用于机动车的内燃机以及机动车

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于机动车的内燃机。本发明还涉及一种机动车。

背景技术

DE 10 2017 213 004 A1公开一种内燃机，其具有内燃发动机、用于供应新气至内燃发动机的新气系统、用于排出内燃发动机的废气的废气系统和至少一个集成在废气系统内的废气再处理装置。该内燃机还包括被集成到新气系统或废气系统中的电动式压缩机和设于废气再处理装置上游的或集成在其中的用于加热流过它的气体的加热装置。该内燃机具有如此设计的控制装置，即，当内燃机部件的温度低于规定极限值时，控制装置根据需要在内燃发动机的非运行方式中使压缩机与加热装置同时地运行。

另外，DE 10 2018 129 955 A1公开一种用于预调温处理用于排出和净化内燃发动机尤其是机动车内燃发动机的燃烧废气的废气设备的方法，其中，在废气设备中空气被加热件加热。在废气设备中由风扇借助被加热的空气产生热空气流，其中，废气设备的第一催化器被热空气流加热到最低工作温度。最后，从DE 10 2018 003 961 A1中知道一种用于机动车的内燃机，其具有可被内燃机废气流过的废气设备，在废气设备中布置至少一个用于再处理废气的废气再处理部件。

发明内容

本发明的任务是提供一种内燃机和一种机动车，从而能特别有利且特别快速地进行废气再处理装置的加热。

根据本发明，该任务通过一种具有权利要求1的特征的内燃机以及通过一种具有权利要求10的特征的机动车来完成。在从属权利要求中说明具有合适的发明改进方案的有利设计。

本发明的第一方面涉及一种用于机动车的内燃机，机动车可通过内燃机的从动轴被内燃机驱动。内燃机具有至少一个燃烧室和可被空气流过的进气系统，其中，空气可以通过进气系统被供入燃烧室。该内燃机还包括可被来自燃烧室的废气流过的废气系统，其中，在废气系统中设有用于再处理废气的废气再处理装置。此外，在废气系统中，在废气再处理装置上游设有至少一个用于加热流过废气系统的气体的加热件。内燃机包括电辅助的废气涡轮增压器，该废气涡轮增压器具有布置在进气系统中的作为第一叶轮的用于压缩流过进气系统的空气的压缩机叶轮。电辅助的废气涡轮增压器还具有布置在废气系统中且能被废气驱动的作为第二叶轮的涡轮机叶轮以及电机。借助该电机，可以在用于加热废气再处理装置的加热运行中驱动至少其中一个所述叶轮，由此在禁止该燃烧室内的燃烧过程且使该从动轴静止的加热运行中借助至少一个叶轮将作为加热介质的空气输送入该废气系统中。加热介质可以在用于加热该废气再处理装置的加热运行中借助该加热件被加热。因此，例如该加热介质是所述气体或下述气体，其借助加热件可被加热或变热。

为了现在能特别有利且特别快速地加热废气再处理装置，内燃机具有至少一个在废气涡轮增压器之内延伸且可被加热介质流过的管路件。借助管路件，至少一部分加热介质可从进气系统经过废气涡轮增压器地被引导入废气系统。优选地，至少超过一半的管路件、尤其是整个管路件在废气涡轮增压器之内延伸。例如该管路件在一端、尤其在废气涡轮增压器之内在第一连通部位流体连通至进气系统，并且在另一端、尤其在废气涡轮增压器内在第二连通部位流体连通至废气系统。在此最好规定，整个管路件按照从第一连通部位直至第二连通部位连贯的方式在废气涡轮增压器内延伸。

机动车优选被设计成汽车、尤其是轿车。内燃机可被设计成活塞机并且具有发动机组，其包含燃烧室。通过进气系统，流体且一般是空气流入燃烧室。在点火运行中，燃烧过程在燃烧室内进行。在各自燃烧过程中，燃料-空气混合物被燃烧，由此出现内燃机废气。燃料-空气混合物包括上述的流过进气系统的空气和尤其是液态燃料，其被输入、尤其被直接喷入燃烧室中。

