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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Sekundärluftsystem.
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Bei einem Kaltstart benötigt ein Ottomotor üblicherweise ein „fettes Gemisch“, das heißt, ein Kraftstoff-Luft-Gemisch mit Kraftstoffüberschuss. Dadurch entstehen in der Kaltstartphase große Mengen an Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Da der Katalysator in dieser Phase seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat, können diese schädlichen Abgasbestandteile ohne Nachbehandlung in die Umwelt entweichen. Um dies zu vermeiden und die Schadstoffe während der Kaltstartphase zu reduzieren, wird mit Hilfe eines Sekundärluftsystems sauerstoffreiche Umgebungsluft in das Abgassystem vor dem Katalysator eingeblasen. Dadurch kommt es zu einer Nachoxidation der Schadstoffe zu unschädlichem Kohlendioxid und Wasser. Die dabei entstehende Wärme heizt zusätzlich den Katalysator auf und verkürzt die Zeit bis zum Einsetzen der Lambdaregelung.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bietet den Vorteil einer sehr effizienten Sekundärlufteinblasung welche sich durch einen besonders niedrigen Energiebedarf bei hoher Heizleistung, zum schnellen Aufheizen eines Katalysators, auszeichnet. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch eine Brennkraftmaschine, die ein Primärluftsystem und ein Sekundärluftsystem umfasst. Das Primärluftsystem stellt Frischluft, insbesondere für die Verbrennung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine, bereit. Das Sekundärluftsystem ist eingerichtet, um Sekundärluft von dem Primärluftsystem abzuzweigen. Vorzugsweise umfasst das Primärluftsystem einen Luftfilter, wobei der Sekundärluftkanal mit dem Luftfilter verbunden ist, um von diesem die Sekundärluft abzuzweigen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Brennkraftmaschine um einen Ottomotor, welcher einen Katalysator zur Abgasnachbehandlung aufweist. Das Sekundärluftsystem ist dabei vorzugsweise für einen Kaltstart der Brennkraftmaschine vorgesehen, um eine Nachoxidation von beim Kaltstart im Abgassystem vorhandenen unverbrannten Kohlenwasserstoffen, insbesondere stromauf des Katalysators, zu bewirken. Dadurch kann die Menge an schädlichen Abgasen beim Kaltstart reduziert werden, vor allem indem der Katalysator durch die bei der Nachoxidation entstehende Wärme schneller auf Betriebstemperatur aufgeheizt wird.
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Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ein Auslassventil an dem Brennraum, um eine Durchgangsöffnung an einem Ventilsitz freizugeben und zu verschließen, durch welche Abgase aus dem Brennraum abgelassen werden können. Die Brennkraftmaschine umfasst zudem einen Abgaskanal, welcher von dem Auslassventil weg, also stromabwärts, führt und durch welchen die Abgase abgeleitet werden.
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Das Sekundärluftsystem weist dabei einen Sekundärluftkanal auf, welcher am Ventilsitz in den Abgaskanal mündet, um die Sekundärluft in den Abgaskanal einzublasen. Vorzugsweise ist der Sekundärluftkanal dabei so ausgerichtet, dass eine vom Sekundärluftkanal austretende Sekundärluftströmung auf einen Ventilteller des Auslassventils gerichtet ist. Das heißt, die Sekundärlufteinblasung erfolgt möglichst nahe an Brennraum, sodass möglichst frühzeitig eine Vermischung der aus dem Brennraum in den Abgaskanal abgelassenen Abgase mit der Sekundärluft erfolgt. Dadurch kann bis zum Katalysator bereits eine besonders große Menge der unverbrannten Kohlenwasserstoffe nachoxidiert werden, und es liegt bis zum Katalysator zudem eine homogen durchmischte Abgasströmung vor, sodass ein gleichmäßiges Aufheizen des Katalysators erreicht wird. Da im Bereich des Ventilsitzes zudem die höchsten Abgastemperaturen im Abgassystem der Brennkraftmaschine vorherrschen, liegen somit optimale Bedingungen für die exothermen Nachreaktionen der unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Abgas vor.
