DE102009041955A1

DE102009041955A1 - Suction element for use in controlling system for internal combustion engine, has inlet opening for air flowing in and discharge opening for air flowing out

Info

Publication number: DE102009041955A1
Application number: DE200910041955
Authority: DE
Inventors: Lorenz Bauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2011-03-24

Abstract

The suction element (1) has an inlet opening (2) for air flowing in and a discharge opening (3) for air flowing out. A hollow space (5) lies between the inlet opening and the discharge opening and is limited by an inner side (5') of an output element for flowing through air. An independent claim is also included for a controlling system for controlling the flow rate of intake air of an internal combustion engine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ansaugelement für einen Verbrennungsmotor sowie ein Steuersystem zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors.The present invention relates to a suction member for an internal combustion engine and a control system for controlling the flow rate of the intake air of an internal combustion engine.

Ein wichtiges Problem bei Verbrennungsmotoren ist die Einstellung des jeweils richtigen Luft-Kraftstoff-Gemisches für den jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors bzw. des angetriebenen Fahrzeuges. In einem Vergaser oder Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors strömt die vom Verbrennungsmotor angesaugte Luft durch einen Hohlraum, in der Regel ein Rohr (Ansaugrohr), welches an einer Stelle verjüngt ist. An der Stelle des Hohlraumes mit dem kleinsten Durchmesser ist die Geschwindigkeit der Luft am größten. Üblicherweise wird genau an dieser Stelle bzw. unmittelbar hinter dieser Stelle (stromabwärts) der Kraftstoff zugegeben. Dabei wird der Kraftstoff von der vorbeiströmenden Luft mitgerissen und in der Luft zerstäubt. Hierdurch wird eine möglichst gründliche Vermengung von Kraftstoff in der Luft erreicht. Die für den jeweiligen Betriebs- bzw. Lastzustand des Verbrennungsmotors benötigte Luftmenge wird über geeignete Einstelleinrichtungen im Vergaser oder im Einspritzsystem eingestellt, in der Regel werden hierzu Drosselklappen oder dergleichen verwendet. Bei geringer Last, z. B. Leerlauf oder geringen Drehzahlen wird eine geringe Luftmenge benötigt, und bei hoher Last, also hohen Drehzahlen, wird eine große Luftmenge benötigt. Das allgemeine Problem ist hierbei, auch bei geringen Luftmengen eine zufriedenstellende Vernebelung des Kraftstoffes in der Luft zu erreichen, um eine möglichst vollständige Verbrennung des Kraftstoffes und somit eine höhere Effizienz und geringere Umweltbelastung zu ermöglichen.An important problem with internal combustion engines is the setting of the respectively correct air-fuel mixture for the respective operating state of the internal combustion engine or of the driven vehicle. In a carburetor or injection system of an internal combustion engine, the air taken in by the internal combustion engine flows through a cavity, usually a pipe (intake pipe), which is tapered at one point. At the location of the smallest diameter cavity, the velocity of the air is greatest. Usually, exactly at this point or immediately after this point (downstream) of the fuel is added. The fuel is entrained by the passing air and atomized in the air. As a result, the most thorough possible mixing of fuel in the air is achieved. The amount of air required for the respective operating or load state of the internal combustion engine is adjusted by means of suitable adjusting devices in the carburetor or in the injection system, as a rule throttle valves or the like are used for this purpose. At low load, z. As idle or low speeds, a small amount of air is needed, and at high load, ie high speeds, a large amount of air is needed. The general problem here is to achieve a satisfactory nebulization of the fuel in the air, even at low air volumes, to allow the most complete combustion of the fuel and thus a higher efficiency and lower environmental impact.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine möglichst optimale Vermischung von Luft und Kraftstoff in unterschiedlichen Betriebszuständen eines Verbrennungsmotors zu ermöglichen.The object of the present invention is therefore to enable the best possible mixing of air and fuel in different operating states of an internal combustion engine.

