Verfahren und Vorrichtung zum Starten von Dieselmotoren Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Starten von Viertakt-Dieselmotoren und ist insbesondere bei Motoren mit Direkteinsprit zung des Kraftstoffes in eine Kolbenmulde anwend bar.
Es ist eine bekannte Tatsache, dass Dieselkraft maschinen und hierbei speziell Direkteinspritzmaschi- nen wegen des Fehlens von Fremdzündung, von Glüh- kerzen, und wegen der durch die hohe Verdichtung notwendig werdenden grossen Durchdrehleistungen des kalten Motors gegenüber anderen Verbrennungs- kraftmaschinen sehr schwierig und oft nur mit be sonderen Hilfsmitteln angelassen werden können.
Durch die Erfindung soll dieser Mangel behoben werden. Sie beruht auf der Erkenntnis, dass die Kompressionswärme der ersten Starthübe für die Aufheizung der Zylinderluft möglichst weitgehend ausgenützt und erhalten wird, um damit möglichst rasch ausreichende Temperaturbedingungen für die Kraftstoffzündung zu erzielen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass zum Starten des Motors das Aus puffrohr mit einer hinter seinem Zylinderkopf anschlussflansch angeordneten Verschlussvorrichtung verschlossen wird und das beim Anlassen bei jedem Ansaughub vorhandene Ansaugen von neuer Kalt luft dadurch zumindest herabgemindert wird, dass beim Ausschubhub die Zylinderluft gegen die ver schlossene Verschlussvorrichtung wieder komprimiert wird,
teilweise unter einem gegenüber dem Druck beim normalen Betrieb im jeweils gleichen Zeitpunkt höheren Druck im Zylinder bleibt und teilweise wäh rend der Überschneidung der Ventilöffnungszeiten in den Ansaugkanal zurückströmt und so anstelle einer im nächsten Ansaugtakt erneut angesaugten vollen Kaltluftfüllung als Luftteile höherer Tem peratur den Zylinder füllt, damit durch ein auf diese Weise eintretendes rascheres Aufschaukeln der Ver- dichtungsendtemperatur die für ein Zünden des ein gespritzten Kraftstoffes notwendige vorhergehende Durchdrehzeit des Motors verkürzt wird.
Das Patent umfasst ferner eine Vorrichtung zur Ausführung des obigen Verfahrens. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass auf der Nockenwelle ausser den Betriebsnocken je Zylinder bzw. Zylin dergruppe wenigstens ein zusätzlicher Nocken an geordnet ist, der je Zylinder bzw. Zylindergruppe wenigstens eines der normalen Ventile bzw. ein zu sätzliches Ventil derart steuert, dass beim Anlassen zeitweise während eines Arbeitsspiels die durch die beim normalen Betrieb vorhandene Überschneidung der Ventilöffnungszeiten geschaffene Verbindung zwi schen Auspuffstutzen und Ansaugstutzen zeitlich verlängert wird.
Wird, um möglichst jeglichen weiteren techni schen Aufwand klein zu halten als Verschlussvorrich- tung des Auspuffrohres beispielsweise die Verschluss klappe oder der Verschlussschieber einer Auspuff bremse verwendet, so müssten diese Verschlussorgane also entgegen der üblicherweise getroffenen Vorkeh rung speziell für das Starten des Motors auch beim Beginn des Einspritzens von Kraftstoff, das heisst beim Treten des Gaspedals , noch bewusst ge schlossen gehalten werden können, so lange, bis Zün dungen erfolgt sind und der Motor sich mit eigener Kraft durchdreht.
Die Ausrüstung der Brennkraftmaschine kann kombiniert sein mit einem Flammengerät, einer elektrischen Heizung oder einer anderen Heizvorrich- tung an demjenigen Teil der Auspuffleitung, der zwischen Zylinderkopf und Auspuffklappe liegt. Da durch wird die hin und her pendelnde Luft zusätz lich schneller erwärmt. In das Heizungssystem kann ferner noch beispielsweise eine Beheizung des un- mittelbar vor dem Zylinder liegenden Stücks der An saugleitung mit einbezogen werden.