在尤其也可称为废气设备的废气系统中设置用于再处理废气的废气再处理装置。换言之，废气再处理装置用于借助尤其至少一个催化器和/或至少一个过滤器例如像微粒过滤器的废气净化。借助催化器，废气中所存在的有害物质例如像一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮和/或未燃的碳氢化合物借助至少一种化学反应被转化为无害物质。催化器因此可设计成三元催化器。催化器尤其是指如下部件，其尤其降低化学反应的活化能，由此化学反应以很快的反应速度进行。活化能尤其是启动化学反应所需要的能量。反应速度尤其是化学反应进行的速度。过滤器尤其是指从气体流或液流中截留固体的部件。由此尤其可从废气中过滤掉被称为微粒或碳黑的固体或有害物质。

为了实现很好的内燃机废气净化而有利的是，废气再处理装置、尤其是催化器具有最低温度，它尤其是可以被称为转变温度或点火温度或起动温度。为此，尤其在冷起动时需要加热废气再处理装置。冷起动尤其是指内燃机投入使用、起动、启用或激活，此时内燃机温度大致等于环境温度。在内燃机起动时，内燃机从禁止燃烧室内的燃烧过程且使从动轴静止的也称为“发动机静止”的状态被置于尤其被称为“点火运行”的启动状态。冷起动后，废气再处理装置借助废气被加热。尤其在具有由内燃发动机和电动行驶构成的组合的车辆中，废气系统难以借助废气被加热或保温，因为在许多工作状态下的废气质量流可能很小或不存在。电动行驶尤其是指机动车的电动行驶，其中，在电动行驶中该机动车至少部分被电机驱动。

在废气系统内布置于废气再处理装置上游的加热件可以尤其加速废气再处理装置的加热，尤其在冷起动之后。如此设计该加热件，即，它加热流过或围绕加热件流动的气体例如像废气。在内燃机正常运行中和/或在其冷起动时，气体是废气。在内燃机的不同于正常运行的加热运行中，气体是空气，其借助加热件被加热并且作为加热介质被用于废气再处理装置的变热或加热。

为了允许尤其有利且快速的废气再处理装置加热，设有本发明的管路件，其至少主要或完全在废气涡轮增压器之内延伸并且可被加热介质流过。在加热运行中，可以将至少一部分的加热介质借助管路件从进气系统经过废气涡轮增压器且绕过内燃机的该燃烧室或所有燃烧室地引导入废气系统且输送至加热件。加热介质从进气系统进入废气系统输送至加热件例如借助电动的或电辅助的废气涡轮增压器进行。在此情况下，两个叶轮中的至少一个借助电机利用电能被驱动，电能尤其可以取自称为车载电源的供电装置。加热介质从进气系统进入废气系统地输送至加热件因此尤其可以在发动机静止情况下进行。由此该废气再处理装置可以很有利地被加热。因此允许废气再处理装置的温度处理，尤其在发动机静止的情况下。由此从内燃机排出很少量的有害物质，尤其在冷起动之后。

在本发明的一个实施方式中，在管路件中设有阀件，借此可以调节流过管路件的加热介质量。为此，该阀件可以连接至尤其可被称为调节部件的调节装置，其例如呈控制设备形式或也称为控制设备。管路件借助阀件可以仅部分或完全关闭。

在另一个实施方式中，用于将管路件流体连通至进气系统的第一连通部位布置于压缩机叶轮的上游或下游。用于将管路件流体连通至废气系统的第二连通部位替代地或附加地布置在涡轮机叶轮的上游或下游，其中，第一连通部位位于第二连通部位的上游。第一连通部位和第二连通部位可以位于废气涡轮增压器之内或之外。在第一连通部位，至少一部分流过进气系统的加热介质可被分流并借助管路件穿过废气涡轮增压器地可被引导至第二连通部位并在第二连通部位可被通入废气系统中。

