EP0281572A1 - Mehrzylindrige dieselbrennkraftmaschine mit niedrigem verdichtungsverhältnis in den zylindern. - Google Patents

Mehrzylindrige dieselbrennkraftmaschine mit niedrigem verdichtungsverhältnis in den zylindern.

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EP0281572A1
EP0281572A1 EP87904236A EP87904236A EP0281572A1 EP 0281572 A1 EP0281572 A1 EP 0281572A1 EP 87904236 A EP87904236 A EP 87904236A EP 87904236 A EP87904236 A EP 87904236A EP 0281572 A1 EP0281572 A1 EP 0281572A1
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cylinder
cylinders
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compressor
engine
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MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • the invention relates to a multi-cylinder diesel internal combustion engine with a low compression ratio in the cylinders according to the preamble of claim 1.
  • a generic diesel internal combustion engine is known from DE-PS 26 48 411.
  • the cylinders operating as compressors remain cold in relation to the temperature of an engine cylinder. This effect arises from the delivery of the air compressed in the compressor cylinder, which is heated in the process, to an engine cylinder and the subsequent intake of air which has a lower temperature than the discharged compressed air. It has been shown that the cooling of the compressor cylinders resulting from the loss of air mass is not compensated for by the supply of heat from the cooling system.
  • the arrangement causes exhaust gas recirculation from the engine cylinders to the compressor cylinders.
  • a temperature increase in the compressor cylinders is achieved when the diesel internal combustion engine is split.
  • the same lines are used that are already used to push the compressed air out of the
  • Compressor cylinders are present on the diesel engine.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that air with a higher temperature is available from the compressor cylinders for recharging the engine cylinders when the diesel internal combustion engine is split than without exhaust gas recirculation, that when the engine is switched to full engine operation the load immediately starts up to Permits full load limit and that the diesel internal combustion engines already designed for the split mode of operation can be easily equipped with the arrangement according to the invention.
  • Figure 1 shows a schematic arrangement of two cylinders of a diesel engine with Nachiade worn.
  • Fig. 2 shows a schematic arrangement of the cylinders of Fig. 1 in the cylinder rows of the diesel engine.
  • FIG. 2 A diesel engine with twelve cylinders 1 to 12 arranged in a V-shape in two rows is shown schematically in FIG. 2.
  • the firing order is 1-8-5-10-3-7-6-11-2-9- 4-12.
  • cylinders 1 to 6 of the first row are used as engine cylinders
  • cylinders 7 to 12 of the second row are used as compressor cylinders in start-up and part-load operation.
  • the cylinders 8 and 5, 10 and 3, 7 and 6, 11 and 2, 9 and 4 and 12 and 1 are each connected by a line.
  • Fig. 2 only the line between cylinder 8 and cylinder 5 is shown with reference numeral 13.
  • the two cylinders belonging together can be arranged in the same row.
  • FIG. 1 shows a compressor cylinder 14 with the cylinder 8 and a piston 17, an engine cylinder 15 with the cylinder 5 and a piston 16 and the associated line 13 with the control elements.
  • Cylinder arrangement results in the piston 17 of the compressor cylinder 14 also leading 90 degrees crankshaft angle with respect to the piston 16 of the engine cylinder 15.
  • the piston 17 of the compressor cylinder is shortly before its top dead center and has compressed the amount of air which it previously sucked in.
  • the piston 16 of the engine cylinder is located shortly after its bottom dead center and thus at the beginning of its compression stroke.
  • Each of the lines 13, which is arranged between a pair of cylinders, is controlled by two valves.
  • One, so-called dispenser valve 22, which is located in the vicinity of the compressor cylinder 8, is actuated together with a fuel shut-off valve 44 for the compressor cylinders 7 to 12 via a control line 31.
  • receiver valve 23 which is located in the vicinity of the engine cylinder 5, is connected together with the reversing slide 26 via control lines 25, 27, 28 to a compressed air distributor 29.
  • the control is supplied with compressed air from a compressed air reservoir 30, which is connected via a line 31 and 32 to the reversing slide 26 and to the compressed air distributor 29, respectively.
  • the lines 31, 32 are controlled by solenoid valves 33, 34.
  • the solenoid valves 33, 34 in lines 31 and 32 are open.
  • the compressed air from line 31 reaches a reversing slide 26 and shifts its slide 35 into the open position (as drawn). Compressed air thus passes from line 31 via line 24 to the dispenser valve 22, which is thereby shifted into the position shown.
  • the line 13 is thus open. Since the solenoid valve 34 in line 32 is also open at the same time, compressed air also reaches the compressed air distributor 29, the distributor rotor 37 of which rotates at half the crankshaft speed. The position of the distributor rotor 37 is assigned to the position of the associated piston 16 of cylinder 5.
  • the air sucked in via the regular inlet valve mixes with the hot exhaust gas arriving via line 13 in cylinder 8. This results in a heating of the compressor cylinder 14 and its filling quantity.
  • the duration and time of use of this exhaust gas recirculation is determined by the position and length of the control groove 41 on the compressed air distributor 29. As soon as the distributor rotor 37 has reached the end of the control groove 41, the compressed air to the receiver valve 23 is blocked and the lines 27 are vented. The receiver valve 23 returns to the position shown in FIG. 1, in which the valve 38 is active.
  • the dispenser valve 22 is continuously open, while the receiver valve 23 oscillates back and forth between its two positions in the rhythm of the extension strokes of the engine cylinder 15.
  • the solenoid valve 33 is closed. Shutting off the compressed air supply causes the dispenser valve 22 to switch to its closed position and the fuel supply to the cylinders 7 to 12 is released.
  • the solenoid valve 34 remains open. As a result, the lines 25, 27, 28 of the compressed air distributor 29 are periodically supplied with compressed air as described above.
  • Compressed air also passes via line 28 to the reversing slide 26 below the differential piston 36. Since the space under slide 35 is now depressurized after solenoid valve 33 has been closed, the piston area of differential piston 36 is sufficient to slide the slide 35 into that shown in FIG. 1 To shift position.
  • the compressed air in line 28 now opens the check valve 42, closes the check valve 43 and reaches the dispenser valve 22 via slide 35. With the pulses coming from the compressed air distributor 29, the dispenser valve 22 is now in its open position for approximately the duration of the extension stroke of cylinder 5 moved so that exhaust gas from the cylinder 5 can flow via line 13 into the cylinder 8. This exhaust gas recirculation is ended when the compressed air supply from the compressed air reservoir 30 to the compressed air distributor 29 is cut off by switching off the solenoid valve 34.
  • a line 45 leading to the compressed air reservoir 30 is connected to at least one of the lines 13 via a check valve 46 and is used to refill the compressed air reservoir.
  • a filter 47 is arranged in line 45 for cleaning the compressed air.

