WO2018162542A1 - Geschaltete saugstrahlpumpe - Google Patents

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Christian Berding
Christoph LESON
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Definitions

  • the invention relates to a switched single-stage or multi-stage suction jet pump comprising a motive nozzle, one or more suction nozzles, a diffuser and a flow control valve.
  • the suction power of a conventional suction jet pump is regulated by the pressure applied to the jet nozzle.
  • this driving pressure is diverted from the boost pressure of the engine and depends on the respective engine load point. The higher the torque generated, the greater the boost pressure.
  • a suction jet pump is used to generate negative pressure in the crankcase or for tank ventilation, sufficient suction power is required even at low boost pressures.
  • the suction power of the suction jet pump usually does not have to increase in parallel to the increasing boost pressure. For this reason, it makes sense that the suction jet pump is throttled from a certain boost pressure. This is to prevent the engine from unnecessarily diverting much air for combustion and reducing the power.
  • EP 3 020 935 A2 relates to a vehicle having an internal combustion engine having a crankcase and a supercharger, with a crankcase ventilation device comprising an inertia-based oil separator having at least one inertia-based one Oil separator, a separated oil to the crankcase recirculating oil return and a suction jet pump which is driven with compressed air of the supercharger and which generates a negative pressure to drive blow-by gas. It is essential here that the suction jet pump is controlled and / or controlled by a control device. Here, the pump is throttled or switched off in the low boost pressure range. In the area of high pressure it is switched on maximally.
  • the disadvantage of the known solutions is that at the first nozzle of the ejector not the maximum available Pressure is applied because the throttling takes place in front of the nozzle. Part of the energy used is always consumed at the throttle valve and can be considered as pure energy loss. Furthermore, the known systems build up very large.
  • the object of the invention now consists in the integration of the throttle function directly into the motive nozzle of the ejector.
  • the present invention consists of a single-stage or multi-stage suction jet pump comprising a motive nozzle 5, one or more suction nozzles in the intake 2 and a diffuser 7, which is characterized in that the suction jet pump in or immediately in front of the motive nozzle 5, a device for Reduction of the nozzle cross section and thus has to limit the drive current.
  • Fig. 1 shows the invention with a self-springing valve body in unthrottled switching position.
  • Fig. 2 shows the invention with a self-resilient valve body in a throttled switching position.
  • Fig. 3 shows a possible curve of the driving and suction flow in response to the applied driving pressure.
  • the invention consists of a single-stage or multi-stage suction jet pump as shown in FIGS. 1 and 2 with a motive nozzle 5, a diffuser 7 and optionally further nozzles 6.
  • the overpressure area (1) which, for example, the boost pressure of a Turbomotors can be. Due to the overpressure, the driving fluid is accelerated by the driving nozzle 5, so that after the nozzle, the maximum speed is present. This increases the dynamic pressure in this area. For reasons of energy conservation, the static pressure drops. As a result, air is sucked in from the suction region 2 and then flows with the blowing air through the diffuser 7, where the flow is decelerated. This can be used, for example, to generate a vacuum in a crankcase or in a tank. The total flow 3 can then be fed back to the intake air of the internal combustion engine (for example, before the compressor).
  • the device for limiting the blowing current (volume flow limiting valve) in the overpressure region of the suction jet pump has a valve body 4, which in particular comprises an opening 8 whose cross-sectional area is smaller than the cross-sectional area of the motive nozzle 5.
  • the drive current limiting according to the invention is preferably achieved by a (sprung) valve body 4, which is mounted directly in front of the drive nozzle 5 of the suction jet pump.
  • the suspension is preferably realized in the valve body 4 by spring arms.
  • the valve body 4 is for example on a support surface 11 in the body of the motive nozzle 5.
  • a compression or tension spring can be used.
  • the spring element can be further biased. This can be realized for example by a hold-down 10.
  • Fig. 1 it is shown that in the original state, the valve body 4 has a distance from the motive nozzle 5, so that a gap 9 between the valve body 4 and the body of the motive nozzle 5 is formed.
  • the driving fluid flows through the valve body 4 in this state via the gap 9. Furthermore, the fluid may optionally flow through the opening in the valve body 4.
