CH636168A5

CH636168A5 - Mehrzylindriger aufgeladener dieselmotor.

Info

Publication number: CH636168A5
Application number: CH1225678A
Authority: CH
Inventors: Herbert Deutschmann; Franz Geray
Original assignee: Mtu Friedrichshafen Gmbh
Priority date: 1977-12-01
Filing date: 1978-11-30
Publication date: 1983-05-13
Also published as: IT1106802B; DE2753584A1; GB2009316B; FR2410733B1; IT7852071A0; FR2410733A1; US4248198A; GB2009316A; DE2753584C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mehrzylind-rigen aufgeladenen Dieselmotor gemäss dem Oberbegriff des

Patentanspruches 1.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, unter Vermeidung der geschilderten Nachteile der bekannten Ausführungen das Anlassen und den Teillastbetrieb niedrig verdichteter Dieselmotoren jeglicher Bauart und Zylinderzahlen mit einfachen und betriebssicheren Mitteln zu gewährleisten.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Ausbildung des Dieselmotors gemäss dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches

1.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jeweils einem als Verdichter betriebenen und einem als Motor arbeitenden Zylinder ein Zwischenspeicher zugeordnet, der vorteilhaft von der diese beiden Zylinder verbindenden Druckluftleitung gebildet wird und somit nur ein geringer baulicher

Aufwand für den Zwischenspeicher erforderlich ist.

Zur Vermeidung des Rückströmens von Druckluft kann die zwischen einem als Verdichter betriebenen Zylinder und einem Zwischenspeicher angeordnete, absperrbare Ventileinrichtung mit einem Rückschlagventil mit der Durchlassrichtung von Ver-

dichterzylinder zu Zwischenspeicher versehen sein.

Zur Vermeidung der Bremswirkung bei Abwärtsbewegung des Kolbens eines als Verdichter arbeitenden Zylinders bei geschlossenen Einlass- und Auslassventilen kann jede absperrbare Ventileinrichtung ein weiteres Rückschlagventil zur Verbindung des Verdichterzylinders mit der Aussenluft oder Ansaugleitung des Dieselmotors mit der Durchgangsrichtung von der Aussenluft bzw. Ansaugleitung zum Verdichterzylinder enthalten.

20

25

Für einen betriebssicheren Übergang vom Anlassen bzw. Teillastbetrieb auf den Betrieb mit höheren Belastungen des Dieselmotors kann eine auf die Einspritzpumpe und auf die absperrbare Ventileinrichtung derart einwirkende Steuervorrichtung vorhanden sein, dass beim Anlassen und gegebenenfalls im Teillastbetrieb des Dieselmotors die Einspritzpumpe nur den bzw. die als Motor arbeitenden Zylinder mit Kraftstoff versorgt und sich hierbei jede absperrbare Ventileinrichtung in Durchgangsstellung befindet und bei höherer Belastung des Dieselmotors die Einspritzpumpe alle Zylinder mit Kraftstoff versorgt und sich hierbei jede absperrbare Ventileinrichtung in Sperrstellung befindet.

Zur sicheren Vermeidung des Übertrittes von Luft von jedem als Motor arbeitenden Zylinder in den zugeordneten Zwischenspeicher, vor allem, wenn alle Zylinder als Motorzylinder arbeiten und der Zwischenspeicher nicht mit Druckluft versorgt wird, kann die gesteuerte Ventileinrichtung zwischen dem Zwischenspeicher und dem zugeordneten als Motor arbeitenden Zylinder mit einem Rückschlagventil mit Durchgangsrichtung vom Zwischenspeicher zum vorgenannten Zylinder versehen sein.

Falls es die konstruktiven Gegebenheiten des Dieselmotors zulassen, kann vorzugsweise die gesteuerte Ventileinrichtung mit zumindest einem mechanischen, durch die Nockenwelle betätigbaren Ventil versehen sein.

Sind jedoch mechanisch von der Nockenwelle betätigbare Ventile konstruktiv schwierig oder nur mit grossem Bauaufwand unterzubringen, kann die gesteuerte Ventileinrichtung zumindest ein Ventil umfassen, das durch Druckmittel oder Elektro-5 magnete mit einem von der Kurbelwelle oder Nockenwelle angetriebenen Steuerverteiler betätigbar ist.

Anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch je ein Ausführungsbeispiel der 10 Erfindung an einem Dieselmotor mit acht Zylindern in V-Anordnung in Draufsicht;

Fig. 3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Dieselmotor mit Einzelheiten der Erfindung.

In dem Dieselmotor 11 mit niedrigem Verdichtungsgrad wer-15 den beim Anlassen und gegebenenfalls im Teillastbetrieb die Zylinder 1 bis 4 als Verdichter betrieben, um die von diesen erzeugte Druckluft den dabei als Motor arbeitenden Zylindern 5 bis 8 zusätzlich zu der von diesen angesaugten Verbrennungsluft zuzuführen.

Da die Druckluft den Motorzylindern 5 bis 8 in einem betimm-ten Abschnitt des Arbeitsspieles, frühestens gegen Ende des Saughubes und während des Verdichtungshubes zugeführt werden muss, ist gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ein Zwischenspeicher 12 für die gesamte von den als Verdichter arbeitenden Zylindern 1 bis 4 erzeugte Druckluft angeordnet. Anstelle eines einzigen Zwischenspeichers 12 können auch mehrere Zwischenspeicher vorgesehen werden, die dann jeweils einer beliebigen Anzahl von Zylindern zugeordnet sein können.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach 30 Fig. 2istfür jeeinenals Verdichter arbeitenden Zylinder lbis4 und einen zugeordneten, als Motor arbeitenden Zylinder 5 bis 8 ein Zwischenspeicher 13 vorhanden, der vorteilhaft durch die Druckluftleitung zur Verbindung der einander zugeordneten Zylinder gebildet wird, wobei diese Leitung mit entsprechendem Querschnitt ausgeführt ist.

Zwischen den als Verdichter arbeitenden Zylindern 1 bis 4 und den Zwischenspeichern 12 bzw. 13 sind abschaltbare Ventileinrichtungen 14 angeordnet, die sich zum Anlassen und im Teillastbetrieb in ihrer in Fig. 3 gezeigten Arbeitsstellung befinden, in der sie die bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens in dem betreffenden Zylinder erzeugte Druckluft in die Zwischenspeicher 12 bzw. 13 eintreten lassen. Diese Ventileinrichtungen umfassen Rückschlagventile 10 mit der Durchgangsrichtung vom Verdichterzylinder zum Zwischenspeicher, um einen Rückfluss 45 der Druckluft aus dem Zwischenspeicher 12 bzw. 13 in den jeweiligen Zylinder 1 bis 4 bei der Abwärtsbewegung der darin beweglichen Kolben zu vermeiden.

Zur Vermeidung von unnötigen Verlusten durch die Bremswirkung bei der an den Verdichtungshub anschliessenden 50 Abwärtsbewegung der Kolben der als Verdichter arbeitenden Zylinder 1 bis 4 bei geschlossenen Einlass- und Auslassventilen kann jeweils ein Rückschlagventil 15 zur Verbindung dieser Zylinder mit der Aussenluft der Ansaugleitung angeordnet sein, das vorzugsweise in der jeweiligen Ventileinrichtung 14 mit 55 eingebaut ist.

Die Ventileinrichtung 14, die beim normalen Motorbetrieb, wenn alle Zylinder 1 bis 8 als Motor arbeiten, sich in Ruhestellung mit gesperrtem Durchgang befinden, werden zum Anlassen und im Teillastbetrieb durch eine geeignete mechanische, elek-60 tromagnetische oder druckmittelbeaufschlagte Betätigungseinrichtung 16 in die gezeigte Arbeitsstellung mit den beschriebenen Durchlasseinrichtungen gestellt.

