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Verfahren zum Einblasen des Kraftstoffes in Brennkraftmaschinen mit
Preßluft-Anlaßvorrichtung Es ist bekannt, bei Dieselmaschinen den Kraftstoff in
den Brennraum der Arbeitszylinder mittels Preßluft einzublasen, die von dem gleichen
Kompressor wie die zum Anlassen der Maschine dienende Preßluft erzeugt wird. Doch
ist bei diesen Maschinen der Kraftstoffeinblasedruck wesentlich höher als der Anlaßdruck,
so daß der die Preßluft erzeugende Kompressor mehrstufig ausgebildet und mehrere
Preßluftbehälter sowie getrennte Einblase- und Anlaßventile an den Arbeitszylindern
vorhanden sein müssen. Man war daher, insbesondere bei für den Fahrzeugantrieb bestimmten
Dieselmaschinen, stets bestrebt, mit luftloser Einspritzung zu arbeiten, und hat
dann die luftlose Einspritzung auch für gemischtverdichtete Brennkraftmaschinen
mit Fremdzündung übernommen, auch wenn diese, wie es bei Flugmotoren häufig der
Fall ist, mit einer Preßluft-Anlaßvorrichtung versehen waren.
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Die Erfindung besteht demgegenüber darin, daß auch bei nicht nach
dem Dieselprinzip arbeitenden Brennkraftmaschinen, insbesondere bei gemischverdichtenden
Brennkraftmaschinen (Kolbenbrennkraftmaschinen), die Anlaßluft während des Betriebs
als Einblaseluft für den Kraftstoff verwendet wird.
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Eine Vervollkommnung der Erfindung besteht darin, daß auch während
des Anlaßvorgangs Kraftstoff mit der Anlaßluft eingeblasen wird.
Bei
der Anwendung der Erfindung wird das vorhandene Anlaßventil zweckmäßig gleichzeitig
als Einblaseventil für den Kraftstoff ausgebildet, beispielsweise indem die Zuführungskanäle
für den Kraftstoff in die Sitzfläche des Anlaßventils münden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. i eine zur Durchführung des neuen Verfahrens eingerichtete Viertaktbrennkraftmaschine
mit Preßluft-Anlaßvorrichtung in schematischer Darstellung, Fig. 2 den Preßluftverteiler
mit seinem Antrieb im Längsschnitt und Fig. 3 ein zur Durchführung des neuen Verfahrens
geeignetes Anlaß- und Einblaseventil im Längsschnitt. In Fig. i bezeichnet 5 den
Arbeitszylinder einer im Viertakt arbeitenden, gemischverdichtenden Brennkraftmaschine
mit Fremdzündung und Preßluft-Anlaßvorrichtung. Der in dem Zylinder 5 gleitende
Arbeitskolben 6 saugt bei seinem Niedergang die Verbrennungsluft durch das Einlaßventil
7 in den Zylinder hinein. Nach der Umkehr der Kolbenbewegung wird der Kraftstoff
durch das Ventil 8 mittels Preßluft in die im Zylinder befindliche Verbrennungsluft
eingeblasen und das so entstandene Gemisch beim weiteren Aufwärtsgang des Kolbens
verdichtet, um dann in der Nähe des oberen Kolbentotpunktes durch die Zündkerze
g entzündet zu werden. Die Verbrennungsgase, die während des darauffolgenden Abwärtshubes
des Kolbens äußere Arbeit leisten, verlassen schließlich den Zylinder beim nächsten
Aufwärtshub des Kolbens durch das Auslaßventil io. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind sechs derartige Zylinder 5 in einer Reihe hintereinander angeordnet, die durch
das gemeinsame Kurbelgehäuse ii zusammengehalten werden.
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Die Brennkraftmaschine ist mit einer an sich bekannten Preßluft-Anlaßvorrichtung
ausgerüstet. Diese besteht aus einem an das Kurbelgehäuse ii angeflanschten, von
der Brennkraftmaschine angetriebenen Luftverdichter 12, der die von ihm erzeugte
Preßluft von beispielsweise io at Überdruck in einen gleichzeitig als Windkessel
dienenden Sammelbehälter 13 fördert.
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Der Sammelbehälter 13 steht durch die Leitungen 14, 15 über einen
Umschalthahn 16 mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen Preßluftverteiler
17 an sich bekannter Bauart in Verbindung, der beim Anlassen der Maschine die vom
Sammelbehälter kommende Preßluft über die Zuleitungen 18 so auf die einzelnen Arbeitszylinder
der Maschine verteilt, daß jeder Zylinder im ersten Teil desjenigen Abwärtshubes
seines Arbeitskolbens, bei dem die Ventile 7, 1o geschlossen sind, der also dem
Arbeitshub der laufenden Maschine entspricht, eine gewisse Preßluftmenge über das
in bekannter Weise als Rückschlagventil ausgebildete Anlaßventil 8 zugeführt erhält.
