DE10149280A1

DE10149280A1 - Düsendrosselung mit integrierter Saugrohreinspritzung

Info

Publication number: DE10149280A1
Application number: DE2001149280
Authority: DE
Inventors: Arne Walde
Original assignee: Individual
Current assignee: Walde Lars 63303 Dreieich De
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2002-10-31

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung einer Vorrichtung zur Steuerung der Luft und Kraftstoffmenge in Verbrennungskraftmaschinen zugrunde, mit deren Hilfe bei geringem Regelaufwand eine große Homogenität des Kraftstoff/Luft Gemisches erzielt wird. Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den in Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmalen gelöst.

Das System basiert in seiner extremen Wirkungsweise auf der Nutzung des natürlichen Differenzdruckes von Atmosphäre zum Motorsaugdruck an den Einlaßventilen und erzeugt im Drosselbereich sehr hohe Luftgeschwindigkeiten bis hin zur Schallgeschwindigkeit, basierend auf dem Erreichen des kritischen Druckverhältnisses, also von Ruhedruck Po zum Enddruck am Ende der Düse.

Die Verhältnisse im Umfeld der Kraftstoffzugabe sind also um ein Vielfaches extremer als in allen bekannten Gemischaufbereitungs systemen, da sich hier gebündelte Luftströmungen mit vielfach höheren Geschwindigkeiten einstellen als in Standardsystemen und einen im Quadrat der Geschwindigkeit (v²) hohen Impuls auf den eintretenden Kraftstoff ausüben und diesen zu einer extremen Zerstäubung führen und so die perfekte Homogenität des Gemisches vor den Einlaßventilen erzeugen.

Diese Technik der Zerstäubung des, in das Saugsystem eintretenden Kraftstoffes bei Schallgeschwindigkeit der Ansaugluft, ist richtungs weisend für eine neue Effektivität von Ansaugsystemen.

Der Gesamtwirkungsgrad gemäß dem Patentanspruches 1 erhält eine weitem Steigerung durch Erwärmung der Ansaugluft vor oder nach der Drosselung z. B. durch Aufladung vor oder Wärmetauschung z. B. mit dem Motorkühlmittel nach, bzw. hinter der Drosselung.

Systemcharakteristik

Reibungsfreie Strömung ohne Drosselklappen, - mit Schalldüsen-Drosselung und integrierter, elektronisch gesteuerter Benzineinspritzung. - Nutzung vorhandener Differenzdruckverhältnisse zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades von Ansaugsystemen. = Perfekte Strömungsverhältnisse im Einspritz-Ansaugbereich.

Wirkungsweise

a) Aufbauend auf dem natürlichen Differenzdruckverhältnis (Ruhedruck vor der Drosselung zum Düsenendruck), werden regelbare Düsen in den Saugkanal eingearbeitet, in denen die Ansaugluft im Extremfall, auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt wird. Das geschieht dann, wenn innerhalb der Düsenkonstruktion das kritische Druckverhältnis erreicht wird, bei dem dann die Luft nach Passieren der engsten Stelle auf Überschallgeschwindigkeit expandiert. Der Düsenformation nachgeschaltet (stromaufwärts) ist der Diffusor, der es gestattet den Großteil der kinetischen Luftstromenergie als Druckenergie zurückzugewinnen.
b) Wird in diese Düsenformation Kraftstoff unter einem bestimmten Druck, Winkel und Lage hinter der engsten Stelle, injected, dann erfährt dieser einen, von der Luftgeschwindigkeit abhängig, hohen Impuls [f(v²)]; der mehrere Aktionen zur Folge hat: a.) der flüssige Kraftstoff wird "perfekt zerstäubt" b.) die Gemischtemperatur sinkt und c.) die effektive Ladungsdichte steigt (Sportbetrieb). - Das Resultat dieser Vorgänge ist ein Gemisch mit hoher Dichte vor den Einlaßventilen und dem zusätzlichen Saugeffekt aufgrund der Volumenänderung.
c) Schaltet man vor der beschriebenen Anordnung einen Lader hinzu, dann kann bei entsprechender Auslegung auf einen Zwischenkühler verzichtet werden, die Effektivität des Systems erreicht dann ein absolutes Maximum.
- - Das Konzept ist in alle Benzineinspritzsysteme integrierbar
- - Eine Kraftstoffersparnis liegt in der optimalen Zerstäubungskraft des Konzeptes allgemein.

