DE2753584A1 - Mehrzylindriger dieselmotor - Google Patents

Mehrzylindriger dieselmotor

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DE2753584A1 DE19772753584 DE2753584A DE2753584A1 DE 2753584 A1 DE2753584 A1 DE 2753584A1 DE 19772753584 DE19772753584 DE 19772753584 DE 2753584 A DE2753584 A DE 2753584A DE 2753584 A1 DE2753584 A1 DE 2753584A1
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Description

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
FRIEDRICHSHAPEN GMBH
Friedrichshafen
Mehrzylindriger Dieselmotor
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 Turbo-
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laders 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, bekanntgeworden, beim Anlaßvorgang einen Teil der Zylinder 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 RuQ- 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 Abgasleitungen der als Verdichter arbeitenden Zylinder durch Absperrorgane
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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, bekannterweise 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 einer vorgeschlagenen, noch nicht veröffentlichten Ausführung 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 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 zugehö-
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rigen 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.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mehrzylindrigen aufgeladenen Dieselmotor mit niedrigem Verdichtungsverhältnis, bei dem zum Anlassen und gegebenenfalls beim Teillastbetrieb ein Teil der Zylinder als Verdichter betrieben werden und die von diesen erzeugte Druckluft den übrigen als Motor arbeitenden Zylindern zusätzlich zu der von ihnen angesaugten Verbrennungsluft zur Erzielung ausreichender Zündbedingungen zugeführt wird.
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 einen oder mehrere Zwischenspeicher für die Druckluft, die mit den als Verdichter betriebenen Zylindern über absperrbare Ventile und mit den als Motor arbeitenden Zylindern jeweils über in Abhängigkeit der Kolben-
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stellung beim Ansaug- und/oder Verdichtungstakt des entsprechenden, als Motor arbeitenden Zylinders gesteuerten Ventilen verbunden sind.
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 die beiden Zylinder verbindenden Druckluftleitung mit entsprechendem Querschnitt gebildet wird und somit nur ein geringer baulicher Aufwand für die Zwischenspeicher erforderlich ist.
Zur Vermeidung des Rückströmens von Druckluft sind erfindungsgemäß die zwischen den als Verdichter betriebenen Zylindern und den Zwischenspeichern angeordneten absperrbaren Ventile als Rückschlagventile mit der Durchlaßrichtung von Verdichterzylinder zu Zwischenspeicher ausgebildet.
Zur Vermeidung der Bremswirkung bei Abwärtsbewegung der Kolben der als Verdichter arbeitenden Zylinder bei geschlossenen Einlaß- und Auslaßventilen enthält jedes absperrbare Ventil ein weiteres Rückschlagventil zur Verbindung des Verdichterzylinders mit der Außenluft oder Ansaugleitung des Dieselmotors mit der Durchgangsrichtung von der Außenluft bzw. Ansaugleitung zum Verdichterzylinder.
Für einen betriebssicheren Übergang vom Anlassen bzw. Teillastbetrieb auf den Betrieb mit höheren Belastungen des Dieselmotors ist eine auf die Einspritzpumpe und auf die absperrbaren Ventile derart einwirkende Steuervorrichtung angeordnet,
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daß beim Anlassen und gegebenenfalls beim Teillastbetrieb des Dieselmotors die Einspritzpumpe nur die als Motor arbeitenden Zylinder entsprechend mit Kraftstoff versorgt und dabei die absperrbaren Ventile sich in Durchgangsstellung befinden und bei höherer Belastung des Dieselmotors die Einspritzpumpe alle Zylinder entsprechend mit Kraftstoff versorgt und dabei die absperrbaren Ventile sich in Sperrstellung befinden.
Zur sicheren Vermeidung des Übertrittes von Luft von den als Motor arbeitenden Zylindern in die Zwischenspeicher, vor allem wenn alle Zylinder des Dieselmotors als Motorzylinder arbeiten und die Zwischenspeicher nicht mit Druckluft versorgt werden, sind die in Abhängigkeit der Kolbenstellung des zugehörigen als Motor arbeitenden Zylinders gesteuerten Ventile zwischen den Zwischenspeichern und den als Motor arbeitenden Zylindern als Rückschlagventile mit Durchgangsrichtung vom Zwischenspeicher zum zugehörigen Zylinder ausgebildet.
Falls die konstruktiven Gegebenheiten des Dieselmotors es zulassen, sind die gesteuerten Ventile vorzugsweise als mechanisehe, durch die Nockenwelle betätigte Ventile ausgebildet.
