Brennkraftmaschine mit Aufladevorrichtung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit Aufladevorrichtung, die nach dem Dieselprozess mit Dieselöl und im Zündstrahl- betrieb mit gasförmigem Brennstoff und eingespritz- tem Zündöl arbeiten kann,
bei welcher die Auflade- vorrichtung Druckluft in derartiger Menge und unter derartigem Druck in die Zylinder fördert, dass das für den Dieselprozess notwendige Luft-Brennstoff- Gemisch in den Zylindern entsteht.
Solche Brennkraftmaschinen können sowohl nach dem Dieselprozess mit entsprechendem Schweröl oder im Zündstrahlbetrieb mit gasförmigem Brennstoff ar beiten. In letzterem Falle wird der Brennstoff durch eine kleine Zündölmenge gezündet, die in die Zylinder eingespritzt wird.
Die erfindungsgemässe Brennkraftmaschine ist da durch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um, wenn die Brennkraftmaschine im Zündstrahl- betrieb arbeitet, die in die Zylinder der Brennkraft maschine geförderte Luftmenge gegenüber der Luft menge für den Dieselprozess zu reduzieren.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der beiliegenden Zeichnung schematisch dar gestellt.
Es zeigen: Fig. 1 die Brennkraftmaschine mit der Auflade vorrichtung und Fig. 2 bis 4 je eine Variante der Aufladevorrich- tung.
Die in Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine 10 ist ein Zwei- oder Viertaktkolbenmotor mit einer Turboaufladevorrichtung. Diese weist einen über eine Welle 14 von einer Abgasturbine 16 angetriebenen Verdichter 12 auf. Dieser Verdichter 12 hat einen Lufteinlass 18 und eine über den Zwischenkühler 22 geführte Auslassleitung 20. Die verdichtete und ge kühlte Luft gelangt über die Leitung 24 zum Einlass- stutzen 26 des Motors 10. Die Abgase gelangen über die Leitung 28 zur Turbine 16.
Mit 30 ist ferner .ein Brennstoffzufuhrregler bezeichnet.
Eine Bypassleitung 32 ist zwischen der Leitung 28 und dem Auslass 34 der Turbine 16 vorgesehen, in welcher eine Drosselklappe 36 schwenkbar gelagert ist. Diese Drosselklappe 36 ist über einen Hebel 38 und ein Gestänge 40 mit dem Regler 30 verbunden. Wenn der Motor 10 nach dem Dieselprozess arbeitet, ist die Bypassleitung 32 gesperrt.
Wenn der Motor im Zündstrahlbetrieb mit gasförmigem Brennstoff ar beitet, steuert der Regler 30 die Drosselklappe 36 derart, dass ein Teil der Abgase über die Leitung 32 entweichen kann. Die Geschwindigkeit der Auflade- vorrichtung wird entsprechend reduziert, so dass der Druck der geförderten Luft im Stutzen 26 ebenfalls abnimmt. Die Bypassleitung 32 könnte natürlich un mittelbar an der freien Luft münden.
Zweckmässig wird sie aber, wie dargestellt, mit dem Auslass 34 ver bunden.
Ein Steuerorgan 42 weist einen Temperaturfühler 44 auf, der im Luftstutzen 26 angeordnet ist und auf die Temperatur der Luft in diesem anspricht. Von einer äusseren, nicht dargestellten Quelle wird über die Leitung 46 dem Steuerorgan 42 Druckluft zuge führt. Das Steuerorgan 42 steuert die Druckluftzufuhr zu einem Luftmotor 48 entsprechend den Impulsen des Temperaturfü lers 44.
Der Luftmotor 48 verstellt über ein Gestänge 52 ein Ventil 50, das in der Kälte- mittelzufuhrleitung 54 des Kühlers 22 angeordnet ist. Die Auslassleitung des Kühlers 22 ist mit 56 bezeich net.
Das Steuerorgan 42 und der Luftmotor 46 sind von an sich bekannter Bauart und werden daher nicht näher beschrieben. Das Steuerorgan 42 erlaubt im Luftstutzen 26 eine konstante Lufttemperatur von z. B. 57 C aufrechtzuerhalten, unabhängig von den Belastungsschwankungen oder der Tatsache, dass der Motor nach dem einen oder dem anderen Prozess arbeitet.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage ist die Leistung der Turboaufladevorrichtung während des Zündstrahlbetriebes dank der geöffneten Drossel klappe 36 in der Bypassleitung 32 reduziert.
Nach der Variante gemäss Fig. 2 ist die Auslass- leitung des Verdichters 12 verzweigt. Ein Zweig 58 führt zum Kühler 22 und ein Zweig 60 ist mit einer Drosselklappe 62 versehen und mündet in die freie Luft. Die Drosselklappe 62 ist über ein Gestänge und dem Regler 30 verbunden und wird von diesem ge steuert. Die Drosselklappe 62 wird während des Zündstrahlbetriebes geöffnet und dadurch die Luft zufuhr zum Motor 10 reduziert. In diesem Falle ent fällt die Bypassleitung 32.