Vorzugsweise wird die Betätigungseinrichtung 16 durch eine nicht dargestellte Steuervorrichtung für die Einspritzpumpe 65 gesteuert, die gewährleistet, dass die Einspritzpumpe zum Anlassen und im Teillastbetrieb des Motors 11 nur die als Motor arbeitenden Zylinder 5 bis 8 und beim Normalbetrieb des Motors alle Zylinder 1 bis 8 entsprechend mit Kraftstoff versorgt. Diese

35

40

636 168

Steuervorrichtung kann vorteilhaft in den Motorregler miteinbezogen sein, so dass die Stellung der Ventileinrichtung 14 und die zugehörige Arbeitsweise der Einspritzpumpe sich selbsttätig entsprechend den augenblicklichen Motor-Betriebsanforderun-gen ergeben. 5

Zwischen dem Zwischenspeicher 12 bzw. 13 und den als Motor arbeitenden Zylindern 5 bis 8 sind Ventileinrichtungen 17 angeordnet, die jeweils gegen Ende des Ansaugtaktes und während des Verdichtungstaktes dieser Zylinder 5 bis 8 die in den Zwischenspeichern 12 bzw. 13 befindliche Druckluft in diese Zylin- 10 der 5 bis 8 eintreten lassen.

Um zu vermeiden, dass bei ansteigendem Druck in den Zylindern 5 bis 8 gegen Ende ihres Verdichtungstaktes Luft in die Zwischenspeicher 12 bzw. 13 zurückgeschoben wird, sind die Ventileinrichtungen 17 ebenfalls mit Rückschlagventilen 9 mit 15 der Durchlassrichtung vom Zwischenspeicher 12 bzw. 13 zum jeweils als Motor arbeitenden Zylinder 5 bis 8 versehen.

Die Ventileinrichtungen 17 können von der Motornockenwelle 18 über geeignete mechanische Übertragungsglieder 19 betätigt werden. Falls die mechanische Steuerung durch kon- 20

struktive Gegebenheiten nur schwierig oder gar nicht ausführbar ist, können diese Ventileinrichtungen 17 auch durch elektromagnetische oder druckmittelbetriebene Einrichtungen 20 betätigt werden, die von einem von der Nockenwelle 18 oder der Motorkurbelwelle 21 angetriebenen Verteiler 22 gesteuert werden.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht beschränkt auf die in Fig. 1 und 2 gezeigten Motorbauarten mit acht Zylindern in V-Anordnung, sondern ist für jede mögliche Motorbauart mit mindestens zwei Zylindern geeignet. Auch braucht die Anzahl der als Verdichter betriebenen Zylinder nicht gleich der Anzahl der als Motor betriebenen Zylinder sein. Schliesslich können bei V-Motoren die als Verdichter und Motor arbeitenden Zylinder auf beide Zylinderbänke verteilt sein. Die Wahl, welche Zylinder eines Motors als Verdichter und welche als Motoren arbeiten sollen, wird man zweckmässigerweise unter Berücksichtigung von V-Winkel und Kurbelsternanordnung im Hinblick auf einen gleichmässigen Zündabstand und schwingungsarmen Lauf im Teillastbetrieb treffen.

M

1 Blatt Zeichnungen

Claims

636 168 2

PATENTANSPRÜCHE

1. Mehrzylindriger aufgeladener Dieselmotor mit einem Verdichtungsverhältnis, das kleiner als 1:12 ist, bei dem zum Anlassen und gegebenenfalls im Teillastbetrieb zumindest ein Zylinder 5 als Verdichter betrieben wird und die von diesem erzeugte Druckluft dem zumindest einen übrigen, als Motor arbeitenden Zylinder zusätzlich zu der von ihm angesaugten Verbrennungsluft zur Erzielung ausreichender Zündbedingungen zugeführt wird, gekennzeichnet durch zumindest einen Zwischenspeicher 10 (12 bzw. 13) für die Druckluft, der mit dem zumindest einen als Verdichter betriebenen Zylinder (1 bis 4) über je eine absperrbare Ventileinrichtung (14) und mit dem zumindest einen als Motor arbeitenden Zylinder (5 bis 8) über j e eine in Abhängigkeit der Kolbenstellung beim Ansaug- und/oder Verdichtungs- 15 takt des als Motor arbeitenden Zylinders (5 bis 8) gesteuerte Ventileinrichtung (17) verbunden ist.
2. Dieselmotor nach Anspruch 1, mit mehr als zwei Zylindern, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zwischenspeicher (13) vorhanden sind und dass jeweils einem der Zwischenspeicher 20 (13) zumindest ein als Verdichter betriebener Zylinder (1 bis 4) und zumindest ein als Motor arbeitender Zylinder (5 bis 8) zugeordnet ist.
3. Dieselmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, ^ dass jeweils ein Zwischenspeicher (13) einem als Verdichter betriebenen Zylinder (1 bis 4) und einem als Motor arbeitenden Zylinder (5 bis 8) zugeordnet ist (Fig. 2).
4. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass der Zwischenspeicher (13) von einer Druckluftleitung gebildet ist, die einen als Verdichter betriebenen Zylinder (1 bis 4) mit 30 einem als Motor betriebenen Zylinder (5 bis 8) verbindet (Fig. 2).
5. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die zwischen dem als Verdichter betriebenen Zylinder (1 bis 4) und einem Zwischenspeicher (12 bzw. 13) angeordnete absperrbare Ventileinrichtung (14) ein Rückschlagventil (10) mit der Durchlassrichtung vom Verdichterzylinder (1 bis 4) zum Zwischenspeicher (12, 13) enthält.
6. Dieselmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

