WO2021094112A1 - Internal combustion engine having a secondary air system - Google Patents

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WO2021094112A1
WO2021094112A1 PCT/EP2020/080572 EP2020080572W WO2021094112A1 WO 2021094112 A1 WO2021094112 A1 WO 2021094112A1 EP 2020080572 W EP2020080572 W EP 2020080572W WO 2021094112 A1 WO2021094112 A1 WO 2021094112A1
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WO
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secondary air
internal combustion
combustion engine
duct
exhaust gas
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PCT/EP2020/080572
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German (de)
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Inventor
Michael Baeuerle
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/14Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system
    • F02M26/15Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system in relation to engine exhaust purifying apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/22Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives
    • F01N3/222Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives using electric valves only
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    • F01N2550/14Systems for adding secondary air into exhaust
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    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine which has a secondary air system with a backflow limiter.
  • a gasoline engine usually requires a “rich mixture”, that is, a fuel-air mixture with excess fuel. This creates large amounts of carbon monoxide and unburned hydrocarbons in the cold start phase. Since the catalytic converter has not yet reached its operating temperature in this phase, these harmful exhaust gas components can escape into the environment without any aftertreatment. To avoid this and to reduce the pollutants during the cold start phase, oxygen-rich ambient air is blown into the exhaust system in front of the catalytic converter with the help of a secondary air system. This leads to a post-oxidation of the pollutants to harmless carbon dioxide and water. The resulting heat also heats up the catalytic converter and shortens the time until the lambda control starts.
  • the internal combustion engine according to the invention with the features of claim 1 offers the advantage of a very simple and inexpensive secondary air injection, which is characterized by a particularly low energy requirement with high heating power in order to quickly heat a catalytic converter.
  • an internal combustion engine which comprises a primary air system and a secondary air system.
  • the primary air system provides fresh air, in particular for combustion in a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the secondary air system is set up to divert secondary air from the primary air system.
  • the secondary air system preferably comprises a secondary air pump which conveys the secondary air.
  • the primary air system preferably comprises an air filter, the secondary air system being connected to the air filter in order to branch off the secondary air therefrom.
  • the internal combustion engine is particularly preferably an Otto engine which has a catalytic converter for exhaust gas aftertreatment.
  • the secondary air system is preferably provided for a cold start of the internal combustion engine in order to bring about a post-oxidation of unburned hydrocarbons present in the exhaust system, which arise during a cold start, upstream of the catalytic converter.
  • the amount of harmful exhaust gas components can be reduced during a cold start, above all in that the catalytic converter is heated particularly quickly to operating temperature by the heat generated during post-oxidation.
  • the secondary air system comprises a secondary air duct which connects the primary air system with the exhaust gas duct, that is to say through which the secondary air is conducted to the exhaust gas duct.
  • the secondary air duct has a backflow limiter through which the secondary air flows. That is, the backflow limiter is part of the, for example tubular, secondary air duct, so that the secondary air must inevitably flow through the backflow limiter in every operating state.
  • the return flow limiter is designed so that it can flow through in the injection direction, that is, from the primary air system in the direction of the exhaust gas duct, and in a return flow direction opposite to the injection direction.
  • the backflow limiter has a first flow resistance for the secondary air flow flowing through it in the injection direction.
  • the backflow limiter has a second flow resistance.
  • the second flow resistance is, in particular significantly, greater than the first flow resistance.
  • the backflow limiter is preferably designed in such a way as to generate a second pressure loss when there is a flow in the backflow direction, which is significantly greater than a first pressure loss when there is flow in the injection direction. Due to the larger second flow resistance, the backflow limiter makes it more difficult to flow through the secondary air duct in the backflow direction. That is, an inflow of exhaust gases into the secondary air system is restricted by the backflow limiter, but in particular a slight backflow of exhaust gases into the secondary air system Backflow direction is possible.
  • the backflow limiter preferably allows the secondary air to flow through in every operating state, which can be described with a continuous, in particular continuous, streamline in every operating state.
  • the backflow limiter particularly preferably has a free, unclosed flow channel through which a flow can flow in any operating state.
  • the backflow limiter is preferably designed as a passive component, particularly preferably without moving parts.
  • the different flow resistances with regard to the two flow directions of the backflow limiter can be achieved constructively in a variety of ways. For example, corresponding cross-sectional transitions of pipelines are possible.
  • a possible alternative is a so-called Teslav valve.
  • the internal combustion engine with the secondary air system offers a very simple and reliable construction which can efficiently reduce a backflow of exhaust gases into the secondary air system with little construction effort.
  • the backflow limiter makes it possible, for example, to dispense with switchable valves for preventing backflow, which are expensive, complex and prone to errors.
  • the backflow limiter thanks to its passive functionality, the backflow limiter enables a secondary air flow that is very well adapted to the highly unsteady exhaust gas flow, since a back flow of exhaust gases into the secondary air system is efficiently avoided and a larger amount of secondary air can thus be blown in.
  • a more homogeneous post-reaction of the exhaust gases can be achieved in order to directly obtain low concentrations of pollutants in the exhaust gas and, in addition, to achieve a high heating output for heating the catalytic converter through the resulting heat.
  • the second flow resistance is preferably at least 10%, preferably at least 30%, preferably at least 50%, and particularly preferably at least 70%, greater than the first flow resistance.
  • the backflow limiter particularly preferably has a nozzle-shaped plate washer which tapers in the direction of injection.
  • the plate disc tapers in the direction of injection to a minimal flow cross-section.
  • the plate washer can be designed as a conically tapering nozzle.
  • a trumpet-shaped nozzle with a curved profile can be used as a cup washer.
  • the plate washer is particularly preferably designed like a sheet metal. Such a washer results in a particularly simple manner in which the flow resistance of the backflow limiter is dependent on the direction of the flow.
  • the backflow limiter has a plurality of cup washers arranged one behind the other in the injection direction.
  • Such stacked cup washers offer an even better blocking effect, that is to say a higher second flow resistance in the return flow direction, the first flow resistance being kept low in order to obtain an efficient injection of the secondary air.
  • the cup washers are preferably arranged one after the other at regular intervals along the blowing direction.
  • the plurality of cup washers each have increasingly larger minimum flow cross-sections along the injection direction.
  • the flow cross-sections preferably increase uniformly, in particular linearly. This results in a progressive inhibition of the return flow along the return flow direction, which has a particularly favorable effect on a high second flow resistance. In particular, this also avoids an excessive blocking effect of the backflow limiter in the injection direction, since the cup washers can preferably have a larger minimum flow cross-section, although a sufficiently large second flow resistance can still be achieved in the opposite direction in the backflow direction.
  • the plurality of cup washers have increasingly smaller axial lengths along the blowing direction.
  • the axial lengths of the plurality of cup washers preferably take in the blowing direction evenly, especially linearly.
  • the return flow limiter preferably protrudes at least partially into the exhaust gas duct.
  • the very hot exhaust gas flow from a combustion chamber of the internal combustion engine sweeps over and / or through the return flow limiter, for example if the return flow limiter has an open design.
  • the backflow limiter can be burned free of possible deposits, for example soot deposits, as a result of which a particularly long service life and a uniform, reliable function of the secondary air system can be achieved.
