DE1912207A1

DE1912207A1 - Luftvorwaermer fuer die Ansaugleitung von Dieselmotoren und damit ausgestattetes Startsystem

Info

Publication number: DE1912207A1
Application number: DE19691912207
Authority: DE
Inventors: Tramontini Vernon Nelson
Original assignee: Stewart Warner Corp
Current assignee: Stewart Warner Corp
Priority date: 1968-03-11
Filing date: 1969-03-11
Publication date: 1969-10-02
Also published as: US3534723A

Description

PATENTANWALT DlPL-ING.

HELMUT ODRTZ_{0 8<} ^

δ Frankfurt am Main 70 /

Schnedcenhofsir. 27-T.U17079

Stewart'Warner Corporation, 1826 Liversey Parkway, Chicago, 111.

Luftvorwärmer für die Ansaugleitung von Lieselmotoren und -damit ausgestattetes Startsystem

V/egen der Schwierigkeit, Dieselmotoren bei kaltem Wetter zu starten, besteht eine allgemeine Forderung, die Ansaugluft des Motors vorzuwärmen. Bisher wurde die Ansaugluft, die zur Ansaugleitung des Motors strömt, mittels eines kleinen Brenners vorgewärmt, der eine Brennstoffdüse und eine Glühkerze umfaßt, wobei der Brennstoff unter einem gewissen Druck mittels einer Handpumpe zugeführt wurde. Solche Systeme sind daher von einer Bedienungsperson abhängig.

Es sind auch schon Systeme vorgeschlagen worden, bei denen die Brennstoffdüse des Vorwärmers Brennstoff unter Druck von der Brennstoffpumpe des Motors zugeführt bekommt, wobei die Brennstoffpumpe zuerst Brennstoff zu dem Luftvorwärmer fördert, um die Luft in der Ansaugleitung vorzuwärmen. Die Brennstoffpumpe wird dann umgeschaltet, um den Einspritzdüsen des Dieselmotors Brennstoff zuzuführen. Diese Maßnahmen sind weitestgehend unbefriedigend. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Brennstoffpumpe des Motors zur Belieferung des Luftvorwärmers und der Brennstoffeinspritzdüse des Motors gleichzeitig zu verwenden, dies ist aber unbefriedigend, da wegen der Ableitung des Brennstoffs zu den Brennstoffeinspritzdüsen der Druck am Luftvorwärmer unzureichend ist, um den Brennstoff für die Zündzwecke ausreichend zu zerstäuben. Wichtiger noch ist, daß mit unter Druck stehendem Brennstoff versorgte Vorwärmer dazu neigen, allen verfügbaren Sauerstoff in der hereinströmenden Ansaugluft während der Vor—

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wärmung zu verbrauchen, so daß der Motor selbst unzureichend . versorgt wird.

Es ist daher ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Luftvorwärmer für die Ansaugleitung von Dieselmotoren zu schaffen, der eine ausreichende Zerstäubung des Brennstoffs in der Vorwärmerdüse bei geringer Brennstoffströmung ermöglicht, ohne daß in irgendwelcher Art der Betrieb und die Brennstoffzufuhr zu der Brennstoff-Einspritzanlage des Motors beeinflußt wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten Luftvorwärmer für die Ansaugleitung von Dieselmotoren zu schaffen, bei dem die Temperatur der einströmenden Luft in der Motoransaugleitung ausreichend erhöht ist, ohne daß dadurch die für den Motor selbst erforderliche geeignete Brennstoff-Luft-Mischung beeinflußt wird.

Ein weiteres -Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten Luftvorwärmer für die Ansaugleitung von Dieselmotoren zu schaffen, bei dem die Ansaugluft des Motors in ausgewählter Weise vorgewärmt werden kann, auch nach dem Starten während normaler Motorbetriebsbedingungen.

Ein noch weiteres Objekt der Erfindung ist es, einen verbesserten Luftvorwärmer für die Ansaugleitung von Dieselmotoren zu schaffen, bei dem die erforderliche Startzeit für den Dieselmotor stark verringert wird, während eine höchste ütartzuverlässigkeit erreicht wird, auch bei außerordentlich niedrigen Betriebstemperaturen.

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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmögliehkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung.

Es zeigen:

Pig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Luftvorwärmersystems für die Ansaugleitungen von Dieselmotoren;

Fig. 2 einen (feilschnitt durch das die Ansaugpumpe und die Brennstoffdüse enthaltende Bauteil des Vorwärmersystems nach Pig. 1 längs der Linie 2-2; und

Fig. t> einen Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig.· 1, worin ein Teil der Ansaugpumpe und der Brennstoffdüse gezeigt ist.