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Bevorzugt umfasst das Sekundärluftsystem ferner eine Sekundärluftpumpe, welche eingerichtet ist, die Sekundärluft zu fördern. Beispielsweise kann die Sekundärluftpumpe ein Radialverdichter, oder ein anderer zur Förderung der Sekundärluft geeigneter Verdichter sein. Vorzugsweise ist die Sekundärluftpumpe dabei ausgebildet, die Sekundärluft kontinuierlich zu fördern, insbesondere mit konstanter Leistung, solange das Sekundärluftsystem aktiv ist. Durch die Sekundärlufteinblasung am Ventilsitz können dabei zudem gasdynamische Effekte durch das schnelle Ausströmen der Abgase unter hohem Druck aus dem Brennraum genutzt werden, wodurch beispielsweise ein Bedarf an Versorgungsdruck der Sekundärluftpumpe niedriger ist. Diese durch das Ausströmen der Abgase verursachten gasdynamischen Effekte bewirken insbesondere eine passive Verstärkung der Sekundärluftströmung, welche somit zu einer instationären und speziell an die Abgaspulse angepassten Sekundärlufteinblasung führen.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bevorzugt mündet der Sekundärluftkanal in Durchströmungsrichtung des Abgaskanals stromab eines initialen Linienkontakts des Ventilsitzes und des Auslassventils in den Abgaskanal. Als initialer Linienkontakt wird dabei ein linienförmiger Kontakt zwischen Ventilsitz und Auslassventil angesehen, in welchem sich beim Schließvorgang Ventilsitz und Auslassventil zuerst berühren. Vorzugsweise bilden Ventilsitz und Auslassventil beim weiteren vollständigen Schließen des Auslassventils einen Flächenkontakt aus, beispielsweise durch geringfügige Verformung von Ventilsitz und/oder Auslassventil. In diesem Fall mündet der Sekundärluftkanal bevorzugt stromab einer brennraumseitigen Begrenzung des Flächenkontakts zwischen Ventilsitz und Auslassventil. Alternativ können Ventilsitz und Auslassventil so ausgebildet sein, dass diese sich im geschlossenen Zustand des Auslassventils ausschließlich in dem initialen Linienkontakt berühren. Besonders bevorzugt mündet der Sekundärluftkanal dabei unmittelbar benachbart zum initialen Linienkontakt in den Abgangskanal, insbesondere um maximal 10 mm, besonders bevorzugt maximal 5 mm stromab des Linienkontakts. Dadurch liegt die Sekundärlufteinblasung besonders nahe am Brennraum, wobei im geschlossenen Zustand des Auslassventils eine zuverlässige Abdichtung des Brennraums am Ventilsitz gewährleistet wird, um beispielsweise ein Entweichen von Abgasen im Arbeitstakt zu vermeiden.
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Besonders bevorzugt liegt im geschlossenen Zustand des Auslassventils eine partielle Verbindung zwischen dem Sekundärluftkanal und dem Abgaskanal vor.
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Das heißt, Sekundärluft kann, insbesondere in gedrosselter Menge, aus dem Sekundärluftkanal auch dann in den Abgaskanal strömen, wenn das Auslassventil geschlossen ist. Dadurch wird in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine Sekundärluft in den Abgaskanal eingeblasen, solange das Sekundärluftsystem aktiv ist, wodurch sich ein besonders effektiver Betrieb des Sekundärluftsystems ergibt.
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Vorzugsweise ist der Sekundärluftkanal so angeordnet, dass in geschlossenem Zustand des Auslassventils eine Androsselung des Sekundärluftkanals durch das Auslassventil vorliegt, wobei insbesondere jedoch kein vollständiger Verschluss einer Auslassöffnung des Sekundärluftkanals durch das Auslassventil vorliegt. Dabei verkleinert das Auslassventil im geschlossenen Zustand einen Auslassquerschnitt des Sekundärluftkanals, sodass weniger Sekundärluft vom Sekundärluftkanal ausströmen kann. Der Auslassquerschnitt entspricht dabei einem minimalen Durchlassquerschnitt, welchen die Sekundärluft beim Ausströmen vom Sekundärluftkanal in den Abgaskanal durchströmt. Durch diese Androsselung erfolgt eine reduzierte Vorlagerung der Sekundärluft, wodurch eine zur stark instationären Abgasströmung der Brennkraftmaschine sehr gut synchronisierte Sekundärlufteinblasung erreicht wird. Diese Drosselung der Sekundärluftströmung im geschlossenen Zustand des Auslassventils wird unterstützt durch die spezielle Auslegung von Sekundärluftkanal und Auslassventil so, dass während der Öffnungsphase des Auslassventils aufgrund des Bernulli-Effekts der Abgasströmung folgend eine größere Menge an Sekundärluft eingeblasen bzw. eingesogen wird. Durch diese passive und konstruktiv sehr einfache Abstimmung der Sekundärlufteinblasung an die gepulste Abgasströmung wird ein effizientes und robustes Sekundärluftsystem geschaffen, welches mit geringem Aufwand eine besonders gute Homogenisierung von Abgasen und Sekundärluft ermöglicht. Darüber hinaus kann hierdurch eine besonders große Menge an Sekundärluft bei niedrigem Energieaufwand, beispielsweise einer Sekundärluftpumpe, bereitgestellt werden.