  • the secondary air duct preferably opens into a valve shade of an exhaust valve of the internal combustion engine within the exhaust duct. That is, the secondary air duct, starting from an inner wall of the exhaust duct, protrudes into the exhaust duct and ends inside the valve shade.
  • a projection of a valve disk of the exhaust valve facing away from the combustion chamber along an axial direction of the exhaust valve is regarded as a valve shadow.
  • the axial direction is preferably oriented essentially parallel to an outflow direction along which the exhaust gas flows out of the combustion chamber.
  • the secondary air channel thus preferably opens into the exhaust gas channel close to a valve stem of the exhaust valve and, viewed in the flow direction of the exhaust gas channel, behind the valve disk. In this area, there can be a backflow area, especially during the outflow of the exhaust gases from the combustion chamber, whereby a particularly good mixing of the exhaust gases with the secondary air can be achieved by strong turbulence in this backflow area.
  • the injection direction at an outlet end of the secondary air duct is essentially opposite to a main exhaust gas flow direction.
  • the main exhaust gas flow direction is the middle direction of the exhaust gas flowing through the exhaust gas duct, that is to say pointing away from the combustion chamber and in particular following a contour of the exhaust gas duct.
  • the outlet end of the secondary air duct is particularly preferably located in a wall of the exhaust duct.
  • the injection direction at the outlet end of the secondary air duct is essentially in the exhaust gas flow direction, i.e. the injection direction and the exhaust gas flow direction are essentially parallel to one another at the outlet end, or form an acute angle between them and point in the same direction.
  • dynamic effects of the highly unsteady exhaust gas flow can also be used, for example by the exhaust gas flow sweeping past the outlet end, in order to obtain a secondary air injection that is better synchronized with the exhaust gas flow.
  • the internal combustion engine particularly preferably comprises a plurality of cylinders, in particular at least two cylinders, each with a return flow limiter per cylinder. That is, for each cylinder there is a separate injection of secondary air into the corresponding exhaust duct leading away from the cylinder downstream.
  • a backflow limiter is preferably provided per cylinder in order to avoid a backflow of exhaust gases into the secondary air system or to keep it as low as possible.
  • more than one exhaust gas duct per cylinder can preferably also be provided, it being possible for a secondary air duct, each with a backflow limiter, to be provided for each exhaust gas duct.
  • the exhaust gas ducts Downstream of the secondary air injection points, the exhaust gas ducts can preferably be brought together in an exhaust gas collector, with the single catalytic converter of the internal combustion engine preferably being provided even further downstream.
  • Figure 1 is a simplified schematic view of a
  • Figure 2 is a detailed view of Figure 1
  • Figure 3 is a simplified schematic detailed view of a
  • Figure 4 is a simplified schematic detailed view of a
  • Figure 5 is a simplified schematic detailed view of a
  • FIG. 1 shows a greatly simplified schematic view of an internal combustion engine 10 according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • the internal combustion engine 10 comprises a primary air system 1 in order to provide fresh air to a combustion chamber 4.
  • the primary air system 1 has an air filter 12, from which the fresh air is guided via a primary air duct 14 to the combustion chamber 4 and there is admitted into the combustion chamber 4 at an inlet valve 13.
  • a throttle valve 15 is also provided in the primary air duct 14 to regulate the amount of fresh air.
  • the internal combustion engine 10 further comprises an exhaust gas duct 7, which leads downstream away from the combustion chamber 4 at an outlet valve 3 in order to divert exhaust gases from the combustion chamber 4.
  • the outlet valve 3 can open and close a passage opening 5 on the combustion chamber 4 in order to open or prevent the exhaust gases from flowing out of the combustion chamber 4.
  • a catalytic converter 71 is provided in the exhaust gas duct 7.
  • the internal combustion engine 10 also includes a secondary air system 2.
  • the secondary air system 2 branches off and conducts secondary air from the primary air system 1 during a cold start the secondary air into the exhaust gas duct 7.
  • the secondary air is blown into the exhaust gas duct 7 upstream of the catalytic converter 71 with respect to an exhaust gas flow direction 75 of the exhaust gas duct 7.
  • the secondary air system 2 comprises a secondary air duct 8 with a backflow limiter 9.
  • the secondary air duct 8 connects the air filter 12 to the exhaust duct 7 in order to blow the secondary air into the exhaust duct in the blow-in direction A.
  • the backflow limiter 9 is directly on the exhaust duct
  • the backflow limiter 9 is designed in such a way that it has a first flow resistance for the secondary air flow flowing through it in the injection direction A. Compared to a flow opposite to the injection direction A in the return flow direction B, the return flow limiter 9 offers a second flow resistance which is at least 30% greater than the first flow resistance. This prevents, in a very simple and reliable manner, a larger volume of exhaust gases from being able to flow from the exhaust gas duct 7 into the secondary air duct 8.
  • the secondary air system 2 has a very simple structure without a secondary air pump.
  • the highly unsteady flow of exhaust gas in the exhaust gas duct 7 causes a passive injection of secondary air.
  • this is achieved in that between the exhaust gas pulses exiting the combustion chamber 4, which have very high pressure peaks, a negative pressure prevails in the exhaust gas duct 7, which sucks the secondary air into the exhaust gas duct 7.
  • the backflow limiter 9 prevents a larger amount of exhaust gases from flowing into the secondary air system 2 during the exhaust gas pulses.
  • a secondary air pump can advantageously also be used in the secondary air system 2 in order to be able to blow in a particularly large amount of secondary air.
  • the backflow limiter 9 has a plurality of cup washers 91 arranged one behind the other in the injection direction A.
  • the injection direction A is parallel to a channel axis 85, along which the return flow limiter 9 and an adjacent section of the secondary air channel 8 extend.
  • the plate disks 91 are each designed in the form of a nozzle as metal sheets tapering in the shape of a trumpet, starting from an inner diameter 92 of the secondary air duct 8.
  • the flow cross-sections 91a of the plurality of cup washers 91 increase along the injection direction A.
  • the cup washers 91 each have decreasing axial lengths 91b along the blow-in direction A.
  • the cup washers 91 thus each cause a constriction of the free flow channel through which the secondary air flow flows.
  • the special alignment of the sheet-metal plate washers pointing in the direction of the exhaust gas duct 7 has the effect that the second flow resistance in the return flow direction B is significantly greater than the first flow resistance in the injection direction A.
  • FIG. 3 shows a simplified schematic detailed view of an internal combustion engine 10 according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • the second exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment in FIG. 1, with the difference that the return flow limiter 9 protrudes completely into the exhaust gas duct 7. This has the effect that the very hot exhaust gas flow impinging on the backflow limiter 9 enables soot to burn off soot deposits on or within the backflow limiter 9.
  • FIG. 4 shows a simplified schematic detailed view of an internal combustion engine 10 according to a third exemplary embodiment of the invention.
  • the third exemplary embodiment essentially corresponds to the second exemplary embodiment in FIG. 3, the secondary air duct 8 opening into a valve shade 31 of the outlet valve 3.
  • the outlet end 81 of the secondary air duct 8 lies within the valve shade 31 and close to it a valve stem 33 of the outlet valve 3.
  • the valve shade 31 is defined as a projection of an outer diameter of a valve disk 34 along a valve axis 35 and in the main exhaust gas flow direction 75 behind the valve element 34
  • Main exhaust gas flow direction 75 can flow, and in which there is a high degree of turbulence in the exhaust gas flow.
