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Verfahren und Einrichtung zum Betrieb von Brennkraftmaschinen, insbesondere
Dieselmaschinen Die Erfindung bezieht sich aufein Verfahren und Einrichtungen zum
Betrieb von Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff-Einspritzung in den Arbeitszylinder,
insbesondere Dieselmaschinen, und mit Vorverbrennung einer Kraftstoffmenge in der
nach den Arbeitszylindern führenden Zeitung für die Verbrennungsluft. Solche Vorverbrennungen
beispielsweise unter Verwendung einer Flammglühkerze sind zur Erleichterung des
Anlassens an sicht bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vor allem während des
Leerlaufs und bei niedriger Belastung von Dieselmaschinen auftretende Belästigung
zu mildern, die mit dem Einatmen von Abgasen durch darin enthaltene Reizstoffe bzw.
giftige Bestandteile verbunden sind. Solche Belästigungen werden im Stadtverkehr
vornehmlich durch die Abgase der Motoren von Lastkraftwagen und Omnibussen_verursacht,
ferner durch Motoren, die in geschlossenen Räumen arbeiten, z.B. Antriebsmotoren
von Flurfördermitteln in Werks- und Lagerhallen oder von Grubenlokomotiven unter
Tage.
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Mit der Erfindung sollen durch eine Verbesserung der Kraftstoff-Verbrennung
die störenden Bestandteile der Abgase beseitigt werden, und dieses Ziel soll mit
einem möglichst geringen zusätzlichen Aufwand erreicht werden.
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Die Aufgabe ist mit der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst,
daß die zur Verbrennung in die Luftleitung eingeführte Kraftstoffmenge mit der Drehzahl
der Maschine zunimmt. Mit der Zunahme
der bei ansteigender Drehzahl
im unteren Belastungsbereich der ,_ Maschine zur Vorverbrennung gelangenden Kraftstoffmenge
wird eine.. Erhöhung der Temperatur der durch die Luftleitung dem Arbeitszy- , linder
zuströmenden Luft auf eine ungefähr gleichbleibende Temperatur angestrebt. Mit einem
ungefähr gleichbleibenden Verhältnis der in der Zeiteinheit zur Vorverbrennung gelangenden
Kraftstoffmenge zu. der die Luftzuführungsleitung in der Zeiteinheit durchströmenden
Luftmenge-werden diese Verhältnisse erreicht. Eingehende Untersuchungen haben gezeigt,
daß mit einer Erhöhung der Temperatur der Verbrennungsluft vor dem Arbeitszylinder
auf etwa 120 bis 150 °C die Verbrennung des in den Arbeitszylinder eingespritzten
Kraftstoffes im unteren Belaetungsbereich so verbessert wird, daß die eingangs genannte
Belästigung durch die Abgase im wesentlichen beseitigt ist. Da der vorverbrannte
Kraftstoff im Kreisprozeß der Maschine nicht ausgenutzt wird, ist schon aus diesem
Grunde eine weitere Temperatur-Erhöhung unerwünscht.
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Mit der Flamme in der Luftzuführungsleitung wird der zur Verbrennung
im Arbeitszylinder bestimmten Luft eine gewisse Sauerstoffmenge entzogen. Dieser
Umstand kann beim Verfahren nach der Erfindung dadurch berücksichtigt werden, daß
die in den Arbeitszylinder eingespritzte größtmögliche graftstoffmenge während des
Betriebes mit Vorverbrennung zwangsläufig verkleinert wird. Beim Betrieb mit Vorverbrennung
verzichtet man. damit auf das sonst erreichbare maximale Drehmoment der Maschine.
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Eine andere Möglichkeit, den mit der Vorverbrennung gegebenen Sauerstoffverbrauch
zu berücksichtigen, besteht darin, daß eine Vorverbrennung von Kraftstoff im Arbeitsbereich
zwischen Leerlauf und einer mittleren Belastung der Maschine erfolgt, während im
oberen Belastungsbereich die Verbrennung in der Zuftzuführungsleitung
unterbrochen
oder die Menge des darin verbrannten Xraftstoffes mit dem Übergang auf Vollast vermindert
wird. Eine solche' Arbeitsweise ist unbedenklich, weil im oberen Belastungsbereich
mit der höheren Temperatur an sich eine gute Verbrennung stattfindet.