Die den einzelnen Zylindern zugeführte Preßluft treibt jeweils den entsprechenden
Arbeitskolben nach unten, wobei sie sich nach Abschluß des Anlaßventils 8 im Zylinder
weitgehend entspannt, um während des darauffolgenden Aufwärtshubes des Arbeitskolbens
nach Öffnen des Auslaßventils io ins Freie zu entweichen. Damit die Maschine im
Bedarfsfalle, z. B. bei entleertem Sammelbehälter 13, auch von außen her angelassen
werden kann, ist der Umschalthahn 16 außerdem über die Leitung ig mit einem hier
nicht dargestellten, für gewöhnlich verschlossen gehaltenen Außenbordanschluß verbunden,
an den nach Umschalten des Hahnes 16 in die Stellung 16' (Fig. i) eine gefüllte
Preßluftflasche angeschlossen wird, mit deren Hilfe die Maschine dann in derselben
Weise wie oben angelassen wird.
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Das Ventil 8 dient nun sowohl als Anlaßventil als auch als Einblaseventil
für den Kraftstoff. Zu diesem Zweck sind das Ventil 8 und der Antrieb des Preßluftverteilers
17 in besonderer, aus den Fig. i und 3 ersichtlicher Weise ausgebildet. Da
die Preßluft dem Ventil 8 zum Anlassen der Maschine während des ersten Teiles des
Arbeitshubes, zum Einblasen des Kraftstoffes jedoch bereits im ersten Teil des vorhergehenden
Verdichtungshubes des Arbeitskolbens, also um etwa i8o° Kurbelwinkel früher zugeführt
werden muß, ist es notwendig, die mit halber Kurbelwellendrehzahl angetriebene Verteilerwelle
20 gegenüber ihrer Antriebswelle 21 um etwa go° in der Antriebsrichtung zu verdrehen,
wenn vom Anlaßvorgang auf normalen Betrieb übergegangen werden soll. Zu diesem Zweck
sind die Verteilerwelle 2o und die Antriebswelle 21 an ihren einander zugekehrten
Enden mit Steilgewinde 22 entgegengesetzter Steigung versehen und durch eine axial
verschiebbare Gewindemuffe 23 mit jeweils entsprechendem Innengewinde miteinander
verbunden. Durch Verschwenken des Hebels 24 von der Stellung A in die Stellung
N erfolgt das Verschieben der Muffe 23 und damit das Verdrehen der Verteilerwelle
20 von der Anlaßstellung in die Stellung für Normalbetrieb. Die durch die Leitung
15 in den Verteiler eintretende Preßluft strömt dort in Richtung der Pfeile 25 durch
Löcher 26 der mit halber Kurbelwellendrehzahl umlaufenden Verteilerscheibe und durch
das in dieser angeordnete Langloch 28 über die Zuleitungen 18 in der richtigen Reihenfolge
und im richtigen Zeitabstand auf die Anlaß- und Einblaseventile 8 der einzelnen
Arbeitszylinder.
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In dem jeweils von der Preßluft beaufschlagten Anlaß- und Einblaseventil
(Fig. 3) gelangt die Preßluft vom Anschlußstutzen 3o aus durch die Kanäle 31, 32,
33 vor den Ventilkegel 34 und öffnet durch ihren Überdruck das Ventil gegen die
Wirkung der Feder 35, so daß die Preßluft in den Arbeitszylinder 5 einströmt. Dies
geschieht, wie bereits erwähnt, beim Anlassen während des ersten Teiles des Arbeitshubes,
im Normalbetrieb während des ersten Teiles des davorliegenden Verdichtungshubes.
Beim Öffnen des Ventils werden von dem Ventilkegel 34 gleichzeitig auch die feinen,
im Ventilsitz mündenden Spritzkanäle 36 freigelegt, denen durch den Ringkanal 37
vom Anschlußstutzen 38 her ständig oder auch in zugeteilter Menge Kraftstoff zugeführt
wird, so daß also zusammen mit der Preßluft gleichzeitig feinverteilter Kraftstoff
in den Arbeitszylinder eingeblasen wird. Dieses Kraftstoff-Preßluft-Gemisch mischt
sich im Normalbetrieb weiter mit der bereits im Zylinder befindlichen, während des
vorangegangenen Saughubes durch das Einlaßventil 7 angesaugten Frischluft, um mit
dieser zusammen weiter verdichtet und am Ende des Verdichtungshubes
durch
die Kerze 9 entzündet zu «erden, während beim Anlassen das Kraftstoff -Preßluft-Gemisch
bereits unmittelbar bei seinem Eintritt in den Zylinder von der Kerze 9 gezündet
wird und während der ganzen Dauer der Preßlufteinblasung im wesentlichen unter Gleichdruck
verbrennt. Auf diese Weise wird beim Anlassen der Brennkraftmaschine gegenüber dem
sonst üblichen Einblasen von kalter Luft erheblich an Preßluft gespart und außerdem
die das Anspringen der Maschine erschwerende Abkühlung derselben durch die entspannte
Preßluft vermieden.