  • the secondary air duct 8 is arranged in such a way that the injection direction A at the outlet end 81 is essentially opposite to the exhaust gas flow direction 75 of the exhaust gases emerging from the combustion chamber 4 in order to ensure optimal mixing of exhaust gases and
  • FIG. 5 shows a simplified schematic detailed view of an internal combustion engine according to a fourth exemplary embodiment of the invention.
  • the fourth exemplary embodiment corresponds essentially to the second
  • the outlet end 81 of the secondary air duct 8 is arranged outside the valve shade 31 and also oriented so that the injection direction A at the outlet end 80 essentially points in the exhaust gas flow direction 75.
  • the dynamic effects of the unsteady flow can be used particularly well in order to blow in the largest possible amount of secondary air.

Abstract

The present invention relates to an internal combustion engine (10) comprising a primary air system (1) for providing fresh air, and a secondary air system (2) which is designed to divert secondary air from the primary air system (1) and to blow said air into an exhaust gas channel (7), wherein: the secondary air system (2) has a secondary air channel (8) which connects the primary air system (1) to the exhaust gas channel (7); the secondary air channel (8) has a return flow limiter (9) which can be passed through in a blow-in direction (A) and in a return flow direction (B) opposite to the blow-in direction (A); the return flow limiter (9) has a first flow resistance in the blow-in direction (A) and has a second flow resistance in the return flow direction (B); and the second flow resistance is greater than the first flow resistance.

Description

Beschreibung description
Titel title
Brennkraftmaschine mit Sekundärluftsystem Internal combustion engine with secondary air system
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, welche ein Sekundärluftsystem mit einem Rückflussbegrenzer aufweist. The present invention relates to an internal combustion engine which has a secondary air system with a backflow limiter.
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. For a cold start, a gasoline engine usually requires a “rich mixture”, that is, a fuel-air mixture with excess fuel. This creates large amounts of carbon monoxide and unburned hydrocarbons in the cold start phase. Since the catalytic converter has not yet reached its operating temperature in this phase, these harmful exhaust gas components can escape into the environment without any aftertreatment. To avoid this and to reduce the pollutants during the cold start phase, oxygen-rich ambient air is blown into the exhaust system in front of the catalytic converter with the help of a secondary air system. This leads to a post-oxidation of the pollutants to harmless carbon dioxide and water. The resulting heat also heats up the catalytic converter and shortens the time until the lambda control starts.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bietet den Vorteil einer sehr einfachen und kostengünstigen Sekundärlufteinblasung, welche sich durch einen besonders niedrigen Energiebedarf bei hoher Heizleistung, um einen Katalysator schnell aufzuheizen, 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. Bevorzugt umfasst das Sekundärluftsystem dabei eine Sekundärluftpumpe, welche die Sekundärluft fördert. Vorzugsweise umfasst das Primärluftsystem einen Luftfilter, wobei das Sekundärluftsystem 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 im Abgassystem vorhandenen unverbrannten Kohlenwasserstoffen, die bei einem Kaltstart entstehen, stromauf des Katalysators zu bewirken. Dadurch kann die Menge an schädlichen Abgasbestandteilen beim Kaltstart reduziert werden, vor allem indem der Katalysator durch die bei der Nachoxidation entstehende Wärme besonders schnell auf Betriebstemperatur aufgeheizt wird. The internal combustion engine according to the invention with the features of claim 1 offers the advantage of a very simple and inexpensive secondary air injection, which is characterized by a particularly low energy requirement with high heating power in order to quickly heat a catalytic converter. According to the invention, this is achieved by an internal combustion engine which comprises a primary air system and a secondary air system. The primary air system provides fresh air, in particular for combustion in a combustion chamber of the internal combustion engine. The secondary air system is set up to divert secondary air from the primary air system. The secondary air system preferably comprises a secondary air pump which conveys the secondary air. The primary air system preferably comprises an air filter, the secondary air system being connected to the air filter in order to branch off the secondary air therefrom. The internal combustion engine is particularly preferably an Otto engine which has a catalytic converter for exhaust gas aftertreatment. The secondary air system is preferably provided for a cold start of the internal combustion engine in order to bring about a post-oxidation of unburned hydrocarbons present in the exhaust system, which arise during a cold start, upstream of the catalytic converter. As a result, the amount of harmful exhaust gas components can be reduced during a cold start, above all in that the catalytic converter is heated particularly quickly to operating temperature by the heat generated during post-oxidation.
Weiterhin umfasst das Sekundärluftsystem einen Sekundärluftkanal, welcher das Primärluftsystem mit dem Abgaskanal verbindet, also durch welchen die Sekundärluft zum Abgaskanal geleitet wird. Der Sekundärluftkanal weist dabei einen Rückflussbegrenzer auf, durch welchen die Sekundärluft hindurchströmt. Das heißt, der Rückflussbegrenzer ist ein Teil des, beispielsweise rohrförmigen, Sekundärluftkanals, sodass die Sekundärluft in jedem Betriebszustand den Rückflussbegrenzer zwangsläufig durchströmen muss. Der Rückflussbegrenzer ist dabei in Einblaserichtung, das heißt, vom Primärluftsystem in Richtung des Abgaskanals, und in eine zur Einblaserichtung entgegengesetzte Rückflussrichtung durchströmbar ausgebildet. Dabei weist der Rückflussbegrenzer dabei einen ersten Strömungswiderstand für die in Einblaserichtung hindurchströmende Sekundärluftströmung auf. In der Rückflussrichtung weist der Rückflussbegrenzer einen zweiten Strömungswiderstand auf. Der zweite Strömungswiderstand ist dabei, insbesondere signifikant, größer als der erste Strömungswiderstand. Vorzugsweise ist der Rückflussbegrenzer dabei so ausgebildet, um bei einer Durchströmung in der Rückflussrichtung einen zweiten Druckverlust zu erzeugen, welcher signifikant größer als ein erster Druckverlust bei Durchströmung in Einblaserichtung ist. Durch den größeren zweiten Strömungswiderstand erschwert der Rückflussbegrenzer ein Durchströmen des Sekundärluftkanals in Rückflussrichtung. Das heißt, ein Einströmen von Abgasen in das Sekundärluftsystem wird durch den Rückflussbegrenzer beschränkt, wobei insbesondere dennoch ein geringfügiges Rückströmen von Abgasen in Rückflussrichtung möglich ist. Insbesondere ist somit kein vollständiger Verschluss des Sekundärluftkanals durch den Rückflussbegrenzer in und entgegen der Strömungsrichtung der Sekundärluft vorgesehen. Das heißt, vorzugsweise erlaubt der Rückflussbegrenzer in jedem Betriebszustand ein Hindurchströmen der Sekundärluft, was mit einer in jedem Betriebszustand durchgängigen, insbesondere kontinuierlichen, Stromlinie beschrieben werden kann. Besonders bevorzugt weist der Rückflussbegrenzer dabei einen freien unverschlossenen Strömungskanal auf, welcher in jedem Betriebszustand durchströmbar ist. Bevorzugt ist der Rückflussbegrenzer dabei als passives Bauteil, besonders bevorzugt ohne bewegliche Teile, ausgebildet. Die unterschiedlichen Strömungswiderstände bezüglich der beiden Durchströmungsrichtungen des Rückflussbegrenzers können dabei auf vielfältige Weise konstruktiv erzielt werden. Beispielsweise sind entsprechende Querschnittsübergänge von Rohrleitungen möglich. Eine mögliche Alternative ist ein sogenanntes Teslaventil. Furthermore, the secondary air system comprises a secondary air duct which connects the primary air system with the exhaust gas duct, that is to say through which the secondary air is conducted to the exhaust gas duct. The secondary air duct has a backflow limiter through which the secondary air flows. That is, the backflow limiter is part of the, for example tubular, secondary air duct, so that the secondary air must inevitably flow through the backflow limiter in every operating state. The return flow limiter is designed so that it can flow through in the injection direction, that is, from the primary air system in the direction of the exhaust gas duct, and in a return flow direction opposite to the injection direction. The backflow limiter has a first flow resistance for the secondary air flow flowing through it in the injection direction. In the backflow direction, the backflow limiter has a second flow resistance. The second flow resistance is, in particular significantly, greater than the first flow resistance. The backflow limiter is preferably designed in such a way as to generate a second pressure loss when there is a flow in the backflow direction, which is significantly greater than a first pressure loss when there is flow in the injection direction. Due to the larger second flow resistance, the backflow limiter makes it more difficult to flow through the secondary air duct in the backflow direction. That is, an inflow of exhaust gases into the secondary air system is restricted by the backflow limiter, but in particular a slight backflow of exhaust gases into the secondary air system Backflow direction is possible. In particular, a complete closure of the secondary air channel by the backflow limiter is not provided in and against the direction of flow of the secondary air. That is to say, the backflow limiter preferably allows the secondary air to flow through in every operating state, which can be described with a continuous, in particular continuous, streamline in every operating state. The backflow limiter particularly preferably has a free, unclosed flow channel through which a flow can flow in any operating state. The backflow limiter is preferably designed as a passive component, particularly preferably without moving parts. The different flow resistances with regard to the two flow directions of the backflow limiter can be achieved constructively in a variety of ways. For example, corresponding cross-sectional transitions of pipelines are possible. A possible alternative is a so-called Teslav valve.