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Weiter bevorzugt sind Ventilsitz und Auslassventil so ausgebildet, um im geschlossenen Zustand des Auslassventils einen Flächenkontakt herzustellen, zur Sicherstellung einer guten Kühlfunktion des Auslassventils.
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Besonders bevorzugt ist der Sekundärluftkanal so angeordnet, dass sich ein Sekundärluftauslass des Sekundärluftkanals und eine Begrenzung einer Kontaktfläche zwischen Ventilsitz und Auslassventil, welche in Durchströmungsrichtung des Abgaskanals stromab liegt, überschneiden. Als Sekundärluftauslass wird dabei ein stromabseitiges Ende des Sekundärluftkanals angesehen, welches insbesondere in einer durch den Ventilsitz definierten Ebene liegt. In anderen Worten mündet der Sekundärluftkanal teilweise stromab der Kontaktfläche zwischen Ventilsitz und Auslassventil in den Abgaskanal. Das heißt, der Sekundärluftauslass ist durch das Auslassventil in geschlossenem Zustand teilweise verschlossen, wobei durch den nicht verschlossenen Teilbereich des Sekundärluftauslass weiter Sekundärluft in den Abgaskanal strömen kann. Dadurch ergibt sich konstruktiv eine besonders einfache und definierte Androsselung des Sekundärluftauslasses bei geschlossenem Auslassventil.
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Vorzugsweise ist der Sekundärluftkanal so angeordnet, dass das Auslassventil in geschlossenem Zustand den Sekundärluftauslass des Sekundärluftkanals vollständig verschließt. Insbesondere ist hierbei der Sekundärluftauslass vollständig innerhalb des Ventilsitzes, an welchen das Auslassventil flächig anlegbar ist, angeordnet. Diese Anordnung ist insbesondere bei höherem Versorgungsdruck des Sekundärluftsystems sinnvoll, um eine noch bessere Synchronisierung und Homogenisierung des Abgasmassenstromes mit dem Sekundärluftstrom zu erzielen.
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Bevorzugt mündet der Sekundärluftkanal in radialer Richtung bezogen auf den Abgaskanal in diesen. Besonders bevorzugt ist eine Strömungsrichtung der Sekundärluft dabei im Sekundärluftauslass des Sekundärluftkanals radial und somit senkrecht zur Durchströmungsrichtung des Abgaskanals. Eine solche Anordnung ist einfach herzustellen und ermöglicht, dass die Sekundärluftströmung radial ausreichend tief in die Abgasströmung eindringt, um eine gute Durchmischung von Abgas und Sekundärluft zu erreichen. Alternativ kann die Sekundärluft auch in einem spitzen Winkel in den Abgaskanal eingeblasen werden. In diesem Fall schließen die Strömungsrichtung der Sekundärluft und die Durchströmungsrichtung des Abgaskanals einen Winkel kleiner als 90° vorzugsweise maximal 70° und minimal 50° ein. Besonders günstig ist es dabei, wenn der Sekundärluftkanal vom Brennraum stromabwärts weisend in den Abgaskanal mündet.