dass jede absperrbare Ventileinrichtung (14) ein weiteres Rückschlagventil (15) zur Verbindung des Verdichterzylinders (1 bis 40 4) mit der Aussenluft oder Ansaugleitung des Dieselmotors (11) enthält mit der Durchgangsrichtung von der Aussenluft bzw. Ansaugleitung zum Verdichterzylinder (1 bis 4).
7. Dieselmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine auf eine Einspritzpumpe und auf die absperrbare Ventileinrich- 45 tung (14) derart einwirkende Steuervorrichtung, dass beim Anlassen und gegebenenfalls im Teillastbetrieb des Dieselmotors die Einspritzpumpe nur die als Motor arbeitenden Zylinder

(5 bis 8) mit Kraftstoff versorgt und dabei die absperrbare Ventileinrichtung (14) sich in Durchlassstellung befindet und bei 50 höherer Belastung des Dieselmotors (11) die Einspritzpumpe alle Zylinder (1 bis 8) mit Kraftstoff versorgt und dabei die absperrbare Ventileinrichtung (14) sich in Sperrstellung befindet.
8. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 55 dass die gesteuerte Ventileinrichtung (17) ein Rückschlagventil

(9) mit Durchgangsrichtung vom Zwischenspeicher (12 bzw. 13) zum als Motor betriebenen Zylinder (5 bis 8) enthält.
9. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die gesteuerte Ventileinrichtung (17) zumindest ein mecha- 60 nisches, durch die Motor-Nockenwelle (18) betätigtes Ventil umfasst.
10. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die gesteuerte Ventileinrichtung (17) zumindest ein Ventil umfasst, das durch Druckmittel oder einen Elektromagneten mit 65 einem von der Motor-Kurbelwelle (21) oder Motor-Nockenwelle (18) angetriebenen Steuerverteiler (22) betätigbar ist.

Die Leistungssteigerung von Dieselmotoren wird üblicherweise durch die Verbrennung grösserer Kraftstoffmengen vorgenommen. Der entsprechend hohe Verbrennungsluftbedarf wird dabei durch Zuführung von vorverdichteter Luft zu den Zylindern gedeckt. Als vorteilhaft hat sich allgemein durchgesetzt, die Verdichtung der Verbrennungsluft durch von den Abgasen des Motors getriebene Turbolader vorzunehmen.

Bei Dieselmotoren mit normalen Verdichtungsverhältnissen von grösser als 1:12 ist die Höhe der Vorverdichtung der Verbrennungsluft und somit die erzielbare Leistungssteigerung durch die damit anwachsenden schädlichen Zünddruckspitzen in den Zylindern begrenzt. Eine bekannte Massnahme, hohe Vorverdichtungsgrade der Verbrennungsluft anzuwenden ohne die Spitzendrücke zu erhöhen, besteht darin, das Verdichtungsverhältnis der Motorzylinder herabzusetzen.

Hierbei tritt jedoch der Nachteil auf, dass die Motoren (ohne besondere Hilfsmittel) nicht mehr angelassen und mit Teillast betrieben werden können, weil bei diesen Betriebszuständen keine bzw. zu geringe Abgasmengen für den Antrieb des Turboladers zur Verfügung stehen und somit mangels Vorverdichtung der Verbrennungsluft Verdichtungsenddruck und -Temperatur für die Zündung des eingespritzten Kraftstoffes nicht ausreichen.