Somit bietet die Brennkraftmaschine mit dem Sekundärluftsystem eine sehr einfache und zuverlässige Konstruktion, welche mit niedrigem konstruktiven Aufwand ein Rückströmen von Abgasen in das Sekundärluftsystem effizient vermindern kann. Insbesondere kann durch den Rückflussbegrenzer beispielsweise auf schaltbare Ventile zum Verhindern der Rückströmung, welche teuer, aufwendig und fehleranfällig sind, verzichtet werden. Zudem ermöglicht der Rückflussbegrenzer durch die passive Funktionalität eine sehr gut an die stark instationäre Abgasströmung angepasste Sekundärluftströmung, da ein Rückströmen von Abgasen in das Sekundärluftsystem effizient vermieden wird, und somit eine größere Sekundärluftmenge eingeblasen werden kann. Dadurch kann eine homogenere Nachreaktion der Abgase erreicht werden, um direkt niedrige Schadstoffkonzentrationen im Abgas zu erhalten und zudem um durch die dabei entstehende Wärme eine hohe Heizleistung zum Aufheizen des Katalysators zu erzielen. Thus, the internal combustion engine with the secondary air system offers a very simple and reliable construction which can efficiently reduce a backflow of exhaust gases into the secondary air system with little construction effort. In particular, the backflow limiter makes it possible, for example, to dispense with switchable valves for preventing backflow, which are expensive, complex and prone to errors. In addition, thanks to its passive functionality, the backflow limiter enables a secondary air flow that is very well adapted to the highly unsteady exhaust gas flow, since a back flow of exhaust gases into the secondary air system is efficiently avoided and a larger amount of secondary air can thus be blown in. As a result, a more homogeneous post-reaction of the exhaust gases can be achieved in order to directly obtain low concentrations of pollutants in the exhaust gas and, in addition, to achieve a high heating output for heating the catalytic converter through the resulting heat.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. The subclaims show preferred developments of the invention.
Bevorzugt ist der zweite Strömungswiderstand um mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 30 %, bevorzugt mindestens 50 %, und besonders bevorzugt mindestens 70 %, größer als der erste Strömungswiderstand. Dadurch blockiert der Rückflussbegrenzer zuverlässig eine starke Rückströmung in der Rückflussrichtung. The second flow resistance is preferably at least 10%, preferably at least 30%, preferably at least 50%, and particularly preferably at least 70%, greater than the first flow resistance. Thereby the backflow limiter reliably blocks a strong backflow in the backflow direction.
Besonders bevorzugt weist der Rückflussbegrenzer eine sich in Einblaserichtung verjüngende düsenförmige Tellerscheibe auf. Die Tellerscheibe verjüngt sich dabei in Einblaserichtung hin zu einem minimalen Durchflussquerschnitt. Beispielsweise kann die Tellerscheibe dabei als sich konisch verjüngende Düse ausgebildet sein. Alternativ kann auch eine trompetenförmige Düse mit gekrümmten Verlauf als Tellerscheibe verwendet werden. Besonders bevorzugt ist die Tellerscheibe blechartig ausgebildet. Durch eine derartige Tellerscheibe ergibt sich auf besonders einfache Art und Weise ein von der Richtung der Durchströmung abhängiger Strömungswiderstand des Rückflussbegrenzers. The backflow limiter particularly preferably has a nozzle-shaped plate washer which tapers in the direction of injection. The plate disc tapers in the direction of injection to a minimal flow cross-section. For example, the plate washer can be designed as a conically tapering nozzle. Alternatively, a trumpet-shaped nozzle with a curved profile can be used as a cup washer. The plate washer is particularly preferably designed like a sheet metal. Such a washer results in a particularly simple manner in which the flow resistance of the backflow limiter is dependent on the direction of the flow.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Rückflussbegrenzer mehrere in Einblaserichtung hintereinander angeordnete Tellerscheiben aufweist. Solche gestapelten Tellerscheiben bieten dabei einen noch besseren Blockageeffekt, also einen höheren zweiten Strömungswiderstand in Rückflussrichtung, wobei der erste Strömungswiderstand niedrig gehalten wird, um eine effiziente Einblasung der Sekundärluft zu erhalten. Vorzugsweise sind die Tellerscheiben dabei jeweils in gleichmäßigen Abständen nacheinander entlang der Einblaserichtung angeordnet. It is particularly advantageous if the backflow limiter has a plurality of cup washers arranged one behind the other in the injection direction. Such stacked cup washers offer an even better blocking effect, that is to say a higher second flow resistance in the return flow direction, the first flow resistance being kept low in order to obtain an efficient injection of the secondary air. The cup washers are preferably arranged one after the other at regular intervals along the blowing direction.
