DE3631284C1 - Mehrzylindrige Dieselbrennkraftmaschine mit niedrigem Verdichtungsverhaeltnis in denZylindern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrzylindrige Dieselbrennkraftmaschine mit niedrigem Verdichtungsverhältnis in den Zylindern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mit einer derartigen Anordnung wird eine verbesserte Versorgung der als Motor arbeitenden Zylinder mit vorverdichteter Verbrennungsluft bewirkt, so daß im geteilten Betrieb der Dieselbrennkraftmaschine in den als Motor arbeitenden Zylindern trotz eines niedrigen Verdichtungsverhältnisses die erforderliche Verdichtungstemperatur zum Zünden des eingespritzten Brennstoffes erreicht wird.

Aus der DE-PS 26 48 411 ist eine gattungsbildende Dieselbrennkraftmaschine bekannt. Bei geteiltem Betrieb der Dieselbrennkraftmaschine bleiben die als Verdichter arbeitenden Zylinder im Verhältnis zur Temperatur eines Motorzylinders kalt. Dieser Effekt entsteht durch die Abgabe der im Verdichterzylinder verdichteten und dabei erwärmten Luft an einen Motorzylinder und dem nachfolgenden Ansaugen von Luft, die eine niedrigere Temperatur als die abgegebene verdichtete Luft besitzt. Dabei hat sich gezeigt, daß die aus dem Luftmassenverlust resultierende Abkühlung der Verdichterzylinder nicht durch die Wärmezufuhr aus dem Kühlsystem ausgeglichen wird.

Beim Übergang von geteiltem auf Vollmotor-Betrieb ergeben sich daher bei den Verdichterzylindern Zündprobleme, da die Verdichtungsendtemperatur erst nach einer Warmlaufphase der betroffenen Zylinder erreicht wird. Eine rasche Lastannahme der Dieselkraftbrennmaschine wird dadurch verhindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Dieselbrennkraftmaschine die Abkühlung der Zylinder­ innenräume bei den als Verdichter betriebenen Zylindern zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Anordnung bewirkt eine Abgasrückführung aus den Motorzylindern in die Verdichterzylinder. Dadurch wird bei geteiltem Betrieb der Dieselbrennkraftmaschine eine Temperaturanhebung in den Verdichterzylindern erreicht. Für die Abgasrückführung werden die gleichen Leitungen benutzt, die schon für das Überschieben der verdichteten Luft aus den Verdichterzylindern an der Dieselbrennkraftmaschine vorhanden sind.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich mit den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 4.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei geteiltem Betrieb der Dieselbrennkraftmaschine aus den Verdichterzylindern für das Nachladen der Motorzylinder Luft mit höherer Temperatur zur Verfügung steht als ohne Abgasrückführung, daß bei Übergang auf Vollmotor-Betrieb die Dieselbrennkraftmaschine eine unverzüglich einsetzende Lastaufschaltung bis zur Vollastgrenze zuläßt und daß sich die bereits für die geteilte Betriebsweise ausgebildeten Dieselbrennkraftmaschine problemlos mit der erfindungsgemäßen Anordnung ausrüsten lassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematische Anordnung zweier Zylinder einer Dieselbrennkraftmaschine mit Nachladeeinrichtung und

Fig. 2 schematische Anordnung der Zylinder von Fig. 1 in den Zylinderreihen der Dieselbrennkraftmaschine.

Eine Dieselbrennkraftmaschine mit V-förmig in zwei Reihen angeordneten zwölf Zylindern 1 bis 12 ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Die Zündfolge betrage 1-8-5-10-3-7-6-11-2-9- 4-12. Im Beispiel sind bei sogenannten geteiltem Betrieb die Zylinder 1 bis 6 der ersten Reihe als Motorzylinder, die Zylinder 7 bis 12 der zweiten Reihe als Verdichterzylinder im Start- und Teillastbetrieb eingesetzt. Die Zylinder 8 und 5, 10 und 3, 7 und 6, 11 und 2, 9 und 4 und 12 und 1 sind jeweils durch eine Leitung verbunden. In Fig. 2 ist nur die Leitung zwischen Zylinder 8 und Zylinder 5 mit Bezugszeichen 13 dargestellt. Natürlich ist es auch möglich, nur einen Teil der vorhandenen Zylinder in Motor und Verdichterzylinder aufzuteilen. Ebenso können bei entsprechender Zündfolge die beiden zusammengehörenden Zylinder in derselben Reihe angeordnet sein.

In Fig. 1 sind ein Verdichterzylinder 14 mit dem Zylinder 8 und einem Kolben 17, ein Motorzylinder 15 mit dem Zylinder 5 und einem Kolben 16 sowie die zugehörige Leitung 13 mit den Steuerungselementen dargestellt.

