DE19641467C5 - Secondary air system - Google Patents

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Abstract

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 Aufbereitungseinrichtung (17) für die Sekundärluft vorgesehen ist, wobei die Regelung der Turbine (14) durch eine variable Turbinengeometrie in Form eines im Eintrittsquerschnitt der Turbine axial verschiebbaren Konus erfolgt.Secondary air system for one Internal combustion engine, consisting of at least one line for blowing the secondary air in the exhaust pipe of the internal combustion engine (10) and a feed pump (13), wherein the drive of the feed pump (13) about a turbine (14) acted upon by the intake air takes place and a processing device (17) for the secondary air is provided is, wherein the control of the turbine (14) by a variable turbine geometry in the form of an axially displaceable in the inlet cross-section of the turbine Cone occurs.
Figure 00000001

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Sekundärluftsystem für eine Brennkraftmaschine.The The invention relates to a secondary air system for an internal combustion engine.
  • 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 Brennkraftmaschinen bekannt. Dort ist eine Strömungsmaschine vorgesehen, die eine bestimmte Luftmenge zur Sekundärlufteinblassung liefert. Zum Steuern der Luftmenge wird vorgeschlagen, ein elektronisches Steuergerät anzuordnen und ein Abschaltventil entsprechend zu takten oder ein Umschaltventil so zu schalten, dass Luft nur über einen Nebenschluss geleitet wird. Sowohl zum Takten eines Ventils als auch zum Umschalten eines weiteren Ventils sind entsprechende elektronische Komponenten erforderlich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannten Systeme zu verbessern.It is known to improve the Aufoxidation of hydrocarbons and carbon monoxide so-called secondary air, ie inject additional air on the exhaust side of the engine. From the DE 42 19 267 is known a system for Sekundärluftufblaß for internal combustion engines. There, a turbomachine is provided, which supplies a certain amount of air for Sekundärluft infiltration. To control the amount of air, it is proposed to arrange an electronic control unit and to clock a shut-off valve accordingly or to switch a changeover valve so that air is only conducted via a shunt. Both for clocking a valve and for switching a further valve corresponding electronic components are required. The invention has for its object to improve these known systems.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.These The object is solved by the features of claim 1.
  • Die 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.The 1 shows a schematic diagram of the supply of secondary air for an internal combustion engine 10 , The secondary air is sent via the pipe 11 the exhaust pipes 12 fed. The generation of the secondary air by means of a pump 13 which from a turbine 14 is driven. This turbine uses the mass flow of the internal combustion engine 10 supplied fresh air in the throttle area 15 , This is via a valve 16 a bypass to the throttle point 15 intended. The flow energy of the air flowing through the bypass drives the turbine 14 and with it the pump 13 at. The internal combustion engine supplied air is by means of a filter device 17 cleaned.
  • Während in 1 die Sekundärluft dem Reinluftstrom entnommen wird, zeigt 2 die Entnahme der Sekundärluft unmittelbar aus dem Luftfilter 17. Die Symbolik der 2 entspricht der der 1. Der weitere Aufbau gemäß 2 ist mit dem Aufbau in 1 identisch.While in 1 the secondary air is taken from the clean air flow shows 2 the removal of the secondary air directly from the air filter 17 , The symbolism of 2 corresponds to the 1 , The further construction according to 2 is with the construction in 1 identical.
  • 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. 3 shows the supply of secondary air via an additional filter element 18 , This has the advantage that a matched to the needs of the pump and the supply of secondary air filter can be used.
  • 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.The Clean air to drive the turbine of the secondary air charger cools in the expansion in the turbine very strong. As a result, water could leak out Condens out the intake air or possibly freeze. To avoid The accumulation of moisture is in a development of Invention proposed a water separator, z. B. a baffle plate or a fleece on the low-pressure side of the turbine in the supply line to install the expanded air to the plenum. There is also the Possibility, an ice separator in the form of a baffle or a fleece to provide on the low pressure side of the turbine.
  • 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 A further embodiment of the invention is proposed, the Secondary air charger with the engine intake manifold to a unit to assemble. alternative this is also possible the secondary air charger to integrate with the throttle body in a module. Further Variants are the integration of the secondary air charger in the clean air tube, in the air filter housing or in the cylinder head cover. Of course, there is also the possibility the secondary air charger with any other component to assemble into one unit or as a module.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, sowohl die Motorleistung als auch die Sekundärluftladerleistung über den dem Sekundärluftlader zuge führten Luftmassenstrom zu regeln. Dazu ist, wie in 4 gezeigt, vor dem Sekundärluftlader (Turbine 14) ein Ventil 16 vorgesehen. Ebenso besteht auch die Möglichkeit, ein Ventil 19 ausgangsseitig der Turbine 14 anzuordnen.In a further embodiment of the invention, it is proposed to regulate both the engine power and the secondary air charger capacity via the air mass flow supplied to the secondary air charger. This is how in 4 shown in front of the secondary air charger (turbine 14 ) a valve 16 intended. Likewise, there is also the possibility of a valve 19 on the output side of the turbine 14 to arrange.
  • 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.In the open state of the valves, the power control of the internal combustion engine via the throttle point 15 , The performance of the secondary air charger or the turbine 14 arises as a consequence of the mass flow distribution. A shut-off device in the supply line to the turbine can also assume intermediate positions and therefore be used for regulation or control.
  • 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. 5 shows throttle points 20 . 21 which change the cross section of the respective line. Of course, a single throttle is sufficient. This can be arranged both on the high-pressure side and on the low-pressure side of the turbine. The control of the engine and secondary air charger performance takes place in the interaction of the two throttle devices, ie the throttle point 15 and the throttle point 20 respectively. 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.Another way to control the engine or the secondary air charger performance is that the flow cross section for the mass flow of the turbine 14 can be graduated by a register circuit of individual cross sections.
  • Gemäß 6 ist eine Parallelschaltung zweier Zuleitungen möglich. Beide Zuleitungen sind jeweils mit einem Ventil 22, 23 ausgestattet. Während gemäß 6 die Zusammenführung der beiden Leitungen vor der Turbine erfolgt, besteht auch die Möglichkeit, gemäß 7 die beiden Zuführleitungen für die Turbine 14 zuzuführen und damit die Turbine an unterschiedlichen Stellen mit dem entsprechenden Massenstrom zu beaufschlagen.According to 6 is a parallel connection of two leads possible. Both supply lines are each with a valve 22 . 23 fitted. While according to 6 the merger of the two lei If there is a turbine in front of the turbine, it is also possible to 7 the two supply lines for the turbine 14 supply and thus to apply the turbine at different points with the appropriate mass flow.
  • 8 zeigt eine regelbare Turbine, die schematisch angedeutet ist. Eine solche Turbine weist z. B., wie in 9 dargestellt, eine Turbinengeometrie mit verstellbaren Leitschaufeln auf. 8th shows a controllable turbine, which is indicated schematically. Such a turbine has z. B., as in 9 shown, a turbine geometry with adjustable vanes.
  • 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.In In a preferred embodiment of the invention, the turbine in the Assembly injection molding made that means that all Parts produced in a single tool successively injection molding become. Of course there is also the possibility z. B. the turbine housing made of a metallic material and the adjustable Guide vanes and the adjustment mechanism in plastic injection molding to produce.
  • 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. 10 shows a simple construction of a turbine with a coupled pump. The right-hand arranged turbine has vanes, which are manufactured, for example, in the assembly injection molding. The housing of the turbine is connected via a strap with a central support member. On the left side, the pump is arranged, the pump cover and carrier are designed in one piece.
  • 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. 11 shows an inlet cross section for a turbine, which can be changed by an axially displaceable cone. The goal of such an axially displaceable cone is to avoid throttling. The increased in the narrowed cross section kinetic energy should be largely retained so that it can be used in the turbine wheel. The housing contour and the cone geometry are designed so that take place at a reduction of the flow cross section by an adjustment of the cone no cross-sectional jumps. The cone can of course also be used to shut off the air flow and thus to switch off the secondary air charger.