在本发明的其它设计中，内燃机具有废气回流管路，其在布置于涡轮机叶轮下游、尤其是废气再处理装置下游的分流部位流体连通至废气系统。另外，废气回流管路在通入部位流体连通至进气系统。通入部位可以在进气系统内布置在压缩机叶轮的上游或下游。借助废气回流管路可以将至少一部分废气在分流部位从废气系统分流出并且通入废气回流管路中。通入废气回流管路中的废气可以流过废气回流管路并且借助废气回流管路被引导至通入部位并且在通入部位被通入进气系统，这尤其可以被称为低压废气回流。由此，废气可以被引导入燃烧室。在燃烧过程开始前在燃烧室内已经存在的废气部分可以保持很少的可在燃烧过程中所形成的有害物质。在此，它可以尤其是一氧化氮或二氧化氮，两者尤其统称为氮氧化物。在加热运行中，例如可以将至少一部分的加热介质从分流部位引导至通入部位并在通入部位通入进气系统中。由此可以将至少一部分通过加热件被加热的加热介质在流过废气再处理装置之后通过管路件重新返回至加热件和废气再处理装置，由此出现一个再循环回路。通过这种方式，不仅加热该废气再处理装置，也加热进气系统和废气系统的其它部分。由此在废气再处理装置与其周围的废气系统构件之间存在很小的温度梯度，由此从废气再处理装置散走很少的热至周围的废气系统构件。换言之，废气再处理装置的热损失很低。由此可以很高效地安排废气再处理装置的加热和保温。此外，加热介质可以在短时间内被置于很高的温度，由此能高效有效地加热废气再处理装置。再循环回路可以尤其在发动机静止的情况下运行。加热介质在再循环回路中的输送可以尤其借助电动的至少一个叶轮进行或者至少得到支持。换言之，再循环回路可以借助电动的至少一个叶轮来维持。因此实现废气再处理装置的温度处理，尤其在发动机静止的情况下。由此从该内燃机排出很少的有害物质，尤其在冷起动后。

在另一个实施方式中，在废气回流管路中设置废气回流阀，借此可以调节流过废气回流管路的废气量和/或加热介质量。为此，废气回流阀可以连接至该调节装置并且可被该调节装置驱控并由此运行。废气回流管路例如借助废气回流阀可以仅部分或完全关闭。

另一个实施方式的特点是，内燃机具有回流管路，其在布置于涡轮机叶轮上游的第一分流部位流体连通至废气系统并在第二分流部位流体连通至进气系统。第二分流部位优选可以布置在压缩机叶轮下游。借助回流管路，例如可以将至少一部分流过废气系统的废气从废气系统分流出并通入回流管路。通入回流管路中的废气可以在第一流动方向上流过该回流管路并且由此借助回流管路从第一分流部位被引导至第二分流部位并在第二分流部位被通入进气系统，这尤其可被称为高压废气回流。在加热运行中，可以将至少一部分加热介质或全部加热介质在第二分流部位从进气系统分流出并通入该回流管路。通入回流管路中的废气可以沿着与第一流动方向相反的第二流动方向流过该回流管路并且借助回流管路从第二分流部位被引导至第一分流部位。在此，加热介质从进气系统绕过内燃机的该燃烧室或所有燃烧室地进入废气系统且被引导至加热件，由此该加热介质和进而废气再处理装置可被特别有效地加热。

在本发明的另一个实施方式中，在回流管路内设有回行阀，借此可调节流过回流管路的废气量和/或加热介质量。为此，回行阀可以连接至调节装置并可由调节装置驱控。回流管路借助回行阀例如能仅部分或完全地关闭。

在其它设计中，内燃机具有至少一个再循环管路，其在布置于废气再处理装置下游的第三连通部位并在布置于加热件上游的第四连通部位流体连通至废气系统。借助再循环管路，可将至少一部分加热介质在第三连通部位从废气系统分流出，通入再循环管路，从第三连通部位返回至第四连通部位并且在第四连通部位又通入至废气系统。借助电动的第二叶轮，加热介质可被输送入废气系统且同时尤其通过再循环管路循环。