Die Lage der zwei Kurbelzapfen 18, 19 einer mit 20 angedeuteten Kurbelwelle stimmt für beide Kolben 16, 17 überein. Durch den mit 90 Grad dargestellten V-Winkel 21 der Zylinderanordnung ergibt sich ein Vorauseilen des Kolbens 17 des Verdichterzylinders 14 von ebenfalls 90 Grad Kurbelwellenwinkel gegenüber dem Kolben 16 des Motorzylinders 15. Der Kolben 17 des Verdichterzylinders steht kurz vor seinem oberen Totpunkt und hat die von ihm vorher angesaugte Luftmenge verdichtet. Der Kolben 16 des Motorzylinders befindet sich kurz nach seinem unteren Totpunkt und damit am Anfang seines Verdichtungshubes.

Jede der Leitungen 13, die zwischen einem Zylinderpaar angeordnet ist, wird von zwei Ventilen beherrscht. Das eine, sogenannte Spenderventil 22, das sich in der Nähe des Verdichterzylinders 8 befindet, wird gemeinsam mit einem Brennstoffabsperrventil 44 für die Verdichterzylinder 7 bis 12 über eine Steuerleitung 31 betätigt.

Das andere, sogenannte Empfängerventil 23, das sich in der Nähe des Motorzylinders 5 befindet, ist gemeinsam mit dem Umsteuerschieber 26 über Steuerleitungen 25, 27, 28 mit einem Druckluftverteiler 29 verbunden. Die Versorgung der Steuerung mit Druckluft erfolgt aus einem Druckluftspeicher 30, der über je eine Leitung 31 und 32 mit dem Umsteuerschieber 26 bzw. mit dem Druckluftverteiler 29 verbunden ist. Die Leitungen 31, 32 werden dabei durch Magnetventile 33, 34 beherrscht.

Bei geteiltem Betrieb der Dieselbrennkraftmaschine sind die Magnetventile 33, 34 in Leitung 31 und 32 geöffnet. Die Druckluft aus Leitung 31 erreicht einen Umsteuerschieber 26 und verschiebt dessen Schieber 35 in Durchlaßstellung (wie gezeichnet). Damit gelangt Druckluft aus Leitung 31 über Leitung 24 zum Spenderventil 22, das dadurch in die dargestellte Stellung verschoben wird. Die Leitung 13 ist damit geöffnet. Da gleichzeitig auch das Magnetventil 34 in Leitung 32 geöffnet ist, gelangt Druckluft auch zum Druckluftverteiler 29, dessen Verteilerläufer 37 mit der halben Kurbelwellendrehzahl umläuft. Die Stellung des Verteilerläufers 37 ist der Stellung des zugehörigen Kolbens 16 von Zylinder 5 zugeordnet. In der gezeichneten Stellung von Kolben 16 am Beginn des Verdichtungshubes ist der Durchgang zwischen Leitung 32 und 27 am Druckluftverteiler 29 gesperrt. Das Empfängerventil 23 befindet sich daher in der in Fig. 1 dargestellten Stellung. Dabei ist ein im Empfängerventil 23 angeordnetes Ventil 38 wirksam, das gegen die Kraft einer Feder 39 vom Druck der im Zylinder 8 verdichteten Luft geöffnet wird. Mit der Auslegung des Ventils 38 wird der Zeitpunkt der Luftübergabe von Zylinder 8 an Zylinder 5 und die Druckhöhe beim Verdichtungsbeginn in Zylinder 5 bestimmt.

Nach einer Kurbelwellenumdrehung steht der Kolben 16 des Motorzylinders 5 am Beginn des Ausschiebhubes wieder im unteren Totpunkt und der Kolben 17 des Verdichterzylinders 8 am Beginn des Ansaughubes im oberen Totpunkt. Diese Stellung der Kolben 16, 17 entspricht etwa auch der Darstellung in Fig. 1. Nur mit dem Unterschied, daß der Verteilerläufter 37 des Druckluftverteilers 29 eine um 180 Grad versetzte Stellung eingenommen hat. Dadurch ist der Durchgang zwischen Leitung 32 und 27 nun geöffnet. Die Druckluft gelangt damit in Steuerleitung 25 und verschiebt das Empfängerventil 23 in seine andere Stellung, wodurch der Durchgang 30 wirksam wird. Heißes Abgas strömt nun während des Ausschiebehubes von Zylinder 5 zum Zylinder 8, der gleichzeitig einen Ansaughub ausführt. Dabei mischen sich in Zylinder 8 die über das reguläre Einlaßventil angesaugte Luft mit dem über Leitung 13 ankommenden heißen Abgas. Dadurch ergibt sich eine Erwärmung des Verdichterzylinders 14 und seiner Füllmenge. Dauer und Einsatzzeitpunkt dieser Abgasrückführung wird durch die Lage und Länge der Steuernut 41 am Druckluftverteiler 29 bestimmt. Sobald der Verteilerläufer 37 das Ende der Steuernut 41 erreicht hat, wird die Druckluft zum Empfängerventil 23 gesperrt und die Leitungen 27 entlüftet. Das Empfängerventil 23 kehrt wieder in die in Fig. 1 dargestellte Stellung zurück, bei der das Ventil 38 wirksam ist.