Weiter bevorzugt weisen die mehreren Tellerscheiben entlang der Einblaserichtung jeweils zunehmend größere minimale Durchflussquerschnitte auf. Vorzugsweise nehmen die Durchflussquerschnitte dabei gleichmäßig, insbesondere linear, zu. Dadurch ergibt sich entlang der Rückflussrichtung eine progressive Hemmung der Rückströmung, was sich besonders günstig auf einen hohen zweiten Strömungswiderstand auswirkt. Insbesondere wird hierdurch auch ein zu starker Blockageeffekt des Rückflussbegrenzers in der Einblaserichtung vermieden, da die Tellerscheiben vorzugsweise einen größeren minimaler Durchflussquerschnitt aufweisen können, wobei entgegengesetzt in der Rückflussrichtung dennoch ein ausreichend großer zweiter Strömungswiderstand erzielbar ist. More preferably, the plurality of cup washers each have increasingly larger minimum flow cross-sections along the injection direction. The flow cross-sections preferably increase uniformly, in particular linearly. This results in a progressive inhibition of the return flow along the return flow direction, which has a particularly favorable effect on a high second flow resistance. In particular, this also avoids an excessive blocking effect of the backflow limiter in the injection direction, since the cup washers can preferably have a larger minimum flow cross-section, although a sufficiently large second flow resistance can still be achieved in the opposite direction in the backflow direction.
Vorteilhafterweise weisen die mehreren Tellerscheiben entlang der Einblaserichtung zunehmend kleinere axiale Längen auf. Vorzugsweise nehmen die axialen Längen der mehreren Tellerscheiben dabei in Einblaserichtung gleichmäßig, insbesondere linear, ab. Dadurch können zu dem im vorangehenden Absatz analoge Effekte und Vorteile erzielt werden. Advantageously, the plurality of cup washers have increasingly smaller axial lengths along the blowing direction. The axial lengths of the plurality of cup washers preferably take in the blowing direction evenly, especially linearly. As a result, effects and advantages analogous to those in the preceding paragraph can be achieved.
Bevorzugt ragt der Rückflussbegrenzer zumindest teilweise in den Abgaskanal hinein. Dadurch streicht die sehr heiße Abgasströmung aus einem Brennraum der Brennkraftmaschine über den Rückflussbegrenzer darüber und/oder durch diesen hindurch, beispielsweise, wenn der Rückflussbegrenzer eine offene Konstruktion aufweist. Dadurch kann der Rückflussbegrenzer von möglichen Ablagerungen, beispielsweise Rußablagerungen, frei gebrannt werden, wodurch sich eine besonders lange Lebensdauer und eine gleichmäßige, zuverlässige Funktion des Sekundärluftsystems erreichen lässt. The return flow limiter preferably protrudes at least partially into the exhaust gas duct. As a result, the very hot exhaust gas flow from a combustion chamber of the internal combustion engine sweeps over and / or through the return flow limiter, for example if the return flow limiter has an open design. As a result, the backflow limiter can be burned free of possible deposits, for example soot deposits, as a result of which a particularly long service life and a uniform, reliable function of the secondary air system can be achieved.
Vorzugsweise mündet der Sekundärluftkanal innerhalb des Abgaskanals in einen Ventilschatten eines Auslassventils der Brennkraftmaschine. Das heißt, der Sekundärluftkanal ragt ausgehend von einer inneren Wandung des Abgaskanals bis in den Abgaskanal hinein und endet innerhalb des Ventilschattens. Als Ventilschatten wird dabei eine brennraumabgewandte Projektion eines Ventiltellers des Auslassventils entlang einer axialen Richtung des Auslassventils angesehen. Vorzugsweise ist die axiale Richtung dabei im Wesentlichen parallel zu einer Ausströmrichtung, entlang welcher das Abgas aus dem Brennraum ausströmt, ausgerichtet. Der Sekundärluftkanal mündet somit vorzugsweise nahe an einem Ventilschaft des Auslassventils und in Durchströmungsrichtung des Abgaskanals betrachtet hinter dem Ventilteller in den Abgaskanal. In diesem Bereich kann insbesondere während des Ausströmens der Abgase aus dem Brennraum ein Rückströmungsgebiet vorliegen, wobei durch eine starke Verwirbelung in diesem Rückströmungsgebiet eine besonders gute Vermischung der Abgase mit der Sekundärluft erreicht werden kann. The secondary air duct preferably opens into a valve shade of an exhaust valve of the internal combustion engine within the exhaust duct. That is, the secondary air duct, starting from an inner wall of the exhaust duct, protrudes into the exhaust duct and ends inside the valve shade. A projection of a valve disk of the exhaust valve facing away from the combustion chamber along an axial direction of the exhaust valve is regarded as a valve shadow. The axial direction is preferably oriented essentially parallel to an outflow direction along which the exhaust gas flows out of the combustion chamber. The secondary air channel thus preferably opens into the exhaust gas channel close to a valve stem of the exhaust valve and, viewed in the flow direction of the exhaust gas channel, behind the valve disk. In this area, there can be a backflow area, especially during the outflow of the exhaust gases from the combustion chamber, whereby a particularly good mixing of the exhaust gases with the secondary air can be achieved by strong turbulence in this backflow area.
Weiter bevorzugt liegt die Einblaserichtung an einem Auslassende des Sekundärluftkanals im Wesentlichen entgegengesetzt zu einer Hauptabgasströmungsrichtung. Die Hauptabgasströmungsrichtung ist dabei die mittlere Richtung des den Abgaskanal durchströmenden Abgases, also vom Brennraum weg weisend und insbesondere einer Kontur des Abgaskanals folgend. Dadurch können die beim Umströmen des Auslassventils auftretende dynamische Effekte der stark instationären Abgasströmung optimal genutzt werden für eine besonders gute Durchmischung von Sekundärluft und Abgas. Besonders günstig ist es, wenn der Sekundärluftkanal außerhalb des Ventilschattens in den Abgaskanal mündet. Das heißt, der Sekundärluftkanal mündet insbesondere in einem Bereich des Abgaskanals, innerhalb welchem eine Strömungsrichtung im Wesentlichen der Geometrie des Abgaskanals folgt und vom Brennraum weg weist. Besonders bevorzugt liegt das Auslassende des Sekundärluftkanals dabei in einer Wandung des Abgaskanals. Vorzugsweise liegt die Einblaserichtung am Auslassende des Sekundärluftkanals dabei im Wesentlichen in Abgasströmungsrichtung, das heißt, die Einblaserichtung und die Abgasströmungsrichtung sind am Auslassende im Wesentlichen parallel zueinander, oder schließen einen spitzen Winkel zwischen sich ein, und zeigen in dieselbe Richtung. Dadurch können ebenfalls, beispielsweise durch das Vorbeistreichen der Abgasströmung am Auslassende, dynamische Effekte der stark instationären Abgasströmung genutzt werden, um eine besser mit der Abgasströmung synchronisierte Sekundärlufteinblasung zu erhalten. More preferably, the injection direction at an outlet end of the secondary air duct is essentially opposite to a main exhaust gas flow direction. The main exhaust gas flow direction is the middle direction of the exhaust gas flowing through the exhaust gas duct, that is to say pointing away from the combustion chamber and in particular following a contour of the exhaust gas duct. As a result, the dynamic effects of the highly unsteady exhaust gas flow that occur when the flow around the exhaust valve is used can be optimally used for particularly good mixing of secondary air and exhaust gas. It is particularly favorable if the secondary air duct opens into the exhaust duct outside the valve shadow. That is to say, the secondary air duct opens in particular in a region of the exhaust gas duct within which a flow direction essentially follows the geometry of the exhaust gas duct and points away from the combustion chamber. The outlet end of the secondary air duct is particularly preferably located in a wall of the exhaust duct. Preferably, the injection direction at the outlet end of the secondary air duct is essentially in the exhaust gas flow direction, i.e. the injection direction and the exhaust gas flow direction are essentially parallel to one another at the outlet end, or form an acute angle between them and point in the same direction. As a result, dynamic effects of the highly unsteady exhaust gas flow can also be used, for example by the exhaust gas flow sweeping past the outlet end, in order to obtain a secondary air injection that is better synchronized with the exhaust gas flow.
