DE1476192B2 - Wassergekühlter Vielstoffverbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen wassergekühlten Vielstoffverbrennungsmotor, der eine temperaturabhängig zuschaltbare Vorwärmeeinrichtung in der Lufteinlaßleitung enthält, die auf Zufuhr vorgewärmter und nicht vorgewärmter Luft schaltbar ist.

Vielstoffverbrennungsmotoren weisen den Nachteil auf, daß sie im Leerlauf und Teillastbetrieb mit hochoktanigen Kraftstoffen keine stabile und aussetzerfreie Zündung erreichen und dann meist einen unruhigen Motorlauf aufweisen. Das ist darauf zurückzuführen, daß insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen und daher geringer Ansauglufttemperatur ein zu großer Zündverzug auftritt, der den Zündbeginn weit in den Expansionshub hinein verlagert. Dadurch kommt es zu Zündaussetzern und schließlich zum Absterben des Motors. Dieses unerwünschte Verhalten des Motors hat den weiteren Nachteil zur Folge, daß der Kraftstoffverbrauch im Leerlauf bzw. Teillastbetrieb mit hochoktanigen Kraftstoffen verhältnismäßig hoch liegt.

Es ist daher schon ein wassergekühlter Vielstoffverbrennungsmotor der eingangs genannten Art bekanntgeworden (MAN = Forschungsheft Nr. 10/1961), der mit einer Vorwärmeinrichtung ausgerüstet ist, die abhängig von der Abgastemperatur geschaltet wird. Ein Vorwärmen der Ladeluft erfolgt erst, wenn die Abgastemperatur unter 350°C absinkt. Dabei wird bei dem bekannten Motor die Vorwärmung unabhängig davon vorgenommen, welcher Brennstoff eingesetzt wird. Wenn dieser bekannte Motor nun für sehr hochoktanige Brennstoffe ausgelegt werden soll, dann ergeben sich zwangläufig Nachteile beim Dieselbetrieb. Um diese Schwierigkeiten zu beheben, wird für den bekannten Motor empfohlen, die Oktanzahl der Betriebsstoffe nicht zu hoch zu wählen.

Es ist auch bekanntgeworden (US-PS 2123 347), einem Vergasermotor in Abhängigkeit von der Motortemperatur Frischluft, leicht angewärmte Luft aus dem Motorraum oder vorgewärmte Luft zuzuführen. Dabei soll die Temperatur der dem Vergaser zugeführten Verbrennungsluft umgekehrt geändert werden, wie die Temperatur des Motors. Wenn der Motor kalt ist, wird

ίο die Luft vorgewärmt, während Frischluft zugeführt wird, wenn der Motor heiß ist. Mit dieser Ausgestaltung soll die Verdampfung des Kraftstoffes in den verschiedenen Betriebsbereichen erleichtert werden. Diese Ausgestaltung ermöglicht nicht, daß die Vorwärmung jeweils dem verwendeten Kraftstoff feinfühlig angepaßt werden kann. Die bekannte Einrichtung weist auch den Nachteil auf, daß die dort vorgesehene Regelung der Vorwärmung nicht auf die Belastung des Motors abgestimmt sein kann, was insbesondere beim Übergang zum Leerlauf zu Nachteilen führen kann.

Es sind auch Dieselmotoren (DT-PS 5 27 986) mit Vorwärmung der Verbrennungsluft bei Leerlauf und kleiner Last bekannt. Bei diesen Motoren ist in der Ansaugleitung der Frischluft eine Drossel angeordnet, hin-, ter welcher ein Zweig für eine Leitung mit vorgewärmter Luft vorgesehen ist. Diese Drosselklappe wird mit einer Flüssigkeit abhängig von der Stellung des Stellhebels der Brennstoffpumpe verstellt, so daß die dort beschriebene Anordnung wiederum den Nachteil aufweist, daß keine temperaturabhängige Vorwärmung eintritt.

Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend von dem eingangs erwähnten Motor die Aufgabe zugrunde, eine feinfühlige Steuerung der Temperatur der Ansaugluft von Vielstoffmotoren zu ermöglichen, die eine Einregelung der Ansaugtemperatur bei verschiedenen Lastzuständen auf einen exakten Wert ermöglicht und bei der für jeden Kraftstoff die Vorwärmung auf das Optimum eingestellt werden kann.

