DE102018114348A1 - Internal combustion engine with at least one secondary air device and method - Google Patents

Internal combustion engine with at least one secondary air device and method Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einer Zylindereinheit (2) und mit einer Sekundärlufteinrichtung (3), wobei durch die Sekundärlufteinrichtung (3) Prozessluft aus der Zylindereinheit (2) entnehmbar und als Sekundärluft bereitstellbar ist. Dabei ist die Prozessluft mittels eines Dekompressionsventils (4) aus der Zylindereinheit (2) entnehmbar.The invention relates to an internal combustion engine (1) with at least one cylinder unit (2) and with a secondary air device (3), whereby process air can be removed from the cylinder unit (2) through the secondary air device (3) and can be provided as secondary air. The process air can be removed from the cylinder unit (2) by means of a decompression valve (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Zylindereinheit und mit wenigstens einer Sekundärlufteinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine.The present invention relates to an internal combustion engine with at least one cylinder unit and with at least one secondary air device and a method for operating such an internal combustion engine.

Bei Kraftfahrzeugen mit Brennkraftmaschinen werden Sekundärluftsysteme häufig dazu eingesetzt, um während einer Warmlaufphase die HC- und CO-Bestandteile im Abgas zu reduzieren. Beispielsweise wird dazu Luft aus der Umgebung gefördert und in das Abgassystem stromaufwärts zu einem Abgaskatalysator eingeblasen. Die eingeblasene Luft reagiert in einer exothermen Reaktion mit den unverbrannten Abgasbestandteilen, wodurch sich der Abgasstrom erwärmt und der Katalysator früher seine Betriebstemperatur erreicht.In motor vehicles with internal combustion engines, secondary air systems are often used to reduce the HC and CO components in the exhaust gas during a warm-up phase. For example, air is conveyed from the environment and blown into the exhaust system upstream to an exhaust gas catalytic converter. The injected air reacts in an exothermic reaction with the unburned exhaust gas components, which causes the exhaust gas flow to heat up and the catalytic converter to reach its operating temperature earlier.

Im Stand der Technik sind Systeme bekannt geworden, welche die Luft mittels einer Sekundärluftpumpe unter Umgehung des Motors in das Abgassystem fördern. Zudem sind Systeme bekannt geworden, bei denen nicht befeuerte Zylinder zur Erzeugung des Sekundärluftstroms genutzt werden. Das benötigt eine oft aufwendige Ansteuerung der Gaswechselventile. Die Systeme mit einer Sekundärluftpumpe haben den Vorteil, dass die Förderung der Sekundärluft keinen Einfluss auf die Steuerung der Gaswechselventile ausübt bzw. nicht von einer Steuerung der Gaswechselventile abhängig ist.Systems are known in the prior art which convey the air into the exhaust system by means of a secondary air pump, bypassing the engine. Systems have also become known in which non-fired cylinders are used to generate the secondary air flow. This requires an often complex control of the gas exchange valves. The systems with a secondary air pump have the advantage that the delivery of the secondary air has no influence on the control of the gas exchange valves or is not dependent on the control of the gas exchange valves.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, welche eine verbesserte Bereitstellung von Sekundärluft ermöglichen.In contrast, it is the object of the present invention to provide an internal combustion engine and a method for operating an internal combustion engine, which enable improved provision of secondary air.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren nach Anspruch 14. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.This object is achieved by an internal combustion engine with the features of claim 1 and a method according to claim 14. Preferred developments are the subject of the subclaims. Further advantages and features of the present invention result from the general description and the description of the exemplary embodiments.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfasst wenigstens eine Zylindereinheit und wenigstens eine Sekundärlufteinrichtung. Durch die Sekundärlufteinrichtung ist Prozessluft aus der wenigstens einen Zylindereinheit entnehmbar und als Sekundärluft bereitstellbar. Dabei ist die Prozessluft mittels wenigstens eines Dekompressionsventils aus der Zylindereinheit entnehmbar.The internal combustion engine according to the invention comprises at least one cylinder unit and at least one secondary air device. Process air can be removed from the at least one cylinder unit and can be provided as secondary air by the secondary air device. The process air can be removed from the cylinder unit by means of at least one decompression valve.

Vorzugsweise umfasst die Brennkraftmaschine wenigstens zwei Zylindereinheiten und besonders bevorzugt eine Mehrzahl von Zylindereinheiten. Dabei ist durch die Sekundärlufteinrichtung Prozessluft aus wenigstens einem der wenigstens zwei Zylindereinheiten und vorzugsweise aus zwei oder mehr Zylindereinheit der Mehrzahl von Zylindereinheiten oder auch aus allen vorgesehenen Zylindereinheiten entnehmbar und als Sekundärluft bereitstellbar.The internal combustion engine preferably comprises at least two cylinder units and particularly preferably a plurality of cylinder units. In this case, process air can be extracted from the at least one of the at least two cylinder units and preferably from two or more cylinder units of the plurality of cylinder units or from all the cylinder units provided and can be provided as secondary air by the secondary air device.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet das Dekompressionsventil. Dadurch kann auf eine Sekundärluftpumpe verzichtet werden, sodass die Erfindung konstruktiv unaufwendig und kostengünstig einsetzbar ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Bereitstellung der Sekundärluft nicht über die Gaswechselventile erfolgt. So hat die Entnahme der Prozessluft bzw. die Bereitstellung der Sekundärluft keinen oder einen erheblich geringeren Einfluss auf die Steuerung der Gaswechselventile und insgesamt auf den Betrieb der Brennkraftmaschine.The internal combustion engine according to the invention offers many advantages. The decompression valve offers a significant advantage. As a result, a secondary air pump can be dispensed with, so that the invention can be used in a structurally complex and cost-effective manner. Another advantage is that the secondary air is not provided via the gas exchange valves. The removal of the process air or the provision of the secondary air has no or a significantly smaller influence on the control of the gas exchange valves and overall on the operation of the internal combustion engine.