  • the driving current increases (FIG. 2).
  • the drive current and the Venturi effect lead to the formation of the total current 3.
  • a mass flow control with a defined valve map is made available in a small space.
  • the valve body 4 in particular a spring plate of the flow-through cross-section of the gap 9 between the Reduced pressure range 1 and the negative pressure range and thus regulated the motive mass flow.
  • Another advantage of the present invention is that only one movable component, namely the valve body 4, in particular a spring plate is present.
  • the valve body 4 serves to regulate the flow-through cross-section, preferably in the form of a spring plate.
  • the spring plate can be installed, for example in the region of the overpressure 1 under a defined bias to release the path of the gas flow through the gap 9. If the pressure gradient increases due to a stronger propulsion jet pressure, then the valve body 4 moves toward the wall of the motive nozzle 5 up to the point that the gap 9 is completely closed.
  • the valve body 4 generates a pressure loss depending on the drive current. If this pressure loss exceeds the spring force of the valve body, then it moves in the direction of the motive nozzle 5 and slowly closes the gap 9. As the motive pressure increases, the motive current decreases. The same applies to the suction flow in the intake 2. At the end of the closing of the valve body 4 seals on the body of the motive nozzle 5 approximately, so that the driving fluid can flow only through the opening of the motive nozzle 5 in the ejector, as in Fig. 2nd represented. Due to the smaller opening in the valve body 4, the drive current is limited. However, due to the increase in density of the fluid at higher driving pressures, there is a further, but shallow, increase in the driving current. The suction flow also continues to increase.
  • the valve body 4 is preferably to be designed so that the pressure loss is low, so that as far as possible the complete driving pressure can be used to drive the suction jet pump.
  • a further embodiment of the present invention is the use of the above-defined device for crankcase ventilation of an internal combustion engine in a housing between a crankcase of a crankcase and an intake tract or the tank ventilation.

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Abstract

Einstufige oder mehrstufige Saugstrahlpumpe umfassend eine Treibdüse (5), eine oder mehrere Ansaugdüsen (2), einem Diffusor (7) und einem Volumenstrombegrenzungsventil in oder unmittelbar vor der Treibdüse. Das Volumenstrombegrenzungsventil weist einen Ventilkörper (4) im Überdrucksbereich (1) der Saugstrahlpumpe auf, der eine Öffnung (8) umfasst, deren Querschnittsfläche kleiner ist, als die Querschnittfläche der Treibdüse (5). Der Ventilkörper überspannt wenigstens eine weitere Spaltöffnung (9), die bei steigendem Druckunterschied zwischen dem Überdruckbereich (1) und dem Ansaugbereich (2) den Querschnitt der Spaltöffnung (9) zunächst freigibt, bei einem definierten hohen Druckgefälle schaltet, und der Ventilkörper (4) den Querschnitt der Spaltöffnung (9) so verringert oder schließt, dass auch bei weiter steigendem Druckunterschied der Volumenstrom über die Öffnung (8) auf ein-definiertes Niveau begrenzt ist.

Description

Geschaltete Sauastrahlpumpe
Gegenstand der Erfindung ist eine geschaltete einstufige oder mehrstufige Saugstrahlpumpe umfassend eine Treibdüse, eine oder mehrere Ansaugdüsen, einen Diffusor und ein Volumenstrombegrenzungsventil.
Die Saugleistung einer üblichen Saugstrahlpumpe wird über den anliegenden Druck an der Treibstrahldüse geregelt. Bei einer Brennkraftmaschine mit Turboaufladung wird dieser Treibdruck vom Ladedruck des Motors abgezweigt und hängt von dem jeweiligen Motorlastpunkt ab. Je höher das erzeugte Drehmoment, desto größer ist der Ladedruck. Wird eine Saugstrahlpumpe zur Erzeugung von Unterdruck im Kurbelgehäuse oder zur Tankentlüftung eingesetzt, so wird bereits bei geringen Ladedrücken eine ausreichende Saugleistung benötigt. Die Saugleistung der Saugstrahlpumpe muss in der Regel aber nicht parallel zum steigenden Ladedruck zunehmen. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, dass die Saugstrahlpumpe ab einem gewissen Ladedruck gedrosselt wird. Dadurch soll verhindert werden, dass der Brennkraftmaschine unnötig viel Luft für die Verbrennung abgezweigt und die Leistung reduziert wird.