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Zur Vorverbrennung von Kraftstoff in der Luftzuführungsleitung wird
zweckmäßig eine Einrichtung benutzt, wie sie zur Erleichterung des Anlassens bekannt
ist, beispielsweise Mine sogenannte Flammglühkerze mit elektrisch'beheiztem Glühkörper.
Dieselbe Flammglühkerze kann fifr beide Zwecke der Anlaß-Erleichterung und der Verbesserung
der Kraftstoff-Verbrennung im Zylinder während des Betriebes im Zusammenhang mit
einer Einrichtung verwendet werden. mit der .die der Glühkerze zugeführte Kraftstoffmenge
in dem vorher genannten Sinne geiqgelt wird.
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Als Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfin-' dung
wird ferner vorgeschlagen, daß der in der luftzuführungsleitung zu verbrennende
Kraftstoff durch eine Zeitung zugeführt wird, die von der Kraftstoffleitung zwischen
Vorpumpe und Einspritzpumpe vor einer Drosselstelle abgezweigt ist. Da die vorzugsweise
als Kolbenpumpe ausgebildete Vorpumpe von der Maschine selbst angetrieben wird und
daher eine mit der Drehzahl zunehmende Kraftstoffmenge fördert, läßt sich mit geeigneter
Abstimmung der Drosselstelle die gewünschte Charakzeristik der Kraftstoff-Zuführung
nach der Flammglühkerze erreichen. Eine "iaminare", als Rohrverengung ausgebildete
Drosselstelle liefert eine mit der Drehzahl proportional zunehmende Fördermenge.
Im Bedarfsfalle kann eine stärkere Zunahme der Fördermen@=@e un -ar Verwendur_g
einer als Blende ausgebildeten Drosselstelle oder mit einer Kombination beider Arten
von Drosselstellen in jeweils Verhältnis erreich:: werden. .Die
dreh@3:i1-
abhängige Abstimmung der in der Flammglühanlage
zu verbrennenden Kraftstoffmenge wird auf diese-Weise mit äußerst geringem baulichen
Aufwand.erreicht. -Im Zusammenhang mit der Abzweigung des Kraftstoffes für die Vorverbrennung
von der Förderung der Vorpumpe wird ferner vorgeschlagen, zwischen der Drosselstelle
und der Kraftstoff-Einspritzpumpe ein nach dem Kraftstoffbehälter hin öffnendes
Druckregelorgan, z.B. ein einfaches Überdruckventil vorzusehen, das unabhängig von
der Drehzahl der Maschine einen gleichbleibenden Druck auf der Zuführungsseite der
Einspritzpumpe aufrechterhält. Als Druckregelorgan kann an Stelle eines Überdruckventils
beispielsweise auch eine einfache verengte Zeitung dienen, durch die der überschüssige
Kraftstoff in den Behälter zurückfließt.
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Für den vorher erwähnten Fall, daß die Vorverbrennung in der Zuftzuführungsleitung
im oberen Belastungsbereich der Maschine unterbrochen werden soll, wird zweckmäßig
in der nach der Flammglühanlage führenden Kraftstoffleitung ein Absperrventil vorgesehen,
das beim Übergang des Stellgliedes der Kraftstoff-Einspritzpumpe auf Vollast selbsttätig
geschlossen wird. Als Absperrventil wird vorzugsweise ein Magnetventil benutzt,
daa über einen vom Stellglied der Einspritzpumpe betätigten Schalter gesteuert wird.
Dasselbe Ventil kann ferner zur willkürlichen Abschaltung der Vorverbrennung benutzt
werden, wenn beispielsweise ein Fahrzeugmotor auf freier Strecke keine Belästigung
durch unverbrannte Bestandteile seiner Abgase verursacht.
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In der Zeichnung sind zwei Einrichtungen zur Ausübung des Verfahrens
an einem Dieselmotor schematisch wiedergegeben.
Die Einrichtung
nach Abb. 1 arbeitet während des Betriebes, mit Flammglühkerze mit verminderter
maximaler Kraftstoff-Einspritzmenge in die Arbeitszylinder.
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In der Einrichtung nach Abb. 2 wird die Flammglühanlage im oberen
Belastungsbereich der Maschine außer Betrieb gesetzt.