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Zu dem Kraftstoffanschlußstutzen 38 des Ventils 8 führt eine Leitung
40, die durch einen Umschalthahn 41 während des Anlassens mit der aus dem Behälter
42 kommenden Leitung 43, während des Normalbetriebs mit der aus dem Behälter 44
kommenden Leitung 45 verbunden wird. In der Stellung 41 befindet sich der Umschalthahn
während des normalen Betriebes. Zum Anlassen der Brennkraftmaschine wird er in die
darüber gezeichnete Stellung 41' bewegt. In dem Behälter 42 befindet sich ein besonders
leicht entzündlicher Anlaßkraftstoff, in dem Behälter 44 normaler Betriebskraftstoff,
der durch eine Förderpumpe 46 über die Leitung 47 laufend entsprechend dem Verbrauch
während des Betriebes ergänzt wird. Die Förderpumpe entnimmt den Kraftstoff durch
die Saugleitung 48 einem hier nicht dargestellten Hauptbehälter. In dem Behälter
42 wird der nur in geringen Mengen benötigte Anlaßkraftstoff von Zeit zu Zeit von
Hand nachgefüllt. In beiden Behältern steht der Kraftstoff 51 unter dem im
Sammelbehälter 13 herrschenden Preßluftdruck. An der Abzweigstelle der Leitungen
50, 51 ist ein weiterer Umschalthahn 52 angeordnet, der nur, wenn über die Leitung
i9 und den Außenbordanschluß mit einem wesentlich höheren als dem normalerweise
im Sammelbehälter 13 herrschenden Preßluftdruck angelassen werden soll, in
die darunter gezeichnete Stellung 52' bewegt wird und zu diesem Zweck mit dem Umschalthahn
16 zwangsläufig gekuppelt sein kann. Dadurch wird erreicht, daß der Kraftstoffbehälter
44 und damit auch die Förderpumpe 46 nicht für den hohen Preßluftdruck des Außenbordanschlusses
bemessen zu werden brauchen. Zweckmäßig ist auch der Umschalthebel 2.1 des Preßluftverteilers
17 mit dem Umschalthahn 41 zwangsläufig gekuppelt, so daß beide gemeinsam
in die Anlaß- bzw. Betriebsstellung bewegt werden.
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Die eingespritzte Kraftstoffmenge kann während des Normalbetriebes
auf einfache Weise durch Verändern des Preßluftdruckes vor dem Einblaseventil 8
oder durch andere bekannte Mittel geregelt werden, z. B. durch eine Dosierpumpe,
beispielsweise regelbare Zahnradförderpumpe 53, die in die Leitung 45 eingeschaltet
ist und den Kraftstoff zur richtigen Zeit und in der richtigen Menge den einzelnen
Zylindern zuteilt. Da während des Anlassens nicht wie im Normalbetrieb ein überfettes
Vorgemisch, sondern ein bereits für sich mit einer ausreichenden Menge von Verbrennungsluft
versehenes Gemisch in die Zylinder eingeblasen werden muß, wird man zweckmäßig entweder
in der Zuführungsleitung 43 für den Anlaßkraftstoff eine Drosselstelle oder in der
zum Anlaßkraftstoffbehälter 42 führenden Preßluftleitung 51
ein Druckmittel
anordnen.
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Im Ausführungsbeispiel ist die Erfindung in ihrer Anwendung auf eine
Viertaktbrennkraftmaschine gezeigt. Doch kann sie ebenso auch bei Zweitaktmaschinen
angewendet werden, mit dem einzigen Unterschied, daß der Preßluftverteiler 17 dann
mit der Drehzahl der Kurbelwelle angetrieben werden und die Verteilerwelle 2o beim
Übergang von Anlassen auf Normalbetrieb um i8o° gegenüber der Antriebswelle 21 verdreht
werden muß.
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Bei Maschinen mit einer größeren Anzahl von Arbeitszylindern können
gegebenenfalls zwei Preßluftverteiler vorgesehen werden, von denen nur der eine
auf Anlassen umgestellt werden kann, so daß also die von dem zweiten Verteiler versorgten
Zylinder ständig auf Normalbetrieb geschaltet sind und beim Anlassen von den übrigen
Zylindern mit durchgeschleppt werden. Die geschleppten Zylinder nehmen dann beim
Anlassen selbsttätig den Normalbetrieb auf, sobald die Verhältnisse dies gestatten,
und es ergibt sich so ein besonders glatter Übergang der Maschine vom Anlaß- auf
den Normalbetrieb.