DE19641467C2 - Sekundärluftsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sekundärluftsystem für eine Brennkraftmaschine.

Es ist bekannt, zur Verbesserung der Aufoxydation der Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyde sogenannte Sekundärluft, d. h. zusätzliche Luft auf der Abgasseite der Brennkraftmaschine einzublasen. Aus der DE 42 19 267 ist ein System zur Sekundärlufteinblassung für Brennkraftma­ schinen bekannt. Dort ist eine Strömungsmaschine vorgesehen, die eine bestimmte Luftmenge zur Sekundärlufteinblassung liefert. Zum Steuern der Luftmenge wird vor­ geschlagen, ein elektronisches Steuergerät anzuordnen und ein Abschaltventil ent­ sprechend zu takten oder ein Umschaltventil so zu schalten, dass Luft nur über einen Nebenschluss geleitet wird. Sowohl zum Takten eines Ventils als auch zum Um­ schalten eines weiteren Ventils sind entsprechende elektronische Komponenten er­ forderlich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannten Systeme zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Fig. 1 zeigt in einer Prinzipdarstellung die Zuführung von Sekundärluft für eine Brennkraftmaschine 10. Die Sekundärluft wird über die Leitung 11 den Abgasrohren 12 zugeführt. Die Erzeugung der Sekundärluft erfolgt mittels einer Pumpe 13, welche von einer Turbine 14 angetrieben wird. Diese Turbine nutzt den Massenstrom der der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Frischluft im Bereich der Drosselstelle 15. Hierzu ist über ein Ventil 16 ein Bypass zu der Drosselstelle 15 vorgesehen. Die Strömungsenergie der durch den Bypass strömenden Luft treibt die Turbine 14 und damit die Pumpe 13 an. Die der Brennkraftmaschine zugeführte Luft wird mittels einer Filtereinrichtung 17 gereinigt.

Während in Fig. 1 die Sekundärluft dem Reinluftstrom entnommen wird, zeigt Fig. 2 die Entnahme der Sekundärluft unmittelbar aus dem Luftfilter 17. Die Symbolik der Fig. 2 entspricht der der Fig. 1. Der weitere Aufbau gemäß Fig. 2 ist mit dem Aufbau in Fig. 1 identisch.

Fig. 3 zeigt die Zuführung der Sekundärluft über ein zusätzliches Filterelement 18. Dies hat den Vorteil, daß ein auf die Bedürfnisse der Pumpe und der Zuführung der Sekundärluft abgestimmtes Filter verwendet werden kann.

Die Reinluft zum Antrieb der Turbine des Sekundärluftladers kühlt sich bei der Expansion in der Turbine sehr stark ab. Infolgedessen könnte Wasser aus der Ansaugluft auskondensieren oder evtl. gefrieren. Zur Vermeidung der Ansammlung von Feuchtigkeit wird in einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, einen Wasserabscheider, z. B. eine Prallplatte oder ein Vlies auf der Niederdruckseite der Turbine in die Zuleitung der expandierten Luft zum Plenum einzubauen. Es besteht auch die Möglichkeit, einen Eisabscheider in der Form einer Prallplatte oder eines Vlieses auf der Niederdruckseite der Turbine vorzusehen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, den Sekundärluftlader mit dem Motorsaugrohr zu einer Einheit zu montieren. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, den Sekundärluftlader mit dem Drosselklappenstutzen in ein Modul zu integrieren. Weitere Varianten sind die Integration des Sekundärluftladers in dem Reinluftrohr, in dem Luftfiltergehäuse oder in der Zylinderkopfabdeckung. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, den Sekundärluftlader mit einem anderen beliebigen Bauteil zu einer Einheit zu montieren bzw. als Modul zu gestalten.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, sowohl die Motorleistung als auch die Sekundärluftladerleistung über den dem Sekundärluftlader zugeführten Luftmassenstrom zu regeln. Dazu ist, wie in Fig. 4 gezeigt, vor dem Sekundärluftlader (Turbine 14) ein Ventil 16 vorgesehen. Ebenso besteht auch die Möglichkeit, ein Ventil 19 ausgangsseitig der Turbine 14 anzuordnen.

Im geöffneten Zustand der Ventile erfolgt die Leistungsregelung der Brennkraftmaschine über die Drosselstelle 15. Die Leistung des Sekundärluftladers bzw. der Turbine 14 stellt sich als Folge der Massenstromverteilung ein. Ein Absperrorgan in der Zuleitung zur Turbine kann auch Zwischenstellungen annehmen und daher zur Regelung bzw. Steuerung eingesetzt werden.

Fig. 5 zeigt Drosselstellen 20, 21, welche den Querschnitt der jeweiligen Leitung verändern. Selbstverständlich genügt auch eine einzige Drosselstelle. Diese kann sowohl auf der Hochdruck- als auch auf der Niederdruckseite der Turbine angeordnet sein. Die Regelung der Motor- und Sekundärluftladerleistung erfolgt im Zusammenspiel der beiden Drosseleinrichtungen, d. h. der Drosselstelle 15 und der Drosselstelle 20 bzw 21.