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In Abb. 1 hat der Dieselmotor 1 im Zylinderkopf das E:raftstoffeinspritzventil
2, dem der Kraftstoff durch die von der Maschine angetriebene Einspritzpumpe 3 über
die .Drückleitung 4 zugeführt wird. Die ebenfalls von der Maschine angetriebene
Vorpumpe 5 sagt aus dem Behälter 6 und fördert den Kraftstoff über das Filter 7
in eine Zeitung 8, die in den Ansaugraum der Kraftstoffeinspritzpumpe führt. Die
Zeitung 8 enthält eine als Rohrverengung ausgebildete Drosselstelle 9 und in Strömungsrichtung
davor eine Abzweigleitung 10, die nach einer Flammglühkerze 12 in der Luftzuführungsleitung
13 führt. Ein Magnetventil 14 in der Zeitung 10 ermöglicht es, die graftstoff-Zufuhr
nach der Flammglühkerze freizugeben oder abzuschalten. Bei geöffnetem Magnetventil
fördert die Vorpumpe 5 auf-Grund der Wirkung der Drosselstelle 9 eine mit der Drehzahl
der Maschine proportional zunehmende Kraftstoffmenge nach der Flammglühkerze. '
In Förderrichtung hinter der Drosselstelle 9 ist von der Kraftstoffleitung 8 eine
Zeitung 15 abgezweigt, durch die der nicht zur Einspritzung gelangende Kraftstoff
in den Behälter 6 zurückgeführt wird. Die Zeitung 15 enthält ein als,einfaches federbelastetes
Überdruckventil ausgdtldetes Druckregelventil 16, das bei allen Drehzahlen und'Belastungen
der Maschine im Ansauge raum der Kraftstoffeinspritzpumpe einen gleichbleibenden
Druck aufrechterhält.
Für das Anlassen der Maschine ist ein elektrischer
Stufenschalter 18 vorgesehen, mit dem in der ersten Stufe 19 der,Glühwiderstand
der Flammglühkerze 12 eingeschaltet wird. In der zweiten Stufe wird der Stromkreis
der Anlaßmaschine 20 geschlossen und zugleich das Magnetventil 14 geöffnet, so daB
die Flammglühkerze Kraftstoff erhält. Der Stufenschalter 18 wird nach dem Anspringen
der Maschine wieder geöffnet.
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Ein Ausschalter 22 dient dazu, die.Flammglühanlage auch nach dem Anlassen
der Maschine in Betrieb zu halten. Bei geschlossenem Schalter steht einerseits der
Glühwiderstand der Plammglühkerze unter Strom. Anderseits wird das Magnetventil
14 in der Zeitung 10
| offengehalten und durch einen Elektromagneten 23 ein Anschlagglied |
nach unten verschoben, so daß das Kraftstoff-Regelglied 25 der Kraftstoffeinspritzpumpe
nur noch eine kleinere maximale Einspritzmenge einstellen kann. Die Flammglühanlage
wird durch Betätigung des Ausschalters nach Bedarf in Betrieb gehalten, wenn eine
Belästigung durch die Abgase zu erwarten ist.
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Die Einrichtung nach Abb. 2 hat in der Hauptsache die gleichen Merkmale
wie die nach Abb. 1. Entsprechende Teile sind deshalb mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Die Einrichtung unterscheidet sich von der vorher beschriebenen nur in
dem Ausschalter 26, der mit einer Verschiebung 'des Kraftstoffregelgliedes 25 in
Richtung auf Vollast geöffnet wird und damit das Magnetventil 14 schließt. Auf diese
Weise wird der Plammglühkerze im oberen Belastungsbereich der Maschine kein Kraftstoff
zugeführt. Die maximale Kraftstoff-Einspritzmenge in den Arbeitszylinder, das heißt
die größtmögliche Belastung der Maschine, bleibt dagegen unabhängig davon. erhalten,
ob die Flammglühanlage mittels des Ausschalters 22 ein- oder-abgeschaltet ist.
Die
früher erwähnte Mdglichkeit, im oberen Belastungsbereich ' der Maschine an Stelle
einer vollständigen Unterbrechung eine Verminderung der in der Zuftzuffihrungaleitung
verbrannten Kraftstoff-. menge vorzunehmen, läßt sich beispielsweise dadurch verwirklichen,
daß das vom Schalter 26 in Abb. 2 betätigte Magnetventil 14 in seiner Schließstellung
einen kleinen Querschnitt offenläBt. Für diesen Fall müßte fair eine willktrliche
Abschaltung der Plammglühanlage in der Kraftstoffleitung 10 ein zweites Ventil vorgesehen
sein, mit dem die Fbrderung ganz unterbrochen werden kann.