Vorzugsweise ist mittels des Dekompressionsventils Prozessluft aus einem Brennraum der Zylindereinheit entnehmbar. Vorzugsweise ist das Dekompressionsventil wenigstens teilweise in einem Zylinderkopf angeordnet. Das bietet eine besonders vorteilhafte Bereitstellung der Prozessluft.Process air can preferably be removed from a combustion chamber of the cylinder unit by means of the decompression valve. The decompression valve is preferably arranged at least partially in a cylinder head. This offers a particularly advantageous provision of the process air.

Die Sekundärlufteinrichtung umfasst vorzugsweise wenigstens einen Sekundärluftkanal. Der Sekundärluftkanal ist insbesondere durch das Dekompressionsventil öffenbar und schließbar. Vorzugsweise verbindet der Sekundärluftkanal wenigstens einen Brennraum der Zylindereinheit strömungstechnisch mit wenigstens einem Abgassystem. Bevorzugt ist auch, dass der Sekundärluftkanal wenigstens einen Brennraum der Zylindereinheit mit wenigstens einer Speichereinrichtung zur Speicherung der Sekundärluft strömungstechnisch verbindet. Eine solche Ausgestaltung kann besonders vorteilhaft zur Reduzierung von unerwünschten Bestandteilen im Abgas eingesetzt werden. Die Sekundärluft steht zudem zeitlich unabhängig von der Erzeugung bereit.The secondary air device preferably comprises at least one secondary air duct. The secondary air duct can be opened and closed in particular by the decompression valve. The secondary air duct preferably fluidically connects at least one combustion chamber of the cylinder unit to at least one exhaust system. It is also preferred that the secondary air duct fluidically connects at least one combustion chamber of the cylinder unit with at least one storage device for storing the secondary air. Such an embodiment can be used particularly advantageously to reduce undesirable components in the exhaust gas. The secondary air is also available regardless of the generation.

Insbesondere ist die Sekundärlufteinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Sekundärluft direkt in das Abgassystem und/oder an wenigstens einen anderen Verbraucher abzugeben. Insbesondere ist die Sekundärlufteinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Sekundärluft indirekt über die Speichereinrichtung in das Abgassystem und/oder an wenigstens einen anderen Verbraucher abzugeben. Vorzugsweise ist die Sekundärlufteinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Sekundärluft in der Speichereinrichtung zu speichern und die Sekundärluft von dort insbesondere unter Berücksichtigung eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine in das Abgassystem abzugeben. Ein solcher Betriebszustand ist beispielsweise ein Motorkaltstart und/oder eine Warmlaufphase.In particular, the secondary air device is suitable and designed to deliver the secondary air directly into the exhaust system and / or to at least one other consumer. In particular, the secondary air device is suitable and designed to deliver the secondary air indirectly via the storage device into the exhaust system and / or to at least one other consumer. The secondary air device is preferably suitable and designed to store the secondary air in the storage device and to discharge the secondary air from there into the exhaust system, in particular taking into account an operating state of the internal combustion engine. Such an operating state is, for example, an engine cold start and / or a warm-up phase.

Der Sekundärluftkanal verläuft insbesondere wenigstens abschnittsweise durch den Zylinderkopf. Der Sekundärluftkanal kann auch wenigstens abschnittsweise außerhalb des Zylinderkopfs verlaufen. The secondary air duct runs in particular at least in sections through the cylinder head. The secondary air duct can also run at least in sections outside the cylinder head.

Die Speichereinrichtung umfasst insbesondere wenigstens einen Luftspeichertank. Die Speichereinrichtung kann wenigstens eine Sekundärluftleitung und/oder wenigstens ein insbesondere steuerbares Ventil umfassen. Über das Ventil ist insbesondere eine Abgabe und/oder Aufnahme der Sekundärluft in die Speichereinrichtung steuerbar.The storage device in particular comprises at least one air storage tank. The storage device can comprise at least one secondary air line and / or at least one valve that can be controlled in particular. In particular, the delivery and / or intake of the secondary air into the storage device can be controlled via the valve.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung mündet der Sekundärluftkanal zwischen wenigstens einem Auslassventil der Zylindereinheit und wenigstens einem Abgaskatalysator in das Abgassystem. Insbesondere ist die Sekundärluft zwischen dem Auslassventil und dem Abgaskatalysator einblasbar. Insbesondere mündet der Sekundärluftkanal stromaufwärts von einem Abgassammler in einen Abgaskanalanschluss, welcher den Abgassammler mit wenigstens einem im Zylinderkopf angeordneten Auslasskanal verbindet.In an advantageous embodiment, the secondary air duct opens into the exhaust system between at least one exhaust valve of the cylinder unit and at least one exhaust gas catalytic converter. In particular, the secondary air can be blown in between the exhaust valve and the exhaust gas catalytic converter. In particular, the secondary air duct opens upstream from an exhaust manifold into an exhaust duct connection which connects the exhaust manifold to at least one exhaust duct arranged in the cylinder head.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung mündet der Sekundärluftkanal innerhalb eines Zylinderkopfes in das Abgassystem. Insbesondere mündet der Sekundärluftkanal in einen im Zylinderkopf verlaufenden Auslasskanal der Zylindereinheit. Insbesondere verläuft der Sekundärluftkanal vollständig innerhalb des Zylinderkopfs. Es ist möglich, dass der Sekundärluftkanal durch wenigstens eine Bohrung im Zylinderkopf bereitgestellt wird oder wenigstens eine solche umfasst. Solche Ausgestaltungen bieten eine konstruktiv unaufwendige und zugleich sehr zuverlässige Erzeugung von Sekundärluft.In a particularly advantageous embodiment, the secondary air duct opens into the exhaust system within a cylinder head. In particular, the secondary air duct opens into an outlet duct of the cylinder unit that runs in the cylinder head. In particular, the secondary air duct runs completely within the cylinder head. It is possible that the secondary air duct is provided by at least one bore in the cylinder head or comprises at least one. Such designs offer a structurally inexpensive and at the same time very reliable generation of secondary air.