在本发明的另一个实施方式中，在再循环管路内设有再循环阀，借此可以调节流过再循环管路的加热介质量。为此，再循环阀可连接至调节装置并可被调节装置驱控。再循环管路借助再循环阀例如仅部分或完全可关闭。

最后，事实表明特别有利的是，该加热件具有至少一个电加热件和/或至少一个燃烧器和/或至少一个电催化器。电加热件尤其是指将电流转化为热的加热件。燃烧器尤其是指如下加热件，在此至少一种尤其是液态或气态的燃料在形成火焰的情况下或无焰地且因此按催化方式燃烧，尤其是在释放热或输出热的情况下。电催化器尤其是指如下催化器，其借助电加热件被加热或可加热，其中，电加热件例如可以固定在催化器壳体上和/或可连接至催化器的催化结构或起催化作用的结构。

本发明的第二方面涉及一种机动车，其具有根据本发明第一方面的本发明内燃机。本发明的第一方面的优点和有利设计将被视为本发明的第二方面的优点和有利设计，反之亦然。本发明的机动车优选被设计成汽车、尤其是轿车或卡车或者大客车或摩托车。

附图说明

从以下对优选实施例的说明以及结合图得到本发明的其它优点、特征和细节。以上在说明书中提到的特征和特征组合以及以下在附图说明中提到的和/或在唯一图中被单独示出的特征和特征组合不仅在各自所指明的组合中、也在其它组合中或单独地可使用，而没有脱离发明范围。

绘图在唯一的图中示出本发明的内燃机的示意性视图。

具体实施方式

唯一的图示意性示出用于机动车、尤其是优选设计成轿车的汽车的内燃机10。在此，机动车借助内燃机10可被驱动。内燃机10具有进气道/进气系统12、至少一个气缸和排气道/废气系统16。气缸部分界定燃烧室14。内燃机10具有活塞，其可平移运动地容纳在气缸内。活塞部分界定燃烧室14。在如图所示的实施例中，它是包含正好四个燃烧室14的四缸发动机。

进气系统可被呈空气形式的流体流过，空气借助进气系统被引导入燃烧室14。在燃烧室14内，在内燃机10的点火运行期间进行燃烧过程，由此产生内燃机10的废气。废气也可流过被称为废气设备的废气系统12并通过废气系统12离开燃烧室14。在废气系统16内设置至少一个加热件18和废气再处理装置20，其中，加热件18布置在废气再处理装置20上游。废气再处理装置20包括至少一个废气净化部件。废气净化部件例如可以设计成氧化催化器、尤其是柴油氧化催化器(DOC)、NOx存储催化器(NSK)、SCR催化器(选择性催化还原催化器)、柴油微粒过滤器(DPF)或在柴油微粒过滤器(SDPF)上的SCR催化器。

氧化催化器尤其是指如下催化器，其从废气中借助利用余氧的氧化来除去一氧化碳和未燃碳氢化合物。余氧尤其是指氧分子，其在燃烧过程中未成为化学反应的一部分且因此作为氧可供进一步化学反应作用。NOx存储催化器(NSK)尤其是催化器，在催化器所具有的存储器部分中，氮氧化物以化学方式结合且因此从废气中被去除。接着，可以在废气贫氧的内燃机工作状态中又从存储器部分中释放氮氧化物，并且利用还原性成分如未燃碳氢化合物或一氧化碳被还原。SCR催化器尤其是指如下催化器，在此将氮氧化物与来自所输入的尿素溶液的尿素在还原氧化反应中反应生成氮气和水。柴油微粒过滤器(DPF)尤其是指如下过滤器，其从废气中去除也称为碳黑或微尘的微粒。