Die Erfindung besteht darin, daß in an sich bekannter Weise in der geteilten Lufteinlaßleitung eine ein Umschalten von einer Vorwärmleitung auf eine Frischluftleitung ermöglichende Klappe enthalten ist, die in bekannter Weise von Hand in der die Vorwärmleitung schließenden Stellung verriegelbar ist und die in entriegeltem Zustand mit einem in der gemeinsamen Luftein-' laßleitung angeordneten Temperaturfühler gesteuert und zusätzlich über ein Fahrpedal eines Fahrzeuges verstellbar ist, wobei in der Vorwärmleitung ein über eine Abzweigleitung am Kühlwasserkreislauf angeschlossener Wärmetauscher vorgesehen ist und die Lufteinlaßleitung das Auspuffrohr ummantelt.

Durch diese Ausgestaltung wird durch die Anordnung des gesonderten Wärmetauschers und der Ausbildung der Ansaugleitung als Ummantelung des Auspuffrohres in jedem Fall die Wärme des Motors voll ausgenützt, und es wird darüber hinaus auch eine sehr feinfühlige, temperaturabhängige Steuerung der Ansaugluft möglich. Die Vorwärmung braucht nicht mit Rücksieht auf den sich möglicherweise verschlechternden Dieselbetrieb ausgelegt zu werden, daß eine völlige Abschaltung der Vorwärmanlage möglich ist. Dadurch, daß außerdem die Luft in der Lufteinlaßleitung vor dem Luftfilter als Parameter für das Vorwärmen verwendet wird, ergibt sich der Vorteil, daß das Einhalten einer gewünschten Lufttemperatur durch kontinuierliches Verstellen der Klappe möglich ist, so daß die Temperatur auch auf einen exakten Wert einregelbar ist.

Die Höhe der Vorwärmung ist für den jeweiligen Kraftstoff durch die Verwendung eines Temperaturfühlers auf das Optimum einstellbar, und die Abgastemperatur des Motors bleibt unabhängig von dem verwendeten Brennstoff in dem günstigsten bzw. zulässigen Bereich, in welchem sie sich auch bei anderen Brennstoffen bewegt. Zusätzlich wird eine Veränderung der Vorwärmung über das Fahrpedal ermöglicht, was bei Laständerungen, insbesondere beim Übergang von Vollast zum Leerlauf, vorteilhaft ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn in der Lufteinlaßleitung eine weitere Öffnung vorgesehen ist, die gleichzeitig mit dem Abschließen des Ansaugweges über den Wärmetauscher bzw. mit der Freigabe der durch die Klappe verschlossenen Öffnung geöffnet wird, so daß in der Lufteinlaßleitung stets eine über das ummantelte Auspuffrohr hinwegstreichende Kühlströmung ermöglicht wird.

In der Zeichnung ist eine vorteilhafte Ausführungsform eines wassergekühlten Vielstoffmotors gezeigt, die in der anschließenden Beschreibung erläutert wird. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen wassergekühlten Vielstoffmotor, der erfindungsgemäß ausgestattet ist, teilweise geschnitten und

F i g. 2 eine Frontansicht dieses Motors, in welcher der Kühler und der Kühlluftventilator weggelassen sind.

In F i g. 1 ist bei einem wassergekühlten Vielstoffverbrennungsmotor 1 ein Luftansaugfilter 2 vorgesehen, in welches eine Ansaugleitung 3 mündet, die U-förmig vom Ansaugfilter 2 aus zur Auspuffseite und zur Vorderseite des Motors 1 geführt ist, so daß ein längerer Schenkel 4 der Ansaugleitung entsteht, an dessen offenem vorderem Ende ein Luft-Wasser-Wärmetauscher 5 eingebaut ist. Der kürzere in den Ansaugfilter 2 mündende Schenkel der Ansaugleitung 3 ist etwa am Beginn seiner U-förmigen Rundung mit einer Öffnung 6 versehen, an die sich ein kurzer Zufuhrstutzen 7 von der freien Atmosphäre her anschließt, so daß die Ansaugleitung an dieser Stelle in der Art eines Hosenrohres ausgebildet ist. Die Öffnung 6 im Hosenrohr ist durch eine um den Drehpunkt 9 schwenkbare Klappe 8 in der ausgezogen gezeichneten Lage verschlossen. Der längere Schenkel 4 der Ansaugleitung 3 ist so angeordnet, daß er das Auspuffrohr 10 ummantelt, so daß in Richtung des Pfeiles 11 eintretende angesaugte Verbrennungsluft sowohl durch den Luft-Wasser-Wärmetauscher 5 als auch an dem heißen Auspuffrohr 10 vorbeigeführt wird. Zur Vermeidung von Wärmeverlusten ist die Ansaugleitung 3 außerdem im Bereich ihrer Rundung und an dem an den Ansaugfilter 2 angrenzenden Teil mit einer Wärmeisolationsschicht 12 versehen.

