DE69619636T2

DE69619636T2 - Verbesserungen am Motorenzusammenbau für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE69619636T2
Application number: DE69619636T
Authority: DE
Inventors: Francisco Gonzalez Mena
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-12-13
Filing date: 1996-04-16
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2016-04-17
Also published as: DE69619636D1; ES2245136A1; EP0779419B1; ES2100822A1; ES2245136B1; DK0779419T3; EP0779419A3; ES2100822B1; EP0779419A2

Description

Diese Erfindung beruht auf einer Anzahl von Verbesserungen, die bei Kraftfahrzeugen speziell in ihrer Motoranordnung gemacht worden sind, wobei diese Verbesserungen darauf abzielen, ihre Leistung zu verbessern und folglich ihren Energieverbrauch zu reduzieren, während auch ihre Einwirkungen auf die Umgebung minimiert werden.
Diese Verbesserungen basieren auf einer Nutzbarmachung der eigentlichen kinetischen Funktion des Fahrzeugs, d. h. seiner Geschwindigkeit, zum Vorteil für seine Ansaugverdichtung und außerdem um die Wärme rückzugewinnen, die im thermodynamischen Prozess seines eigentlichen Betriebs freigesetzt wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Unabhängig von Faktoren, die in keinem Zusammenhang mit der eigentlichen Mechanisierung des Fahrzeugs stehen, wie z. B. dem Luftwiderstand, den Straßenbedingungen, seinem Leergewicht, seiner Ladung usw., ist seine Leistung im Wesentlichen eine Funktion von zwei Faktoren: einerseits den Bedingungen, unter denen die Verbrennung stattfindet; und andererseits der Energie, die in Form von Wärme verloren geht.
Bezüglich des ersten Aspekt, d. h. mit Bezug auf die Bedingungen, unter denen der Kraftstoff in den im Augenblick hergestellten Kraftwagen verbrannt wird, sind die grundlegenden Variablen des thermodynamischen Prozesses, der Druck und die Temperatur, beträchtlich weit von den Werten entfernt, die als optimal betrachtet werden könnten. Dies ist auf das Ansaugen eines Oxidationsmittels zurückzuführen, d. h. das Ansaugen von Luft, was bei Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur stattfindet.
Hinsichtlich des zweiten Aspekts, wird, vorausgesetzt, dass die kinetische Energie der Kurbelwelle und spezieller die Energie der Kolben mittels der Verbrennung von Kraftstoff erzeugt wird, bei dieser Verbrennung eine große Wärmemenge abgegeben und in die Atmosphäre freigesetzt, was einen beträchtlichen Energieverlust nach sich zieht, was ein bestimmender Faktor beim geringen Wirkungsgrad dieses Typs von Motoren ist.
Mit der Absicht die Leistung des Motors während der Beschleunigung zu verbessern, und zwar auf eine ähnliche Weise wie im Europäischen Patent 394 494, das zuvor erwähnt wurde, wird im Europäischen Patent EP-A-0 394 494 ein Turboverdichter verwendet, unterstützt durch die Abgase, der folglich nur während der Beschleunigung wirkt, die nicht kontinuierlich ist, dem es aber nicht gelingt, die Leistung des Motors zu optimieren, d. h. den Verbrauch für eine gewisse Drehzahl zu reduzieren.
Andererseits umfasst das Britische Patent GB 2.147.356 A ein Einlasssystem, das den Druck an der Luftansaugung mittels einer trichterförmigen Öffnung erhöht, die an der Frontseite des Wagens angeordnet ist, so dass die Druckluft eine Turbine aktiviert, die wiederum die Bewegung auf einen Ventilator überträgt, der dafür verantwortlich ist, die Verbrennungsluft von einem vom Trichter vollständig unabhängigen Einlass mit Druck zu beaufschlagen, mit den daraus folgenden Verlusten, die durch die mechanische Übertragung zwischen der Turbine und dem Ventilator verursacht werden.
Mit Bezug zurück noch einmal auf den ersten Aspekt, demjenigen, dass keine Optimierung in den thermodynamischen Bedingungen vorhanden ist, unter denen der Kraftstoff verbrannt wird, ergibt sich infolgedessen, dass stark verschmutzte Gasnebenprodukte abgegeben werden und auch in die Umgebung freigesetzt werden.
Bekanntlich hat bei einem Versuch, dieses Problem zu lösen, das Europäische Patent 394,494 eine druckbeaufschlagte Ansaugung eines Oxidationsmittels bereitgestellt; diese Lösung bietet jedoch wichtige funktionelle Grenzen, da der Elektromotor nur bei einer Beschleunigung wirksam ist, d. h. auf eine nicht kontinuierliche Weise, und erfordert weiter einen Drehbereich an der Turboladerachse, der es unmöglich macht, die theoretische Idee praktisch zu implementieren.
Die Lösung gemäß dem US-Patent 5036668-A ist in geringerem Maße entwickelt, wobei die Zuführung des Oxidationsmittels unter Druck auf einem einfachen elektrischen Ventilator beruht, der den Einlass von Umgebungsluft in einen "Luft- Luft"-Austauscher erzwingt.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Verbesserungen, die diese Erfindung, wie durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 definiert, vorschlägt, sind für den Zweck erdacht worden, eine vollständig zufriedenstellende Lösung für alle und jeden der angegebenen Aspekte des zuvor erwähnten Problems bereitzustellen.