Nach der Variante gemäss Fig. 3 ist der Zweig 64 der Auslassleitung des Verdichters 12 mit dem Aus lass 34 der Turbine 16 verbunden. Die Drosselklappe 66 ist wie oben beschrieben gesteuert.
Nach der Variante gemäss Fig. 4 ist die Abzwei gung 68 mit der Einlassleitung 18 verbunden. Die Drosselklappe 70 ist ebenfalls wie oben beschrieben gesteuert.
Es ist mit der beschriebenen Anordnung möglich, die Unterschiede zwischen dem Luftbedarf beim Dieselprozess und demjenigen beim Zündstrahlbetrieb auszugleichen. Es wurde bei praktischen Versuchen gefunden, dass beim Dieselprozess der Luftbedarf etwa 3,85 kg Luft pro Minute und pro Leistungseinheit be trug, während dieser Bedarf beim Zündstrahlbetrieb nur 2,9 kg betrug, also nur etwa den 0,77 fachen Wert des Bedarfes beim Dieselprozess.
Ein solcher Motor muss über eine Aufladevor- richtung verfügen, die mit Druckverhältnissen von etwa 3: 1 arbeiten kann, ansonst die Luftzufuhr ungenügend ist. Eine solche Aufladevorrichtung hat aber, wenn der Motor nach dem Zündstrahlbetrieb arbeitet, eine zu grosse Leistung. Das Verhältnis von Luft und Brennstoff bei Dieselöl ist etwa<B>30:</B> 1, bei gasförmigem Brennstoff liegt es nur zwischen etwa 23: 1 und 21 : 1.
Es ist daher notwendig, beim Dieselprozess Luft unter höherem Druck als beim Zündstrahlbetrieb in die Zylinder zu fördern.
Die Aufladevorrichtung kamt wie beschrieben eine Turboaufladevorrichtung sein, sie kann aber auch von der Kurbelwelle aus angetrieben werden. In diesem Falle entfällt natürlich die Turbine.
Man wird dann einen Drehzahlvariator zwischen die Kurbelwelle und den Verdichter schalten, der gestattet, die Drehzahl des Verdichters entsprechend dem geringeren Luft bedarf während des Zündstrahlbetriebes zu senken. Dank der beschriebenen Bypassleitungen kann ein Teil entweder der Auspuffgase oder der Verbren nungsluft ins Freie geführt werden.
Während des Zündstrahlbetriebes ist die geförderte Luftmenge klei ner und ihr Druck ist niedriger als während des Diesel prozesses. Es wäre auch möglich, die Turbine 16 mit verstell baren Leitschaufeln auszurüsten. Solche Schaufeln können von aussen her verstellt werden. Wenn man sie über ein Gestänge vom Regler 30 her steuert, könnte die Leistung der Turbine beim Zündstrahlbetrieb reduziert, und damit Fördermenge und Druck des Verdichters 12 gesenkt werden.
Bei Probeläufen mit einem erfindungsgemässen Motor wurden gute Ergebnisse erzielt, wenn dieser beim Dieselprozess mit 10011/o Luftüberschuss und beim Zündstrahlbetrieb nur mit 401/9 Luftüberschuss betrieben wurde.
Der Motor kann ferner mit einem Wärmeaus- tauscher anstelle des Zwischenkühlers 22 versehen werden. Der Wärmeaustauscher könnte die Luft auch erwärmen, statt sie zu kühlen.
Anstatt durch mechanische Gestänge könnten die Drosselklappen 36 bzw. 62 bzw. 66 bzw. 68 elek trisch, pneumatisch oder hydraulisch gesteuert werden. Als Steuerelement muss nicht unbedingt der Regler 30 dienen. Jedes Element, das während des Dieselpro zesses eine andere Stellung einnimmt als während des Zündstrahlbetriebes, könnte verwendet werden. Das Kühlerventil 50 könnte auch in der Leitung 56 ange ordnet werden.
Internal combustion engine with supercharging device The present invention relates to an internal combustion engine with supercharging device, which can work with diesel oil according to the diesel process and with gaseous fuel and injected pilot oil in pilot jet operation.
in which the charging device delivers compressed air into the cylinders in such an amount and under such pressure that the air-fuel mixture required for the diesel process is created in the cylinders.
Such internal combustion engines can work both after the diesel process with the appropriate heavy oil or in pilot jet operation with gaseous fuel. In the latter case, the fuel is ignited by a small amount of ignition oil that is injected into the cylinders.
The internal combustion engine according to the invention is characterized in that means are provided in order to reduce the amount of air conveyed into the cylinders of the internal combustion engine compared to the amount of air for the diesel process when the internal combustion engine is operating in pilot injection mode.
Embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically in the accompanying drawings.
