Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.

Die DE 10 2017 213 004 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmototor, einem Frischgasstrang zum Zuführen von Frischgas zu dem Verbrennungsmotor, einen Abgasstrang zum Abführen von Abgas von dem Verbrennungsmotor und mindestens einer in den Abgasstrang integrierten Abgasnachbehandlungsvorrichtung. Die Brennkraftmaschine umfasst des Weiteren einen in den Frischgasstrang oder den Abgasstrang integrierten, elektrisch antreibbaren Verdichter und eine der Abgasnachbehandlungsvorrichtung vorgeschaltete oder darin integrierte Heizvorrichtung zur Beheizung eines durch diese durchströmenden Gases auf. Die Brennkraftmaschine weist eine Steuerungsvorrichtung auf, die derart ausgebildet ist, dass diese in einem Nichtbetrieb des Verbrennungsmotors bedarfsweise den Verdichter zeitgleich mit der Heizvorrichtung betreibt, wenn die Temperatur einer Komponente der Brennkraftmaschine unterhalb eines definierten Grenzwerts liegt.

Des Weiteren offenbart die DE 10 2018 129 955 A1 ein Verfahren zum Vorkonditionieren einer Abgasanlage zur Abführung und Reinigung von Verbrennungsabgasen eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, wobei in der Abgasanlage von einem Heizelement Luft erhitzt wird. Von einem Gebläse wird in der Abgasanlage mit der erhitzten Luft ein Heißluftstrom erzeugt, wobei ein erster Katalysator der Abgasanlage von dem Heißluftstrom auf eine minimale Betriebstemperatur erwärmt wird. Schließlich ist aus der DE 10 2018 003 961 A1 eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit einer von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durch ström baren Abgasanlage, in welcher wenigstens ein Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet ist, als bekannt zu entnehmen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass ein Aufheizen einer Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders vorteilhaft und besonders schnell erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, das über eine Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine von der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen Brennraum und einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt auf, wobei über den Ansaugtrakt dem Brennraum Luft zugeführt werden kann. Des Weiteren umfasst die Verbrennungskraftmaschine einen von einem Abgas aus dem Brennraum durchströmbaren Abgastrakt, wobei in dem Abgastrakt eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet ist. Zudem ist in dem Abgastrakt stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung wenigstens ein Heizelement zum Erhitzen eines den Abgastrakt durchströmenden Gases angeordnet. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst einen elektrisch unterstützten Abgasturbolader, welcher ein in dem Ansaugtrakt angeordnetes Verdichterrad als erstes Laufrad zum Verdichten der den Ansaugtrakt durchströmenden Luft aufweist. Der elektrisch unterstützte Abgasturbolader weist zudem ein in dem Abgastrakt angeordnetes und von dem Abgas antreibbares Turbinenrad als zweites Laufrad sowie eine elektrische Maschine auf. Mittels der elektrischen Maschine kann in einem Heizbetrieb zum Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung zumindest eines der beiden Laufräder angetrieben werden, wodurch in dem Heizbetrieb, während welchem Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum unterbleiben und die Abtriebswelle stillsteht, mittels des zumindest einen Laufrads in den Abgastrakt Luft als Heizmedium gefördert werden kann. Das Heizmedium kann in dem Heizbetrieb zum Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels dem Heizelement erwärmt werden. Somit ist beispielsweise das Heizmedium das oder ein Gas, welches mittels des Heizelements erhitzt bzw. erwärmt werden kann.

Um nun die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders vorteilhaft und besonders schnell aufheizen zu können, weist die Verbrennungskraftmaschine wenigstens ein innerhalb des Abgasturboladers verlaufendes und von dem Heizmedium durchströmbares Leitungselement auf. Mittels des Leitungselements ist zumindest ein Teil des Heizmediums von dem Ansaugtrakt in den Abgastrakt durch den Abgasturbolader hindurchführbar. Vorzugsweise verläuft zumindest mehr als die Hälfte des Leitungselements, insbesondere das gesamte Leitungselement, innerhalb des Abgasturboladers. Beispielsweise ist das Leitungselement einenends, insbesondere innerhalb des Abgasturboladers, an einer ersten Verbindungsstelle fluidisch mit dem Ansaugtrakt und andernends, insbesondere innerhalb des Abgasturboladers, an einer zweiten Verbindungsstelle fluidisch mit dem Abgastrakt verbunden. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass sich das gesamte Leitungselement von der ersten Verbindungsstelle bis zu der zweiten Verbindungsstelle durchgängig innerhalb des Abgasturboladers erstreckt.

Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet. Die Verbrennungskraftmaschine kann als eine Hubkolbenmaschine ausgebildet sein und einen Motorblock aufweisen, welcher den Brennraum umfasst. Über den Ansaugtrakt strömt ein Fluid, typischerweise die Luft, in den Brennraum. In einem befeuerten Betrieb laufen in dem Brennraum Verbrennungsvorgänge ab. Bei dem jeweiligen Verbrennungsvorgang wird ein Kraftstoff- Luft-Gemisch verbrannt, wodurch das Abgas der Verbrennungskraftmaschine entsteht. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch umfasst die zuvor genannte, den Ansaugtrakt durchströmende Luft und einen insbesondere flüssigen Kraftstoff, welcher in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, wird.

Im Abgastrakt, der insbesondere auch als Abgasanlage bezeichnet werden kann, ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet. Mit anderen Worten ausgedrückt dient die Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Abgasreinigung mittels insbesondere wenigstens eines Katalysators und/oder wenigstens eines Filters wie beispielsweise eines Partikelfilters. Mittels des Katalysators werden im Abgas vorliegende Schadstoffe, wie beispielsweise Kohlenstoffmonoxid, Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und/oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe, mittels wenigstens einer chemischen Reaktion in unschädliche Stoffe umgewandelt. Der Katalysator kann somit als ein Drei-Wege-Katalysator ausgebildet sein. Unter dem Katalysator wird insbesondere eine Komponente verstanden, die eine Aktivierungsenergie der chemischen Reaktion besonders absenkt, wodurch eine Reaktionsgeschwindigkeit der chemischen Reaktion besonders schnell abläuft. Die Aktivierungsenergie ist insbesondere eine zum Start der chemischen Reaktion erforderliche Energiemenge. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist insbesondere eine Geschwindigkeit, mit welcher die chemische Reaktion abläuft. Als Filter wird insbesondere eine Komponente bezeichnet, die Feststoffe aus einem Gasstrom oder Flüssigkeitsstrom zurückhält. Dadurch können insbesondere als Partikel oder als Ruß bezeichnete Fest- bzw. Schadstoffe aus dem Abgas gefiltert werden.

Um eine besonders gute Reinigung des Abgases der Verbrennungskraftmaschine zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere der Katalysator, eine Mindesttemperatur aufweist, die insbesondere als eine Konvertierungstemperatur oder Light-Off-Temperatur oder Anspringtemperatur bezeichnet werden kann. Hierfür ist insbesondere bei einem Kaltstart ein Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung erforderlich. Als Kaltstart wird insbesondere eine Inbetriebnahme, ein Start, ein Anlassen oder eine Aktivierung der Verbrennungskraftmaschine verstanden, bei der eine Temperatur der Verbrennungskraftmaschine in etwa der Umgebungstemperatur entspricht. Beim Start der Verbrennungskraftmaschine wird die Verbrennungskraftmaschine von einem Zustand, in dem Verbrennungsvorgänge im Brennraum unterbleiben und die Abtriebswelle stillsteht, was auch als stehender Motor bezeichnet wird, in einen aktivierten Zustand gebracht, der insbesondere als befeuerter Betrieb bezeichnet wird. Nach dem Kaltstart wird die Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels des Abgases aufgeheizt. Insbesondere bei Fahrzeugen mit einer Kombination aus einem Verbrennungsmotor und elektrischem Fahren wird das Aufheizen bzw. ein Warmhalten des Abgastrakts durch das Abgas besonders schwierig, da ein Massenstrom des Abgases in manchen Betriebszuständen sehr gering oder nicht vorhanden sein kann. Als elektrisches Fahren wird insbesondere eine elektrische Fahrt des Kraftfahrzeugs bezeichnet, wobei bei der elektrischen Fahrt das Kraftfahrzeug wenigstens teilweise von einer elektrischen Maschine angetrieben wird.