Die obige Aufgabe wird durch ein Ansaugelement für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Ansaugelement umfasst zumindest eine Einlassöffnung für einströmende Luft und eine Auslassöffnung für ausströmende Luft, einen zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung liegenden und durch eine Innenseite des Ansaugelementes begrenzten Hohlraum für durchströmende Luft, wobei die durch die Innenseite begrenzte Querschnittfläche von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung hin zumindest teilweise zu- bzw. abnimmt, und ein im Hohlraum angeordnetes Steuerelement zum Steuern der Strömungsgeschwindigkeit der Luft, welches zumindest teilweise in bzw. gegen die Strömungsrichtung der Luft beweglich angeordnet und in der Gestalt geformt ist, dass eine zwischen der Innenseite des Ansaugelementes und der Außenseite des Steuerelementes gebildeten Querschnittfläche bei einer Bewegung des Steuerelementes zumindest teilweise zu- bzw. abnimmt.The above object is achieved by an intake element for an internal combustion engine according to claim 1. The intake element according to the invention comprises at least one inlet opening for incoming air and an outlet opening for outflowing air, a cavity for air flowing through between the inlet opening and the outlet opening and bounded by an inside of the suction element, wherein the cross-sectional area bounded by the inside faces from the inlet opening to the outlet opening at least partially increasing or decreasing, and a control disposed in the cavity for controlling the flow velocity of the air, which is at least partially arranged movably in and against the flow direction of the air and shaped in that between the inside of the suction and the Outside of the control element formed cross-sectional area at a movement of the control element at least partially increases or decreases.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht daher auf besonders einfache und vorteilhafte Weise, die für einen jeweiligen Betriebszustand eines Verbrennungsmotors benötigte Luftmenge auf die jeweils optimale Strömungsgeschwindigkeit zu beschleunigen, so dass für den jeweiligen Betriebszustand eine optimale Vermischung der Luft mit dem zugegebenen Kraftstoff erreicht wird. Durch die Hin- und Herbewegung des Steuerelementes im Hohlraum des Ansaugelementes wird durch die resultierende Änderung der für die Durchströmung der Luft zur Verfügung stehende Querschnittfläche zwischen Außenseite des Steuerelementes und Innenseites des Ansaugelementes ermöglicht, die Strömungsgeschwindigkeit der Luft für eine gegebene Luftmenge hochgenau einzustellen. Hierdurch wird ermöglicht, eine gegebene Luftmenge immer dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors bzw. des Kraftfahrzeuges entsprechend mit genau der richtigen Menge Kraftstoff zu vermischen (im Idealfall liegt das Mischungsverhältnis bei 1 Teil Kraftstoff zu 14,7 Teilen Luft, oder einem Gemisch von „Lamda 1”). Entsprechend ermöglicht die vorliegende Erfindung einen möglichst wirtschaftlichen Betrieb des Verbrennungsmotors bei jeweiliger Bereitstellung einer optimalen Leistung und optimaler Verbrennung des Kraftstoffes, d. h. einer deutlich verringerten Umweltbelastung.The present invention therefore makes it possible in a particularly simple and advantageous manner to accelerate the amount of air required for a respective operating state of an internal combustion engine to the respectively optimal flow rate, so that optimal mixing of the air with the added fuel is achieved for the respective operating state. Due to the reciprocating movement of the control element in the cavity of the suction element, the resulting change in the cross-sectional area available for the flow of air between the outside of the control element and the inside of the suction element makes it possible to adjust the flow velocity of the air with high precision for a given quantity of air. This makes it possible to mix a given amount of air always corresponding to the operating state of the internal combustion engine or the motor vehicle with exactly the right amount of fuel (ideally, the mixing ratio at 1 part of fuel to 14.7 parts of air, or a mixture of "Lamda 1" ). Accordingly, the present invention enables most economical operation of the internal combustion engine with respective provision of optimum performance and optimum combustion of the fuel, d. H. a significantly reduced environmental impact.

Vorteilhafterweise nimmt die durch die Innenseite begrenzte Querschnittfläche von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung hin zumindest teilweise ab und nimmt der Umfang der Außenseite des Steuerelementes zur Auslassöffnung hin ebenfalls zumindest teilweise ab, jedoch der Gestalt, dass die zwischen der Innenseite des Ansaugelementes und er Außenseite des Steuerelementes gebildete Querschnittfläche bei einer Bewegung des Regelelementes zur Auslassöffnung hin zumindest teilweise abnimmt. In anderen Worten wird die Strömungsgeschwindigkeit der Luft bei einer gegebenen Luftmenge durch eine Verschiebung bzw. Bewegung des Steuerelementes hin zur Auslassöffnung erhöht.Advantageously, the cross-sectional area bounded by the inside at least partially decreases from the inlet opening to the outlet opening and the circumference of the outside of the control element also decreases at least partially towards the outlet opening, but in such a way that it forms between the inside of the suction element and the outside of the control element Cross-sectional area at least partially decreases in a movement of the control element to the outlet opening. In other words, the flow rate of air at a given amount of air is increased by a displacement of the control member toward the outlet opening.

Alternativ kann die durch die Innenseite begrenzte Querschnittfläche von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung zumindest teilweise zunehmen, und der Umfang der Außenseite des Steuerelementes zur Auslassöffnung ebenfalls zumindest teilweise zunehmen, der Gestalt, dass die zwischen der Innenseite des Ansaugelementes und der Außenseite des Steuerelementes gebildeten Querschnittfläche bei einer Bewegung des Steuerelementes zur Auslassöffnung hin zumindest teilweise zunimmt. Hierdurch wird die Strömungsgeschwindigkeit der Luft bei einer gegebenen Luftmenge durch eine Bewegung des Steuerelementes hin zur Einlassöffnung erhöht.Alternatively, the cross-sectional area defined by the inside may at least partially increase from the inlet opening to the outlet opening, and the periphery of the outside of the control element may also increase at least partially to the outlet opening, such that the cross-sectional area formed between the inside of the suction element and the outside of the control element Movement of the control to the outlet opening at least partially increases. As a result, the flow velocity of the air at a given amount of air increased by a movement of the control to the inlet opening.