Zu diesem Zweck sind spezieller und gemäß einem der Merkmale der Erfindung Vorkehrungen getroffen worden, um den Motor mit einer Luftansaugsammelleitung auszurüsten, die an der Frontseite des Fahrzeugs positioniert ist, deren Öffnung auf einer zur Achse des Fahrzeugs senkrechten gedachten Ebene angeordnet ist, so dass die Ansaugung von Luft maximal ist, wenn sich das Fahrzeug vorwärts bewegt, wobei sich diese Sammelleitung zurück in Richtung auf einen hinten angeordneten Hals verjüngt, von dem die Luft, die als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit mit Druck beaufschlagt ist, geeignet in Richtung auf die herkömmliche Einlasssammelleitung geleitet wird, d. h. in Richtung auf seine Verbrennungskammern, so dass die Luft, die am Sammler ankommt, schließlich auch an der Verbrennungskammer ankommt, mit der resultierenden Leistungszunahme.
Offensichtlich ist die Höhe einer Druckbeaufschlagung des Oxidationsmittels eine Funktion der Abmessung des Flächeninhalts der Öffnung der Ansaugsammelleitung (Sollgröße) und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, so dass folglich die Zunahme im Einlassdruck zu den Verbrennungskammern im Prinzip in einem großen Ausmaß im Hinblick darauf veränderlich ist, ob das Fahrzeug durch die Stadt oder auf der offenen Landstraße gefahren wird. Zwecks Vermeidung dieses Problems und gemäß einem anderen der Merkmale der Erfindung sind Vorkehrungen getroffen worden, um einen Verdichter, der vorzugsweise mit elektrischer Energie betrieben wird und von veränderlicher Geschwindigkeit ist, zusätzlich zum herkömmlichen Luftfilter und Zwischenkühler auf der zuvor erwähnten Leitung zu installieren, die die Ansaugsammelleitung mit der Einlasssammelleitung verbindet, so dass es, unterstützt von einem Mikroprozessor und mit Hilfe eines geeignet positionierten Druckaufnehmers, möglich ist, den Druck der Luftansaugung in der Verbrennungskammer auf den Wert einzustellen, der zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt als der bestmögliche betrachtet wird.
Um dieses System abzurunden und entlang derselben Linie einer Verbesserung der Verbrennungsbedingungen, wird es dann notwendig, die Temperatur der in die Verbrennungskammern eintretenden Luft abzusenken, zu welchem Zweck Vorkehrungen getroffen worden sind, um einen Wärmetauscher, der die Wärme aus der Luft aufnehmen kann, an der Öffnung der Ansaugsammelleitung zu installieren. Dieser Wärmetauscher kann die Form des herkömmlichen Fahrzeugkühlers annehmen, was auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass, wie zu einem späteren Zeitpunkt in diesem Schriftstück ersichtlich wird, der Kühler dann seine Größe zum Kühlen der Energieerzeugungseinheit reduziert, wobei dieser Wärmetauscher durch eine Kühlquelle unterstützt wird, die aus einem elektrothermischen Umwandler vorzugsweise vom Peltierelementtyp besteht, der, wie es herkömmliches Wissen ist, Wärme auf eine Metallplatte und Kälte auf eine andere abgeben kann, wenn ein elektrischer Strom durch ihn hindurchgeschickt wird.
Dies macht es folglich möglich, die Druck- und Temperaturbedingungen, unter denen die Verbrennung stattfindet, nahe an das Optimum zu bringen, womit die Leistung des Motors beträchtlich verbessert wird, wobei der Verbrauch und die Drehzahl offenkundig abgesenkt werden, eine wesentliche Reduktion in den Schadstoffemissionen sowie der Wärmeerzeugung in der Energieerzeugungseinheit erreicht wird.
Gemäß einem anderen der Merkmale der Erfindung sind Vorkehrungen getroffen worden, so dass zum Kühlen der Energieerzeugungseinheit und statt des herkömmlichen Kühlers ein anderer elektrothermischer Umwandler verwendet wird, in diesem Fall ein Rückwärtspeltierelement, das gleichzeitig mit dem Kühlen des Kühlfluids einen elektrischen Strom erzeugen kann, um die Fahrzeugbatterie aufzuladen.
Schließlich sind Vorkehrungen getroffen worden, um ein anderes Rückwärtspeltierelement im Fahrzeugabgas zu installieren, in diesem Fall für den alleinigen Zweck, einen Teil der Energie aus den Gasen aufzunehmen und sie in Elektrizität umzuwandeln, um die Batterie aufzuladen.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Zusätzlich zur Beschreibung, die geliefert wird, und um zum besseren Verstehen der Merkmale der Erfindung beizutragen, ist ein Satz von Zeichnungen, die von einer veranschaulichenden aber nicht beschränkenden Beschaffenheit sind, an diesen beschreibenden Bericht als integraler Teil desselben angefügt.
Fig. 1 stellt eine schematische Draufsicht auf das Frontende eines Kraftwagens dar, der mit den Verbesserungen auf seiner Motoranordnung ausgerüstet ist, die das Ziel dieser Erfindung umfassen.
Fig. 2 stellt ebenfalls in Form einer schematischen Darstellung dieselbe Motoranordnung wie in der vorhergehenden Zeichnung dar, aber von einer Seitenansicht.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG

Diese Figuren stellen dar, wie ein mit den Verbesserungen, die empfohlen werden, ausgerüsteter Kraftwagen auf seinem Frontende eine Luftansaugsammelleitung (1) in sich aufnimmt, für die eine weithalsige Öffnung (2) definiert ist, mit einem Querschnitt von z. B. 0,2 m², und zwar eine Luftansaugsammelleitung (1), deren Seitenwand sich zurück in Richtung auf einen hinten angeordneten Hals (3) verjüngt, von welchem mittels einer Leitung (4) eine Verbindung mit der herkömmlichen Motoreinlasssammelleitung (5) hergestellt ist, wobei die Leitung (4) auch mit einem herkömmlichen Luftfilter (6) und Zwischenkühler (7) versehen ist, deren Funktion hierin nicht beschrieben zu werden braucht, da dies herkömmliches Wissen ist.
Zusätzlich zu den herkömmlichen Bauteilen, Filter (6) und Zwischenkühler (7), die auf der Leitung (4) installiert sind, die das Oxidationsmittel in die Einlasssammelleitung (5) transportiert, ist auch ein Verdichter installiert (8), der durch einen Elektromotor betrieben wird, der selbstverständlich durch die eigentliche Fahrzeugbatterie elektrisch versorgt wird.
Entsprechend dieser Konstruktion wird die Druckbeaufschlagung des Oxidationsmittels, das die Verbrennungskammern des Motors erreicht, auf der Grundlage von zwei Faktoren erzielt: einerseits auf der Grundlage der Dichte, die in der Luftansaugsammelleitung (1) erzeugt wird, was selbstverständlich, wie zuvor angegeben worden ist, eine Funktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist; und andererseits als Funktion der Leistungshöhe des Verdichters (8), die, wie auch zuvor angegeben worden ist, veränderlich ist, wobei der Verdichter (8) von einem Mikroprozessor unterstützt wird, der hinsichtlich des Werts des in der Einlasssammelleitung (5) ankommenden Drucks, der durch einen Druckaufnehmer (9) gesteuert wird, den geeigneten Betriebsbereich annimmt, so dass der Ansaugdruck in den Verbrennungskammern am idealsten ist.
In Verbindung mit dem Obigen und vom Standpunkt einer Wärmesteuerung für das Oxidationsmittel sind Vorkehrungen für die Öffnung (2) der Ansaugsammelleitung (1) getroffen worden, so dass sie mit einem Wärmetauscher (10) ausgerüstet ist, wobei es für diesen Wärmetauscher möglich ist, die Form des herkömmlichen Fahrzeugkühlers anzunehmen, wobei ein Kühlfluid durch den Kühler (10) von einem elektrothermischen Umwandler (12), vorzugsweise in der Form eines Peltierelements, gepumpt wird, dessen kalte Platte in dem Kühlfluid eingetaucht ist, das mittels einer kleinen Pumpe (12) zum Kühler (10) gepumpt wird, die auch elektrisch ist.
Wie gerade oben angegeben worden ist, kann als Wärmetauscher für die Luftansaugsammelleitung (1) der eigentliche Kühler (10) des Fahrzeugs verwendet werden, insofern als er seine Größe zum Kühlen der Energieerzeugungseinheit (13) reduziert, vorausgesetzt, dass zu diesen Zweck Vorkehrungen getroffen worden sind, um am Auslass (14) des Kühlkreises der Energieerzeugungseinheit (13) ein Rückwärtspeltierelement (15) zu koppeln, das offensichtlich in die Rückleitung (16) für das Kühlfluid eingesetzt ist, so dass in diesem Fall das Kühlfluid die heiße Platte des Peltierelementes (15) umspült, dessen heiße Platte mittels der eigentlichen Umgebungsluft gekühlt wird, wobei ein elektrischer Strom erzeugt wird, um die Batterie aufzuladen.
Am Auslass des Rückwärtspeltierelements (15) ist ein herkömmlicher Thermostat (17) eingerichtet, der nur geöffnet ist, wenn die Kühlfluidtemperatur einen Sollwert überschreitet.
Schließlich sind am Abgas (18) des Motors für den Zweck, ebenfalls einen Vorteil aus der hohen Temperatur der Abgase zu ziehen, Vorkehrungen getroffen worden, um ein weiteres Peltierelement (19) zu installieren, das auch hinsichtlich der Temperaturdifferenz zwischen dem Abgas und der Umgebungsluft Elektrizität in Form von direktem Strom erzeugen kann, den die Batterie auch speichern kann.
Der Motor verwendet weiterhin die herkömmlichen elektrischen Ventilatoren mit einer automatischen Steuerung durch thermischen Kontakt, die vorzugsweise zwei Geschwindigkeiten (90EC und 95EC) aufweisen, die am Auslass des Rückwärtskühlpeltierelementes (15) für diejenigen Zeitspannen in Betrieb sind, wenn sich der Motor aufgrund der Tatsache aufheizt, dass er ungenügend luftgekühlt wird, was eintritt, wenn das Fahrzeug mit geringer Geschwindigkeit fährt. Wenn wir 2 elektrische Ventilatoren verwenden, arbeitet derjenige mit der niedrigsten Temperatur von 90ºC auf (15) und derjenige mit 95ºC arbeitet auf dem klassischen Kühler; dieser reduziert seine Größe um mehr als die Hälfte.
Es wird als nicht notwendig erachtet, dass die Beschreibung für einen Fachmann auf diesem Gebiet weiter ausgeführt wird, um den Bereich der Erfindung und die von ihr herrührenden Vorteile erfassen zu können.
Die Materialien, das Format, die Größe und das Layout der Bauteile können variiert werden, vorausgesetzt, dass keine Änderung im wesentlichen Aspekt der Erfindung damit verbunden ist.