EP 3 020 935 A2 betrifft ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, die ein Kurbelgehäuse und eine Aufladeeinrichtung aufweist, mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung, die eine trägheitsbasierte Ölabscheideeinrichtung mit mindestens einem trägheitsbasierten Ölabscheider, einen abgeschiedenes Öl zum Kurbelgehäuse rückführenden Ölrücklauf und eine Saugstrahlpumpe aufweist, die mit komprimierter Luft der Aufladeeinrichtung angetrieben wird und die einen Unterdruck erzeugt, um Blow-By-Gas anzutreiben. Wesentlich ist hier, dass die Saugstrahlpumpe von einer Steuereinrichtung geregelt und/oder gesteuert wird. Hier wird im Bereich geringen Ladedrucks die Pumpe gedrosselt oder abgeschaltet. Im Bereich hohen Drucks wird sie maximal zugeschaltet.
In EP 3 020 935 A2 wird argumentiert, dass man bei geringen Ladedrücken der Brennkraftmaschine keine Luft entziehen sollte, um das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine im Teillast- und Leerlauf-Betrieb nicht negativ zu beeinflussen und somit die Leistung nicht zu schmälern. Bei höheren Drücken ist das Abzweigen von Ladeluft nicht mehr so kritisch, da der Brennkraftmaschine ausreichend große Mengen an komprimierter Luft bereitgestellt werden und es keine nennenswerten Einbußen der Motorleistung gibt. In DE 10 2013 000236 AI hingegen wird dargelegt, dass bereits bei geringen Ladedrücken ein ausreichender Unterdruck benötigt wird, welcher später jedoch nicht so schnell ansteigen muss wie der Ladedruck. Das bedeutet, dass die Saugstrahlpumpe bereits bei geringen Ladedrücken eine hohe Saugleistung aufweisen muss; bei höheren Ladedrücken kann diese jedoch reduziert werden. Aus diesem Grund wird hier eine Drosselung des Treibstroms der Saugstrahlpumpe erst bei höheren Ladedrücken vorgenommen. Die Einstellung des Treibstroms erfolgt in diesem Fall selbstregelnd über den Ladedruck.
Der Nachteil der bekannten Lösungen besteht darin, dass an der ersten Düse der Saugstrahlpumpe nicht der maximal zur Verfügung stehende Druck anliegt, da die Drosselung vor der Düse stattfindet. Ein Teil der eingesetzten Energie wird immer schon an dem Drosselventil verbraucht und ist als reine Verlustenergie zu betrachten. Des Weiteren bauen die bekannten Systeme sehr groß auf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr in der Integration der Drosselfunktion direkt in die Treibdüse der Saugstrahlpumpe.
In einer ersten Ausführungsform besteht daher die vorliegende Erfindung aus einer einstufigen oder mehrstufigen Saugstrahlpumpe umfassend eine Treibdüse 5, eine oder mehrere Ansaugdüsen im Ansaugbereich 2 und einen Diffusor 7, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Saugstrahlpumpe in oder unmittelbar vor der Treibdüse 5 eine Vorrichtung zur Reduzierung des Düsenquerschnitts und somit zur Begrenzung des Treibstroms aufweist.
Dadurch soll nicht der Druck zum Antreiben der Saugstrahlpumpe wie in DE 10 2013 000236 AI gedrosselt werden, sondern die Treibdüse direkt in ihrem Düsenquerschnitt reduziert werden. Dies hat den Vorteil, dass weiterhin der vollständige Ladedruck an der Treibdüse anliegt und zur Erzeugung des Saugstroms verwendet werden kann. Trotzdem liegt eine Drosselung des Treibmassestroms vor. Weiterhin kann das System durch die direkte Integration sehr kompakt aufgebaut werden.
Fig. 1 zeigt die Erfindung mit einem selbstfedernden Ventilkörper in ungedrosselter Schaltstellung.