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Bevorzugt teilt sich der Sekundärluftkanal in mehrere, insbesondere mindestens zwei, bevorzugt mindestens vier, vorzugsweise maximal zehn, Sekundärluftleitungen auf. Die Sekundärluftleitungen münden dabei um den Umfang des Abgaskanals verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, in den Abgaskanal. Das heißt, es gibt am Ventilsitz mehrere um den Umfang verteilte separate Stellen, an denen die Sekundärluft eingeblasen wird. Die entsprechenden Sekundärluftauslässe der mehreren Sekundärluftleitungen können vorzugsweise auf einem Kreisring angeordnet sein. Alternativ können die Sekundärluftauslässe bevorzugt entlang der Durchströmungsrichtung des Abgaskanals versetzt angeordnet sein. Für eine besonders gezielte und flexible Anpassung der Sekundärlufteinblasung können die mehreren Sekundärluftleitungen gleiche oder unterschiedliche Querschnitte aufweisen.
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Besonders bevorzugt weist der Sekundärluftkanal einen ringförmigen Sekundärluftauslass auf, der in den Abgaskanal mündet, und der sich um den gesamten Umfang des Abgaskanals erstreckt. Das heißt, es kann am gesamten Umfang des Abgaskanals Sekundärluft über den Sekundärluftauslass gleichmäßig eingeblasen werden. Beispielsweise kann hierfür am Umfang des Abgaskanals eine Ringnut vorgesehen sein, welche die Sekundärluft eingeleitet wird. Dadurch kann eine besonders gleichmäßig verteilte Einblasung der Sekundärluft in den Abgasstrom erfolgen.
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Bevorzugt umfasst die Brennkraftmaschine ferner einen Sitzring, an welchem der Ventilsitz ausgebildet ist. Der Sitzring ist zur Montage in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ausgebildet. Der Sekundärluftkanal durchdringt dabei den Sitzring derart, dass der Sekundärluftkanal am Ventilsitz mündet. Ein separat am Zylinderkopf montierbarer Sitzring ermöglicht dabei eine einfache und kostengünstige Herstellung von Ventilsitz und Sekundärluftsystem. Beispielsweise ergibt sich eine besonders einfache Fertigung, wenn mehrere Sekundärluftleitungen vorgesehen sind, welche vorzugsweise als radiale Durchgangsbohrungen durch den Sitzring hergestellt werden können. Alternativ kann beispielsweise auch ein ringförmiger Sekundärluftauslass am inneren Umfang des Sitzrings einfach hergestellt werden, da der Sitzring als separates Bauteil einfach zu handhaben ist.
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Vorzugsweise beträgt ein Sitzwinkel eines Ventiltellers des Auslassventils mindestens 10° und maximal 50°. Bevorzugt beträgt der Sitzwinkel mindestens 20° und maximal 45°, besonders bevorzugt mindestens 30° und maximal 40°. Asl Sitzwinkel wird dabei der Winkel zwischen einer Sitzfläche, an welcher der Ventilteller zumindest teilweise an den Ventilsitz anlegbar ist, und einer zu einer Ventilachse senkrechten Ebene angesehen. Ein derart niedriger Sitzwinkel bewirkt eine Erhöhung der wärmeleitenden Oberfläche sowie eine Reduzierung der erhöhten Flächenpressung im Ventilsitz, um den thermischen und mechanischen Belastungen, welche im Betrieb der Brennkraftmaschine im Bereich des Ventilsitzes auftreten, standhalten zu können. Insbesondere kann hierdurch vorteilhafterweise eine durch den Sekundärluftkanal im Ventilsitz reduzierte wärmeleitende Oberfläche sowie eine unter Umständen reduzierte Kontaktfläche kompensiert werden. Weiter bevorzugt beträgt ein Differenzwinkel zwischen Ventilsitz und einem Ventilteller des Auslassventils, insbesondere im Neuzustand des Auslassventils, mindestens 3° und maximal 10°. Als Differenzwinkel wird insbesondere der Winkel angesehen, welchen die beiden sich, insbesondere im Neuzustand des Auslassventils, in einem Linienkontakt berührenden Kontaktflächen von Ventilsitz und Ventilteller des Auslassventils im geschlossenen Zustand des Auslassventils zwischen sich einschließen.
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Weiter bevorzugt beträgt eine Sitzbreite des Ventilsitzes mindestens 1,5 mm maximal 3 mm. Bevorzugt beträgt die Sitzbreite mindestens 1,8 mm und maximal 3 mm, besonders bevorzugt mindestens 2,2 mm und maximal 2,5 mm. Als Sitzbreite wird dabei eine Breite derjenigen Fläche des Ventilsitzes angesehen, welche zumindest teilweise in Kontakt mit dem Ventilteller des Auslassventils im geschlossenen Zustand steht. Mittels einer solchen hohen Sitzbreite wird analog zum vorhergehenden Absatz eine Erhöhung der wärmeleitenden Oberfläche sowie eine Reduzierung der Flächenpressung am Ventilsitz erreicht.