Der Luft-Wasser-Wärmetauscher 5 ist in der Kühlwasser-Kurzschlußleitung 13 angeordnet, welche von dem Kühlwasserthermostaten 14 abzweigt, der in der vom Motor kommenden Kühlwasserleitung 15 angeordnet ist. Die Kühlwasser-Kurzschlußleitung 13 führt nach dem Wärmetauscher 5 zur Kühlwasserpumpe 16. Durch die Kurzschlußleitung 13 wird demnach Kühlwasser mit einer durch den Kühlwasserthermostaten 14 auf dem höchsten bei Leerlauf und Teillast möglichen Wert gehaltenen Temperatur durch den Luft-Wasser-Wärmetauscher 5 geleitet. Bei Vollast öffnet der Thermostat den großen Kreislauf über den Kühler 17, so daß hier dann der andere Teil des heißen Kühlwassers durch die Leitung 18 in den Kühler 17 strömt. Dort wird das Wasser durch die Luft gekühlt, die entweder vom Ventilator 19 oder durch den Fahrtwind durch den Kühler 17 durchgetrieben wird. Das Wasser strömt anschließend durch die Leitung 20 zurKühlwasserpumpe 16 zurück (F i g. 2). Von der Kühlwasserpumpe 16 aus wird das Wasser durch den Motor gepumpt, so daß der Kreislauf bis zur Leitung 15 hergestellt ist.

Bei Betrieb mit hochoktanigen Kraftstoffen, beispielsweise beim Betrieb mit sogenanntem Mogas, befindet sich die Klappe 8 der F i g. 1 im Teillast- und Leerlaufbetrieb des Vielstoffmotors in der ausgezogen gezeichneten Stellung, so daß die Verbrennungsluft in Richtung des Pfeiles 11 durch den Luft-Wasser-Wärmetauscher 5 angesaugt wird. Dort wird die angesaugte Verbrennungsluft dann, wenn der Motor bereits eine Zeitlang gelaufen ist und daher das Kühlwasser eine bestimmte Temperatur aufweist, erwärmt. Anschließend strömt die Verbrennungsluft durch den längeren Schenkel 4 des Ansaugrohres 3 über das ebenfalls während des Betriebes des Motors heiße Auspuffrohr 10, wird weiter erwärmt und gelangt über den Ansaugfilter 2 in den Verbrennungsraum. Soll der Motor gestartet werden, d. h., steht noch kein heißes Kühlwasser zur Aufwärmung der Ansaugluft zur Verfugung, so_ kann ein nicht dargestelltes Vorwärmgerät für den Luft--Wasser-Wärmeaustauscher vorgesehen sein, welches insbesondere bei sehr tiefen Außentemperaturen den Wärmeaustauscher aufheizt und somit schon beim Anlassen des Motors für eine vorgewärmte Ansaugluft sorgt und außerdem das Kühlwasser im Kurzschlußkreis und damit den ganzen Motor samt Schmierölvorrat erheblich schneller in den Warmzustand versetzt.

Geht der Motor auf Vollastbetrieb über, so würde die Ansauglufttemperatur in der Ansaugleitung 3 auf Grund der Erhöhung der Kühlwassertemperatur im Luft-Wasser-Wärmetauscher 5 und der hochgehenden Auspufftemperatur ansteigen und damit eine zu starke Verkürzung des Zündverzuges hervorrufen, so daß der Zündbeginn wesentlich vor dem oberen Totpunkt erfolgte. Außerdem würde ein spürbarer Verlust an Luftladungsgewicht auftreten. Infolgedessen wird beim Vollastbetrieb durch einen nicht dargestellten, beispielsweise in der Ansaugleitung 3 vor dem Ansaugfilter 2 eingesetzten Temperaturfühler nach Erreichen einer gewissen Höhe der Ansauglufttemperatur von z. B. 6O⁰C die Klappe 8 geöffnet, so daß mindestens ein Teil, wenn nicht sogar die ganze Verbrennungsluft durch den Rohrstutzen 7 und die Öffnung 6 in Richtung der Pfeile 21 direkt von der freien Atmosphäre her angesaugt wird. In dem vor dem Ansaugfilter 2 liegenden Teil der Ansaugleitung 3 erfolgt zumindest eine Mischung der in Richtung des Pfeiles 11 durch den Luft-Wasser-Wärmetauscher und teilweise durch das Auspuffrohr 10 vorgewärmten Ansaugluft mit der in Richtung der Pfeile 21 durch die Öffnung 6 einströmenden Kaltluft, so daß die für Vollast gewünschte Grenztemperatur der Ansaugtemperatur von beispielsweise 6O⁰C bei Vollast nicht überschritten wird. Geht der Motor wieder in den Teillastbetrieb oder in Leerlauf über und sinkt mit der dadurch abnehmenden Kühlwasser- und Auspufftemperatur auch die Temperatur der Ansaugluft, dann wird die Klappe 8 durch den vorher erwähnten, vor dem Ansaugfilter 2 sitzenden Temperaturfühler wieder geschlossen, so daß die Ansaugluft über den Luft-Wasser-Wärmetauscher durch den Schenkel 4 der Ansaugleitung 3 und damit auch wieder über das Auspuffrohr strömt.