Das in dem Abgasstrakt stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Heizelement kann das Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere nach einem Kaltstart besonders beschleunigen. Das Heizelement ist derart ausgebildet, dass es das durch oder um das Heizelement strömende Gas wie beispielsweise das Abgas aufheizt. Bei dem Gas handelt es sich in einem Normalbetrieb und/oder während des Kaltstarts der Verbrennungskraftmaschine um das Abgas. In dem Heizbetrieb der Verbrennungskraftmaschine, der verschieden zum Normalbetrieb ist, ist das Gas die Luft, welche mittels des Heizelements erwärmt wird und als Heizmedium zum Erwärmen bzw. Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung genutzt wird. Um ein besonders vorteilhaftes und schnelles Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu ermöglichen, ist das erfindungsgemäße Leitungselement vorgesehen, welches zumindest überwiegend oder vollständig innerhalb des Abgasturboladers verläuft und von dem Heizmedium durchströmbar ist. In dem Heizbetrieb kann zumindest ein Teil des Heizmediums mittels des Leitungselements vom Ansaugtrakt durch den Abgasturbolader hindurch unter Umgehung des Brennraums bzw. aller Brennräume der Verbrennungskraftmaschine in den Abgastrakt und zum Heizelement geführt werden. Eine Förderung des Heizelements vom Ansaugtrakt in den Abgastrakt zum Heizelement erfolgt beispielsweise mittels des elektrischen oder elektrisch unterstützten Abgasturboladers. Hierbei wird wenigstens eines der beiden Laufräder mittels der elektrischen Maschine unter Nutzung von elektrischer Energie angetrieben, die insbesondere aus einer als Bordnetz bezeichneten Stromversorgungseinrichtung entnommen werden kann. Die Förderung des Heizmediums vom Ansaugtrakt in den Abgastrakt zum Heizelement kann demnach insbesondere bei stehendem Motor erfolgen. Dadurch kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders vorteilhaft aufgeheizt werden. Es wird demnach eine Konditionierung der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermöglicht, insbesondere bei stehendem Motor. Dadurch werden von der Verbrennungskraftmaschine besonders wenig Schadstoffe ausgestoßen, insbesondere nach einem Kaltstart.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist in dem Leitungselement ein Ventilelement angeordnet, mittels welchem eine das Leitungselement durchströmende Menge des Heizmediums einstellbar ist. Hierfür kann das Ventilelement mit einer Regeleinrichtung, die insbesondere als Regelorgan bezeichnet werden kann, verbunden sein, die beispielsweise von einem Steuergerät dargestellt wird oder auch als Steuergerät bezeichnet wird. Das Leitungselement ist mittels des Ventilelements nur teilweise oder vollständig verschließbar.

In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Verbindungsstelle, an der das Leitungselement mit dem Ansaugtrakt fluidisch verbunden ist, stromauf oder stromab des Verdichterrads angeordnet. Die zweite Verbindungsstelle, an der das Leitungselement fluidisch mit dem Abgastrakt verbunden ist, ist alternativ oder zusätzlich stromauf oder stromab des Turbinenrads angeordnet, wobei sich die erste Verbindungsstelle stromauf der zweiten Verbindungsstelle befindet. Die erste Verbindungsstelle und die zweite Verbindungsstelle können sich innerhalb oder außerhalb des Abgasturboladers befinden. An der ersten Verbindungsstelle ist zumindest ein Teil des den Ansaugtrakt durchströmenden Heizmediums abzweigbar und mittels des Leitungselements durch den Abgasturbolader hindurch zu der zweiten Verbindungsstelle führbar und an der zweiten Verbindungsstelle in den Abgastrakt einleitbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Verbrennungskraftmaschine eine Abgasrückführleitung auf, die an einer stromab des Turbinenrads, insbesondere stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung, angeordneten Abzweigstelle fluidisch mit dem Abgastrakt verbunden ist. Zudem ist die Abgasrückführleitung an einer Einleitstelle fluidisch mit dem Ansaugtrakt verbunden. Die Einleitstelle kann im Ansaugtrakt stromauf oder stromab des Verdichterrads angeordnet sein. Mittels der Abgasrückführleitung kann zumindest ein Teil des Abgases der Abzweigstelle aus dem Abgastrakt abgezweigt und in die Abgasrückführleitung eingeleitet werden. Das in die Abgasrückführleitung eingeleitet Abgas kann die Abgasrückführleitung durchströmen und wird mittels der Abgasrückführleitung zu der Einleitstelle geführt und an der Einleitstelle in den Ansaugtrakt eingeleitet, was insbesondere als Niederdruckabgasrückführung bezeichnet werden kann. Dadurch kann das Abgas in den Brennraum geführt werden. Ein bereits vor einem Beginn des Verbrennungsvorgangs im Brennraum vorhandener Anteil an Abgas kann einen Schadstoff besonders gering halten, der bei dem Verbrennungsvorgang gebildet werden kann. Dabei handelt kann es sich insbesondere um Stickstoffmonoxid oder Stickstoffdioxid, die beide allgemein insbesondere als Stickoxide bezeichnet werden. Im Heizbetrieb kann beispielsweise zumindest ein Teil des Heizmediums von der Abzweigstelle zu der Einleitstelle geführt werden und an der Einleitstelle in den Ansaugtrakt eingeleitet werden. Dadurch kann wenigstens ein Teil des durch das Heizelement aufgeheizten Heizmediums nach einem Durchströmen der Abgasnachbehandlungseinrichtung über das Leitungselement erneut zum Heizelement und der Abgasnachbehandlungseinrichtung rückgeführt werden, wodurch ein Rezirkulationskreislauf entsteht. Auf diese Weise wird nicht nur die Abgasnachbehandlungseinrichtung beheizt, sondern auch weitere Teile des Ansaugtrakts und des Abgastraktes. Dadurch liegt zwischen der Abgasnachbehandlungseinrichtung und ihren umgebenden Bauteilen des Abgastraktes ein besonders geringer Temperaturgradient vor, wodurch von der Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders wenig Wärme zu den umliegenden Bauteilen des Abgastrakts abtransportiert wird. Mit anderen Worten ausgedrückt ist ein Wärmeverlust der Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders gering. Dadurch kann das Aufheizen und Warmhalten der Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders effizient gestaltet werden. Außerdem kann das Heizmedium in kurzer Zeit auf eine besonders hohe Temperatur gebracht werden, wodurch die Abgasnachbehandlungseinrichtung effizient und effektiv erwärmt werden kann. Der Rezirkulationskreislauf kann insbesondere bei stehendem Motor betrieben werden. Eine Förderung des Heizmediums in dem Rezirkulationskreislauf kann insbesondere mittels des elektrisch angetriebenen, wenigstens einen Laufrads erfolgen oder zumindest unterstützt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann der Rezirkulationskreislauf mittels des elektrisch angetriebenen, wenigstens einen Laufrads aufrechterhalten werden. Es wird demnach eine Konditionierung der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermöglicht, insbesondere bei stehendem Motor. Dadurch werden von der Verbrennungskraftmaschine besonders wenig Schadstoffe ausgestoßen, insbesondere nach einem Kaltstart.