内燃机10也具有电动的、电辅助的或可电辅助的废气涡轮增压器22，其包括布置在进气系统12内的作为第一叶轮24的压缩机叶轮、布置在废气系统16内的作为第二叶轮26的涡轮机叶轮和轴。第一叶轮24和第二叶轮26安置在该轴上并且抗旋转地连接至该轴。第一叶轮24、第二叶轮26和该轴例如是彼此分开构成的部件，它们如此相互连接，即，这些部件之间的相对运动以及沿该轴的轴向和径向彼此相对进行的运动被禁止或避免。第一叶轮24例如被用于压缩能够经由进气系统12被供给燃烧室14的空气。借助第二叶轮26，例如从燃烧室14流入废气系统16的废气被膨胀，由此第二叶轮26被废气驱动。此外，内燃机10具有电机，借此使得废气涡轮增压器22可以利用电能被驱动。该电机可以如此设计，即，它驱动废气涡轮增压器22的轴，使得第一叶轮24和第二叶轮26借助该轴被驱动。或者该电机可以如此设计，即，第一叶轮24和/或第二叶轮26可以直接被电机驱动。这是指该轴未直接被电机驱动。内燃机10也具有例如设计成曲轴的从动轴，内燃机通过该从动轴可以提供转矩以驱动机动车，尤其是在内燃机10的点火运行中。在内燃机10的加热运行中，空气作为加热介质借助电辅助的废气涡轮增压器22被输送入废气系统16，做法是两个叶轮24、26中的至少一个借助电机被电驱动。在加热运行期间禁止在内燃机的燃烧室14或所有燃烧室内的燃烧过程，并且在加热运行期间该从动轴静止。此外，在加热运行中该加热介质借助加热件18变热，从而废气再处理装置20借助在加热运行中变热的加热介质变热或被加热。

为了现在能特别有利且特别快速地加热废气再处理装置20，内燃机10具有至少一个在废气涡轮增压器22之内延伸的且可被加热介质流过的管路件28。借助管路件28，至少一部分加热介质可从进气系统12在绕过燃烧室14的情况下经过废气涡轮增压器22被引导入废气系统16。“加热介质从进气系统12进入废气系统16且被输送到加热件”是借助废气涡轮增压器22的至少一个电动的叶轮24、26进行的。由此可以在发动机静止时事先加热废气再处理装置20且因此极其有利地进行温度处理。因此，内燃机10具有很少的有害物质排放。发动机静止是指在内燃机10中不进行燃烧过程且从动轴静止。

内燃机10具有第一连通部位30和第二连通部位32。在第一连通部位30，管路件28流体连通至进气系统12，在其中，该连通部位30在废气涡轮增压器22内布置在第一叶轮24下游。或者，第一连通部位30可以例如布置在第一叶轮上游和/或废气涡轮增压器22外。这在图中未被示出。在第二连通部位32，管路件28流体连通至废气系统16，并且连通部位32在废气涡轮增压器22内布置在第二叶轮26上游。或者，第二连通部位32可以例如布置在第二叶轮下游和/或废气涡轮增压器22之外。在第一连通部位30，至少一部分流过进气系统12的加热介质能够被分流并且借助管路件28能够经过废气涡轮增压器22而被引导至第二连通部位32并能够在连通部位32通入废气系统16。

在管路件28中设置阀件34，借此可以调节流过管路件28的加热介质量。为此，阀件34可以连接至例如呈控制设备形式的调节装置。

内燃机10具有废气回流管路36。废气回流管路36在布置于废气再处理装置20下游的分流部位38流体连通至废气系统16。另外，废气回流管路36在通入部位40流体连通至进气系统12。借助废气回流管路36，可以尤其在点火运行期间将至少一部分流过废气系统16的废气从分流部位38引导至通入部位40并在通入部位40通入进气系统12。通入部位在进气系统中布置在第一叶轮24下游，但也可以布置在第一叶轮24上游，这在图中未被示出。在加热运行中，可以将至少一部分加热介质从分流部位38引导至通入部位40并在通入部位40通入进气系统12。因此可以在加热运行中通过废气回流管路36形成加热介质的第一再循环回路，在其中将至少一部分被加热的加热介质借助废气回流管路36并借助管路件28在绕过燃烧室的情况下重新供给加热件18和废气再处理装置20。通过废气涡轮增压器22的电动的第一叶轮24和/或电动的第二叶轮26进行加热介质的输送。在废气回流管路36中设有废气回流阀42，借此可以调节可流过废气回流管路36的废气量和/或加热介质量。为此，废气回流阀42可以连接至例如呈控制设备形式的调节装置。借助通过废气回流管路36所表示的第一再循环回路，废气再处理装置20可以被尤其快速且高效地加热，由此从内燃机10排出很少的有害物质。