Während der geteilten Betriebsweise der Dieselbrennkraftmaschine ist das Spenderventil 22 dauernd geöffnet, während das Empfängerventil 23 im Rhythmus der Ausschiebehübe des Motorzylinders 15 zwischen seinen beiden Stellungen hin- und herpendelt. Beim Übergang vom geteilten Betrieb in den Vollmotorbetrieb ist es zur Verbesserung der Lastannahme der vorher als Verdichter betriebenen Zylinder wünschenswert, die Abgasrückführung über Leitung 13 noch eine Zeitlang fortzuführen. Zu diesem Zweck wird nur das Magnetventil 33 geschlossen. Die Absperrung der Druckluftzufuhr bewirkt das Umschalten des Spenderventils 22 in seine Schließstellung und die Freigabe der Brennstoffzufuhr zu den Zylindern 7 bis 12. Das Magnetventil 34 bleibt noch geöffnet. Dadurch werden die Leitungen 25, 27, 28 von Druckluftverteiler 29 wie vorstehend beschrieben periodisch mit Druckluft versorgt. Über Leitung 28 gelangt Druckluft auch zum Umsteuerschieber 26 unter den Differenzkolben 36. Da der Raum unter Schieber 35 jetzt nach Schließen von Magnetventil 33 drucklos ist, reicht die Kolbenfläche von Differenzkolben 36 aus, um den Schieber 35 in die in Fig. 1 dargestellte Stellung zu verschieben. Die in Leitung 28 anstehende Druckluft öffnet nun das Rückschlagventil 42, schließt das Rückschlagventil 43 und erreicht über Schieber 35 das Spenderventil 22. Mit den vom Druckluftverteiler 29 kommenden Impulsen wird nun jeweils das Spenderventil 22 während etwa der Dauer des Ausschiebehubes von Zylinder 5 in seine Durchlaßstellung verschoben, so daß jeweils Abgas aus dem Zylinder 5 über Leitung 13 in den Zylinder 8 strömen kann. Diese Abgasrückführung wird beendet, wenn durch Abschalten des Magnetventiles 34 die Druckluftzufuhr aus dem Druckluftspeicher 30 zum Druckluftverteiler 29 unterbunden ist.

An wenigstens eine der Leitungen 13 ist über ein Rückschlagventil 46 eine zum Druckluftspeicher 30 führende Leitung 45 angeschlossen, die zum Nachfüllen des Druckluftspeichers dient. Zum Reinigen der Druckluft ist in der Leitung 45 ein Filter 47 angeordnet.

Claims (4)

1. Mehrzylindrige Dieselbrennkraftmaschine mit niedrigem Verdichtungsverhältnis in den Zylindern, wobei im Normalbetrieb sämtliche Zylinder mit Kraftstoff versorgt werden und Leistung erzeugen und beim Anlassen und gegebenenfalls bei Teillast im sogenannten geteilten Betrieb einige Zylinder ohne Kraftstoffzufuhr als Verdichter arbeiten und den als Motor arbeitenden Zylindern verdichtete Luft zuführen, wobei jeweils ein Verdichterzylinder mit jeweils einem Motorzylinder über ein von den üblichen Ansaug- und Auspuffleitungen unabhängige Leitung verbunden ist, die an ihrem einen Ende in der Nähe des Verdichterzylinders ein im geteilten Betrieb aufsteuerbares Spenderventil und an ihrem anderen Ende in der Nähe des Motorzylinders ein in Richtung Verdichterzylinder sperrendes Empfängerventil aufweist und der Kolben jedes Verdichterzylinders dem Kolben des zugeordneten Motorzylinders um 30 Grad bis 150 Grad Kurbelwellenwinkel voreilt, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Empfängerventile (23) mit einer Vorrichtung zum willkürlichen Öffnen der jeweils zugehörigen Leitung (13) in Richtung des Verdichterzylinders (14) kombiniert ist, daß das Aufsteuern der Leitungen (13) durch die Vorrichtungen beim Ausschubhub des zugeordneten Motorzylinders (16) erfolgt und daß der Impuls zum Betätigen der Vorrichtung durch einen von der Kurbelwellendrehzahl abhängigen Verteiler (29) aus einem Energiespeicher abgeleitet wird.

2. Mehrzylindrige Dieselbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerleitung (31) des Spenderventils (32) ein Umsteuerschieber (26) angeordnet ist, der von zwei unterschiedlichen Betätigungsimpulsen beaufschlagbar ausgebildet ist.

3. Mehrzylindrige Dieselbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher ein Druckluftspeicher (30) ist, der aus wenigstens einer der unabhängigen Leitungen (13) über ein Rückschlagventil (46) gespeist wird.

4. Mehrzylindrige Dieselbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (13) mit wärmedämmendem Material umhüllt sind.