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Besonders bevorzugt weist das Auslassventil eine Beschichtung mit einem katalytisch aktiven Material auf. Vorzugsweise ist dabei ein Ventilteller und ein dem Brennraum zugewandter Schaftbereich des Auslassventils mit dem katalytisch aktiven Material beschichtet. Dadurch können bereits am Auslassventil und somit unmittelbar beim Austritt der Abgase aus dem Brennraum Sekundärreaktionen erzielt werden, um eine besonders gute Reduktion der unerwünschten Schadstoffe im Abgas zu erreichen.
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Weiter bevorzugt umfasst die Brennkraftmaschine ferner ein Sekundärluft-Rail, welches mehrere Sekundärluftkanäle von mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine miteinander verbindet. Insbesondere wirkt das Sekundärluft-Rail somit als zentrale Versorgungsstelle für sämtliche Sekundärluftkanäle der Brennkraftmaschine. Beispielsweise kann dadurch ein besonders einfacher Aufbau des Sekundärluftsystems ermöglicht werden, indem die Brennkraftmaschine insbesondere eine einzige Sekundärluftpumpe umfasst, welche dem Sekundärluft-Rail die vom Primärluftsystem abgezweigte Sekundärluft bereitstellt.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind stets mit denselben Bezugszeichen versehen. In der Zeichnung ist:
- 1 eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine Detail-Schnittansicht der Brennkraftmaschine der 1,
- 3 eine Detail-Schnittansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 4 eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Brennkraftmaschine 10 umfasst ein Primärluftsystem 1, um einem Brennraum 4 Frischluft bereitzustellen. Das Primärluftsystem 1 weist einen Luftfilter 12 auf, von welchem die Frischluft über einen Primärluftkanal 14 zum Brennraum 4 geleitet wird und dort an einem Einlassventil 13 in den Brennraum 4 eingelassen wird. Im Primärluftkanal 14 ist zudem eine Drosselklappe 15 zur Regulierung der Frischluftmenge vorgesehen.
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Weiter umfasst die Brennkraftmaschine 10 einen Abgaskanal 7, welcher an einem Auslassventil 3 vom Brennraum 4 stromabwärts führt, um Abgase aus dem Brennraum 4 abzuleiten. Im Abgaskanal 7 ist ein Katalysator 71 vorgesehen. Das Auslassventil 3 kann dabei eine Durchlassöffnung 5 an einem Ventilsitz 6 freigeben und verschließen, um das Ausströmen der Abgase aus dem Brennraum 4 freizugeben bzw. zu verhindern.
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Um während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine 10 eine Nachreaktion unverbrannter Kohlenwasserstoffe und damit ein möglichst schnelles Aufheizen des Katalysators 71 zu ermöglichen, umfasst die Brennkraftmaschine 10 weiterhin ein Sekundärluftsystem 2. Das Sekundärluftsystem 2 zweigt beim Kaltstart Sekundärluft vom Primärluftsystem 1 ab und leitet die Sekundärluft in den Abgaskanal 7. Dabei wird die Sekundärluft bezüglich einer Durchströmungsrichtung 81 des Abgaskanals 7 stromauf des Katalysators 71 in den Abgaskanal 7 eingeblasen.
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Das Sekundärluftsystem 2 umfasst einen Sekundärluftkanal 8, welcher mit dem Luftfilter 12 des Primärluftsystems 1 verbunden ist und von dort die Sekundärluft an den Abgaskanal 7 leitet. Um die Sekundärluft zu fördern, umfasst das Sekundärluftsystem 2 eine Sekundärluftpumpe 85, welche als Radialverdichter ausgebildet ist. Zudem weist das Sekundärluftsystem 2 ein Sekundärluftventil 86 auf, welches eingerichtet ist, den Sekundärluftkanal 8 freizugeben und zu verschließen. Eine detaillierte konstruktive Ausgestaltung der Sekundärlufteinblasung wird nachfolgend anhand der 2 beschrieben.