Besonders bevorzugt umfasst die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder, insbesondere mindestens zwei Zylinder, mit jeweils einem Rückflussbegrenzer pro Zylinder. Das heißt, pro Zylinder erfolgt jeweils separat eine Sekundärlufteinblasung in den entsprechenden vom Zylinder stromabwärts weg führenden Abgaskanal. Dabei ist vorzugsweise jeweils ein Rückflussbegrenzer pro Zylinder vorgesehen ist, um eine Rückströmung von Abgasen in das Sekundärluftsystem zu vermeiden bzw. möglichst gering zu halten. Alternativ können bevorzugt auch mehr als ein Abgaskanal pro Zylinder vorgesehen sein, wobei für jeden Abgaskanal jeweils ein Sekundärluftkanal mit jeweils einem Rückflussbegrenzer vorgesehen sein kann. Stromab der Sekundärlufteinblasestellen können die Abgaskanäle vorzugsweise in einem Abgas-Sammler zusammengeführt werden, wobei insbesondere noch weiter stromab bevorzugt der einzige Katalysator der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. The internal combustion engine particularly preferably comprises a plurality of cylinders, in particular at least two cylinders, each with a return flow limiter per cylinder. That is, for each cylinder there is a separate injection of secondary air into the corresponding exhaust duct leading away from the cylinder downstream. In this case, a backflow limiter is preferably provided per cylinder in order to avoid a backflow of exhaust gases into the secondary air system or to keep it as low as possible. Alternatively, more than one exhaust gas duct per cylinder can preferably also be provided, it being possible for a secondary air duct, each with a backflow limiter, to be provided for each exhaust gas duct. Downstream of the secondary air injection points, the exhaust gas ducts can preferably be brought together in an exhaust gas collector, with the single catalytic converter of the internal combustion engine preferably being provided even further downstream.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
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: Figur 1 eine vereinfachte schematische Ansicht einerExemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. Identical or functionally identical components are always provided with the same reference symbols. In the drawing is: Figure 1 is a simplified schematic view of a
Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Internal combustion engine according to a first embodiment of the invention,
Figur 2 eine Detailansicht der Figur 1 , Figure 2 is a detailed view of Figure 1,
Figur 3 eine vereinfachte schematische Detailansicht einerFigure 3 is a simplified schematic detailed view of a
Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Internal combustion engine according to a second embodiment of the invention,
Figur 4 eine vereinfachte schematische Detailansicht einerFigure 4 is a simplified schematic detailed view of a
Brennkraftmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Internal combustion engine according to a third embodiment of the invention, and
Figur 5 eine vereinfachte schematische Detailansicht einerFigure 5 is a simplified schematic detailed view of a
Brennkraftmaschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Internal combustion engine according to a fourth embodiment of the invention.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Die Figur 1 zeigt eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 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. FIG. 1 shows a greatly simplified schematic view of an internal combustion engine 10 according to a first exemplary embodiment of the invention. The internal combustion engine 10 comprises a primary air system 1 in order to provide fresh air to a combustion chamber 4. The primary air system 1 has an air filter 12, from which the fresh air is guided via a primary air duct 14 to the combustion chamber 4 and there is admitted into the combustion chamber 4 at an inlet valve 13. A throttle valve 15 is also provided in the primary air duct 14 to regulate the amount of fresh air.
Weiter umfasst die Brennkraftmaschine 10 einen Abgaskanal 7, welcher an einem Auslassventil 3 vom Brennraum 4 stromabwärts weg führt, um Abgase aus dem Brennraum 4 abzuleiten. Das Auslassventil 3 kann dabei eine Durchlassöffnung 5 am Brennraum 4 freigeben und verschließen, um das Ausströmen der Abgase aus dem Brennraum 4 freizugeben bzw. zu verhindern. Im Abgaskanal 7 ist ein Katalysator 71 vorgesehen. Um während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine 10 eine Nachreaktion unverbrannter Kohlenwasserstoffe, zur Reduktion schädlicher Abgasbestandteile sowie zum möglichst schnellen Aufheizen des Katalysators 71, zu ermöglichen, umfasst die Brennkraftmaschine 10 außerdem 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 Abgasströmungsrichtung 75 des Abgaskanals 7 stromauf des Katalysators 71 in den Abgaskanal 7 eingeblasen. The internal combustion engine 10 further comprises an exhaust gas duct 7, which leads downstream away from the combustion chamber 4 at an outlet valve 3 in order to divert exhaust gases from the combustion chamber 4. The outlet valve 3 can open and close a passage opening 5 on the combustion chamber 4 in order to open or prevent the exhaust gases from flowing out of the combustion chamber 4. A catalytic converter 71 is provided in the exhaust gas duct 7. In order to enable a post-reaction of unburned hydrocarbons during a cold start phase of the internal combustion engine 10 to reduce harmful exhaust gas components and to heat up the catalytic converter 71 as quickly as possible, the internal combustion engine 10 also includes a secondary air system 2. The secondary air system 2 branches off and conducts secondary air from the primary air system 1 during a cold start the secondary air into the exhaust gas duct 7. The secondary air is blown into the exhaust gas duct 7 upstream of the catalytic converter 71 with respect to an exhaust gas flow direction 75 of the exhaust gas duct 7.
Das Sekundärluftsystem 2 umfasst einen Sekundärluftkanal 8 mit einem Rückflussbegrenzer 9. Der Sekundärluftkanal 8 verbindet den Luftfilter 12 mit dem Abgaskanal 7, um in Einblaserichtung A die Sekundärluft in den Abgaskanal einzublasen. Der Rückflussbegrenzer 9 ist dabei unmittelbar an den AbgaskanalThe secondary air system 2 comprises a secondary air duct 8 with a backflow limiter 9. The secondary air duct 8 connects the air filter 12 to the exhaust duct 7 in order to blow the secondary air into the exhaust duct in the blow-in direction A. The backflow limiter 9 is directly on the exhaust duct
7 angrenzend angeordnet und weist ein Auslassende 81 des Sekundärluftkanals7 arranged adjacent and has an outlet end 81 of the secondary air duct
8 auf. Der Rückflussbegrenzer 9 ist dabei so ausgebildet, dass dieser für die hindurchströmende Sekundärluftströmung in Einblaserichtung A einen ersten Strömungswiderstand aufweist. Gegenüber einer der Einblaserichtung A entgegengesetzten Strömung in Rückflussrichtung B bietet der Rückflussbegrenzer 9 einen zweiten Strömungswiderstand, welcher um mindestens 30% größer ist als der erste Strömungswiderstand. Dadurch wird auf sehr einfache Art und Weise und zuverlässig verhindert, dass ein größeres Volumen an Abgasen vom Abgaskanal 7 in den Sekundärluftkanal 8 einströmen können. 8 on. The backflow limiter 9 is designed in such a way that it has a first flow resistance for the secondary air flow flowing through it in the injection direction A. Compared to a flow opposite to the injection direction A in the return flow direction B, the return flow limiter 9 offers a second flow resistance which is at least 30% greater than the first flow resistance. This prevents, in a very simple and reliable manner, a larger volume of exhaust gases from being able to flow from the exhaust gas duct 7 into the secondary air duct 8.