Allgemein ist festzustellen, dass die Form des Ansaugelementes und des Hohlraumes beliebig sein können, solange die durch die Innenseite des Ansaugelementes begrenzte Querschnittfläche in der angegebenen Weise zumindest teilweise zu- bzw. abnimmt. Die Innenseite des Ansaugelementes kann daher eine beliebige Umfangsform haben, wie z. B. rund, oval, dreieckig, viereckig, fünfeckig, sechseckig usw. oder jede andere beliebige Form. In ähnlicher Weise kann das Steuerelement jegliche geeignete geometrische Form aufweisen, solange die zwischen der Außenseite des Steuerelementes und der Innenseite des Ansaugelementes gebildete Querschnittfläche bei einer Bewegung des Steuerelementes in der angegebenen Weise zu- oder abnimmt. Hinsichtlich der Strömungsverhältnisse der Luft dürfte es von Vorteil sein, wenn das Steuerelement eine in der Strömungsrichtung längliche Form aufweist, d. h. dass die sich in Strömungsrichtung erstreckenden Seiten des Steuerelementes länger sind als die sich in Querrichtung zur Luftströmung erstreckenden Seiten. Es kann jedoch auch Anwendungsfälle geben, bei denen ein in Strömungsrichtung relativ kurzes Steuerelement günstiger ist. Weiterhin dürfte es in den meisten Anwendungen von Vorteil sein, wenn das Steuerelement keine oder zumindest nicht allzu viele Kanten und Ecken aufweist, sondern eher eine runde Form hat. Jedoch kann es Anwendungen gegen, in denen das Vorsehen von Ecken und Kanten vorteilhaft ist. Mögliche Formen für das Steuerelement sind ein Kegelstumpf, ein Zylinder, Tropfenform, Birnenform oder jegliche andere geeignete Form. In den meisten Anwendungsfällen wird das Steuerelement aus einem homogenen Material bestehen, das nur auf seiner Außenseite von Luft umspült bzw. umströmt wird. Es kann jedoch auch Anwendungsfälle geben, wo zusätzliche Luftwege durch das Steuerelement hindurch führen.Generally, it should be noted that the shape of the suction and the cavity can be arbitrary, as long as the limited by the inside of the suction cross-sectional area in the manner indicated at least partially increases or decreases. The inside of the suction can therefore have any circumferential shape, such as. Round, oval, triangular, quadrangular, pentagonal, hexagonal, etc., or any other shape. Similarly, the control member may have any suitable geometric shape as long as the cross-sectional area formed between the outside of the control member and the inside of the suction member increases or decreases as the control member moves in the manner indicated. With regard to the flow conditions of the air, it would be advantageous if the control has an elongated shape in the flow direction, d. H. in that the sides of the control element extending in the direction of flow are longer than the sides extending transversely to the air flow. However, there may also be applications in which a flow direction relatively short control is cheaper. Furthermore, in most applications it would be advantageous if the control has no or at least not too many edges and corners, but rather has a round shape. However, it may be applications in which the provision of corners and edges is advantageous. Possible shapes for the control are a truncated cone, a cylinder, drop shape, pear shape or any other suitable shape. In most applications, the control will consist of a homogeneous material that is surrounded or circulated only by air on its outside. However, there may also be applications where additional air passages pass through the control.

Wie oben erläutert nimmt die durch die Innenseite des Ansaugelementes begrenzte Querschnittfläche zwischen Einlassöffnung und Auslassöffnung zumindest teilweise zu bzw. ab. Hiermit ist gemeint, dass die Zu- bzw. Abnahme kontinuierlich erfolgen kann, d. h. durch eine stetige Ab- bzw. Zunahme der Querschnittfläche, jedoch auch durch eine nicht stetige Ab- bzw. Zunahme. In letzterem Fall besteht daher die Möglichkeit, dass die Zu- bzw. Abnahme nur in bestimmten Bereichen der Innenseite des Ansaugelementes vorhanden ist, jedoch in anderen Bereichen die Querschnittfläche konstant bleibt. In Bezug auf die Außenform bzw. den Querschnitt des Steuerelementes ist festzustellen, dass eine sorgfältige Abstimmung bezüglich der Außenform des Steuerelementes und der Form der Innenseite des Ansaugelementes vorgenommen werden sollte, um die beschriebene Zu- bzw. Abnahme der durchströmten Querschnittfläche zwischen Steuerelement und Innenseite des Ansaugelementes zu erreichen. Beispielsweise kann der Querschnitt des Steuerelementes zwischen Ein- und Auslassöffnung ebenfalls konstant zu- bzw. abnehmen, wie beispielsweise bei einem Kegelstumpf. Andererseits kann der Querschnitt des Steuerelementes konstant bleiben, wie z. B. bei einem Zylinder. Es kann jedoch auch eine Mischung aus Bereichen mit konstantem Querschnitt und Bereichen mit zu- bzw. abnehmenden Querschnitt vorgesehen sein. Entscheidend ist, dass an einer Stelle des Steuerelementes, d. h. an einer bestimmten Stelle des Steuerelementes quer zur Strömungsrichtung der Luft die Querschnittfläche des Steuerelementes (d. h. die Umfangslinie der Außenseite des Steuerelementes) der Gestalt in Bezug auf die Innenseite des Ansaugelementes eingestellt ist, dass bei einer Bewegung des Steuerelementes die beschriebene Zu- bzw. Abnahme der durchströmten Querschnittfläche erreicht wird.As explained above, the cross-sectional area between the inlet opening and the outlet opening bounded by the inside of the suction element at least partially increases or decreases. By this is meant that the increase or decrease can take place continuously, d. H. by a steady decrease or increase in the cross-sectional area, but also by a non-steady decrease or increase. In the latter case, therefore, there is the possibility that the increase or decrease is present only in certain areas of the inside of the suction, but in other areas, the cross-sectional area remains constant. With regard to the outer shape or the cross section of the control element, it should be noted that a careful coordination with respect to the outer shape of the control element and the shape of the inside of the suction element should be made to the described increase or decrease of the flowed cross-sectional area between the control and inside of the To achieve suction. For example, the cross section of the control between inlet and outlet opening also increase or decrease constantly, such as in a truncated cone. On the other hand, the cross section of the control can remain constant, such. B. in a cylinder. However, it may also be provided a mixture of areas with constant cross section and areas with increasing or decreasing cross section. What matters is that at one point of the control, i. H. At a certain point of the control transversely to the flow direction of the air, the cross-sectional area of the control (ie, the peripheral line of the outside of the control) of the shape with respect to the inside of the suction is set, that during a movement of the control, the described increase or decrease of the flowed through cross-sectional area is achieved.

Vorteilhafter Weise ist das Steuerelement der Gestalt im Hohlraum angeordnet, dass es auf seiner gesamten Außenseite von Luft umströmt ist. Es kann jedoch auch Anwendungen geben, in denen es vorteilhaft ist, wenn das Steuerelement zumindest auf einer Seite an der Innenseite des Ansaugelementes anliegt oder durch diese hindurch ragt.Advantageously, the control of the shape is arranged in the cavity that it is surrounded by air on its entire outer side. However, there may also be applications in which it is advantageous if the control rests on at least one side on the inside of the suction or protrudes through it.