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Die 2 zeigt dabei ein Detail einer Schnittansicht der Brennkraftmaschine 10 der 1. Dargestellt ist ein Ausschnitt des Zylinderkopfes 11 und eines Ventiltellers 31 des Auslassventils 3. Der Zylinderkopf 11 weist dabei ein Sitzelement 9 auf, an welchem der Ventilsitz 6 als geneigte Fläche mit einer Sitzbreite 63 ausgebildet ist. Am Ventilsitz 6 ist der Ventilteller 31 des Auslassventils 3 mittels eines Linienkontakts 61 anlegbar, um die Durchgangsöffnung 5 am Ventilsitz 6 zu verschließen und somit den Brennraum 4 abzudichten. Zwischen einer Kontaktfläche 32 des Ventilstellers 31 und dem Ventilsitz 6 ein Differenzwinkel α vorgesehen, welcher 5° beträgt, um eine zuverlässige Abdichtung zu erlauben. Die Kontaktfläche 32 des Ventiltellers 31 ist dabei zudem in einem niedrigen Sitzwinkel 34 von 35° angeordnet, um eine große wärmeleitende Oberfläche sowie eine niedrige Flächenpressung zum Ventilsitz 6 zu erzielen.
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Der Sekundärluftkanal 8 erstreckt sich im ersten Ausführungsbeispiel in radialer Richtung des Abgaskanals 7 durch das Sitzelement 9 hindurch und mündet am Ventilsitz 6 in den Abgaskanal 7. Das heißt, der Sekundärluftkanal 8 ist senkrecht zu einer Achse 35 des Auslassventils 3 angeordnet. Im ersten Ausführungsbeispiel ist der Sekundärluftkanal 8 als einzelne zylindrische Bohrung ausgebildet.
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Der Sekundärluftkanal 8 mündet dabei in Durchströmungsrichtung 81 des Abgaskanals 7 stromab des Linienkontakts 61 in den Abgaskanal 7. Durch die gegeneinander mit dem Differenzwinkel α geneigten Flächen liegt somit in geschlossenen Zustand des Auslassventils 3 eine Verbindung zwischen Sekundärluftkanal 8 und Abgaskanal 7 vor. Dadurch kann in jedem Betriebszustand, also sowohl bei geöffnetem als auch bei geschlossenem Auslassventil 3 Sekundärluft vom Sekundärluftkanal 8 in den Abgaskanal 7 einströmen.
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Der Sekundärluftkanal 8 ist zudem so am Ventilsitz 6 angeordnet, dass das Auslassventil 3 in geschlossenem Zustand eine Androsselung des Sekundärluftkanals 8 bewirkt. Hierfür verkleinert der Ventilteller 31 des Auslassventils 3 einen minimalen Auslassquerschnitt 82 gegenüber dem geöffneten Zustand. Wie in der 2 gekennzeichnet, entspricht der Auslassquerschnitt 82 im geschlossenen Zustand einem minimalen Durchlassquerschnitt vom Sekundärluftkanal 8 in den Abgaskanal 7. Beim Öffnen des Auslassventils 3 vergrößert sich dieser Auslassquerschnitt 82, sodass mehr Sekundärluft in den Abgaskanal 7 einströmen kann. Durch die Androsselung wird dabei ein Druckaufbau der im Sekundärluftkanal 8 vorgelagerten Sekundärluft erreicht, sodass beim anschließenden Öffnen des Auslassventils 3 eine größere Menge an Sekundärluft unter höherem Druck in den Abgaskanal 7 einströmen kann. Dadurch wird eine sehr gut an die Abgaspulse der Brennkraftmaschine 10 angepasste Sekundärlufteinblasung erreicht, um in jedem Betriebszustand ein optimales Gemisch aus Sekundärluft und Abgas für eine schnelle Katalysator-Aufheizung zu erhalten.