Description

Beschreibung
Mehrzylindrige Meselbrennkraftmaschine mit niedrigem Verdichtungsverhältnis in den Zylindern
Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrzylindrige Dieselbrennkraftmaschine mit niedrigem Verdichtungsverhältnis in den Zylindern gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 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 Verdichtungsendtemperatur 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 niedriger Temperatur als die abgegbene 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 Dieselbrennkraftmaschine wird dadurch verhindert. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, bei einer gattungsgemäßen Dieselbrennkraftmaschine die Abkühlung der Zylinderinnenräume bei den als Verdichter betriebenen Zylindern zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 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 Ansprüche 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 Lastaufschaitung bis zur Vollastgrenze zuläßt und daß sich die bereits für die geteilte Betriebsweise ausgebildeten Dieselbrennkraftmaschinen 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 Nachiadeeinrichtung; 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 sogenanntem geteilten 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 Motorzyiinders 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 Kurbelweliendrehzahl umläuft. Die Stellung des Verteilerlaufers 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 Ausschiebehubes 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 Verteilerläufer 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 40 wirksam wird. Heißes Abgas strömt nun während des Ausschiebehubas. 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 Rythmus 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 Differenz-kolben 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. Zm Reinigen der Druckluft ist in der Leitung 45 ein Filter 47 angeordnet.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
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 eine 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.
EP87904236A 1986-09-13 1987-07-03 Mehrzylindrige dieselbrennkraftmaschine mit niedrigem verdichtungsverhältnis in den zylindern Expired EP0281572B1 (de)

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