Weiterhin ist das Steuerelement vorteilhafter Weise im Wesentlichen linear in bzw. gegen die Strömungsrichtung beweglich. Es kann jedoch auch Anwendungen geben, in denen das Steuerelement nicht auf einer geraden Linie, sondern auf einer gekrümmten Linie bzw. gegen die Strömungsrichtung beweglich ist.Furthermore, the control is advantageously substantially linearly movable in or against the flow direction. However, there may also be applications in which the control is not movable on a straight line, but on a curved line or against the flow direction.

Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn das Steuerelement den Hohlraum in einer Endstellung vollständig verschließt. Vollständiger Verschluss bedeutet hierbei, dass keine Luft mehr durch den Hohlraum Richtung Auslassöffnung fließen kann. Durch eine derartige Ausgestaltung könnte beispielsweise das Vorsehen einer Drosselklappe im Ansaugelement oder vor dem Ansaugelement entfallen.Furthermore, it may be advantageous if the control completely closes the cavity in an end position. Full closure here means that no air can flow through the cavity in the direction of the outlet opening. Such a configuration could, for example, eliminate the provision of a throttle valve in the intake element or in front of the intake element.

Vorteilhafter Weise haben der Hohlraum und das Steuerelement zumindest teilweise eine kreisförmige Querschnittfläche. Es können jedoch auch jegliche andere geeignete geometrische Formen vorgesehen sein. Wie oben erwähnt, kann der Hohlraum zumindest teilweise die Form eines Kegelstumpfes aufweisen, jedoch können auch andere Formen abhängig von der jeweiligen Anwendung von Vorteil sein.Advantageously, the cavity and the control at least partially have a circular cross-sectional area. However, any other suitable geometric shapes may be provided. As mentioned above, the cavity may at least partially have the shape of a truncated cone, but other shapes may also be advantageous depending on the particular application.

Die obige Aufgabe wird weiterhin durch ein Steuersystem zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 9 gelöst. Das erfindungsgemäße Steuersystem umfasst ein erfindungsgemäßes Ansaugelement, wie es oben erläutert wurde, sowie eine Stelleinrichtung zur Steuerung der Bewegung des Steuerelementes. Die Stelleinrichtung (auch Antriebseinrichtung genannt) ist so ausgestaltet, dass sie das Steuerelement bei jedem Betriebszustand des Verbrennungsmotors in zuverlässiger Weise im Hohlraum hin- und her bewegt. Es können mechanische Antriebe (beispielsweise mit Kurbel, Zugseil und Kette) sowie elektromagnetische Antriebe, hydraulische Antriebe, pneumatische Antriebe oder eine beliebige Kombination aus den genannten Antrieben oder aus anderen vorstellbaren Antrieben verwendet werden.The above object is further achieved by a control system for controlling the flow rate of the intake air of an internal combustion engine according to claim 9. The Control system according to the invention comprises an inventive intake, as explained above, and an adjusting device for controlling the movement of the control element. The adjusting device (also called drive device) is designed so that it reliably moves the control back and forth in the cavity in each operating state of the internal combustion engine in the cavity. It can mechanical drives (for example, with crank, pull rope and chain) and electromagnetic drives, hydraulic drives, pneumatic actuators or any combination of said drives or other conceivable drives can be used.

Vorteilhafter Weise ist im erfindungsgemäßen Steuersystem weiterhin eine Steuereinheit vorgesehen, die das Steuerelement mittels der Stelleinrichtung der Gestalt steuert, dass die zwischen der Innenseite des Ansaugelementes und der Außenseite des Regelelementes durchströmende Luft die jeweils optimale Strömungsgeschwindigkeit für den jeweiligen Lastzustand eines nachgeordneten Verbrennungsmotors aufweist. In der Steuereinrichtung können beispielsweise Kennlinien bzw. Kennlinienfelder gespeichert sein, die abhängig von den Parametern des jeweilig vorhandenen Betriebszustandes des Verbrennungsmotors die optimale Position des Steuerelementes im Hohlraum des Ansaugelementes ausweisen und der Steuereinrichtung entsprechend ermöglichen, die Stelleinrichtung der Gestalt zu steuern, dass das Steuerelement in die optimale Position gebracht wird. Der jeweilige Betriebszustand des Verbrennungsmotors bzw. des Kraftfahrzeuges kann durch die Erfassung, Messung usw. der relevanten Parameter erfasst werden, die der Steuereinrichtung zugeführt werden.Advantageously, a control unit is further provided in the control system according to the invention, which controls the control means of the actuator of the shape that the air flowing between the inside of the suction and the outside of the control element air has the respective optimum flow rate for the respective load state of a downstream internal combustion engine. In the control device, for example, characteristic curves or characteristic fields can be stored, which identify the optimal position of the control element in the cavity of the suction depending on the parameters of the respective existing operating state of the engine and allow the control device accordingly to control the actuator of the shape that the control in the optimal position is brought. The respective operating state of the internal combustion engine or the motor vehicle can be detected by the detection, measurement, etc. of the relevant parameters which are supplied to the control device.

Es ist zu erwähnen, dass die vorliegende Erfindung auf jede Kraftstoffarten, beliebige Vergaser-Konfigurationen, Einspritzsysteme, beliebige Konfigurationen ohne Vergaser, beliebige Verbrennungsmotoren und beliebige Kraftfahrzeuge angewendet werden kann.It should be noted that the present invention can be applied to any type of fuel, any carburetor configuration, injection system, any carburetor-free configuration, any internal combustion engine, and any motor vehicle.