In einer weiteren Ausführungsform ist in der Abgasrückführleitung ein Abgasrückführventil angeordnet, mittels welchem eine die Abgasrückführleitung durchströmende Menge des Abgases und/oder des Heizmediums einstellbar ist. Hierfür kann das Abgasrückführventil mit der Regeleinrichtung verbunden und von der Regeleinrichtung ansteuerbar und dadurch betreibbar sein. Die Abgasrückführleitung ist beispielsweise mittels des Abgasrückführventils nur teilweise oder vollständig verschließbar.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Verbrennungskraftmaschine eine Rückführleitung aufweist, die an einer stromauf des Turbinenrads angeordneten ersten Verzweigungsstelle fluidisch mit dem Abgastrakt und an einer zweiten Verzweigungsstelle fluidisch mit dem Ansaugtrakt verbunden ist. Die zweite Verzweigungsstelle kann bevorzugt stromab des Verdichterrads angeordnet sein. Mittels der Rückführleitung kann beispielsweise zumindest ein Teil des den Abgastrakt durchströmenden Abgases aus dem Abgastrakt abgezweigt und in die Rückführleitung eingeleitet werden. Das in die Rückführleitung eingeleitete Abgas kann die Rückführleitung in eine erste Strömungsrichtung durchströmenden und wird dadurch mittels der Rückführleitung von der ersten Verzweigungsstelle zu der zweiten Verzweigungsstelle geführt und an der zweiten Verzweigungsstelle in den Ansaugtrakt eingeleitet, was insbesondere als Hochdruckabgasrückführung bezeichnet werden kann. Im Heizbetrieb kann zumindest ein Teil des Heizmediums oder das gesamte Heizmedium an der zweiten Verzweigungsstelle aus dem Ansaugtrakt abgezweigt und in die Rückführleitung eingeleitet werden. Das in die Rückführleitung eingeleitete Abgas kann die Rückführleitung in eine der ersten Strömungsrichtung entgegengesetzte, zweiten Strömungsrichtung durchströmen und wird mittels der Rückführleitung von der zweiten Verzweigungsstelle zu der ersten Verzweigungsstelle geführt. Dabei wird das Heizmedium vom Ansaugtrakt unter Umgehung des Brennraums bzw. aller Brennräume der Verbrennungskraftmaschine in den Abgastrakt zum Heizelement geführt, wodurch das Heizmedium und in der Folge die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders effektiv aufgeheizt werden können.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in der Rückführleitung ein Rückführventil angeordnet, mittels welchem eine die Rückführleitung durchströmende Menge des Abgases und/oder des Heizmediums einstellbar ist. Hierfür kann das Rückführventil mit der Regeleinrichtung verbunden und von der Regeleinrichtung ansteuerbar sein. Die Rückführleitung ist mittels des Rückführventils beispielsweise nur teilweise oder vollständig verschließbar.

In weiterer Ausgestaltung weist die Verbrennungskraftmaschine wenigstens eine Rezirkulationsleitung auf, welche an einer stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten dritten Verbindungsstelle und an einer stromauf des Heizelements angeordneten vierten Verbindungsstelle fluidisch mit dem Abgastrakt verbunden ist. Mittels der Rezirkulationsleitung kann zumindest ein Teil des Heizmediums an der dritten Verbindungsstelle aus dem Abgastrakt abgezweigt, in die Rezirkulationsleitung eingeleitet, von der dritten Verbindungsstelle zu der vierten Verbindungsstelle rückgeführt und an der vierten Verbindungsstelle wieder in den Abgastrakt eingeleitet werden. Mittels des elektrisch angetriebenen zweiten Laufrads kann das Heizmedium in dem Abgastrakt gefördert werden und dabei, insbesondere über die Rezirkulationsleitung zirkulieren.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in der Rezirkulationsleitung ein Rezirkulationsventil angeordnet, mittels welchem eine die Rezirkulationsleitung durchströmende Menge des Heizmediums einstellbar ist. Hierfür kann das Rezirkulationsventil mit der Regeleinrichtung verbunden und von der Regeleinrichtung ansteuerbar sein. Die Rezirkulationsleitung ist mittels des Rezirkulationsventils beispielsweise nur teilweise oder vollständig verschließbar.

Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Heizelement wenigstens ein elektrisches Heizelement und/oder wenigstens einen Brenner und/oder wenigstens einen elektrischen Katalysator aufweist. Unter dem elektrischen Heizelement wird insbesondere ein Heizelement verstanden, dass elektrischen Strom in Wärme umwandelt. Als Brenner wird insbesondere ein Heizelement bezeichnet, in welchem wenigstens ein insbesondere flüssiger oder gasförmiger Brennstoff unter Bildung einer Flamme oder flammenlos und somit katalytisch verbrannt wird, insbesondere unter Freisetzung oder Abgabe von Wärme. Unter dem elektrischen Katalysator wird insbesondere ein Katalysator verstanden, der mittels eines elektrischen Heizelements aufgeheizt wird bzw. aufheizbar ist, wobei das elektrische Heizelement beispielsweise an einem Gehäuse des Katalysators befestigt und/oder mit einer katalytischen bzw. katalytisch wirksamen Struktur des Katalysators verbunden sein kann.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine.

Die einzige Fig. zeigt schematisch eine Verbrennungskraftmaschine 10 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Dabei ist das Kraftfahrzeug mittels der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist einen Ansaugtrakt 12, wenigstens einen Zylinder und einen Abgastrakt 16 auf. Der Zylinder begrenzt einen Brennraum 14 teilweise. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist einen Kolben auf, welcher translatorisch bewegbar in dem Zylinder aufgenommen ist. Der Kolben begrenzt den Brennraum 14 teilweise. In dem in der Fig. dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Vierzylindermotor, der genau vier Brennräume 14 umfasst.

Der Einlasstrakt ist von einem Fluid in Form von Luft durchströmbar, welches mittels des Ansaugtrakts in den Brennraum 14 geführt wird. In dem Brennraum 14 laufen während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 Verbrennungsvorgänge ab, aus denen ein Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 resultiert. Das Abgas kann den auch als Abgasanlage bezeichneten Abgastrakt 12 durchströmen und über den Abgastrakt 12 den Brennraum 14 verlassen. In dem Abgastrakt 16 sind wenigstens ein Heizelement 18 und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 angeordnet, wobei das Heizelement 18 stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 angeordnet ist. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 umfasst wenigstens ein Element zur Abgasreinigung. Das Element zur Abgasreinigung kann beispielsweise als ein Oxidationskatalysator, insbesondere ein Dieseloxidationskatalysator (DOC), als ein NOx- Speicherkatalysator (NSK), als ein SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction Catalyst), als ein Dieselpartikelfilter (DPF) oder als ein SCR-Katalysator auf einem Dieselpartikelfilter (SDPF) ausgebildet sein.

Als Oxidationskatalysator wird insbesondere ein Katalysator bezeichnet, der Kohlenstoffmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe aus dem Abgas mittels einer Oxidation mit einem Restsauerstoff entfernt. Als Restsauerstoff werden insbesondere Sauerstoffmoleküle bezeichnet, die bei den Verbrennungsvorgängen kein Teil einer chemischen Reaktion gewesen sind und somit für weitere chemische Reaktionen als Sauerstoff zur Verfügung stehen. Unter dem NOx-Speicherkatalysator (NSK) wird insbesondere ein Katalysator verstanden, der eine Speicherkomponente aufweist, in der Stickoxide chemisch gebunden und somit aus dem Abgas entfernt werden.