Es kann aber, wie angeführt, auch vorgesehen werden, daß die Klappe 8 beim Vollastbetrieb den Sehen-

kel 4 der Ansaugleitung 3 völlig abschließt, so daß dann die gesamte Ansaugluft durch die Öffnung 6 eintritt. Um bei diesem Betriebszustand eine genügende Kühlströmung über das Auspuffrohr aufrechtzuerhalten, wird vor der Klappe 8 eine weitere Öffnung, die nicht dargestellt ist, vorgesehen, die gleichzeitig mit dem Abschließen des Schenkels 4 der Ansaugleitung 3 geöffnet wird.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zusätzlich zum Temperaturfühler in der Ansaugluft die Klappe 8 auch in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals betätigt, und zwar in der Weise, daß die Klappe 8 die Öffnung 6 verschlossen hält, wenn das Gaspedal in der Leerlaufstellung bzw. in der Teillaststellung steht, und die Öffnung 6 freigibt und den Schenkel 4 der An-

saugleitung 3 verschließt, wenn das Gaspedal in Vollgasstellung steht.

Zum Betrieb mit Dieselöl wird die Klappe 8 beispielsweise von Hand in die Stellung umgeschaltet, in der sie den Schenkel 4 der Ansaugleitung 3 abschließt, und in dieser Stellung arretiert. Bei Dieselölbetrieb ist es auch im Teillastbetrieb oder im Leerlauf nicht nötig und je nach Motor und Verbrennungsverfahren sogar unerwünscht, die Ansaugluft vorzuwärmen, da das Leerlauf- und Teillastverhalten auch ohne Warmluftansaugung wegen der viel kürzeren Zündverzüge stabil ist. Außerdem würde eine Ansaugluftvorwärmung das Ansaugluftgewicht verringern und die Prozeßtemperaturen unnötig erhöhen, wodurch die Abgastrübung zunehmen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wassergekühlter Vielstoffverbrennungsmotor, der eine temperaturabhängig zuschaltbare Vorwärmeeinrichtung in der Lufteinlaßleitung enthält, die auf Zufuhr vorgewärmter und nicht vorgewärmter Luft schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in der geteilten Lufteinlaßleitung (3) eine ein Umschalten von einer Vorwärmleitung (4) auf eine Frischluftleitung (7) ermöglichende Klappe (8) enthalten ist, die in bekannter Weise von Hand in der die Vorwärmleitung schließenden Stellung verriegelbar ist und die in entriegeltem Zustand mit einem in der gemeinsamen Lufteinlaßleitung angeordneten Temperaturfühler gesteuert und zusätzlich über ein Fahrpedal eines Fahrzeuges verstellbar ist, wobei in der Vorwärmleitung ein über eine Abzweigleitung (13) am Kühlwasserkreislauf angeschlossener Wärmetauscher (5) vorgesehen ist und die Lufteinlaßleitung

(3) das Auspuffrohr (10) ummantelt.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lufteinlaßleitung eine weitere Öffnung vorgesehen ist, die gleichzeitig mit dem Abschließen des Ansaugweges über den Wärmetauscher bzw. mit der Freigabe der durch die Klappe (8) verschlossenen Öffnung (6) geöffnet wird, so daß in der Lufteinlaßleitung stets eine über das ummantelte Auspuffrohr (10) hinwegstreichende Kühlströmung ermöglicht wird.