Sind jedoch mechanisch von der Nockenwelle betätigte Ventile konstruktiv schwierig oder nur mit großem Bauaufwand unterzubringen, können die gesteuerten Ventile durch Druckmittel oder Elektromagnete mit einem von der Kurbelwelle oder Nockenwelle angetriebenen Steuerverteiler betätigt werden.
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Anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
Die Figuren 1 und 2 zeigen schematisch je ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einem Dieselmotor mit acht Zylindern in V-Anordnung in Draufsicht.
Die Fig. 3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Dieselmotor mit Einzelheiten der Erfindung.
In dem Dieselmotor 11 mit niedrigem Verdichtungsgrad werden 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 bestimmten 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 erzeugte Druckluft angeordnet. Anstelle eines einzigen Zwischenspeichers können auch mehrere Zwischenspeicher vorgesehen werden, die dann jeweils einer beliebigen Anzahl von Zylindern zugeordnet sein können.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. ist für je einen als Verdichter arbeitenden Zylinder 1 bis und einen jeweils zugeordneten als Motor arbeitenden Zylinder
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5 bis 8 je ein Zwischenspeicher 13 angeordnet, der vorteilhaft durch die Druckluft le it ting zur Verbindung der einander zugehörigen Zylinder gebildet wird und die dazu mit entsprechendem Querschnitt ausgeführt ist.
Zwischen den als Verdichter arbeitenden Zylindern 1 bis 4 und den Zwischenspeichern 12, 1j5 sind abschaltbare Ventile 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, 13 durchtreten lassen. Diese Ventile sind als Rückschlagventile mit der Durchgangsrichtung von Verdichterzylinder zu Zwischenspeicher ausgebildet, um den Rückfluß der Druckluft aus den Zwischenspeichern 12, I5 in die Zylinder 1 bis 4 bei der Abwärtsbewegung der Kolben zu vermeiden.
Zur Vermeidung von unnötigen Verlusten durch die Bremswirkung bei der an den Verdichtungshub anschließenden Abwärtsbewegung der Kolben der als Verdichter arbeitenden Zylinder 1 bis 4 bei geschlossenen Einlaß- und Auslaßventilen kann jeweils ein Rückschlagventil I5 zur Verbindung dieser Zylinder mit der Außenluft der Ansaugleitung angeordnet sein, das vorzugsweise in dem jeweiligen Ventil 14 miteingebaut ist.
Die Ventile 14, die beim normalen Motorbetrieb, wenn alle Zylinder als Motor arbeiten, sich in Ruhestellung mit gesperrtem Durchgang befinden, werden zum Anlassen und zum Teillastbetrieb durch eine geeignete mechanische, elektromagnetische
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oder druckmittelbeaufschlagte Betätigungseinrichtung 16 in die gezeigte Arbeitsstellung mit den beschriebenen Durchlaßrichtungen gestellt.
Vorzugsweise wird die Betätigungseinrichtung 16 durch eine nicht dargestellte Steuervorrichtung für die Einspritzpumpe gesteuert, die gewährleistet, daß die Einspritzpumpe zum Anlassen und beim Teillastbetrieb des Motors nur die als Motor arbeitenden Zylinder und beim Normalbetrieb des Motors alle Zylinder entsprechend mit Kraftstoff versorgt. Diese Steuervorrichtung kann vorteilhaft in den Motorregler miteinbezogen sein, so daß die Stellung der Ventile 14 und die zugehörige Arbeitsweise der Einspritzpumpe sich selbsttätig entsprechend den augenblicklichen Motor-Betriebsanforderungen ergeben.
Zwischen dem Zwischenspeicher 12, 1^ und den als Motor arbeitenden Zylindern 5 bis 8 sind Ventile I7 angeordnet, die jeweils gegen Ende des Ansaugtaktes und während des Verdichtungstaktes dieser Zylinder die in den Zwischenspeichern 12, 1j5 befindliche Druckluft in diese Zylinder durchtreten lassen.
Um zu vermeiden, daß bei ansteigendem Druck in den Zylindern 5 bis 8 gegen Ende ihres Verdichtungstaktes Luft in die Zwischenspeicher 12, 13 zurückgeschoben wird, sind die Ventile ebenfalls als Rückschlagventile mit der Durchlaßrichtung von Zwischenspeicher)^, I5 zu den als Motor arbeitenden Zylindern 5 bis 8 ausgebildet.
Die Ventile 17 können von der Motornockenwelle 18 über geeignete mechanische Übertragungsglieder 19 betätigt werden. Falls
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die mechanische Steuerung durch konstruktive Gegebenheiten nur schwierig oder gar nicht ausführbar ist, können diese Ventile 17 auch durch elektromagnetische oder druckmittelbetriebene Vorrichtungen 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 könen 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.
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Leerseife