Im in der Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel weist das Sekundärluftsystem 2 einen sehr einfachen Aufbau ohne Sekundärluftpumpe auf. Durch die stark instationäre Abgasströmung im Abgaskanal 7 wird dabei passiv eine Sekundärlufteinblasung erzielt. Im Detail wird dies dadurch erreicht, dass zwischen den aus dem Brennraum 4 austretenden Abgaspulsen, welche sehr hohe Druckspitzen aufweisen, jeweils ein Unterdrück im Abgaskanal 7 vorherrscht, welcher die Sekundärluft in den Abgaskanal 7 einsaugt. Durch den Rückflussbegrenzer 9 wird dabei verhindert, dass während der Abgaspulse eine größere Menge an Abgasen das Sekundärluftsystem 2 einströmen kann. Es sei jedoch angemerkt, dass im Sekundärluftsystem 2 vorteilhafterweise auch eine Sekundärluftpumpe eingesetzt werden kann, um eine besonders große Menge an Sekundärluft einblasen zu können. Eine solche Sekundärluftpumpe wäre vorzugsweise in den Sekundärluftkanal 8 integriert. Der Aufbau und die Funktionsweise des Rückflussbegrenzers 9 ist im Detail in Zusammenhang mit der Figur 2 beschrieben, welche eine Detailansicht der Figur 1 zeigt. Um den gegenüber dem ersten Strömungswiderstand signifikant höheren zweiten Strömungswiderstand zu erreichen, weist der Rückflussbegrenzer 9 mehrere in Einblaserichtung A hintereinander angeordnete Tellerscheiben 91 auf. Die Einblaserichtung A ist dabei parallel zu einer Kanalachse 85, entlang welcher sich der Rückflussbegrenzer 9 und ein daran angrenzender Abschnitt des Sekundärluftkanals 8 erstreckt. Die Tellerscheiben 91 sind jeweils düsenförmig als sich ausgehend von einem Innendurchmesser 92 des Sekundärluftkanals 8 trompetenförmig verjüngende Bleche ausgebildet. Diese Bleche verjüngen sich zu einer Durchgangsöffnung mit einem minimalen Durchflussquerschnitt 91a hin. Die Durchflussquerschnitte 91a der mehreren Tellerscheiben 91 nehmen dabei entlang der Einblaserichtung A zu. Zudem weisen die Tellerscheiben 91 jeweils entlang der Einblaserichtung A abnehmende axiale Längen 91b auf. Die Tellerscheiben 91 bewirken somit jeweils eine Einschnürung des freien Strömungskanals, durch welchen die Sekundärluftströmung strömt. Die spezielle in Richtung Abgaskanal 7 weisende Ausrichtung der blechförmigen Tellerscheiben bewirkt dabei, dass der zweite Strömungswiderstand in Rückflussrichtung B deutlich größer als der erste Strömungswiderstand in der Einblaserichtung A ist. In the first exemplary embodiment shown in FIG. 1, the secondary air system 2 has a very simple structure without a secondary air pump. The highly unsteady flow of exhaust gas in the exhaust gas duct 7 causes a passive injection of secondary air. In detail, this is achieved in that between the exhaust gas pulses exiting the combustion chamber 4, which have very high pressure peaks, a negative pressure prevails in the exhaust gas duct 7, which sucks the secondary air into the exhaust gas duct 7. The backflow limiter 9 prevents a larger amount of exhaust gases from flowing into the secondary air system 2 during the exhaust gas pulses. It should be noted, however, that a secondary air pump can advantageously also be used in the secondary air system 2 in order to be able to blow in a particularly large amount of secondary air. Such a secondary air pump would preferably be integrated into the secondary air duct 8. The structure and the mode of operation of the backflow limiter 9 is described in detail in connection with FIG. 2, which shows a detailed view of FIG. In order to achieve the second flow resistance, which is significantly higher than the first flow resistance, the backflow limiter 9 has a plurality of cup washers 91 arranged one behind the other in the injection direction A. The injection direction A is parallel to a channel axis 85, along which the return flow limiter 9 and an adjacent section of the secondary air channel 8 extend. The plate disks 91 are each designed in the form of a nozzle as metal sheets tapering in the shape of a trumpet, starting from an inner diameter 92 of the secondary air duct 8. These metal sheets taper towards a through opening with a minimal flow cross section 91a. The flow cross-sections 91a of the plurality of cup washers 91 increase along the injection direction A. In addition, the cup washers 91 each have decreasing axial lengths 91b along the blow-in direction A. The cup washers 91 thus each cause a constriction of the free flow channel through which the secondary air flow flows. The special alignment of the sheet-metal plate washers pointing in the direction of the exhaust gas duct 7 has the effect that the second flow resistance in the return flow direction B is significantly greater than the first flow resistance in the injection direction A.
Die Figur 3 zeigt eine vereinfachte schematische Detailansicht einer Brennkraftmaschine 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel der Figur 1, mit dem Unterschied, dass der Rückflussbegrenzer 9 vollständig bis in den Abgaskanal 7 hineinragt. Dadurch wird bewirkt, dass die auf den Rückflussbegrenzer 9 auftreffende sehr heiße Abgasströmung einen Rußabbrand von Rußablagerungen am oder innerhalb des Rückflussbegrenzers 9 ermöglicht. FIG. 3 shows a simplified schematic detailed view of an internal combustion engine 10 according to a second exemplary embodiment of the invention. The second exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment in FIG. 1, with the difference that the return flow limiter 9 protrudes completely into the exhaust gas duct 7. This has the effect that the very hot exhaust gas flow impinging on the backflow limiter 9 enables soot to burn off soot deposits on or within the backflow limiter 9.
Die Figur 4 zeigt eine vereinfachte schematische Detailansicht einer Brennkraftmaschine 10 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel der Figur 3, wobei der Sekundärluftkanal 8 in einen Ventilschatten 31 des Auslassventils 3 mündet. Das Auslassende 81 des Sekundärluftkanals 8 liegt dabei innerhalb des Ventilschattens 31 und nahe an einem Ventilschaft 33 des Auslassventils 3. Der Ventilschatten 31 ist dabei definiert als eine Projektion eines Außendurchmessers eines Ventiltellers 34 entlang einer Ventilachse 35 und in Hauptabgasströmungsrichtung 75 hinter dem Ventilelement 34. Insbesondere kann innerhalb dieses Ventilschattens 31 ein Rückströmungsgebiet vorliegen, in welchem das Abgas entgegengesetzt derFIG. 4 shows a simplified schematic detailed view of an internal combustion engine 10 according to a third exemplary embodiment of the invention. The third exemplary embodiment essentially corresponds to the second exemplary embodiment in FIG. 3, the secondary air duct 8 opening into a valve shade 31 of the outlet valve 3. The outlet end 81 of the secondary air duct 8 lies within the valve shade 31 and close to it a valve stem 33 of the outlet valve 3. The valve shade 31 is defined as a projection of an outer diameter of a valve disk 34 along a valve axis 35 and in the main exhaust gas flow direction 75 behind the valve element 34
Hauptabgasströmungsrichtung 75 strömen kann, und in welchem eine hohe Verwirbelung der Abgasströmung vorliegt. Der Sekundärluftkanal 8 ist dabei so angeordnet, dass die Einblaserichtung A am Auslassende 81 im Wesentlichen entgegengesetzt zur Abgasströmungsrichtung 75 der aus dem Brennraum 4 austretenden Abgase liegt, um eine optimale Vermischung von Abgasen undMain exhaust gas flow direction 75 can flow, and in which there is a high degree of turbulence in the exhaust gas flow. The secondary air duct 8 is arranged in such a way that the injection direction A at the outlet end 81 is essentially opposite to the exhaust gas flow direction 75 of the exhaust gases emerging from the combustion chamber 4 in order to ensure optimal mixing of exhaust gases and
Sekundärluft zu erhalten. To get secondary air.