Die vorliegende Erfindung wird in der weiteren Beschreibung anhand eines Ausführungsbeispiels in Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.The present invention will be explained in more detail in the further description with reference to an embodiment with reference to the accompanying figures.

1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ansaugelementes, 1 shows a schematic side view of a suction element according to the invention,

2A, 2B und 2C zeigen schematische Schnittansichten eines erfindungsgemäßen Ansaugelementes mit verschiedenen Positionen des Steuerelementes, und 2A . 2 B and 2C show schematic sectional views of a suction element according to the invention with different positions of the control, and

3 zeigt ein schematisches Bild eines erfindungsgemäßen Steuersystems. 3 shows a schematic picture of a control system according to the invention.

Wie weiter oben bereits ausführlich erläutert wurde, betrifft die vorliegende Erfindung ein Ansaugelement für einen Verbrennungsmotor sowie ein Steuersystem zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors. Das erfindungsgemäße Ansaugelement kann Teil eines Vergasers oder Einspritzsystems eines Verbrennungsmotors sein, oder kann unmittelbar vor einem derartigen Vergaser oder Einspritzsystem angeordnet sein. Alternativ kann das erfindungsgemäße Ansaugelement aber auch für jegliche andere Art der Zuführung von Kraftstoff zur Ansaugluft verwendet werden, beispielsweise bei Direkteinspritzung oder bei Saugrohreinspritzung usw. Weiterhin kann das erfindungs-gemäße Ansaugelement jeweils eine einzige Brennkammer (Zylinder) mit Luft versorgen, oder jeweils ein Ansaugelement kann mehrere Brennkammern (Zylinder) mit Ansaugluft versorgen. 1 stellt schematisch eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ansaugelementes 1 dar, mit einem Gehäuse 5 und einem durch eine Innenseite 5' des Gehäuses 5 gebildeten Hohlraum 4, der sich zwischen einer Einlassöffnung 2 und einer Auslassöffnung 3 erstreckt. Die Luft strömt durch die Einlassöffnung 2 in den Hohlraum 4, durchströmt den Hohlraum 4 und verlässt das Ansaugelement 1 durch die Auslassöffnung 3. Die durch den Hohlraum 4 strömende Luftmenge kann beispielsweise durch eine vor oder nach der Einlassöffnung 2 angeordnete Drosselklappe oder ein anderes geeignetes Element eingestellt werden. Die durch die Auslassöffnung 3 austretende Luft wird üblicher Weise dem Einlassventil 8 eines Zylinders 9 (wie in 3 schematisch gezeigt) oder den jeweiligen Einlassventilen mehrere Zylinder zugeführt. Abhängig von der Art der Zuführung des Kraftstoffes könnte vor oder nach der Auslassöffnung 3 Kraftstoff zugeführt werden, um mit der im Hohlraum 4 beschleunigten Luft zerstäubt zu werden. Bei einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung erfolgt das Zerstäuben des Kraftstoffes direkt in der Brennkammer. Die Zuführung von Luft zur Einlassöffnung 2 kann durch ein oder mehrere Rohre oder dergleichen erfolgen, bzw. können zwei oder mehrere Einlassöffnungen vorgesehen sein.As has already been explained in detail above, the present invention relates to a suction element for an internal combustion engine and a control system for controlling the flow rate of the intake air of an internal combustion engine. The intake element according to the invention may be part of a carburettor or injection system of an internal combustion engine, or may be arranged directly in front of such a carburetor or injection system. Alternatively, however, the intake element according to the invention can also be used for any other type of supply of fuel to the intake air, for example, direct injection or intake manifold injection etc. Furthermore, the inventive intake element can each provide a single combustion chamber (cylinder) with air, or in each case a suction can supply several combustion chambers (cylinders) with intake air. 1 schematically shows a side view of a suction element according to the invention 1 with a housing 5 and one through an inside 5 ' of the housing 5 formed cavity 4 that is between an inlet opening 2 and an outlet opening 3 extends. The air flows through the inlet opening 2 in the cavity 4 , flows through the cavity 4 and leaves the intake 1 through the outlet opening 3 , The through the cavity 4 flowing air can, for example, by a before or after the inlet opening 2 arranged throttle or other suitable element can be adjusted. The through the outlet opening 3 escaping air is usually the inlet valve 8th a cylinder 9 (as in 3 shown schematically) or the respective intake valves supplied to a plurality of cylinders. Depending on the type of fuel delivery, could be before or after the exhaust port 3 Fuel is supplied to the in the cavity 4 accelerated air to be atomized. In a direct injection internal combustion engine, the atomization of the fuel occurs directly in the combustion chamber. The supply of air to the inlet opening 2 may be done by one or more tubes or the like, or may be provided two or more inlet openings.

Im Hohlraum 4 des Ansaugelementes 1 ist ein Steuerelement 6 vorgesehen, das (zumindest teilweise) in Strömungsrichtung der Luft beweglich angeordnet ist. In einer vorteilhaften Ausführung ist das Steuerelement 6 dergestalt beweglich, dass es ausschließlich in Strömungsrichtung der Luft innerhalb des Hohlraumes 4 hin- und her bewegbar ist, es kann jedoch auch Anwendungen geben, in denen das Steuerelement 6 auch Bewegungskomponenten aufweist, die nicht parallel zur Strömungsrichtung der Luft liegen, sondern schräg oder quer zur Strömungsrichtung angeordnet sind.In the cavity 4 of the suction element 1 is a control 6 provided, which is arranged (at least partially) movable in the flow direction of the air. In an advantageous embodiment, the control is 6 movable in such a way that it flows exclusively in the flow direction of the air inside the cavity 4 However, it can also be applications in which the control 6 Also has movement components that are not parallel to the flow direction of the air, but are arranged obliquely or transversely to the flow direction.