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Die 3 zeigt eine Detail-Schnittansicht einer Brennkraftmaschine 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht dabei im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel der 2 mit einer alternativen Ausgestaltung der Abdichtung am Ventilsitz sowie einer alternativen Sekundärluftzuführung in den Abgaskanal 7. Zudem ist am Auslassventil 3 eine katalytisch aktive Beschichtung 35 vorgesehen, um bereits unmittelbar beim Vorbeiströmen der aus dem Brennraum 4 austretenden Abgase am Auslassventil 3 Nachreaktionen zu initiieren. Die katalytisch aktive Beschichtung 36 ist dabei am Ventilteller 31 sowie an einem dem Brennraum 4 zugewandten Abschnitt eines Ventilschafts 38 bis zu einer Grenze 37 aufgebracht.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel in der 3 teilt sich der Sekundärluftkanal 8 in zwei bezüglich der Ventilachse 35 gegenüberliegende Sekundärluftleitungen 83 auf, welche jeweils in radialer Richtung am Ventilsitz 6 in den Abgaskanal 7 münden. Die Aufteilung des Sekundärluftkanals 8 in die beiden Sekundärluftleitungen 83 ist stromauf angeordnet und in der 3 nicht dargestellt. Diese Aufteilung kann beispielsweise mittels eines im Zylinderkopf 11 angeordneten Y-Rohres erfolgen. Dadurch kann am Umfang des Abgaskanals 7 verteilt an mehreren Stellen Sekundärluft eingepasst werden, um eine bessere Durchmischung mit dem Abgas zu erhalten.
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Zudem sind Ventilsitz 6 und Auslassventil 3 im zweiten Ausführungsbeispiel so ausgebildet, um in geschlossenem Zustand des Auslassventil 3 einen Flächenkontakt, welcher eine Sitzbreite 63 aufweist, herzustellen. Die Sekundärluftleitungen 83 sind dabei so angeordnet, dass jeweilige Sekundärluftauslässe 84 der Sekundärluftleitungen 83 sich mit einer in Durchströmungsrichtung 81 des Abgaskanals 7 stromabseitigen Begrenzung 62 der Kontaktfläche zwischen Ventilsitz 6 und Auslassventil 3 überschneiden. Das heißt, der Flächenkontakt zwischen Ventilsitz 6 und Auslassventil 3 endet entlang der Durchströmungsrichtung 81 auf Höhe der Sekundärluftleitungen 83. Dadurch werden die Sekundärluftleitungen 83 an den Sekundärluftauslässen 84 nicht vollständig durch den Ventilteller 31 verschlossen, sondern es kann, ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel in der 2, auch im geschlossenen Zustand des Auslassventils 3 eine angedrosselte Menge an Sekundärluft in den Abgaskanal 7 einströmen.
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Die 4 zeigt eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine 10 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In der 4 sind dabei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die für die folgende Erläuterung relevanten Bauteile dargestellt. Dabei sind zwei Zylinder 18 der Brennkraftmaschine 10 dargestellt, wobei in jeden Auslasskanal 7 jedes Zylinders 18 eine Sekundärlufteinblasung erfolgt. Zu jedem der beiden Auslasskanäle 7 führt somit genau Sekundärluftkanal 8. Die beiden Sekundärluftkanäle 8 sind dabei mittels eines Sekundärluft-Rails 20 miteinander verbunden. Eine Bereitstellung der Sekundärluft zum Sekundärluft-Rail 20 erfolgt mittels einer einzigen Sekundärluft-Zuführleitung 8a, welche mit dem Luftfilter 12 verbunden ist. In der Sekundärluft-Zuführleitung 8a, also stromauf des Sekundärluft-Rails 20 sind zudem das Sekundärluftventil 86 und die Sekundärluftpumpe 85 integriert.
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Das dritte Ausführungsbeispiel weist zudem eine alternative Ausgestaltung der Mündung des Sekundärluftkanals 8 in den Abgaskanal 7 auf. Im Detail weist der Sekundärluftkanal 8 hier einen ringförmigen Sekundärluftauslass 84 auf, welcher sich vollständig um den Umfang des Abgaskanals 7 erstreckt. Der Sekundärluftauslass ist dabei in Form einer Ringnut im Zylinderkopf 11 und am Ventilsitz 6 ausgebildet. Durch den ringförmigen Sekundärluftauslass 84 erfolgt somit ein Einblasen der Sekundärluft am gesamten Umfang des Abgaskanals 7. Die Zuführung der Sekundärluft zum Sekundärluftauslass 84 erfolgt mittels eines Rohrelements 8b des Sekundärluftkanals 8, welches das Sekundärluft-Rail 20 und den Sekundärluftauslass 84 miteinander verbindet.