Die Speichereinrichtung ist vorzugsweise über wenigstens eine Sekundärluftleitung mit dem Abgassystem strömungstechnisch verbunden. Die Sekundärluftleitung mündet vorzugsweise zwischen wenigstens einem Auslassventil der Zylindereinheit und wenigstens einem Abgaskatalysator in das Abgassystem. Eine solche Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft für den Einsatz der Sekundärluft zur Abgasaufreinigung. Besonders bevorzugt ist die Sekundärlufteinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Sekundärluft aus der Speichereinrichtung unter Berücksichtigung eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine an das Abgassystem abzugeben und beispielsweise in einer Warmlaufphase abzugeben.The storage device is preferably fluidically connected to the exhaust system via at least one secondary air line. The secondary air line preferably opens into the exhaust system between at least one exhaust valve of the cylinder unit and at least one exhaust gas catalytic converter. Such a configuration is particularly advantageous for the use of secondary air for exhaust gas purification. The secondary air device is particularly preferably suitable and designed to deliver the secondary air from the storage device to the exhaust system, taking into account an operating state of the internal combustion engine, and to deliver it, for example, in a warm-up phase.

Es ist möglich, dass die Speichereinrichtung wenigstens ein insbesondere steuerbares Ventil umfasst, über welches die Sekundärluftleitung öffenbar und schließbar ist. Insbesondere mündet die Sekundärluftleitung außerhalb des Zylinderkopfes. Insbesondere mündet die Sekundärluftleitung in einen Abgassammler. Die Sekundärluftleitung kann zwischen einem Abgassammler und einem Abgaskatalysator münden. Die Sekundärluftleitung kann auch stromabwärts von einem Abgassammler münden.It is possible for the storage device to comprise at least one, in particular controllable valve, via which the secondary air line can be opened and closed. In particular, the secondary air line opens outside the cylinder head. In particular, the secondary air line opens into an exhaust manifold. The secondary air line can open between an exhaust manifold and an exhaust gas catalytic converter. The secondary air line can also open downstream of an exhaust manifold.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Speichereinrichtung über wenigstens eine weitere Sekundärluftleitung mit wenigstens einem weiteren Verbraucher strömungstechnisch verbunden. Der weitere Verbraucher ist beispielsweise ein Luftfahrwerk. Es kann wenigstens ein insbesondere steuerbares Ventil vorgesehen sein, über welches die weitere Sekundärluftleitung öffenbar und schließbar ist. Der weitere Verbraucher kann auch direkt an den Sekundärluftkanal angebunden sein und direkt mit Sekundärluft versorgt werden.In an advantageous development, the storage device is connected in terms of flow technology to at least one further consumer via at least one additional secondary air line. The other consumer is, for example, an air suspension. At least one valve, in particular a controllable valve, can be provided, via which the further secondary air line can be opened and closed. The additional consumer can also be connected directly to the secondary air duct and can be supplied directly with secondary air.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sekundärlufteinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Prozessluft mittels des Dekompressionsventils während eines Verdichtungstaktes und/oder am Ende eines Verdichtungstaktes zu entnehmen. Das bietet eine besonders vorteilhafte Gewinnung der Sekundärluft. Insbesondere ist das Dekompressionsventil dazu durch die Sekundärlufteinrichtung ansteuerbar. Die Prozessluft kann von Beginn bis zu einem Ende des Verdichtungstaktes und/oder nach dem Ende des Verdichtungstaktes entnehmbar sein. Insbesondere ist die Prozessluft während eines überwiegenden Teils des Verdichtungstaktes entnehmbar. Möglich ist auch, dass die Prozessluft nur am Ende des Verdichtungstaktes entnehmbar ist. Möglich ist, dass die Prozessluft während einer letzten Hälfte und/oder während eines letzten Viertels oder Fünftels oder Sechstels oder Achtels des Verdichtungstaktes entnehmbar ist.In an advantageous embodiment, the secondary air device is suitable and designed to extract the process air by means of the decompression valve during a compression cycle and / or at the end of a compression cycle. This offers a particularly advantageous extraction of the secondary air. In particular, the decompression valve can be controlled by the secondary air device. The process air can be taken from the beginning to the end of the compression stroke and / or after the end of the compression stroke. In particular, the process air can be removed during a predominant part of the compression cycle. It is also possible that the process air can only be removed at the end of the compression cycle. It is possible that the process air can be extracted during a last half and / or during a last quarter or fifth or sixth or eighth of the compression cycle.

Besonders bevorzugt ist die Sekundärlufteinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Prozessluft mittels des Dekompressionsventils aus der Zylindereinheit zu entnehmen, wenn diese befeuert ist und/oder wenn diese unbefeuert ist. Das bietet besonders viele Freiheitsgrade für die Bereitstellung der Sekundärluft.The secondary air device is particularly preferably suitable and designed to remove the process air from the cylinder unit by means of the decompression valve when the latter is fired and / or when it is not fired. This offers a particularly high degree of freedom for the provision of secondary air.