Die Schnellib keit des Aufschaukelns der Brennraum-Lufttempera- tur ist dann noch grösser. Beheizte Ansaugleitungen sind an sich bekannt; sie sind aber für diesen Zweck zum Aufheizen der pendelnden Luft neuartig und in folge ihrer wiederholten und damit länger dauernden Einwirkung auf den pendelnden Luftladungsteil höchst zweckmässig und wirksam.
Anhand der beiliegenden Zeichnung soll die Wir kungsweise des neuen Verfahrens in einem Ausfüh rungsbeispiel dargestellt und erläutert werden.
Die Figur zeigt schematisiert den Schnitt durch einen Viertakt-Dieselzylinder 1 mit Muldenkolben 2, dem Ansaugventil 3 und dem Auslassventil 4, dem Ansaugkanal 5 und dem Auspuffkanal 6 sowie der Einspritzdüse 7 einer Verschlusskappe 8 und den Heizungen 9.
Die nicht dargestellte Nockenwelle ist axial ver schiebbar angeordnet; sie weist ausser den Betriebs nocken bei diesem Ausführungsbeispiel wenigstens einen zusätzlichen Nocken je Zylinder bzw. Zylinder gruppe auf, der durch Axialverschiebung der Nocken welle beim Anlassen zur Einwirkung auf mindestens eines der Ventile 3, 4 gebracht wird. Die Flanke des zusätzlichen Nockens ist bzw. die Flanken der zu sätzlichen Nocken sind derart ausgebildet, dass die Überschneidungen der Öffnungszeiten der Ventile ver grössert werden.
Dieses kann z. B. dadurch erreicht werden, dass einer der Nocken mit normaler Form für die Ventile 3 oder 4 gegenüber seiner normalen Breite um den Betrag, um den die Nockenwelle axial verschiebbar ist, breiter ausgebildet ist, so dass der Stössel des ent sprechenden Ventils oder die ähnliche Einrichtung, die auf dem Nocken aufliegt, auch bei Verschieben der Nockenwelle auf diesem Nocken verbleibt. Der zusätzliche Nocken ist neben dem normal geformten Nocken des entsprechenden anderen Ventils 4 oder 3 angeordnet und weist eine andere Form auf. Beim axialen Verschieben der Nockenwelle bleibt - wie erwähnt -, der eine Stössel oder die entsprechende Einrichtung auf einem Nocken mit normaler Form, während der andere Stössel oder die entsprechende Einrichtung auf den Nocken anderer Form wechselt.
Dadurch bleibt die Ventilöffnungszeit des einen Ven tils gegenüber dem Normalbetrieb gleich, während sich die Ventilöffnungszeit für das andere Ventil, dessen Stössel oder ähnliche Einrichtung auf den zusätzlichen Nocken gewechselt ist, verändert wird.
Auch der Stössel oder die ähnliche Einrichtung des ersten Ventils kann beim Verschieben der Nok- kenwelle auf einen Nocken anderer Form wechseln, wenn neben dem normalen Nocken dieses Ventils ein anders geformter Nocken angeordnet ist. Die neben einanderliegenden Nocken - normaler Nocken und zusätzlicher Nocken - weisen natürlich jeweils eine neben der entsprechenden anderen liegende Fläche gleichen Abstandes von der Achse der Nockenwelle auf, so dass ein einwandfreies Verschieben der Nok- kenwelle möglich ist, und der Stössel vom einen zum anderen Nocken wechseln kann.
Die Verschiebung der Nockenwelle kann nur in dieser Stellung vorgenom men werden, und es werden Mittel angeordnet, die sichern, dass die Nockenwelle nur in dieser Stellung verschoben wird.
Die Form des oder der zusätzlichen Nocken rich tet sich nach der Konstruktion des Motors, und es müssen die durch z. B. Ventilquerschnitt, Ventilgrösse, Zylinderkopfform und dergleichen gegebenen Strö mungsverhältnisse und anderen Einflüsse berücksich tigt werden, um die Form des oder der Nocken so aus zulegen, dass ein optimaler Luftrückpendelungseffekt eintritt. Zur Vergrösserung der Ventilöffnungszeit wird z. B. die Stelle grössten Durchmessers des Nockens über einen grösseren Winkel ausgedehnt oder die Flan ken des Nockens werden flacher ausgebildet.