Claims (1)

  1. MOTOREN- UND TCKBIXEN-UNIGK
    PRIEDRICHSHAPEN GMBH
    Fr i edri chshafen
    Patentansprüche
    (\. Mehrzylindriger aufgeladener Dieselmotor mit niedrigem Verdichtungsverhältnis, bei dem zum Anlassen und gegebenenfalls beim Teillastbetrieb ein Teil der Zylinder als Verdichter betrieben werden und die von diesen erzeugte Druckluft den übrigen als Motor arbeitenden Zylindern zusätzlich zu der von ihnen angesaugten Verbrennungsluft zur Erzielung ausreichender Zündbedingungen zugeführt wird, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Zwischenspeicher (12, 1J) für die Druckluft, die mit den als Verdichter betriebenen Zylindern (1 bis 4) über absperrbare Ventile (14) und mit den als Motor arbeitenden Zylindern (5 bis 8) jeweils über in Abhängigkeit der Kolbenstellung beim Ansaug- und/oder Verdichtungstakt des entsprechenden als Motor arbeitenden Zylinders (5 bis 8) gesteuerten Ventilen (17) verbunden sind.
    2. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einem als Verdichter betriebenen (1 bis 4) und einem als Motor arbeitenden Zylinder (5 bis 8) ein Zwischenspeicher (13) zugeordnet ist.
    3· Dieselmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenspeicher (12) von der die beiden einander zu-
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    geordneten Zylinder verbindenden Druckluftleitung mit entsprechendem Querschnitt gebildet wird.
    4. Dieselmotor nach Anspruch 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den als Verdichter betriebenen Zylindern (1 bis 4) und den Zwischenspeichern (12, Ι}) angeordneten absperrbaren Ventile (14) als Rückschlagventile mit der Durchlaßrichtung von Verdichterzylinder (1 bis 4) zu Zwischenspeicher (12, 13) ausgebildet sind.
    5· Dieselmotor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes absperrbare Ventil (14) ein weiteres Rückschlagventil (15) zur Verbindung des Verdichterzylinders (1 bis 4) mit der Außenluft oder Ansaugleitung des Dieselmotors (11) enthält mit der Durchgangsrichtung von der Außenluft bzw. Ansaugleitung zum Verdichterzylinder (1 bis 4).
    6. Dieselmotor nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine auf die Einspritzpumpe und auf die absperrbaren Ventile (14) derart einwirkende Steuervorrichtung, daß beim Anlassen und gegebenenfalls beim Teillastbetrieb des Dieselmotors die Einspritzpumpe nur die als Motor arbeitenden Zylinder (5 bis 8) entsprechend mit Kraftstoff versorgt und dabei die absperrbaren Ventile (14) sich in Durchgangsstellung befinden und bei höherer Belastung des Dieselmotors (11) die Einspritzpumpe alle Zylinder (1 bis 8) entsprechend mit Kraftstoff versorgt und dabei die absperrbaren Ventile (14) sich in Sperrstellung befinden.
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    7. Dieselmotor nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die in Abhängigkeit der Kolbenstellung des zugehörigen als Motor arbeitenden Zylinders (5 bis 8) gesteuerten Ventile (17) zwischen diesen Zylindern und den Zwischenspeiehern (12, Ι}) als Rückschlagventile mit Durchgangsrichtung vom Zwischenspeicher (12, I?) zum zugehörigen Zylinder (5 bis 8) ausgebildet sind.
    8. Dieselmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Ventile (17) als mechanische, durch die Motor-Nockenwelle (18) betätigte Ventile ausgebildet sind.
    9. Dieselmotor nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Ventile (I7) durch Druckmittel oder Elektromagnete mit einem von der Motor-Kurbelwelle (21) oder Motor-Nockenwelle (18) angetriebenen Steuerverteiler (22) betätigt werden.
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