Claims (11)

  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 Aufbereitungseinrichtung (17) für die Sekundärluft vorgesehen ist, wobei die Regelung der Turbine (14) durch eine variable Turbinengeometrie in Form eines im Eintrittsquerschnitt der Turbine axial verschiebbaren Konus erfolgt.Secondary air system for an internal combustion engine, comprising at least one line for blowing the secondary air into the exhaust pipe of the internal combustion engine ( 10 ) and a delivery pump ( 13 ), wherein the drive of the feed pump ( 13 ) via a turbine acted upon by the intake air ( 14 ) and a processing device ( 17 ) is provided for the secondary air, wherein the control of the turbine ( 14 ) is performed by a variable turbine geometry in the form of a cone axially displaceable in the inlet cross-section of the turbine.
  2. Sekundärluftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluft dem Reinluftstrom entnehmbar ist.Secondary air system according to claim 1, characterized in that the secondary air to the clean air flow is removable.
  3. Sekundärluftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitungseinrichtung ein Luftfilter (18) aufweist, welches auf der Hochdruck- oder Niederdruckseite des Verdichters angeordnet ist.Secondary air system according to Claim 1, characterized in that the conditioning device is an air filter ( 18 ), which is arranged on the high pressure or low pressure side of the compressor.
  4. Sekundärluftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitungseinrichtung ein Feuchtigkeits- oder Flüssigkeitsabscheider aufweist und auf der Niederdruckseite der Turbine angeordnet ist.Secondary air system according to claim 1, characterized in that the processing device a moisture or liquid separator and disposed on the low pressure side of the turbine.
  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.Secondary air system according to one of the preceding claims, characterized in that the pump ( 13 ) as well as turbine ( 14 ) existing secondary air charger is a module which forms a unit with the engine intake manifold or the throttle body of the internal combustion engine.
  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.Secondary air system according to one of the preceding claims, characterized in that the feed pump as well as turbine existing secondary air chargers a module is compatible with the clean air tube or air filter housing or the cylinder head cover forms a unit.
  7. Sekundärluftsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichent, daß die Regelung der Motorleistung zumindest teilweise über die Lastregelung des Sekundärluftladers erfolgt.Secondary air system according to one of the preceding claims, characterized in that the scheme the engine power at least partially via the load control of the secondary air charger he follows.
  8. Sekundärluftsystem nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß in der Massenstromleitung der Turbine (14) ein Absperrventil (16) vorgesehen ist.Secondary air system according to the preceding claim, characterized in that in the mass flow line of the turbine ( 14 ) a shut-off valve ( 16 ) is provided.
  9. Sekundärluftsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenstromleitung der Turbine aus wenigstens zwei parallelen und einzeln schaltbaren Leitungen besteht.Secondary air system according to one of the preceding claims, characterized in that the mass flow line the turbine of at least two parallel and individually switchable Lines exists.
  10. Sekundärluftsystem nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Turbinengeometrie mit verstellbaren Leitschaufeln erfolgt.Secondary air system according to the preceding claim, characterized in that the variable turbine geometry done with adjustable vanes.
  11. Sekundärluftsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine sowie der Verstellmechanismus im Montagespritzgießverfahren hergestellt sind.Secondary air system according to one of the preceding claims, characterized in that the turbine as well as the adjustment mechanism in the assembly injection molding process are made.
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