1 shows the internal combustion engine with the charging device and FIGS. 2 to 4 each show a variant of the charging device.
The internal combustion engine 10 shown in Fig. 1 is a two- or four-stroke piston engine with a turbo-charging device. This has a compressor 12 driven by an exhaust gas turbine 16 via a shaft 14. This compressor 12 has an air inlet 18 and an outlet line 20 routed via the intercooler 22. The compressed and cooled air reaches the inlet port 26 of the engine 10 via the line 24. The exhaust gases reach the turbine 16 via the line 28.
With 30 is also called a fuel supply regulator.
A bypass line 32 is provided between the line 28 and the outlet 34 of the turbine 16, in which a throttle valve 36 is pivotably mounted. This throttle valve 36 is connected to the controller 30 via a lever 38 and a linkage 40. When the engine 10 is operating according to the diesel process, the bypass line 32 is blocked.
When the engine is working with gaseous fuel in pilot jet operation, the controller 30 controls the throttle valve 36 such that some of the exhaust gases can escape via the line 32. The speed of the charging device is reduced accordingly, so that the pressure of the conveyed air in the nozzle 26 also decreases. The bypass line 32 could of course open directly into the open air.
However, as shown, it is expediently connected to the outlet 34.
A control element 42 has a temperature sensor 44 which is arranged in the air connection 26 and is responsive to the temperature of the air in this. From an external source, not shown, compressed air is supplied via line 46 to the control member 42. The control element 42 controls the supply of compressed air to an air motor 48 in accordance with the pulses from the temperature sensor 44.
The air motor 48 adjusts a valve 50, which is arranged in the refrigerant supply line 54 of the cooler 22, via a linkage 52. The outlet line of the cooler 22 is denoted by 56.
The control element 42 and the air motor 46 are of a type known per se and are therefore not described in more detail. The control member 42 allows a constant air temperature of z. B. 57 C, regardless of the load fluctuations or the fact that the engine is working on one process or the other.
In the system shown in Fig. 1, the performance of the turbocharger is reduced during pilot jet operation thanks to the open throttle valve 36 in the bypass line 32.
According to the variant according to FIG. 2, the outlet line of the compressor 12 is branched. A branch 58 leads to the cooler 22 and a branch 60 is provided with a throttle valve 62 and opens into the open air. The throttle valve 62 is connected via a linkage and the controller 30 and is controlled by this ge. The throttle valve 62 is opened during the pilot jet operation and thereby the air supply to the engine 10 is reduced. In this case, the bypass line 32 is omitted.
According to the variant according to FIG. 3, the branch 64 of the outlet line of the compressor 12 is connected to the outlet 34 of the turbine 16. The throttle valve 66 is controlled as described above.
According to the variant according to FIG. 4, the branch 68 is connected to the inlet line 18. The throttle valve 70 is also controlled as described above.
With the arrangement described, it is possible to compensate for the differences between the air requirement in the diesel process and that in the pilot jet operation. It was found in practical tests that the air requirement for the diesel process was around 3.85 kg of air per minute and per power unit, while this requirement for pilot jet operation was only 2.9 kg, i.e. only about 0.77 times the value for the Diesel process.
Such a motor must have a charging device that can work with pressure ratios of around 3: 1, otherwise the air supply is insufficient. However, such a charging device has too much power when the engine is working in pilot injection mode. The ratio of air to fuel for diesel oil is about <B> 30: </B> 1, for gaseous fuel it is only between about 23: 1 and 21: 1.
It is therefore necessary in the diesel process to pump air into the cylinders at a higher pressure than in pilot jet operation.
As described, the charging device could be a turbocharging device, but it can also be driven by the crankshaft. In this case, of course, there is no turbine.
A speed variator will then be connected between the crankshaft and the compressor, which allows the speed of the compressor to be reduced in accordance with the lower air requirement during pilot injection operation. Thanks to the bypass lines described, part of either the exhaust gases or the combustion air can be led outside.
During pilot jet operation, the amount of air delivered is smaller and its pressure is lower than during the diesel process. It would also be possible to equip the turbine 16 with adjustable guide vanes. Such blades can be adjusted from the outside. If it is controlled via a linkage from the controller 30, the power of the turbine could be reduced during pilot jet operation, and thus the delivery rate and pressure of the compressor 12 could be lowered.
In test runs with an engine according to the invention, good results were achieved if it was operated with 10011 / o air excess in the diesel process and only with 401/9 air excess in pilot jet operation.
The engine can also be provided with a heat exchanger instead of the intercooler 22. The heat exchanger could also heat the air instead of cooling it.
Instead of mechanical linkages, the throttle valves 36 or 62 or 66 or 68 could be controlled electrically, pneumatically or hydraulically. The controller 30 does not necessarily have to serve as the control element. Any element that assumes a different position during the diesel process than during pilot injection operation could be used. The cooler valve 50 could also be arranged in line 56.