Die Form des Steuerelementes 6 und die Form der Innenseite 5' des Gehäuses 5 sind dergestalt gewählt, dass die für die Strömung der Luft zur Verfügung stehende Querschnittfläche zwischen Außenseite 7 des Steuerelementes 6 und der Innenseite 5' des Gehäuses 5 bei Bewegung des Steuerelementes 6 verändert. Hierzu nimmt die von der Innenseite 5' des Gehäuses 5 begrenzte Querschnittfläche im in 1 gezeigten Beispiel von der Einlassöffnung 2 zur Auslassöffnung 3 hin stetig ab. In anderen Worten verringert sich der Umfang der Innenseite 5' kontinuierlich von der Einlassöffnung 2 zur Auslassöffnung 3 hin. Dies ist in den 2A, 2B und 2C dargestellt, die jeweils einen Querschnitt der Innenseite 5' an den Positionen A, B und C (siehe 1) zeigen. Im gezeigten Beispiel hat das Gehäuse 5 einen kreisförmigen Innenumfang und hat daher die Form eines Kegelstumpfes. Das Steuerelement 6 hat in dem in 1 dargestellten Beispiel die Form eines Zylinders mit an beiden Enden jeweils abnehmenden Querschnitt. In den 2A, 2B und 2C ist ebenfalls ein Schnitt durch das Steuerelement 6 an der in 1 gekennzeichneten Position P gezeigt, wenn die Position P des Steuerelementes 6 infolge einer Bewegung des Steuerelementes 6 innerhalb des Hohlraumes 4 mit einer der gezeigten Querschnittposition A (2A), B (2B) oder C (vgl. 2C) zusammenfällt. Da die Querschnittfläche des Steuerelementes 6 in der Position P jeweils unverändert ist, jedoch die von der Innenseite 5' des Gehäuses 5 begrenzte Querschnittfläche abnimmt, nimmt die der Luftdurchströmung zur Verfügung stehende Querschnittfläch F (vgl. schraffierte Flächen F) ab, wenn das Steuerelement 6 von der Position A über die Position B zu Position C bewegt wird. Für eine bestimmte zur Verfügung stehende Luftmenge, die durch die Einlassöffnung 2 in den Hohlraum 4 eintritt, wird daher die Strömungsgeschwindigkeit erhöht, wenn das Steuerelement 6 von der Einlassöffnung 2 zur Auslassöffnung 3 hin bewegt wird.The shape of the control 6 and the shape of the inside 5 ' of the housing 5 are chosen such that the available for the flow of air cross-sectional area between the outside 7 of the control 6 and the inside 5 ' of the housing 5 upon movement of the control 6 changed. This takes from the inside 5 ' of the housing 5 limited cross-sectional area in the 1 shown example of the inlet opening 2 to the outlet opening 3 steadily down. In other words, the circumference of the inside decreases 5 ' continuously from the inlet opening 2 to the outlet opening 3 out. This is in the 2A . 2 B and 2C shown, each having a cross section of the inside 5 ' at positions A, B and C (see 1 ) demonstrate. In the example shown has the housing 5 a circular inner circumference and therefore has the shape of a truncated cone. The control 6 has in the in 1 illustrated example the shape of a cylinder with at both ends in each case decreasing cross-section. In the 2A . 2 B and 2C is also a section through the control 6 at the in 1 indicated position P, when the position P of the control 6 due to movement of the control 6 inside the cavity 4 with one of the shown cross-sectional position A ( 2A ), B ( 2 B ) or C (cf. 2C ) coincides. Because the cross-sectional area of the control 6 in the position P is always unchanged, but that of the inside 5 ' of the housing 5 decreases cross-sectional area decreases, the air flow available cross-sectional area F (see hatched areas F) from when the control 6 is moved from the position A via the position B to position C. For a given amount of air available through the inlet opening 2 in the cavity 4 Therefore, the flow rate is increased when the control 6 from the inlet opening 2 to the outlet opening 3 is moved.

Wie weiter oben ausführlich erläutert wurde, sind die in den 1 und 2 dargestellten Formen für die Innenseite 5' des Gehäuses 5 und das Steuerelement 6 nur beispielhaft zu verstehen und jegliche geeignete Formgebung kann gewählt werden. Weiterhin wird noch einmal klargestellt, dass das Gehäuse 5 und das Steuerelement 6 im Gegensatz zum in den 1 und 2 dargestellten Beispiel, auch so ausgebildet werden können, dass sich die zur Durchströmung der Luft zur Verfügung stehende Querschnittfläche F zwischen Außenseite 7 des Steuerelementes 6 und Innenseite 5' des Gehäuses 5 verringert, wenn das Steuerelement 6 von der Auslassöffnung 3 hin zu Einlassöffnung 2 bewegt wird. Im in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Gehäuse 5 des Ansaugelementes 1 eine Längs-Symmetrieachse, die parallel zur Strömungsrichtung der Luft durch den Hohlraum 4 ist. Das Steuerelement 6 wird parallel zu dieser Längs-Symmetrieachse linear hin- und her bewegt, also auf einer linearen Bahn bewegt. Es sind jedoch Ausgestaltungen vorstellbar, in denen das Gehäuse 5 keine Längs-Symmetrieachse aufweist, beispielsweise – zumindest teilweise gekrümmt ist – und das Steuerelement 6 daher zumindest teilweise auf einem gekrümmten Weg hin- und her bewegt wird.As explained in detail above, are in the 1 and 2 illustrated forms for the inside 5 ' of the housing 5 and the control 6 by way of example only and any suitable shape can be chosen. Furthermore, it is once again clarified that the housing 5 and the control 6 unlike in the 1 and 2 illustrated example, can also be formed so that the available for the flow of air cross-sectional area F between the outside 7 of the control 6 and inside 5 ' of the housing 5 decreases when the control 6 from the outlet opening 3 towards inlet opening 2 is moved. I'm in the 1 illustrated embodiment has the housing 5 of the suction element 1 a longitudinal axis of symmetry parallel to the flow direction of the air through the cavity 4 is. The control 6 is linearly moved back and forth parallel to this longitudinal axis of symmetry, so moved on a linear path. However, embodiments are conceivable in which the housing 5 has no longitudinal axis of symmetry, for example - is at least partially curved - and the control 6 therefore at least partially reciprocated on a curved path.