Beim Anlassen der kalten Maschine arbeitet diese wie folgt: Zuerst wird die Nockenwelle verschoben und die Verschlussklappe 8 verschlossen, dann wird Luft durch den abwärtsgleitenden Kolben 2 über den An saugkanal 5 und das Ventil 3 in den Zylinder 1 gesaugt und dort anschliessend bei geschlossenen Ven tilen 3 und 4 komprimiert. Mit abwärtsgleitendem Kolben entspannt sich die Luft teilweise wieder bis zum Öffnen des Auslassventils 4 und wird dann an schliessend bei geöffnetem Auslassventil 4 im Auspuff takt gegen die geschlossene Drosselklappe 8 verdichtet und dabei wieder erwärmt.
Diese Erwärmung kann durch intensive Aussenbeheizung des Auspuffrohr stutzens undloder des Einlassstutzens noch gesteigert werden. Ein Teil der warmen Luft bleibt im Rest volumen des Zylinders und ein anderer Teil in dem angeschlossenen abgesperrten Auspuffstutzen. Wäh rend der Überschneidung der Öffnungszeiten der Ven tile 3 und 4 dringt ein Teil der Luft sowohl vom Auslassstutzen durch den Zylinder als auch vom Zy linder direkt in den Ansaugstutzen 5, weil beide Ven tile offen sind. Diese warme Luft vermischt sich mit einer beschränkten Menge neuer Kaltluft und wärmt diese vor.
Die angewärmte Luft gelangt nun im Saug takt über das Ventil 3 mit einer gegenüber dem vor ausgegangenen Arbeitsspiel höheren Ausgangstem peratur in den Zylinder und wird, wie oben beschrie ben, dann laufend weiter erhitzt. Dieser Vorgang wie derholt sich so oft, bis die Zündtemperatur erreicht oder überschritten ist.
Bei der Ausführungsform mit verschiebbarer Nockenwelle ist der zusätzliche Nocken bzw. sind die zusätzlichen Nocken so ausgebildet, dass er bzw. sie insbesondere in der Gegend des überschneidungstot punktes sein zugehöriges Ventil oder ihre zugehörigen Ventile so steuert bzw. steuern, dass er bzw. sie einen optimalen Rückpendelluftanteil und damit gleichzeitig einen optimalen Erwärmungseffekt bei der zum Star ten dienenden Zylinderluftladung bewirken;
gleich zeitig soll der zusätzliche Nocken bzw. sollen die zusätzlichen Nocken so ausgelegt sein, dass die maxi- malen Kompressionsdrücke im Verdichtungstakt etwa durch Herabsetzung des effektiven Verdichtungsver hältnisses gegenüber der Stellung Motorbetrieb der Nockenwelle ermässigt sind, damit die Durchdreh- leistung und damit die Batteriebeanspruchung beim Anlassen niedriger bleibt, als beim Anlassen mit den normalen Betriebsnocken.
Wenn die Erfindung z. B. bei mehrzylindrigen Motoren mit Anordnung der Zylinder bzw. Zylinder reihen z. B. in Sternform verwirklicht ist, kann ein zusätzlicher Nocken auf bekannte Weise die Stössel oder ähnlichen Einrichtungen mehrere Ventile be tätigen.
Bei Motoren, die im normalen Betrieb eine geringe Überschneidung der Ventilöffnungszeiten aufweisen, kann auch eine Querverbindung vorgesehen sein, die den verschlossenen Auspuffstutzen und den Ansaug stutzen oder die entsprechenden Kanäle innerhalb des Zylinderkopfes verbindet. Durch ein von einem besonderen Nocken je Zylinder bzw. Zylindergruppe betätigtes Ventil kann diese üblicherweise geschlos sene Querverbindung beim Starten jeweils geöffnet werden, wenn sich die Öffnungszeiten der Ventile überschneiden, um den Rückpendeleffekt der kom primierten Luft zu verbessern.