Fig. 2 zeigt die Erfindung mit einem selbstfedernden Ventilkörper in gedrosselter Schaltstellung. Fig. 3 zeigt einen möglichen Kurvenverlauf des Treib- und Saugstroms in Abhängigkeit des anliegenden Treibdrucks.
Insbesondere besteht die Erfindung aus einer einstufigen oder mehrstufigen Saugstrahlpumpe wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt mit einer Treibdüse 5, einem Diffusor 7 und optional weiteren Düsen 6. Vor der Treibdüse 5 befindet sich der Überdruckbereich (1), welcher beispielsweise der Ladedruck eines Turbomotors sein kann. Durch den Überdruck wird das Treibfluid durch die Treibdüse 5 beschleunigt, so dass nach der Düse die maximale Geschwindigkeit vorliegt. Dadurch steigt der dynamische Druck in diesem Bereich an. Aus Gründen der Energieerhaltung fällt der statische Druck ab. Dadurch wird Luft aus dem Ansaugbereich 2 angesaugt und strömt dann mit der Treibluft durch den Diffusor 7, wo die Strömung entschleunigt wird. Dies kann beispielweise dazu genutzt werden einen Unterdruck in einem Kurbelgehäuse oder in einem Tank zu erzeugen. Der Gesamtstrom 3 kann dann wieder der Ansaugluft der Brennkraftmaschine zugeführt werden (beispielsweise vor den Verdichter).
Erfindungsgemäß ist besonders bevorzugt, dass die Vorrichtung zur Begrenzung des Treibstroms (Volumenstrombegrenzungsventil) im Überdruckbereich der Saugstrahlpumpe einen Ventilkörper 4 aufweist, der insbesondere eine Öffnung 8 umfasst, deren Querschnittsfläche kleiner ist, als die Querschnittsfläche der Treibdüse 5.
Durch die Positionierung der Begrenzungsfunktion vor oder in der Treibdüse 5 kann fast der komplette zur Verfügung stehende Treibdruck zum Antrieb der Saugstrahlpumpe verwendet werden. Weiterhin ist der Aufbau des Systems sehr kompakt. Auch wird die Anzahl der Bauteile reduziert.
Die erfindungsgemäße Treibstrombegrenzung wird vorzugsweise durch einen (gefederten) Ventilkörper 4 gelöst, welcher unmittelbar vor die Treibdüse 5 der Saugstrahlpumpe montiert wird.
Die Federung wird vorzugsweise in den Ventilkörper 4 durch Federarme realisiert. In diesem Fall liegt der Ventilkörper 4 beispielsweise auf einer Auflagefläche 11 im Körper der Treibdüse 5. Alternativ kann aber auch eine Druck- oder Zugfeder verwendet werden. Zur Einstellung des Schaltpunktes des Ventilkörpers 4 kann das Federelement weiterhin vorgespannt werden. Dies kann beispielsweise durch einen Niederhalter 10 realisiert werden.
In Fig. 1 ist dargestellt, dass im Ursprungszustand der Ventilkörper 4 einen Abstand zur Treibdüse 5 aufweist, so dass ein Spalt 9 zwischen dem Ventilkörper 4 und dem Körper der Treibdüse 5 entsteht. Das Treibfluid durchströmt den Ventilkörper 4 in diesem Zustand über den Spalt 9. Weiterhin kann das Fluid gegebenenfalls durch die Öffnung im Ventilkörper 4 strömen. Bei steigendem Treibdruck steigt der Treibstrom an (Fig. 2). Durch den Treibstrom und den Venturi-Effekt kommt es zur der Bildung des Gesamtstroms 3.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine Massestromregelung mit definiertem Ventilkennfeld bei geringem Bauraum zur Verfügung gestellt. Mit dem Ventilkörper 4, insbesondere einem Federblech wird der durchströmte Querschnitt des Spalts 9 zwischen dem Überdruckbereich 1 und dem Unterdruckbereich reduziert und damit der Treibmassestrom geregelt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass nur ein bewegliches Bauteil, nämlich der Ventilkörper 4, insbesondere ein Federblech vorliegt.