Vorzugsweise ist die Sekundärlufteinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, das Dekompressionsventil unter Berücksichtigung einer Kraftstoffeinspritzung für die Zylindereinheit anzusteuern, sodass die Entnahme der Prozessluft zeitlich vor der Kraftstoffeinspritzung erfolgen kann. Vorzugsweise ist die Sekundärlufteinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, eine Kraftstoffeinspritzung der Zylindereinheit wenigstens zeitweise zu deaktivieren. Die Berücksichtigung der Kraftstoffeinspritzung bietet besonders viele Vorteile für die Entnahme der Prozessluft aus einer befeuerten Zylindereinheit. Das Deaktivieren der Kraftstoffeinspritzung ist für eine zügige Erzeugung von Sekundärluft von besonderem Vorteil. Ein besonderer Vorteil ist zudem, dass die Sekundärluftgewinnung auch bei einem Zweitaktmotor möglich ist.The secondary air device is preferably suitable and designed to control the decompression valve taking into account a fuel injection for the cylinder unit, so that the process air can be extracted before the fuel injection. The secondary air device is preferably suitable and designed to at least temporarily deactivate fuel injection of the cylinder unit. Taking fuel injection into consideration offers many advantages for extracting process air from a fired cylinder unit. Deactivating fuel injection is particularly advantageous for the rapid generation of secondary air. On Another particular advantage is that secondary air extraction is also possible with a two-stroke engine.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sekundärlufteinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, einen Kreisprozess der Zylindereinheit unter Berücksichtigung der entnommenen Prozessluft einzustellen. So werden unerwünschte Auswirkungen auf den Betrieb des Motors durch die Entnahme der Prozessluft verhindert oder erheblich verringert.In an advantageous embodiment, the secondary air device is suitable and designed to set a cycle of the cylinder unit taking into account the process air withdrawn. In this way, undesirable effects on the operation of the engine are prevented or significantly reduced by the extraction of the process air.

Besonders bevorzugt ist die Sekundärlufteinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, einen Grad an Aufladung zu erhöhen und/oder eine Kraftstoffbemessung zu verringern, um die entnommene Prozessluft auszugleichen. Das bietet eine besonders vorteilhafte Einstellung des Kreisprozesses unter Berücksichtigung der entnommenen Prozessluft.The secondary air device is particularly preferably suitable and designed to increase a degree of charging and / or to decrease a fuel rating in order to compensate for the process air withdrawn. This offers a particularly advantageous setting of the cycle taking into account the process air withdrawn.

In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass die Sekundärlufteinrichtung dazu geeignet und ausgebildet ist, das Dekompressionsventil unter Berücksichtigung wenigstens eines Motorbetriebspunktes und/oder einer Kolbenstellung der Brennkraftmaschine anzusteuern. Das hat den Vorteil, dass beispielsweise dann eine Entnahme von Prozessluft erfolgt, wenn dies für den Betriebszustand vorteilhaft ist. Zudem kann dadurch die Abgabe von Sekundärluft an das Abgassystem besonders gezielt gesteuert werden.In all configurations, it is particularly preferred that the secondary air device is suitable and designed to control the decompression valve taking into account at least one engine operating point and / or a piston position of the internal combustion engine. This has the advantage that process air is removed, for example, if this is advantageous for the operating state. In addition, the delivery of secondary air to the exhaust system can be controlled in a particularly targeted manner.

Insbesondere ist die Sekundärlufteinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, unter Berücksichtigung eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine die Prozessluft zu entnehmen und/oder die Sekundärluft direkt an das Abgassystem und/oder an wenigstens einen Verbraucher abzugeben und/oder die Sekundärluft aus der Speichereinrichtung indirekt an ein Abgassystem und/oder an wenigstens einen Verbraucher abzugeben.In particular, the secondary air device is suitable and designed to take the process air and / or deliver the secondary air directly to the exhaust system and / or to at least one consumer and / or to indirectly supply the secondary air from the storage device to an exhaust system and / taking into account an operating state of the internal combustion engine. or to deliver to at least one consumer.

Die Sekundärluft wird insbesondere für wenigstens einen Verbraucher bereitgestellt. Insbesondere stellt die Sekundärlufteinrichtung wenigstens einen Bypass zur Umgehung der Gaswechselventile und insbesondere wenigstens eines Auslassventils bereit. Dabei ist der Bypass insbesondere mittels des Dekompressionsventils öffenbar und schließbar.The secondary air is provided in particular for at least one consumer. In particular, the secondary air device provides at least one bypass for bypassing the gas exchange valves and in particular at least one exhaust valve. The bypass can be opened and closed in particular by means of the decompression valve.

Die Sekundärlufteinrichtung umfasst wenigstens ein Dekompressionsventil und insbesondere wenigstens ein steuerbares Dekompressionsventil. Insbesondere ist die Sekundärlufteinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Menge der entnommenen Prozessluft und/oder der bereitgestellten Sekundärluft mittels des Dekompressionsventils zu steuern.The secondary air device comprises at least one decompression valve and in particular at least one controllable decompression valve. In particular, the secondary air device is suitable and designed to control the amount of process air withdrawn and / or the secondary air provided by means of the decompression valve.

Die Zylindereinheit umfasst beispielsweise wenigstens einen Zylinder und wenigstens einen Brennraum und insbesondere wenigstens einen der Zylindereinheit zugeordneten Abschnitt eines Zylinderkopfes. Die Zylindereinheit kann Gaswechselventile und beispielsweise wenigstens ein Auslassventil und wenigstens ein Einlassventil umfassen. Die Zylindereinheit kann auch wenigstens einen Kolben und weitere der Zylindereinheit einer Brennkraftmaschine zugeordnete Komponenten umfassen.The cylinder unit comprises, for example, at least one cylinder and at least one combustion chamber and in particular at least one section of a cylinder head assigned to the cylinder unit. The cylinder unit can comprise gas exchange valves and, for example, at least one outlet valve and at least one inlet valve. The cylinder unit can also comprise at least one piston and further components assigned to the cylinder unit of an internal combustion engine.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Steuern vorzugsweise auch ein Regeln verstanden.In the context of the present invention, control is preferably also understood to mean regulation.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Zylindereinheit und mit wenigstens einer Sekundärlufteinrichtung. Mittels der Sekundärlufteinrichtung wird Prozessluft aus der wenigstens einen Zylindereinheit entnommen und als Sekundärluft bereitgestellt. Dabei wird die Prozessluft mittels wenigstens eines Dekompressionsventils aus der Zylindereinheit entnommen.The method according to the invention is used to operate an internal combustion engine with at least one cylinder unit and with at least one secondary air device. Process air is extracted from the at least one cylinder unit and provided as secondary air by means of the secondary air device. The process air is removed from the cylinder unit by means of at least one decompression valve.