借助在废气系统16中布置于第一连通部位30下游的例如设计成废气板阀的废气阀件35，离开内燃机10的废气和/或加热介质的质量流可被减小或禁止或拦截。为了出现规定的质量流，废气阀件35可以连接至调节装置，该调节装置例如是控制设备且能够驱控并运行、尤其是控制或调整废气阀件35。通过借助废气阀件35至少部分关闭废气系统16可以造成很多的加热介质流过再循环回路，即通过或沿再循环回路循环。在此，再循环回路包括管路件28，从而流过再循环回路的加热介质流过管路件28并因此通过管路件28循环。通过所述循环或再循环，可以尤其快速有效地加热废气再处理装置20。

内燃机10具有回流管路44，其在布置于第二叶轮26上游的第一分流部位46流体连通至废气系统并在第二分流部位48流体连通至进气系统12。第二分流部位48优选可以布置在第一叶轮24的下游。借助回流管路44，至少一部分废气在第一流动方向上从第一分流部位46能被引导至第二分流部位48并且在第二分流部位48能通入进气系统12。在加热运行中，加热介质在与第一流动方向相反的第二流动方向上从第二分流部位48能被引导至第一分流部位46并且在第一分流部位46能通入废气系统16。在此，加热介质至少借助电动的第一叶轮24从进气系统在绕过燃烧室14的情况下被输送至加热件18。在回流管路44中设置回行阀50，借此可以调节可流过回流管路44的废气量或加热介质量。为此，回行阀50能够连接至例如呈控制设备形式的调节装置。

加热件18可以具有电加热件和/或燃烧器和/或电热式催化器。

内燃机10具有至少一个再循环管路52，其在布置于废气再处理装置20下游的第三连通部位54和布置于加热件18上游、尤其在涡轮机叶轮26上游的第四连通部位56流体连通至废气系统16。借助再循环管路，至少一部分流过废气系统16的加热介质在第三连通部位54可从废气系统16分流并且从第三连通部位54可返回至第四连通部位56并在第四连通部位56能通入废气系统16中。由此可以形成加热介质的第二回流，因为加热介质借助该回流管路从第三连通部位54被回流至相应地布置于上游的第四连通部位56并且被通入废气系统16。加热介质的回流造成出现第二再循环回路，加热介质在其中或因此在连通部位54、56之间循环。第二再循环回路可以借助电动的废气涡轮增压器22尤其在发动机静止的情况下运行。第二再循环回路可以与第一再循环回路无关地或与第一再循环回路一起运行。在再循环管路52中设置再循环阀58，借此可以调节流过再循环管路52的加热介质量。为此，可以将再循环阀58连接到例如呈控制设备形式的调节装置。

附图标记列表

10                   内燃机

12                   进气系统

14                   燃烧室

16                   废气系统

18                   加热件

20                   废气再处理装置

22                   废气涡轮增压器

24                   压缩机叶轮

26                   涡轮机叶轮

28                   管路件

30                   第一连通部位

32                   第二连通部位

34                   阀件

35                   废气阀件

36                   废气回流管路

38                   分流部位

40                   通入部位

42                   废气回流阀

44                   回流管路

46                   第一分流部位

48                   第二分流部位

50                   回行阀

52                   再循环管路

54                   第三连通部位

56                   第四连通部位

58                   再循环阀