Wie in 1 zu erkennen ist, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel das Steuerelement 6 vollständig, d. h. auf seiner gesamten Außenseite 7, von Luft umströmt. Es sind jedoch auch Ausgestaltungen vorstellbar, in denen das Steuerelement 6 an einer Seite an der Innenseite 5' des Gehäuses 5 anliegt oder durch die Innenseite 5' des Gehäuses 5 hindurch in den Hohlraum 4 hineinragt. Entsprechend hin- und her bewegbar ist.As in 1 can be seen, in the illustrated embodiment, the control 6 completely, ie on its entire outside 7 , surrounded by air. However, embodiments are also conceivable in which the control 6 on one side on the inside 5 ' of the housing 5 is present or through the inside 5 ' of the housing 5 through into the cavity 4 protrudes. Accordingly back and forth is movable.

Es ist weiterhin vorstellbar, dass das Steuerelement 6 und das Gehäuse 5 derart auszugestalten, dass das Steuerelement 6 den Hohlraum 4 in einer Endstellung vollständig verschließt, so dass keinerlei Luft mehr durchströmen kann. Hierdurch könnte beispielsweise eine eventuell vorgesehene Drosselklappe entfallen.It is also conceivable that the control 6 and the case 5 to design such that the control 6 the cavity 4 completely closes in an end position, so that no air can flow through it. As a result, for example, a possibly provided throttle could be omitted.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ansaugelementes 1 vor dem Einlassventil 8 eines Zylinders 9 eines Verbrennungsmotors, sowie eine Stelleinrichtung 10 zum hin- und her bewegen des Steuerelementes 6 im Hohlraum 4, wobei die Stelleinrichtung 10 durch einen Motor 14 angetrieben ist, welche durch eine Steuereinrichtung 11 angesteuert wird. Die Steuereinrichtung 11, der Motor 14, die Stelleinrichtung 10 sowie das Ansaugelement 1 bilden daher ein Steuersystem zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors. Die Stelleinrichtung 10 kann in geeigneter Weise ausgebildet sein, um das Steuerelement 6 unter jeglichen Betriebsbedingungen zuverlässig auf die gewünschte Position bewegen zu können. Die Stelleinrichtung 10 kann beispielsweise mechanisch mit Kurbel, Zugseil, Kette usw. ausgestattet sein, aber auch elektromagnetisch, hydraulisch, pneumatisch oder eine beliebige Kombination aus diesen Implementierungsmöglichkeiten. Der Motor 14 kann beispielsweise ein 12 V-Elektromotor sein, kann jedoch durch jede geeignete Motorart implementiert werden. Die Steuereinrichtung 11 ist so ausgelegt, dass sie das Steuerelement 6 übern den Motor 14 und die Stelleinrichtung 10 dergestalt ansteuert, dass die zwischen der Innenseite 5' des Gehäuses 5 und der Außenseite 7 des Steuerelementes 6 durchstrebende Luft die jeweils optimale Strömungsgeschwindigkeit für den jeweiligen Betriebszustand des nachgeordneten Verbrennungsmotors aufweist. Geeigneter Weise weist die Steuereinrichtung 11 eine Speichereinrichtung auf, in der geeignete Kennlinien bzw. Kennlinienfelder abgelegt sind. Hierzu werden beispielsweise auf einem Motorprüfstand für jeden jeweiligen Motortyp ein Testprogram gefahren, in dem verschiedene Parameter wie Drosselklappenstellung, Ansauglufttemperatur, Kühlwassertemperatur, Motordrehzahl, Zündzeitpunkt, Lamda-Wert, Schadstoffrestmenge, Luftdruck und/oder Meereshöhe usw. durch entsprechende Feindosierung der Ansaugluft mit der benötigten Kraftstoffmenge und dem Zündzeitpunkt perfekt optimiert werden können. Für jeden Betriebszustand des Verbrennungsmotors werden die entsprechenden Kennlinienfelder in der Steuereinrichtung 11 gespeichert. Während des Betriebes des Verbrennungsmotors werden dann die notwendigen oder gewünschten Parameter der Steuereinrichtung 11 zugeführt, beispielsweise die Motordrehzahl, die Nockenwellendrehzahl, der Unterdruck in dem Ansaugmotor, die Fahrgeschwindigkeit oder eine Kombination dieser Parameter oder weitere Parameter. Aufgrund der zugeführten Parameter ermittelt die Steuereinrichtung 11 dann für den jeweiligen Betriebszustand die richtige Stellung des Steuerelementes 6 im Hohlraum 4 und steuert dieses entsprechend. Hierdurch wird immer die optimale Strömungsgeschwindigkeit der Luft in Ansaugelement 4 erzielt, was eine optimale Vermischung von Kraftstoff und Luft zur Folge hat. Hierdurch wird die Leistung von den Verbrennungsmotoren gesteigert, die Verbrennung optimiert, die Abgasmenge verringert, Kraftstoff eingespart und die Lebensdauer des Motors erhöht. Das erfindungsgemäße Ansaugelement und Steuersystem eigenen sich nicht nur für den Neubau von Verbrennungsmotoren, sondern auch zur Nachrüstung bestehender Motoren. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich insbesondere durch einen besonders einfachen Aufbau aus. 3 shows a schematic representation of a suction element according to the invention 1 in front of the inlet valve 8th a cylinder 9 an internal combustion engine, as well as an adjusting device 10 to move back and forth of the control 6 in the cavity 4 , wherein the adjusting device 10 by a motor 14 is driven, which by a control device 11 is controlled. The control device 11 , the motor 14 , the adjusting device 10 as well as the suction element 1 Therefore, they form a control system for controlling the flow rate of the intake air of an internal combustion engine. The adjusting device 10 may be suitably formed to the control 6 reliably move to the desired position under any operating conditions. The adjusting device 10 For example, it can be mechanically equipped with crank, pull rope, chain, etc., but also electromagnetically, hydraulically, pneumatically or any combination of these implementation possibilities. The motor 14 For example, it may be a 12 volt electric motor, but may be implemented by any suitable type of engine. The control device 11 is designed to be the control 6 over the engine 14 and the actuator 10 in such a way that the between the inside 5 ' of the housing 5 and the outside 7 of the control 6 ambulatory air which has in each case optimal flow velocity for the respective operating state of the downstream internal combustion engine. Suitably, the control device 11 a memory device in which suitable characteristics or characteristics fields are stored. For this purpose, for example, run on a test bench for each engine type a test program in which various parameters such as throttle position, intake air temperature, cooling water temperature, engine speed, ignition, lambda value, pollutant residual amount, air pressure and / or sea level, etc. by appropriate fine metering of the intake air with the required Fuel quantity and the ignition timing can be optimized perfectly. For each operating state of the internal combustion engine, the corresponding characteristic fields in the control device 11 saved. During operation of the internal combustion engine then the necessary or desired parameters of the control device 11 supplied, for example, the engine speed, the camshaft speed, the negative pressure in the intake engine, the driving speed or a combination of these parameters or other parameters. Based on the supplied parameters, the controller determines 11 then for the respective operating state, the correct position of the control 6 in the cavity 4 and controls this accordingly. As a result, always the optimum flow velocity of the air in the intake 4 achieved, resulting in an optimal mixture of fuel and air. This increases the performance of the internal combustion engines, optimizes combustion, reduces the amount of exhaust gas, saves fuel and increases the life of the engine. The intake and control system of the invention are not only suitable for the construction of internal combustion engines, but also for retrofitting existing engines. The present invention is characterized in particular by a particularly simple construction.