Eine weitere Möglichkeit zur Regelung der Motor- bzw. der Sekundärluftladerleistung besteht darin, daß der Strömungsquerschnitt für den Massenstrom der Turbine 14 durch eine Registerschaltung von einzelnen Querschnitten abstufbar ist.

Gemäß Fig. 6 ist eine Parallelschaltung zweier Zuleitungen möglich. Beide Zuleitungen sind jeweils mit einem Ventil 22, 23 ausgestattet. Während gemäß Fig. 6 die Zusammenführung der beiden Leitungen vor der Turbine erfolgt, besteht auch die Möglichkeit, gemäß Fig. 7 die beiden Zuführleitungen für die Turbine 14 zuzuführen und damit die Turbine an unterschiedlichen Stellen mit dem entsprechenden Massenstrom zu beaufschlagen.

Fig. 8 zeigt eine regelbare Turbine, die schematisch angedeutet ist. Eine solche Turbine weist z. B., wie in Fig. 9 dargestellt, eine Turbinengeometrie mit verstellbaren Leitschaufeln auf.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Turbine im Montagespritzgießen hergestellt werden, das bedeutet, daß sämtliche Teile in einem einzigen Werkzeug nacheinander spritztechnisch hergestellt werden. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, z. B. das Turbinengehäuse aus einem metallischen Werkstoff herzustellen und die verstellbaren Leitschaufeln sowie den Verstellmechanismus in Kunststoffspritzgießtechnik zu produzieren.

Fig. 10 zeigt einen einfachen Aufbau einer Turbine mit einer gekoppelten Pumpe. Die rechtsseitig angeordnete Turbine weist Leitschaufeln auf, die beispielsweise im Montagespritzgießverfahren hergestellt sind. Das Gehäuse der Turbine ist über ein Spannband mit einem mittleren Trägerteil verbunden. Linksseitig ist die Pumpe angeordnet, wobei Pumpendeckel und Träger einteilig gestaltet sind.

Fig. 11 zeigt einen Eintrittsquerschnitt für eine Turbine, welcher durch einen axial verschiebbaren Konus verändert werden kann. Das Ziel eines solchen axial verschiebbaren Konusses besteht darin, eine Drosselung zu vermeiden. Die im verengten Querschnitt erhöhte kinetische Energie soll weitestgehend erhalten bleiben, damit sie im Turbinenrad genutzt werden kann. Die Gehäusekontur und die Konusgeometrie sind dabei so ausgestaltet, daß bei einer Verringerung des Strömungsquerschnittes durch eine Verstellung des Konusses keine Querschnittssprünge stattfinden. Der Konus kann selbstverständlich auch zum Absperren des Luftstroms und damit zum Abschalten des Sekundärluftladers genutzt werden.

Claims (12)

1. Sekundärluftsystem für eine Brennkraftmaschine, bestehend aus wenigstens einer Leitung zum Einblasen der Sekundärluft in das Abgasrohr der Brennkraftmaschine (10) sowie einer Förderpumpe (13), wobei der Antrieb der Förderpumpe (13) über eine von der Ansaugluft beaufschlagten Turbine (14) erfolgt und eine Aufbereitungs­ einrichtung (17) für die Sekundärluft vorgesehen ist, wobei die Regelung der Turbine (14) über eine turbinennahe Verstelleinrichtung, die einen variablen Turbinenein­ trittsquerschnitt bildet, oder durch eine variable Turbinengeometrie erfolgt.

2. Sekundärluftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluft dem Reinluftstrom entnehmbar ist.

3. Sekundärluftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitungseinrichtung ein Luftfilter (18) aufweist, welches auf der Hochdruck- oder Niederdruckseite des Verdichters angeordnet ist.

4. Sekundärluftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitungseinrichtung ein Feuchtigkeits- oder Flüssigkeitsabscheider aufweist und auf der Niederdruckseite der Turbine angeordnet ist.

5. Sekundärluftsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Förderpumpe (13) sowie Turbine (14) bestehende Sekundärluftlader ein Modul ist, welches mit dem Motorsaugrohr oder dem Drosselklappenstutzen der Brennkraftmaschine eine Einheit bildet.

6. Sekundärluftsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Förderpumpe sowie Turbine bestehende Sekundärluftlader ein Modul ist, welches mit dem Reinluftrohr oder Luftfiltergehäuse oder der Zylinderkopfabdeckung eine Einheit bildet.

7. Sekundärluftsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichent, daß die Regelung der Motorleistung zumindest teilweise über die Lastregelung des Sekundärluftladers erfolgt.

8. Sekundärluftsystem nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß in der Massenstromleitung der Turbine (14) ein Absperrventil (16) vorgesehen ist.

9. Sekundärluftsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenstromleitung der Turbine aus wenigstens zwei parallelen und einzeln schaltbaren Leitungen besteht.

10. Sekundärluftsystem nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Turbinengeometrie mit verstellbaren Leitschaufeln erfolgt.

11. Sekundärluftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Turbinengeometrie durch einen im Eintrittsquerschnitt der Turbine axial verschiebbaren Konus erfolgt.

12. Sekundärluftsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine sowie der Verstellmechanismus im Montagespritzgießverfahren hergestellt sind.