Der Ventilkörper 4 dient der Regelung des durchströmten Querschnittes vorzugsweise in Form eines Federblechs. Das Federblech kann beispielsweise im Bereich des Überdrucks 1 unter einer definierten Vorspannung verbaut sein, um den Weg der Gasströmung durch den Spalt 9 freizugeben. Steigt das Druckgefälle durch einen stärkeren Treibstrahldruck, so bewegt sich der Ventilkörper 4 auf die Wand der Treibdüse 5 zu bis hin zu dem Punkt, dass der Spalt 9 vollständig verschlossen ist.
Der Ventilkörper 4 erzeugt je nach Treibstrom einen Druckverlust. Übersteigt dieser Druckverlust die Federkraft des Ventilkörpers, so bewegt sich dieser in Richtung Treibdüse 5 und schließt langsam den Spalt 9. Bei steigendem Treibdruck nimmt der Treibstrom ab. Das gleiche gilt für den Saugstrom im Ansaugbereich 2. Am Ende des Schließvorgangs dichtet der Ventilkörper 4 auf dem Körper der Treibdüse 5 annähernd ab, so dass das Treibfluid nur noch über die Öffnung der Treibdüse 5 in die Saugstrahlpumpe einströmen kann, wie in Fig. 2 dargestellt. Durch die kleinere Öffnung in dem Ventilkörper 4 wird der Treibstrom begrenzt. Es kommt allerdings aufgrund der Dichtezunahme des Fluids bei höheren Treibdrücken zu einem weiteren jedoch flachen Anstieg des Treibstroms. Der Saugstrom steigt ebenfalls weiter an. Der Ventilkörper 4 ist vorzugsweise so zu gestalten, dass der Druckverlust gering ist, damit möglichst der komplette Treibdruck zum Antrieb der Saugstrahlpumpe genutzt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung der oben definierten Vorrichtung zur Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine in einem Gehäuse zwischen einem Kurbelraum eines Kurbelgehäuses und einem Ansaugtrakt oder der Tankentlüftung.
Bezuqszeichenliste
1 Überdruckbereich (zum Beispiel Ladedruck)
2 Ansaugbereich (zum Beispiel KG oder Tankentlüftung)
3 Gesamtstrom (zum Beispiel vor Verdichter)
4 Ventilkörper
5 Treibdüse
6 Zweite Düse (optional)
7 Diffusor
8 Öffnung Ventilkörper
9 Spalt unter Ventilkörper
10 Niederhalter / Vorspanner
11 Auflage Ventilkörper (Blechvariante)

Claims

Patentansprüche
1. Einstufige oder mehrstufige Saugstrahlpumpe umfassend eine Treibdüse (5), eine oder mehrere Ansaugdüsen im Ansaugbereich (2) und einen Diffusor (7) dadurch gekennzeichnet, dass die Saugstrahlpumpe in oder unmittelbar vor der Treibdüse (5) eine Vorrichtung zur Begrenzung des Treibstroms aufweist.
2. Saugstrahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Begrenzung des Treibstroms im Überdruckbereich der Saugstrahlpumpe einen Ventilkörper (4) aufweist, der insbesondere eine Öffnung (8) umfasst, deren Querschnittsfläche kleiner ist, als die Querschnittsfläche der Treibdüse (5).
3. Saugstrahlpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (4) wenigstens eine weitere Spaltöffnung (9) überspannt, die bei steigendem Druckunterschied zwischen dem Überdruckbereich (1) und dem Ansaugbereich (22) den Querschnitt der Spaltöffnung (9) zunächst freigibt, bei einem definierten hohen Druckgefälle schaltet und der Ventilkörper (4) den Querschnitt der Spaltöffnung (9) so verringert oder schließt, dass auch bei weiter steigendem Druckunterschied der Volumenstrom über die Öffnung (8) auf ein-definiertes Niveau begrenzt ist.
4. Saugstrahlpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (4) als Federblech ausgebildet ist, dass insbesondere mit einer Vorspannung durch einen Niederhalter (10) am Eingang der Saugstrahlpumpe befestigt ist.
5. Verwendung einer Saugstrahlpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Entlüftung von Kurbelgehäusen eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeuges oder zur Tankentlüftung.
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