Claims

Suction element ( 1 ) for an internal combustion engine, with at least one inlet opening ( 2 ) for incoming air and an outlet opening ( 3 ) for outgoing air, one between the inlet opening ( 2 ) and the outlet opening ( 3 ) and through an inner side ( 5 ' ) of the output element limited cavity ( 4 ) for passing air, whereby the through the inside ( 5 ' ) limited cross-sectional area from the inlet opening ( 2 ) to the outlet opening ( 3 ) at least partially increases or decreases, and one in the cavity ( 4 ) arranged control ( 6 ) for controlling the flow velocity of the air, which is at least partially movably arranged in or against the flow direction of the air and shaped such that one of the between the inside ( 5 ' ) and the outside ( 7 ) of the control element ( 6 ) formed cross-sectional areas (F) during a movement of the control element ( 6 ) at least partially increases or decreases.

Suction element ( 1 ) according to claim 1, wherein the through the inside ( 5 ' ) limited cross-sectional area (F) from the inlet opening ( 2 ) to the outlet opening ( 3 ) decreases at least partially, and the circumference of the outside ( 7 ) of the control ( 6 ) to the outlet opening ( 3 ) also at least partially decreases, but in such a way that between the inside ( 5 ' ) and the outside ( 7 ) of the control ( 6 ) formed cross-sectional area (F) during a movement of the control element ( 6 ) to the outlet opening ( 3 ) decreases at least partially.

Suction element ( 1 ) according to claim 1, wherein the through the inside ( 5 ' ) limited cross-sectional area from the inlet opening ( 2 ) to the outlet opening ( 3 ) at least partially increases, and the circumference of the outside ( 7 ) of the control ( 6 ) to the outlet opening ( 3 ) also increases at least in part, but in such a way that between the inside ( 5 ' ) and the outside ( 7 ) of the control ( 6 ) formed cross-sectional area (F) during a movement of the control element ( 6 ) to the outlet opening ( 3 ) increases at least partially.

Suction element ( 1 ) according to claim 1, 2 or 3, wherein the control element ( 6 ) in the cavity ( 4 ) is arranged so that it is on its entire outer side ( 7 ) is surrounded by air.

Suction element ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the control element ( 6 ) is substantially linearly movable in or against the flow direction.

Suction element ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the control element ( 6 ) the cavity ( 4 ) completely closes in an end position.

Suction element ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, wherein the cavity ( 4 ) and the control ( 6 ) at least partially have a circular cross-sectional area.

Suction element ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the cavity ( 4 ) has at least partially the shape of a truncated cone.

Control system for controlling the flow rate of the intake air of an internal combustion engine with a suction according to one of claims 1 to 8, and an adjusting device ( 10 ) for controlling the movement of the control element ( 6 ).

Control system according to Claim 9, with a control device ( 11 ) that the control ( 6 ) by means of the adjusting device ( 10 ) controls that between the inside ( 5 ' ) and the outside ( 7 ) of the control element ( 6 ) flowing through the air in each case has the optimum flow velocity for the respective load state of a downstream internal combustion engine.