoranordnung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung (15) und/oder die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) einen Dieseloxidationskatalysator (17) und/oder eine SCR-Katalysator (19) und/oder einen Partikelfilter (19) und/oder einen NOx-Speicherkatalysator und/oder eine Vorrichtung zum Einspritzen eines Reduktionsmittels (18) und/oder eine Mischvorrichtung (18) umfasst.
  8. Motoranordnung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) einen Motorblock (10) mit einer Anzahl an Zylindern (3) und wenigstens einen an wenigstens einer Seite des Motorblocks (10) angeordneten Zylinderkopf (2) umfasst und der Abgaskrümmer (4) in den Zylinderkopf (2) oder den Motorblock (10) integriert ist.
  9. Motoranordnung (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (3) ausgehend von einer ersten Stirnseite (11) in Richtung einer zweiten Stirnseite (12) des Motorblocks (10) hintereinander angeordnet sind und der zweite Auslass (22) des Abgaskrümmers (4) und/oder der Turbolader (5) an der ersten Stirnseite (11) oder an der zweiten Stirnseite (12) angeordnet ist.
  10. Kraftfahrzeug (30), welches eine Motoranordnung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.
  11. Kraftfahrzeug (30) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (30) als Hybridkraftfahrzeug ausgestaltet ist.
  12. Verfahren zum Betrieb einer Motoranordnung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Einschalten des Verbrennungsmotors (41), - Bestimmen der Temperatur der mindestens einen zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung stromabwärts der Turbine (42), - falls die bestimmte Temperatur einen festgelegten Schwellenwert unterschreitet (43), Einleiten des den Verbrennungsmotor verlassenden Abgases durch den ersten Auslass des Abgaskrümmers in die mindestens eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung stromaufwärts der Turbine (44), - falls die bestimmte Temperatur den festgelegten Schwellenwert nicht unterschreitet (43), Einleiten des den Verbrennungsmotor verlassenden Abgases durch den zweiten Auslass des Abgaskrümmers unmittelbar in die Turbine (45).
DE102020201085.4A 2020-01-30 2020-01-30 Motoranordnung mit Abgasnachbehandlungsvorrichtung stromaufwärts des Turboladers Pending DE102020201085A1 (de)

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