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.
Method and device for starting diesel engines The present invention relates to a method for starting four-stroke diesel engines and is particularly applicable to engines with direct injection of the fuel into a piston recess.
It is a well-known fact that diesel engines, especially direct injection engines, are very difficult, and often only, very difficult and often only because of the lack of spark ignition, glow plugs, and the high cranking performance of the cold engine that is necessary due to the high compression can be started with special tools.
The invention is intended to remedy this deficiency. It is based on the knowledge that the compression heat of the first starting strokes for heating the cylinder air is used and preserved as much as possible in order to achieve sufficient temperature conditions for fuel ignition as quickly as possible.
The method according to the invention is characterized in that, to start the engine, the exhaust pipe is closed with a closure device arranged behind its cylinder head connection flange and the intake of new cold air that is present during each intake stroke is at least reduced by the fact that the cylinder air counteracts during the extension stroke the closed closure device is compressed again,
sometimes remains under a pressure in the cylinder that is higher than the pressure in normal operation at the same point in time and sometimes flows back into the intake duct when the valve opening times overlap and thus fills the cylinder as parts of higher temperature air instead of a full cold air charge drawn in again in the next intake stroke, so that the rapid increase in the compression end temperature which occurs in this way shortens the previous cranking time of the engine which is necessary for igniting the injected fuel.
The patent also includes apparatus for performing the above method. This device is characterized in that, in addition to the operating cams per cylinder or cylinder group, at least one additional cam is arranged on the camshaft, which controls at least one of the normal valves or an additional valve per cylinder or cylinder group in such a way that when Starting temporarily during a work cycle the connection between the exhaust port and the intake port created by the overlap of the valve opening times during normal operation is prolonged.
If, in order to keep any further technical effort as small as possible, the closing device of the exhaust pipe, for example, the closing flap or the closing slide of an exhaust brake would have to be used, contrary to the precaution usually taken, especially for starting the engine at the beginning the injection of fuel, i.e. when the accelerator pedal is depressed, can be deliberately kept closed until ignitions have occurred and the engine cranks under its own power.
The equipment of the internal combustion engine can be combined with a flame device, an electric heater or some other heating device on that part of the exhaust line which is between the cylinder head and the exhaust flap. This means that the air moving back and forth is heated more quickly. The heating system can also include, for example, heating of the section of the intake line located directly in front of the cylinder.
The speed at which the combustion chamber air temperature builds up is then even greater. Heated suction lines are known per se; For this purpose, however, they are new for heating the oscillating air and, as a result of their repeated and therefore longer-lasting action on the oscillating air charge part, they are highly expedient and effective.
Based on the accompanying drawing, we will be shown and explained in an exemplary embodiment of the new method.
The figure schematically shows the section through a four-stroke diesel cylinder 1 with a hollow piston 2, the intake valve 3 and the outlet valve 4, the intake channel 5 and the exhaust channel 6 and the injection nozzle 7 of a cap 8 and the heater 9.
The camshaft, not shown, is arranged axially displaceable ver; In addition to the operating cams in this embodiment, it has at least one additional cam per cylinder or cylinder group, which is brought to act on at least one of the valves 3, 4 by axial displacement of the cam shaft when starting. The flank of the additional cam or the flanks of the additional cams are designed in such a way that the overlapping of the opening times of the valves is increased.
This can e.g. B. can be achieved that one of the cams with normal shape for the valves 3 or 4 is wider than its normal width by the amount by which the camshaft is axially displaceable, so that the plunger of the corresponding valve or the like Device that rests on the cam remains on this cam even when the camshaft is moved. The additional cam is arranged next to the normally shaped cam of the corresponding other valve 4 or 3 and has a different shape. During the axial displacement of the camshaft, as mentioned, one tappet or the corresponding device remains on a cam with a normal shape, while the other tappet or the corresponding device changes to the cam of a different shape.
As a result, the valve opening time of one valve remains the same compared to normal operation, while the valve opening time for the other valve, whose plunger or similar device has changed to the additional cam, is changed.
The tappet or the similar device of the first valve can also change to a cam of a different shape when the camshaft is moved, if a differently shaped cam is arranged next to the normal cam of this valve. The cams lying next to one another - normal cams and additional cams - naturally each have an equal distance from the axis of the camshaft next to the corresponding other lying surface, so that the camshaft can be shifted perfectly, and the tappet from one cam to the other can switch.
The camshaft can only be shifted in this position, and means are arranged to ensure that the camshaft is only shifted in this position.
The shape of the additional cam or cams depends on the design of the engine, and it must be the through z. B. valve cross-section, valve size, cylinder head shape and the like given Strö flow conditions and other influences are taken into account in order to put the shape of the cam or cams so that an optimal air return effect occurs. To increase the valve opening time z. B. the point of largest diameter of the cam is expanded over a larger angle or the flan ken of the cam are made flatter.
When starting the cold machine, it works as follows: First the camshaft is moved and the shutter 8 is closed, then air is sucked into the cylinder 1 by the downward sliding piston 2 via the intake channel 5 and valve 3 and then valves there with the Ven closed 3 and 4 compressed. As the piston slides downwards, the air partially relaxes again until the exhaust valve 4 opens and is then compressed against the closed throttle valve 8 in the exhaust cycle with the exhaust valve 4 open and heated again in the process.
This heating can be increased by intensive external heating of the exhaust pipe connector and / or the inlet connector. Part of the warm air remains in the remaining volume of the cylinder and another part in the connected shut-off exhaust port. During the overlap of the opening times of the valves 3 and 4, some of the air penetrates both from the outlet port through the cylinder and from the cylinder directly into the intake port 5 because both valves are open. This warm air mixes with a limited amount of new cold air and preheats it.
The heated air now enters the cylinder in the suction cycle via valve 3 with a higher output temperature than the previous work cycle and, as described above, is then continuously heated. This process is repeated until the ignition temperature is reached or exceeded.
In the embodiment with a displaceable camshaft, the additional cam or cams are designed in such a way that he or she controls his or her associated valve or their associated valves, in particular in the area of the overlap dead center, so that he or she controls one cause optimal return air proportion and thus at the same time an optimal heating effect in the cylinder air charge used for starting;
At the same time, the additional cam or cams should be designed in such a way that the maximum compression pressures in the compression stroke are reduced, for example, by reducing the effective compression ratio compared to the engine operation position of the camshaft, so that the cranking performance and thus the battery load are reduced Starting remains lower than when starting with the normal operating cams.
When the invention z. B. in multi-cylinder engines with an arrangement of the cylinder or cylinder rows z. B. is realized in a star shape, an additional cam can operate the plunger or similar devices several valves in a known manner.
For engines that have a slight overlap of the valve opening times in normal operation, a cross connection can also be provided, which clip the closed exhaust port and the intake or connects the corresponding channels within the cylinder head. With a valve operated by a special cam per cylinder or cylinder group, this normally closed cross connection can be opened when the opening times of the valves overlap in order to improve the pendulum effect of the compressed air.