Auch das erfindungsgemäße Verfahren bietet viele Vorteile und stellt eine erhebliche Verbesserung für die Bereitstellung und Verwendung von Sekundärluft einer Brennkraftmaschine dar.The method according to the invention also offers many advantages and represents a considerable improvement in the provision and use of secondary air in an internal combustion engine.

Vorzugsweise wird die zuvor beschriebene Brennkraftmaschine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben. Insbesondere ist die zuvor beschriebene Brennkraftmaschine dazu geeignet und ausgebildet, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben zu werden.The internal combustion engine described above is preferably operated using the method according to the invention. In particular, the internal combustion engine described above is suitable and designed to be operated using the method according to the invention.

Die Anmelderin behält sich vor, ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, zu beanspruchen, welches wenigstens eine Brennkraftmaschine umfasst, wie sie zuvor beschrieben wurde.The applicant reserves the right to claim a motor vehicle, in particular a passenger car, which comprises at least one internal combustion engine as described above.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche mit Bezug auf die beiliegende Figur im Folgenden erläutert werden.Further advantages and features of the present invention result from the exemplary embodiments which are explained below with reference to the attached figure.

Darin zeigt

  • 1 eine stark schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer geschnittenen Ansicht; und
  • 2 eine stark schematische Darstellung einer Ausgestaltung der Brennkraftmaschine in einer geschnittenen Ansicht.
It shows
  • 1 a highly schematic representation of an internal combustion engine according to the invention in a sectional view; and
  • 2 a highly schematic representation of an embodiment of the internal combustion engine in a sectional view.

Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Die Brennkraftmaschine 1 weist hier mehrere Zylindereinheiten 2 auf, von denen zur besseren Übersichtlichkeit nur eine dargestellt ist. Die Brennkraftmaschine 1 ist hier beispielhaft als ein Ottomotor ausgebildet. Die Brennkraftmaschine 1 kann auch als ein Dieselmotor oder als eine andere Art von Brennkraftmaschine 1 ausgebildet sein.The 1 shows an internal combustion engine according to the invention 1 , which is operated according to the inventive method. The internal combustion engine 1 has several cylinder units here 2 only one of which is shown for clarity. The internal combustion engine 1 is exemplified here as a gasoline engine. The Internal combustion engine 1 can also be used as a diesel engine or as another type of internal combustion engine 1 be trained.

Die Zylindereinheit 2 umfasst einen Zylinder 82, einen Brennraum 12, einen Kolben 92. Der Kolben 92 ist über ein Pleuel 112 an eine Kurbelwelle 102 angebunden. Die Zylindereinheit 2 ist mit einer Zündkerze 72 und mit wenigstens einem Einlassventil 52 und wenigstens einem Auslassventil 32 ausgestattet. Die Zylindereinheit 2 ist zudem mit einem Zylinderkopf 22 mit wenigstens einem Auslasskanal 42 und wenigstens einem Einlasskanal 62 ausgestattet.The cylinder unit 2 includes a cylinder 82 , a combustion chamber 12 , a piston 92 , The piston 92 is about a connecting rod 112 to a crankshaft 102 tethered. The cylinder unit 2 is with a spark plug 72 and with at least one inlet valve 52 and at least one exhaust valve 32 fitted. The cylinder unit 2 is also with a cylinder head 22 with at least one outlet channel 42 and at least one inlet duct 62 fitted.

Zum Abführen der Abgase ist hier ein Abgassystem 5 mit einem Abgaskatalysator 15 vorgesehen. Das Abgassystem 5 umfasst einen Abgassammler 25, welcher über einen Abgaskanalanschluss 35 mit dem Auslasskanal 42 verbunden ist. Der Abgassammler 25 kann weitere Abgaskanalanschlüsse 35 für weitere hier nicht näher dargestellte Zylindereinheiten 2 aufweisen.There is an exhaust system here for removing the exhaust gases 5 with a catalytic converter 15 intended. The exhaust system 5 includes an exhaust manifold 25 which via an exhaust duct connection 35 with the outlet duct 42 connected is. The exhaust collector 25 can further exhaust duct connections 35 for further cylinder units not shown here 2 exhibit.

Zur Bereitstellung von Sekundärluft ist hier eine Sekundärlufteinrichtung 3 vorgesehen. Dabei wird mittels eines Dekompressionsventils 4 Prozessluft aus der Zylindereinheit 2 entnommen. Das Dekompressionsventil 4 dient hier zum Öffnen bzw. Schließen eines Sekundärluftkanals 13.There is a secondary air device here to provide secondary air 3 intended. This is done by means of a decompression valve 4 Process air from the cylinder unit 2 taken. The decompression valve 4 is used to open or close a secondary air duct 13 ,

Weitere, hier nicht näher dargestellte Zylindereinheiten 2 der Brennkraftmaschine 1 können ebenfalls mit einem Dekompressionsventil 4 bzw. Sekundärluftkanal ausgestattet sein. Möglich ist, dass sämtliche oder auch nur eine oder nur ein Teil der vorgesehenen Zylindereinheiten 2 zur Bereitstellung von Sekundärluft ausgebildet sind.Further cylinder units, not shown here 2 the internal combustion engine 1 can also use a decompression valve 4 or secondary air duct. It is possible that all or only one or only a part of the cylinder units provided 2 are trained to provide secondary air.