Vorteile

Verlustfreie Strömungen mit großer Zerstäubungsqualität, sowie thermischer Regelbarkeit der Ladung. - Hohe Effektivität des gesamten Saugsystems. - Einfache und doch optimale Nutzung der normalerweise nur verlustbehafteten Drosselung für top Dynamik (Aero- und Thermo-), und ideale Voraussetzungen für die nahezu perfekte Gemischbildung vor den Einlaßventilen.

Kraftstoffeinsparung, kostengünstige Herstellung und Flexibilität bzw. konstruktive Anpassungs fähigkeit an Motorgröße, Drehzahl u. a. sind die herausragenden Vorteile dieses Projektes.

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoff und/oder Ansaugluftmenge in Verbrennungskraftmaschinen, grundsätzlich bestehend aus einem verschraubbaren, festem Gehäuseteil und einem schwenkbaren, inneren Klappenteil, die, anstelle einer normalen Drosselklappenanordnung im Luftansaugkanal angeordnet ist.
Vorrichtung zur Steuerung der Ansaugluftmenge, die dadurch gekennzeichnet ist, daß diese mit den gehäusefesten Teilen (1), (2), (4) und (5) und der um die Welle (8) schwenkbaren Klappe (3) vereint sind, die gemeinsam in jeder "Offen-Stellung" eine im Querschnitt rechteckige Düsenform nach Venturi bzw. Laval als Schalldüse bilden, in deren Wirkungsbereich vor oder hinter dem engsten Querschnitt die Kraftstoffzugabe, z. B. via Einspritzdüse (6) erfolgt. Die schwenkbare Klappe (3) ist über eine Hebelkinematik mit dem Gaszug verbunden und erfüllt die Kriterien der Ansaugluftdosierung einer normalen Drosselklappe im normalen Fahrbetrieb. Die Vorrichtung kann sowohl im Einzelsaugrohrbetrieb mit je einer einzelnen E-Düse, als auch zentral vor dem Luftsammelrohr mit mehreren Kraftstoff-Einspritzdüsen zur Anwendung kommen.
Die Kraftstoffzugabe, z. B. via Einspritzdüse (6) kann oberhalb oder unterhalb des engsten Querschnittes erfolgen.
Eine Wärmeaustauschung zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades kann, z. B. mit dem Motorkühlmittel Wasser oder anderen Kühlmitteln im Saugrohr (7) vor den Einlaßventilen erfolgen, da bei bestimmten Konditionen, wie etwa extrem hohe Drehzahlen erhebliche Temteraturabsenkungen auftreten können.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der klappenartige Schließkörper (3) mittels einer Rückzugfeder in einer Hebelkinematik, verbunden mit Übertragungswelle (8), mit deren Hilfe die Öffnung und Schließung der Klappe (3) und damit die Kraftstoffzuführung in Abhängigkeit der Luftzuführungsmenge und Klappenstellung und anderen Parametern gesteuert wird gegen die gehäusefesten Körper (1) in geschlossener und (2) in maximal geschlossener fester Lage anliegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der klappenartige Schließkörper (3) als Düsenkounterpart ausgebildet ist und mit dem gehäusefesten Körper (2) in jeder Offen-Stellung eine Venturiform bzw. eine Schalldüse nach Laval darstellt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzuführung in Abhängigkeit von der Luftzudurchflußmenge, Offenstellung der Drossel und anderen Parametern mit einem oder mehreren, elektronisch gesteuerten Einspritzventilen (6) gesteuert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Einspritzventile (6) vor oder hinter der engsten Stelle der Düse und unter unterschiedlicher Winkellage zur Strömungsmittellinie sein kann.