Claims

1. Motoranordnung von Kraftfahrzeugen, die zum Ziel hat, die Leistung des Motors zu verbessern und seine Verunreinigungswirkungen zu reduzieren, und zwar eine Anordnung, für die in der Verbrennungsförderer-Zufuhr (4) zu einem Einlasssammler (5) die klassischen Luftfilter (6) und ein Zwischenkühler (7), Einrichtungen (1-8), die den Druck erhöhen, mit dem der Verbrennungsförderer den Einlasssammler erreicht, und Einrichtungen (10), um den Verbrennungsförderer zu kühlen, und zwar Einrichtungen, die aus einem Eintrittssammler bestehen, der, an der Frontseite des Fahrzeugs angeordnet, eine weite Öffnung für das Ansaugen von Atmosphärenluft bietet, wobei er in Richtung auf einen Hals mit einer Verbindung zur Einlasssammler-Versorgungsleitung konvergiert, und ein in der Versorgungsleitung selbst angeordneter Verdichter vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass diese Einrichtungen (10), die den Verbrennungsförderer kühlen, durch einen elektrothermischen Umwandler (11), vorzugsweise ein Peltierelement, unterstützt werden, das durch die Batterie des Fahrzeugs gespeist wird und dessen kalte Platte in eine Wärmeübertragungsflüssigkeit eintaucht, die mit Hilfe einer kleinen Pumpe (12) durch einen Wärmetauscher (10) umgewälzt wird, um den Verbrennungsförderer zu kühlen.

2. Motoranordnung von Kraftfahrzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittssammler (1) durch die entsprechende Leitung (4) direkt zum Einlasssammler (5) führt, wobei sie als Verbrennungsförderer wirkt.

3. Motoranordnung von Kraftfahrzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Verdichter (B) von veränderlicher Leistung ist und von einem Mikroprozessor gesteuert wird, unterstützt von einem Manometer (9), das den Druck im Einlasssammler (5) detektiert, so dass der Verdichter (8) die Druckschwankungen im Eintrittssammler (1) infolge der unterschiedlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs kompensiert, wobei der Druck im Einlasssammler (5) jederzeit auf den Idealwert angepasst wird.