Der Sekundärluftkanal 13 verläuft hier im Zylinderkopf 22 und ist beispielsweise als eine Bohrung ausgebildet. Der Sekundärluftkanal 13 verbindet hier den Brennraum 12 mit dem Auslasskanal 42. So wird durch den Kolben 92 Prozessluft aus der Zylindereinheit 2 unter Umgehung des Auslassventils 32 in das Abgassystem 5 gefördert und steht dort vor für eine Abgasaufreinigung bereit.The secondary air duct 13 runs here in the cylinder head 22 and is designed for example as a bore. The secondary air duct 13 connects the combustion chamber here 12 with the outlet duct 42 , So through the piston 92 Process air from the cylinder unit 2 bypassing the exhaust valve 32 into the exhaust system 5 promoted and is there ready for exhaust gas purification.

In der 2 ist eine Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Brennkraftmaschine 1 beispielhaft gezeigt. Der Sekundärluftkanal 13 mündet hier nicht in den Auslasskanal 42, sondern ist mit einer Speichereinrichtung 6 mit einem Speichertank 56 strömungstechnisch verbunden.In the 2 is an embodiment of the internal combustion engine described above 1 shown as an example. The secondary air duct 13 does not open into the outlet duct here 42 , but is with a storage device 6 with a storage tank 56 connected in terms of flow.

Von dem Speichertank 56 aus kann die Sekundärluft beispielsweise über eine Sekundärluftleitung 16 dem Abgassystem 5 zugeführt werden. Dazu mündet die Sekundärluftleitung 16 beispielsweise in den Abgassammler 25. Um den Zeitpunkt bzw. die Menge der zugeführten Sekundärluft anpassen zu können, ist in der Sekundärluftleitung 16 ein steuerbares Ventil 46 angeordnet.From the storage tank 56 the secondary air can flow out, for example, via a secondary air line 16 the exhaust system 5 are fed. For this purpose, the secondary air line opens 16 for example in the exhaust manifold 25 , In order to be able to adjust the time or the amount of secondary air supplied, is in the secondary air line 16 a controllable valve 46 arranged.

Zusätzlich oder alternativ kann die gespeicherte Sekundärluft von dem Speichertank 56 aus über eine Sekundärluftleitung 26 einem Verbraucher 36 und beispielsweise einem Luftfahrwerk bereitgestellt werden. Die Sekundärluftleitung 26 ist hier ebenfalls mit einem steuerbaren Ventil 46 ausgestattet, sodass eine gezielte Abgabe der Sekundärluft möglich ist.Additionally or alternatively, the stored secondary air from the storage tank 56 from a secondary air line 26 a consumer 36 and, for example, an air suspension. The secondary air line 26 is also here with a controllable valve 46 equipped so that a targeted release of the secondary air is possible.

In einem beispielhaften Ablauf der Erfindung wird die in der Brennkraftmaschine 1 verdichtete Prozessluft aus einem oder mehreren Zylindereinheiten 2 mittels eines bzw. mehreren Dekompressionsventilen 4 entnommen. Bei einem Viertaktmotor verdichtet der Motorkolben 92 während des zweiten Taktes die im Zylinder 82 befindliche Prozessluft. Während oder am Ende dieses Verdichtungstaktes öffnet das Dekompressionsventil 4, wodurch die Prozessluft teilweise oder vollständig aus dem Brennraum 12 in das Abgassystem 5 oder den Speichertank 56 strömt. Die Prozessluftentnahme kann hierbei sowohl aus einer befeuerten als auch aus einer unbefeuerten Zylindereinheit 2 erfolgen.In an exemplary sequence of the invention, that in the internal combustion engine 1 compressed process air from one or more cylinder units 2 by means of one or more decompression valves 4 taken. In a four-stroke engine, the engine piston compresses 92 during the second bar the one in the cylinder 82 process air. The decompression valve opens during or at the end of this compression cycle 4 , which partially or completely removes the process air from the combustion chamber 12 into the exhaust system 5 or the storage tank 56 flows. The process air can be drawn from both a fired and an unfired cylinder unit 2 respectively.

Wird die Prozessluft aus einer unbefeuerten Zylindereinheit 2 entnommen, kann beispielsweise die maximale Menge an Luft pro Zylindereinheit 2 gefördert werden. Wird die Prozessluft beispielsweise aus einer befeuerten Zylindereinheit 2 entnommen, erfolgt die Prozessluftentnahme durch das Dekompressionsventil 4 vor dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum 12. Die nun im Brennraum 12 für die Verbrennung fehlende Prozessluft zur Einhaltung des stöchiometrischen Verhältnisses zwischen Kraftstoff und Luft kann beispielsweise durch einen höheren Grad an Aufladung oder durch eine geringere Menge an eingespritztem Kraftstoff kompensiert werden.The process air comes from an unfired cylinder unit 2 taken, for example, the maximum amount of air per cylinder unit 2 be promoted. The process air is, for example, from a fired cylinder unit 2 withdrawn, the process air is extracted through the decompression valve 4 before the start of fuel injection into the combustion chamber 12 , Now in the combustion chamber 12 Process air missing for combustion in order to maintain the stoichiometric ratio between fuel and air can be compensated for, for example, by a higher degree of charging or by a smaller amount of injected fuel.

Die hier vorgestellte Erfindung hat den Vorteil, dass die Sekundärluftentnahme auch bei einem Zweitaktmotor mit deaktivierbarer Kraftstoffeinspritzung einsetzbar ist. Dann wird durch den Motorkolben während des ersten Taktes die in der Zylindereinheit 2 befindliche Prozessluft verdichtet.The invention presented here has the advantage that the secondary air extraction can also be used in a two-stroke engine with fuel injection that can be deactivated. Then the engine piston in the cylinder unit during the first cycle 2 process air is compressed.