Die Figur 5 zeigt eine vereinfachte schematische Detailansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem zweitenFIG. 5 shows a simplified schematic detailed view of an internal combustion engine according to a fourth exemplary embodiment of the invention. The fourth exemplary embodiment corresponds essentially to the second
Ausführungsbeispiel der Figur 3 mit einerweiteren alternativen Gestaltung des auslassseitigen Endes des Sekundärluftkanals 8. Im vierten Beispiel ist das Auslassende 81 des Sekundärluftkanals 8 außerhalb des Ventilschattens 31 angeordnet und zudem so ausgerichtet, dass die Einblaserichtung A am Auslassende 80 im Wesentlichen in die Abgasströmungsrichtung 75 zeigt. Durch das Vorbeistreichen der Abgasströmung im Wesentlichen in dieselbe Richtung können die dynamischen Effekte der instationären Strömung besonders gut ausgenutzt werden, um eine möglichst große Menge an Sekundärluft einzublasen. Embodiment of Figure 3 with a further alternative design of the outlet end of the secondary air duct 8. In the fourth example, the outlet end 81 of the secondary air duct 8 is arranged outside the valve shade 31 and also oriented so that the injection direction A at the outlet end 80 essentially points in the exhaust gas flow direction 75. By sweeping past the exhaust gas flow essentially in the same direction, the dynamic effects of the unsteady flow can be used particularly well in order to blow in the largest possible amount of secondary air.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Brennkraftmaschine, umfassend: ein Primärluftsystem (1), zur Bereitstellung von Frischluft, und ein Sekundärluftsystem (2), welches eingerichtet ist, Sekundärluft von dem Primärluftsystem (1) abzuzweigen und in einen Abgaskanal (7) einzublasen, 1. Internal combustion engine, comprising: a primary air system (1) for providing fresh air, and a secondary air system (2) which is set up to branch off secondary air from the primary air system (1) and to blow it into an exhaust duct (7),
- wobei das Sekundärluftsystem (2) einen Sekundärluftkanal (8) aufweist, welcher das Primärluftsystem (1) mit dem Abgaskanal (7) verbindet,- wherein the secondary air system (2) has a secondary air duct (8) which connects the primary air system (1) with the exhaust gas duct (7),
- wobei der Sekundärluftkanal (8) einen Rückflussbegrenzer (9) aufweist, welcher jeweils in Einblaserichtung (A) und in Rückflussrichtung (B) entgegen der Einblaserichtung (A) durchströmbar ausgebildet ist, - wherein the secondary air duct (8) has a backflow limiter (9) which can be flown through in the injection direction (A) and in the backflow direction (B) against the injection direction (A),
- wobei der Rückflussbegrenzer (9) in der Einblaserichtung (A) einen ersten Strömungswiderstand aufweist und in der Rückflussrichtung (B) einen zweiten Strömungswiderstand aufweist, und - wherein the backflow limiter (9) has a first flow resistance in the injection direction (A) and has a second flow resistance in the return flow direction (B), and
- wobei der zweite Strömungswiderstand größer als der erste Strömungswiderstand ist. - The second flow resistance is greater than the first flow resistance.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , wobei der zweite Strömungswiderstand um mindestens 10%, insbesondere mindestens 30%, bevorzugt mindestens 50%, besonders bevorzugt mindestens 70%, größer ist als der erste Strömungswiderstand. 2. Internal combustion engine according to claim 1, wherein the second flow resistance is greater than the first flow resistance by at least 10%, in particular at least 30%, preferably at least 50%, particularly preferably at least 70%.
3. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rückflussbegrenzer (9) eine sich in Einblaserichtung (A) zu einem minimalen Durchflussquerschnitt (91a) hin verjüngende düsenförmige Tellerscheibe (91) aufweist. 3. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, wherein the backflow limiter (9) has a nozzle-shaped plate disk (91) which tapers in the injection direction (A) to a minimum flow cross-section (91a).
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, wobei der Rückflussbegrenzer (9) mehrere in Einblaserichtung (A) hintereinander angeordnete Tellerscheiben (91) aufweist. 4. Internal combustion engine according to claim 3, wherein the backflow limiter (9) has a plurality of cup washers (91) arranged one behind the other in the injection direction (A).
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, wobei die mehreren Tellerscheiben (91) in Einblaserichtung (A) zunehmend größere minimale Durchflussquerschnitte (91a) aufweisen. 5. Internal combustion engine according to claim 4, wherein the plurality of cup washers (91) have increasingly larger minimum flow cross-sections (91a) in the injection direction (A).
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, wobei die mehreren Tellerscheiben (91) in Einblaserichtung (A) zunehmend kleinere axiale Längen (91b) aufweisen. 6. Internal combustion engine according to claim 4 or 5, wherein the plurality of cup washers (91) in the injection direction (A) have increasingly smaller axial lengths (91b).
7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rückflussbegrenzer (9) zumindest teilweise in den Abgaskanal (7) hineinragt. 7. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, wherein the backflow limiter (9) protrudes at least partially into the exhaust duct (7).
8. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sekundärluftkanal (8) innerhalb des Abgaskanals (7) in einen Ventilschatten (31) eines Auslassventils (3) der Brennkraftmaschine (10) mündet. 8. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, wherein the secondary air duct (8) opens inside the exhaust gas duct (7) in a valve shade (31) of an outlet valve (3) of the internal combustion engine (10).
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, wobei die Einblaserichtung (A) an einem Auslassende (81) des Sekundärluftkanals (8) im Wesentlichen entgegengesetzt einer Abgasströmungsrichtung (75) von aus einem Brennraum (4) austretenden Abgasen liegt. 9. Internal combustion engine according to claim 8, wherein the injection direction (A) at an outlet end (81) of the secondary air duct (8) is essentially opposite to an exhaust gas flow direction (75) of exhaust gases exiting from a combustion chamber (4).
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Sekundärluftkanal (8) außerhalb des Ventilschattens (31) in den Abgaskanal (7) mündet, und insbesondere wobei die Einblaserichtung (A) am Auslassende (81) des Sekundärluftkanals (8) im Wesentlichen in Abgasströmungsrichtung (75) liegt. 10. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, wherein the secondary air duct (8) outside the valve shade (31) opens into the exhaust duct (7), and in particular wherein the injection direction (A) at the outlet end (81) of the secondary air duct (8) in the Is substantially in the exhaust gas flow direction (75).
11. Brennkraftmaschine, umfassend mehrere Zylinder (15) mit jeweils einem Rückflussbegrenzer (9) pro Zylinder (15). 11. Internal combustion engine, comprising a plurality of cylinders (15), each with a backflow limiter (9) per cylinder (15).
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