Anschließend können in einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine, der einen Sauerstoffmangel im Abgas aufweist, die Stickoxide aus der Speicherkomponente wieder freigegeben werden und mit reduzierenden Komponenten, wie unverbrannte Kohlenwasserstoffe oder Kohlenstoffmonoxid, reduziert werden. Als SCR-Katalysator wird insbesondere ein Katalysator bezeichnet, in dem Stickoxide mit Harnstoff aus einer eingebrachten Harnstofflösung zu Stickstoff und Wasser in einer Redoxreaktion umgesetzt werden. Unter einem Dieselpartikelfilter (DPF) wird insbesondere ein Filter verstanden, der Partikel, die auch als Ruß oder Feinstaub bezeichnet werden, aus dem Abgas entfernt. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist ebenfalls einen elektrischen, elektrisch unterstützten bzw. elektrisch unterstützbaren Abgasturbolader 22 auf, der ein im Ansaugtrakt 12 angeordnetes Verdichterrad als erstes Laufrad 24, ein im Abgastrakt 16 angeordnetes Turbinenrad als zweites Laufrad 26 und eine Welle umfasst. Das erste Laufrad 24 und das zweite Laufrad 26 sind auf der Welle angeordnet und drehfest mit der Welle verbunden. Das erste Laufrad 24, das zweite Laufrad 26 und die Welle sind beispielsweise separat voneinander ausgebildete Komponenten, die derart miteinander verbunden sind, sodass Relativdrehungen zwischen den Komponenten sowie in axialer Richtung und in radialer Richtung der Welle relativ zueinander erfolgende Bewegungen unterbleiben oder vermieden werden. Das erste Laufrad 24 wird beispielsweise dazu genutzt, die dem Brennraum 14 über den Ansaugtrakt 12 zuzuführende Luft zu verdichten. Mittels des zweiten Laufrads 26 wird beispielsweise das aus dem Brennraum 14 in den Abgastrakt 16 strömende Abgas expandiert, wodurch das zweite Laufrad 26 vom Abgas angetrieben wird. Des Weiteren weist die Verbrennungskraftmaschine 10 eine elektrische Maschine auf, mit welcher der Abgasturbolader 22 unter Nutzung von elektrischer Energie angetrieben werden kann. Die elektrische Maschine kann derart ausgebildet sein, dass sie die Welle des Abgasturbolader 22 antreibt, sodass das erste Laufrad 24 und das zweite Laufrad 26 mittels der Welle angetrieben werden. Alternativ kann die elektrische Maschine derart ausgebildet sein, dass das erste Laufrad 24 und/oder das zweite Laufrad 26 direkt von der elektrischen Maschine antreibbar sind.

Darunter ist zu verstehen, dass die Welle nicht unmittelbar von der elektrischen Maschine angetrieben wird. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist auch eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, über welche die Verbrennungskraftmaschine Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann, insbesondere in dem befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10. In einem Heizbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 wird Luft als Heizmedium mittels des elektrisch unterstütztem Abgasturboladers 22 in den Abgastrakt 16 gefördert, indem wenigstens eines der beiden Laufräder 24, 26 mittels der elektrischen Maschine elektrisch angetrieben wird. Während des Heizbetriebs unterbleiben Verbrennungsvorgänge in den bzw. allen Brennräumen 14 der Verbrennungskraftmaschine, und während des Heizbetriebs steht die Abtriebswelle still. Außerdem wird in dem Heizbetrieb das Heizmedium mittels des Heizelements 18 erwärmt, sodass mittels des erwärmten Heizmediums in dem Heizbetrieb die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 erwärmt bzw. aufgeheizt wird.

Um nun die die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 besonders vorteilhaft und besonders schnell aufheizen zu können, weist die Verbrennungskraftmaschine 10 wenigstens ein innerhalb des Abgasturboladers 22 verlaufendes und von dem Heizmedium durchströmbares Leitungselement 28 auf. Mittels des Leitungselements 28 ist zumindest ein Teil des Heizmediums von dem Ansaugtrakt 12 unter Umgehung des Brennraums 14 in den Abgastrakt 16 durch den Abgasturbolader 22 hindurchführbar. Die Förderung des Heizmediums von dem Ansaugtrakt 12 in den Abgastrakt 16 zum Heizelement erfolgt mittels wenigstens einem elektrisch angetriebenen Laufrad (24,26) des Abgasturboladers 22. Dadurch kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 bereits bei stehendem Motor aufgeheizt und somit besonders vorteilhaft konditioniert werden. Deswegen weist die Verbrennungskraftmaschine 10 einen besonders geringen Ausstoß von Schadstoffen auf. Unter dem stehen Motor ist zu verstehen, dass in der Verbrennungskraftmaschine 10 keine Verbrennungsvorgänge ablaufen und die Abtriebswelle stillsteht.

Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist eine erste Verbindungsstelle 30 und eine zweite Verbindungsstelle 32 auf. An der ersten Verbindungsstelle 30 ist das Leitungselement 28 fluidisch mit dem Ansaugtrakt 12 verbunden, in die Verbindungsstelle 30 ist innerhalb des Abgasturboladers 22 stromab des ersten Laufrads 24 angeordnet. Alternativ kann die erste Verbindungsstelle 30 beispielweise stromauf des ersten Laufrads und/oder außerhalb des Abgasturboladers 22 angeordnet sein. Dies ist in der Fig. nicht dargestellt. An der zweiten Verbindungsstelle 32 ist das Leitungselement 28 fluidisch mit dem Abgastrakt 16 verbunden, und die Verbindungsstelle 32 ist innerhalb des Abgasturboladers 22 und stromauf des zweiten Laufrads 26 angeordnet. Alternativ kann die zweite Verbindungsstelle 32 beispielweise stromab des zweiten Laufrads und/oder außerhalb des Abgasturboladers 22 angeordnet sein. An der ersten Verbindungsstelle 30 ist zumindest ein Teil des den Ansaugtrakt 12 durchströmenden Heizmediums abzweigbar und mittels des Leitungselements 28 durch den Abgasturbolader 22 hindurch zu der zweiten Verbindungsstelle 32 führbar und an der zweiten Verbindungsstelle 32 in den Abgastrakt 16 einleitbar.

In dem Leitungselement 28 ist ein Ventilelement 34 angeordnet, mittels welchem eine das Leitungselement 28 durchströmende Menge des Heizmediums einstellbar ist. Hierfür kann das Ventilelement 34 mit einer Regeleinrichtung verbunden sein, die beispielsweise von einem Steuergerät dargestellt wird.

Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist eine Abgasrückführleitung 36 auf. Die

Abgasrückführleitung 36 ist an einer stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 angeordneten Abzweigstelle 38 fluidisch mit dem Abgastrakt 16 verbunden. Des Weiteren ist die Abgasrückführleitung 36 an einer Einleitstelle 40 fluidisch mit dem Ansaugtrakt 12 verbunden. Mittels der Abgasrückführleitung 36 kann, insbesondere während des befeuerten Betriebs, zumindest ein Teil des den Abgastrakt 16 durchströmenden Abgases von der Abzweigstelle 38 zu der Einleitstelle 40 geführt werden und an der Einleitstelle 40 in den Ansaugtrakt 12 eingeleitet werden. Die Einleitstelle ist im Ansaugtrakt stromab des ersten Laufrads 24 angeordnet, kann aber alternativ stromauf des ersten Laufrads 24 angeordnet sein, was in der Fig. nicht dargestellt ist. Im Heizbetrieb kann zumindest ein Teil des Heizmediums von der Abzweigstelle 38 zu der Einleitstelle 40 geführt werden und an der Einleitstelle 40 in den Ansaugtrakt 12 eingeleitet werden. Somit kann im Heizbetrieb über die Abgasrückführleitung 36 ein erster Rezirkulationskreislauf des Heizmediums dargestellt werden, in welchem wenigstens ein Teil des aufgeheizten Heizmediums mittels der Abgasrückführleitung 36 und mittels des Leitungselements 28 unter Umgehung des Brennraums erneut dem Heizelement 18 und der Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 zugeführt wird. Die Förderung des Heizmediums erfolgt durch das elektrisch angetriebene erste Laufrad 24 und/oder das elektrisch angetriebene zweite Laufrad 26 des Abgasturboladers 22. In der Abgasrückführleitung 36 ist ein Abgasrückführventil 42 angeordnet, mittels welchem eine die Abgasrückführleitung 36 durchströmbare Menge des Abgases und/oder des Heizmediums einstellbar ist. Hierfür kann das Abgasrückführventil 42 mit einer Regeleinrichtung verbunden sein, die beispielsweise vom Steuergerät dargestellt wird. Mittels des über die Abgasrückführleitung 36 dargestellten ersten Rezirkulationskreislaufs kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 besonders schnell und effizient aufgeheizt werden, wodurch von der Verbrennungskraftmaschine 10 besonders wenig Schadstoffe ausgestoßen werden.

Mittels eines im Abgastrakt 16 stromab der ersten Verbindungsstelle 30 angeordneten Abgas-Ventilelements 35, welches beispielsweise als eine Abgasklappe ausgebildet ist, kann ein die Verbrennungskraftmaschine 10 verlassender Massenstrom des Abgases und/oder Heizmedium vermindert oder unterbunden oder aufgestaut werden. Zur Einstellung eines definierten Massenstroms kann das Abgas-Ventilelement 35 mit einer Regeleinrichtung verbunden sein, die beispielsweise ein Steuergerät ist und das Abgas- Ventilelement 35 ansteuern und dadurch betreiben, insbesondere steuern oder regeln kann. Durch eine zumindest teilweise Verschließung des Abgastrakts 16 mittels des Abgas-Ventilelements 35 kann bewirkt werden, dass eine besonders große Menge des Heizmediums den Rezirkulationskreislauf durchströmt, das heißt über den oder entlang des Rezirkulationskreislaufs zirkuliert. Dabei umfasst der Rezirkulationskreislauf das Leitungselement 28, sodass das den Rezirkulationskreislauf durchströmende Heizmedium das Leitungselement 28 durchströmt und somit über das Leitungselement 28 zirkuliert. Durch dieses Zirkulieren oder Rezirkulieren kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 besonders schnell und effektiv aufgeheizt werden.

Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist eine Rückführleitung 44 auf, die an einer stromauf des zweiten Laufrads 26 angeordneten ersten Verzweigungsstelle 46 fluidisch mit dem Abgastrakt und an einer zweiten Verzweigungsstelle 48 fluidisch mit dem Ansaugtrakt 12 verbunden ist. Die zweite Verzweigungsstelle 48 kann bevorzugt stromab des ersten Laufrads 24 angeordnet sein. Mittels der Rückführleitung 44 ist zumindest ein Teil des Abgases in einer ersten Strömungsrichtung von der ersten Verzweigungsstelle 46 zu der zweiten Verzweigungsstelle 48 führbar und an der zweiten Verzweigungsstelle 48 in den Ansaugtrakt 12 einleitbar. Im Heizbetrieb ist das Heizmedium in einer zweiten Strömungsrichtung, entgegen der ersten Strömungsrichtung, von der zweiten Verzweigungsstelle 48 zu der ersten Verzweigungsstelle 46 führbar und an der ersten Verzweigungsstelle 46 in den Abgastrakt 16 einleitbar. Dabei wird das Heizmedium mittels wenigstens dem elektrisch angetriebenen ersten Laufrad 24 vom Ansaugtrakt unter Umgehung des Brennraums 14 zum Heizelement 18 gefördert. In der Rückführleitung 44 ist ein Rückführventil 50 angeordnet sein, mittels welchem eine die Rückführleitung 44 durchströmbare Menge des Abgases oder des Heizmediums einstellbar ist. Hierfür kann das Rückführventil 50 mit einer Regeleinrichtung verbunden sein, die beispielsweise vom Steuergerät dargestellt wird.

Das Heizelement 18 kann ein elektrisches Heizelement und/oder einen Brenner und/oder einen elektrisch beheizbaren Katalysator aufweisen.

Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist wenigstens eine Rezirkulationsleitung 52 auf, welche an einer stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 angeordneten dritten Verbindungsstelle 54 und an einer stromauf des Heizelements 18, insbesondere stromauf des Turbinenrads 26, angeordneten vierten Verbindungsstelle 56 fluidisch mit dem Abgastrakt 16 verbunden ist. Mittels der Rezirkulationsleitung ist zumindest ein Teil des den Abgastrakts 16 durchströmenden Heizmediums an der dritten Verbindungsstelle 54 aus dem Abgastrakt 16 abzweigbar und von der dritten Verbindungsstelle 54 zu der vierten Verbindungsstelle 56 rückführbar und an der vierten Verbindungsstelle 56 in den Abgastrakt 16 einleitbar Hierdurch ist eine zweite Rückführung des Heizmediums darstellbar, da das Heizmedium mittels der Rückführungsleitung von der dritten Verbindungsstelle 54 zu der demgegenüber stromauf angeordneten, vierten Verbindungsstelle 56 rückgeführt wird und in den Abgastrakt 16 eingeleitet wird. Durch diese Rückführung des Heizmediums entsteht ein zweiter Rezirkulationskreislauf, in dem oder über den das Heizmedium zwischen den Verbindungsstellen 54, 56 zirkulieren kann. Der zweite Rezirkulationskreislauf kann mittels des elektrisch angetriebenen Abgasturboladers 22 insbesondere bei stehendem Motor betrieben werden. Der zweite Rezirkulationskreislauf kann unabhängig vom ersten Rezirkulationskreislauf oder zusammen mit dem ersten Rezirkulationskreislauf betrieben werden. In der Rezirkulationsleitung 52 ist ein Rezirkulationsventil 58 angeordnet, mittels welchem eine die Rezirkulationsleitung 52 durchströmende Menge des Heizmediums einstellbar ist. Hierfür kann das Rezirkulationsventil 58 mit einer Regeleinrichtung verbunden sein, die beispielsweise von einem Steuergerät dargestellt wird.

Bezugszeichenliste

10 Verbrennungskraftmaschine

12 Ansaugtrakt

14 Brennraum

16 Abgastrakt

18 Heizelement

20 Abgasnachbehandlungseinrichtung

22 Abgasturbolader

24 Verdichterrad

26 Turbinenrad

28 Leitungselement

30 erste Verbindungsstelle

32 zweite Verbindungsstelle

34 Ventilelement

35 Abgas-Ventilelement

36 Abgasrückführleitung

38 Abzweigstelle

40 Einleitstelle

42 A bg as rü ckf ü h rve nti I

44 Rückführleitung

46 erste Verzweigungsstelle

48 zweite Verzweigungsstelle

50 Rückführventil

52 Rezirkulationsleitung

54 dritte Verbindungsstelle

56 vierte Verbindungsstelle

58 Rezirkulationsventil