Bei der vorgestellten Erfindung arbeiten einzelne bzw. mehrere Zylindereinheiten 2 des Verbrennungsmotors 1 als Verdichter und fördern die Prozessluft von der Ansaugseite durch den Brennraum 12 hindurch direkt als Sekundärluft in Richtung Abgassystem 5 oder in einen Speichertank 56. Die im Speichertank 46 komprimierte Luft kann dann beispielsweise wiederum als Sekundärluft in das Abgassystem 5 eingeleitet werden oder zum Beispiel zur Versorgung weiterer Luftverbraucher 36 verwendet werden.In the presented invention, single or multiple cylinder units work 2 of the internal combustion engine 1 as a compressor and convey the process air from the intake side through the combustion chamber 12 through it directly as secondary air towards the exhaust system 5 or in a storage tank 56 , The one in the storage tank 46 compressed air can then, for example, in turn as secondary air in the exhaust system 5 be initiated or for example to supply additional air consumers 36 be used.

Bei der hier vorgestellten Erfindung kann die Sekundärluft direkt oder indirekt in das Abgassystem 5 eingeleitet werden. Bei einer direkten Einleitung der Sekundärluft in das Abgassystem 5, zum Beispiel zwischen Auslassventil 32 und Katalysator 15, strömt die verdichtete Prozessluft aus dem Brennraum 12 über den durch das Dekompressionsventil 4 geöffneten Kanal 13 in Richtung Abgasseite.In the invention presented here, the secondary air can enter the exhaust system directly or indirectly 5 be initiated. With a direct introduction of the secondary air into the exhaust system 5 , for example between the exhaust valve 32 and catalyst 15 , the compressed process air flows out of the combustion chamber 12 through that through the decompression valve 4 open channel 13 towards the exhaust side.

Bei einer indirekten Einleitung der Sekundärluft in das Abgassystem 5, beispielsweise zwischen Auslassventil 32 und Katalysator 5, strömt die verdichtete Prozessluft aus dem Brennraum 12 über den durch das Dekompressionsventil 4 geöffneten Kanal 13 in einen Speichertank 56 und von dort aus als Sekundärluft in Richtung Abgasseite.With an indirect introduction of the secondary air into the exhaust system 5 , for example between the exhaust valve 32 and catalyst 5 , the compressed process air flows out of the combustion chamber 12 through that through the decompression valve 4 open channel 13 into a storage tank 56 and from there as secondary air towards the exhaust side.

Diese Art der Prozessluftentnahme hat den Vorteil, dass die als Sekundärluft benutzte verdichtete Prozessluft unabhängig von einem Motorbetriebspunkt oder einer Kolbenstellung zur Verfügung steht. Des Weiteren kann die im Speichertank 56 gespeicherte, verdichtete Prozessluft für andere Verbraucher 36 verwendet werden, beispielsweise für ein Luftfahrwerk, ohne dass dafür eine eigene Druckpumpe nötig wäre.This type of process air extraction has the advantage that the compressed process air used as secondary air is available regardless of an engine operating point or a piston position. Furthermore, the in the storage tank 56 stored, compressed process air for other consumers 36 can be used, for example for an air suspension, without the need for a separate pressure pump.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
22
Zylindereinheitcylinder unit
33
SekundärlufteinrichtungSecondary air device
44
Dekompressionsventildecompression valve
55
Abgassystemexhaust system
66
Speichereinrichtungmemory device
1212
Brennraumcombustion chamber
1313
SekundärluftkanalSecondary air duct
1515
Abgaskatalysatorcatalytic converter
1616
SekundärluftleitungSecondary air line
2222
Zylinderkopfcylinder head
2525
Abgassammlercollector
2626
SekundärluftleitungSecondary air line
3232
Auslassventiloutlet valve
3535
AbgaskanalanschlussExhaust duct connection
3636
Verbraucherconsumer
4242
Auslasskanalexhaust port
4646
VentilValve
5252
Einlassventilintake valve
5656
Speichertankstorage tank
6262
Einlasskanalinlet channel
7272
Zündkerzespark plug
8282
Zylindercylinder
9292
Kolbenpiston
102102
Kurbelwellecrankshaft
112112
Pleuelpleuel

Claims (14)

Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einer Zylindereinheit (2) und mit wenigstens einer Sekundärlufteinrichtung (3), wobei durch die Sekundärlufteinrichtung (3) Prozessluft aus der wenigstens einen Zylindereinheit (2) entnehmbar und als Sekundärluft bereitstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessluft mittels wenigstens eines Dekompressionsventils (4) aus der Zylindereinheit (2) entnehmbar ist.Internal combustion engine (1) with at least one cylinder unit (2) and with at least one secondary air device (3), whereby process air can be removed from the at least one cylinder unit (2) and provided as secondary air through the secondary air device (3), characterized in that the process air is by means of at least one decompression valve (4) can be removed from the cylinder unit (2). Brennkraftmaschine (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mittels des Dekompressionsventils (4) Prozessluft aus einem Brennraum (12) der Zylindereinheit (2) entnehmbar ist und/oder wobei das Dekompressionsventil (4) wenigstens teilweise in einem Zylinderkopf (22) angeordnet ist.Internal combustion engine (1) according to the preceding claim, wherein process air can be removed from a combustion chamber (12) of the cylinder unit (2) by means of the decompression valve (4) and / or wherein the decompression valve (4) is at least partially arranged in a cylinder head (22). Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sekundärlufteinrichtung (3) wenigstens einen Sekundärluftkanal (13) umfasst, welcher durch das Dekompressionsventil (4) öffenbar und schließbar ist und wobei der Sekundärluftkanal (13) einen Brennraum (12) der Zylindereinheit (2) mit einem Abgassystem (5) und/oder mit wenigstens einer Speichereinrichtung (6) zur Speicherung der Sekundärluft strömungstechnisch verbindet.Internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, wherein the secondary air device (3) comprises at least one secondary air duct (13) which can be opened and closed by the decompression valve (4) and wherein the secondary air duct (13) has a combustion chamber (12) of the cylinder unit ( 2) fluidically connects with an exhaust system (5) and / or with at least one storage device (6) for storing the secondary air. Brennkraftmaschine (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Sekundärluftkanal (13) zwischen wenigstens einem Auslassventil (32) der Zylindereinheit (2) und wenigstens einem Abgaskatalysator (15) in das Abgassystem (5) mündet.Internal combustion engine (1) according to the preceding claim, wherein the secondary air duct (13) opens into the exhaust system (5) between at least one exhaust valve (32) of the cylinder unit (2) and at least one exhaust gas catalytic converter (15). Brennkraftmaschine (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sekundärluftkanal (13) innerhalb eines Zylinderkopfs (22) in das in das Abgassystem (5) mündet.Internal combustion engine (1) according to one of the two preceding claims, wherein the secondary air duct (13) inside a cylinder head (22) opens into the exhaust system (5). Brennkraftmaschine (1) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die Speichereinrichtung (6) über wenigstens eine Sekundärluftleitung (16) mit dem Abgassystem (5) strömungstechnisch verbunden ist und wobei die Sekundärluftleitung (16) zwischen wenigstens einem Auslassventil (32) der Zylindereinheit (2) und wenigstens einem Abgaskatalysator (15) in das Abgassystem (5) mündet.Internal combustion engine (1) according to one of the three preceding claims, wherein the storage device (6) is connected in terms of flow technology to the exhaust system (5) via at least one secondary air line (16) and wherein the secondary air line (16) is connected between at least one exhaust valve (32) of the cylinder unit ( 2) and at least one exhaust gas catalytic converter (15) opens into the exhaust gas system (5). Brennkraftmaschine (1) nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei die Speichereinrichtung (6) über wenigstens eine weitere Sekundärluftleitung (26) mit wenigstens einem weiteren Verbraucher (36) strömungstechnisch verbunden ist.Internal combustion engine (1) according to one of the four preceding claims, wherein the Storage device (6) is connected in terms of flow technology to at least one further consumer (36) via at least one additional secondary air line (26). Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sekundärlufteinrichtung (3) dazu geeignet und ausgebildet ist, die Prozessluft mittels des Dekompressionsventils (4) während eines Verdichtungstaktes und/oder am Ende eines Verdichtungstaktes zu entnehmen.Internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, wherein the secondary air device (3) is suitable and designed to remove the process air by means of the decompression valve (4) during a compression cycle and / or at the end of a compression cycle. Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sekundärlufteinrichtung (3) dazu geeignet und ausgebildet ist, die Prozessluft mittels des Dekompressionsventils (4) aus der Zylindereinheit (2) zu entnehmen, wenn diese befeuert ist und/oder wenn diese unbefeuert ist.Internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, wherein the secondary air device (3) is suitable and designed to remove the process air by means of the decompression valve (4) from the cylinder unit (2) when it is fired and / or when it is not fired , Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sekundärlufteinrichtung (3) dazu geeignet und ausgebildet ist, das Dekompressionsventil (4) unter Berücksichtigung einer Kraftstoffeinspritzung für die Zylindereinheit (2) anzusteuern, sodass die Entnahme der Prozessluft zeitlich vor der Kraftstoffeinspritzung erfolgen kann und/oder wobei die Sekundärlufteinrichtung (3) dazu geeignet und ausgebildet ist, eine Kraftstoffeinspritzung der Zylindereinheit (2) wenigstens zeitweise zu deaktivieren.Internal combustion engine (1) according to any one of the preceding claims, wherein the secondary air device (3) is suitable and designed to control the decompression valve (4) taking into account a fuel injection for the cylinder unit (2), so that the process air can be extracted before the fuel injection and / or wherein the secondary air device (3) is suitable and designed to at least temporarily deactivate fuel injection of the cylinder unit (2). Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sekundärlufteinrichtung (3) dazu geeignet und ausgebildet ist, einen Kreisprozess der Zylindereinheit (2) unter Berücksichtigung der entnommenen Prozessluft einzustellen.Internal combustion engine (1) according to any one of the preceding claims, wherein the secondary air device (3) is suitable and designed to set a cycle of the cylinder unit (2) taking into account the process air withdrawn. Brennkraftmaschine (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Sekundärlufteinrichtung (3) dazu geeignet und ausgebildet ist, einen Grad an Aufladung zu erhöhen und/oder eine Kraftstoffbemessung zu verringern, um die entnommene Prozessluft auszugleichen.Internal combustion engine (1) according to the preceding claim, wherein the secondary air device (3) is suitable and designed to increase a degree of charging and / or to decrease a fuel rating in order to compensate for the removed process air. Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sekundärlufteinrichtung (3) dazu geeignet und ausgebildet ist, das Dekompressionsventil (4) unter Berücksichtigung wenigstens eines Motorbetriebspunktes und/oder einer Kolbenstellung der Brennkraftmaschine (1) anzusteuern.Internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, wherein the secondary air device (3) is suitable and designed to control the decompression valve (4) taking into account at least one engine operating point and / or a piston position of the internal combustion engine (1). Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einer Zylindereinheit (2) und mit wenigstens einer Sekundärlufteinrichtung (3), wobei mittels der Sekundärlufteinrichtung (3) Prozessluft aus der wenigstens einen Zylindereinheit (2) entnommen und als Sekundärluft bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessluft mittels wenigstens eines Dekompressionsventils (4) aus der Zylindereinheit (2) entnommen wird.Method for operating an internal combustion engine (1) with at least one cylinder unit (2) and with at least one secondary air device (3), whereby process air is removed from the at least one cylinder unit (2) and provided as secondary air by means of the secondary air device (3), characterized in that that the process air is removed from the cylinder unit (2) by means of at least one decompression valve (4).
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