Um derartige Motoren trotzdem anlassen zu können, ist es, von einigen sehr aufwendigen Methoden abgesehen, bekannt geworden, beim Anlassvorgang einen Teil der Zylindbr als Verdichter arbeiten zu lassen und die von diesen verdichtete Luft den übrigen als Motor arbeitenden Zylindern unter Druck zuzuführen.

Bei einer Ausführung ist dazu die Ventilsteuerung so umschaltbar ausgebildet, dass die als Verdichter arbeitenden Zylinder die Luft aus der Abgasleitung ansaugen und in die hierbei durch ein Absperrorgan verschlossene Ansaugleitung fördern, von wo sie unter Druck in die als Motor arbeitenden Zylinder bei deren Saughub eintritt. Nachteilig bei dieser Ausführung ist die sehr aufwendige umschaltbare Ventilsteuerung, die in vorhandenen Motorkonstruktionen meist nicht mehr untergebracht werden kann und somit eine Neukonstruktion des gesamten Motors bedingt. Ausserdem ist die aus der Abgasleitung angesaugte ungefilterte Luft mit Russ- und Zunderpartikeln verschmutzt, was in kurzer Zeit zu beträchtlichen Motorschäden führen kann. Für einen Betrieb mit Teillast ist diese Motorausführung daher völlig ungeeignet.

Bei einer anderen bekanntgewordenen, nicht aufgeladenen Motorausführung werden ebenfalls zum Anlassen die Abgaslei-tungen der als Verdichter arbeitenden Zylinder durch Absperrorgane verschlossen. Die von diesen Zylindern während des Auspuffhubes über die Auslassventile in die Abgasleitungen geförderte Luft wird über eine von diesen ausgehende Sammelleitung in die Ansaugleitung des als Motor arbeitenden Zylinders geführt, die von dabei ebenfalls durch ein Absperrorgan von den Ansaugleitungen der als Verdichter arbeitenden Zylinder abgesperrt ist. Der erhebliche Nachteil dieser Ausführung liegt darin, dass die Absperrorgane in den Abgasleitungen beim Motorbetrieb den heissen und korrosiven Abgasen ausgesetzt, bekannter-weise nach kurzer Zeit unbrauchbar werden. Ausserdem erhalten die als Motor arbeitenden Zylinder durch die Absperrung ihrer Ansaugleitung keine eigene Ansaugluft, sondern nur die Luftmenge der als Verdichter arbeitenden Zylinder, so dass zur Erzielung einer brauchbaren Vorverdichtung die Mehrzahl der vorhandenen Zylinder als Verdichter arbeiten müssen, wodurch ein vernünftiger Teillastbetrieb des Motors ebenfalls nicht durchführbar ist.

Schliesslich wird bei einem Dieselmotor gemäss der CH-PS 624182 jeweils die Druckluft eines als Verdichter arbeitenden Zylinders einem zugeordneten, als Motor arbeitenden Zylinder über jeweils eine Verbindungsleitung und geeignete Ventile zugeführt. Für diese Ausführung, die nur einen geringen baulichen Aufwand erfordert, ist jedoch Voraussetzung, dass der

636 168

Verdichtungstakt jedes als Verdichter arbeitenden Zylinders zeitlich kurz vor dem Verdichtungstakt des zugeordneten, als Motor arbeitenden Zylinders abläuft, damit die Druckluft des Verdichterzylinders sicher in den zugehörigen Motorzylinder, etwa am Anfang eines Verdichtungstaktes, bei geschlossenen Einlass- und Auslassventilen zusätzlich zu der von ihm zuvor angesaugten Luft gedrückt wird.

Diese Voraussetzung ist jedoch nur bei wenigen bestimmten Motorausführungen mit geeigneten Zylinderzahlen gegeben, so dass diese Massnahme nur sehr begrenzt anwendbar ist. Auch ist diese Voraussetzung bei Neukonstruktionen im Interesse eines guten Schwingungsverhaltens des Motors oft nicht zu verwirklichen.