Die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen verbesserten Luftvorwärmer für die Ansaugleitung von Dieselmotoren, der eine Ansaugpumpe und eine Brennstoffdüse umfaßt, die in aem Eintrittsluftstrom des LlotorB angeordnet sind. Die Ansaxu'puinpe tvfid die Brennstoffdüsevtiber ein Druckmittel mit einer ytatisciie?i Brennstoff-'Ztiführeinrichtung verbunden, die unterhalb der Xriiüe angeordnet ist, und. eine unabhängige Pr eßluftquelle kam:, wahlweise daran angeschlossen werden. Die Zufuhr α er re: lui't veranlaßt, daE der angesaugte Brennstoff durch die Düse in zerstäubter Form in den Eintrittsluftstrom des Motors eingeführt wird. /Jine hierzu benachbart angeordnete Zündeinrichtung zündet den angesaugten Brennstoff, um die Eintrittsluft des Rotors vorzuwärmen. Bin durch einen Schwimmer überwachter Brennstoffbehälter ist unterhalb der Düse angeordnet und stellt die statische Brennstoffversorgung dar, eine Leitung verbindet den

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BAD ORfQlNAt

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Behälter mit der Ansaugdüse, wobei ein Ende der Leitung unterhalb des statischen Brennstoffspiegeis angeordnet ist. Das andere Ende der Leitung ist mit einer durch die Düse gebildeten Durchtrittsöffnung verbunden, und eine zweite Einschnittsöffnung liefert Preßluft. Ein normalerweise geschlossenes, magnetbetätigtes Ventil wird durch die Düse innerhalb der zweiten Öffnung gehalten. Handbetätigte und von der Temperatur in der Ansaugleitung abhängige Schalteinrichtungen dienen dazu, das magnetbetätigte Ventil und die Zündeinrichtung mit einer elektrischen Spannungs-' quelle zu verbinden.

In den Fig. 1, 2 und 3 sind die wichtigsten Bauteile des Luftvorwärmers für die Ansaugleitung von Dieselmotoren in bevorzugter Ausführungsform dargestellt; sie umfassen eine Ansaugpumpe _: und Brennstoffdüse 12, ein magnetbetätigtes Ventil 14, das wähl--, weise die Zufuhr von Preßluft zu der Ansaugpumpe und Brennstoffdüse 12 steuert, eine statische ,Brennstoffzuführeinrichtung 16, eine Preßluftzufuhr!eitung 18, eine Zündeinrichtung 2o mit Elektrode und eine Vibrator-Öpuleneinheit 22. Der Ansaugluftvorwärmer 1o ist -im Strömungsweg der Motoransaugluft eingebaut und wird vorzugsweise durch die Ansaugleitung des Motors gehalten. Dazu ist das Ansauggehäuse 24 mit einer Öffnung 26 versehen, um die Ansaugpumpe und Brennstoffdüse 12 des Luftvorwärmers . aufzunehmen. Dieser besteht im wesentlichen aus einem gegossenen Block 28 mit einer plattenähnlichen Abdeckung 3o, die mit dem Ansauggehäuse 24 durch mehrere Sehrauben 32 verbunden ist. Der Block 28 ist mit einer-Längsbohrung 34 und Einsekbohrungen 36 und 38 versehen. Die Bohrung. 38 ist an' ihrem stromabwärtsliegendem Ende 4o mit Gewinde versehen, um ein mit Gewinde versehenes Düsenelement 42 aufzunehmen, das einen hervortretenden Düsenkegel 44 umfaßt.

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Das Düsenelement 42 weist "bei 46 und 48 Bohrungen auf und steht mit der Bohrung 54 in dem Block 28 in Verbindung, um eine sich längs erstreckende Durchtrittsöffnung für den flüssigen Brennstoff zum Mündungskegel 44 zu bilden. Der flüssige Brennstoff tritt in die Bohrung 34 durch die gensigte Brennstoffleitung 5o ein, die sich mit dieser überschneidet. Eine Schraube 51 verschließt das eine Ende der Bohrung 34. Eine vertikale Leitung in dem Block 28 ermöglicht die Zufuhr von Preßluft zu der Kammer, die durch die Senkbohrung 38 und das innere Ende des Düsenelements 42 gebildet, wird. Die Preßluft bewegt sich durch die am Umfang verlaufende Leitung 54 in den Düsenstirnkegel 44, wo der Brennstoff in den Brennraum 56 mit ziemlich hoher Geschwindigkeit ausgestoßen wird. Der eintretende Ansaugeffekt bewirkt, daß flüssiger Brennstoff aus der axialen Öffnung 48 angesaugt wird, wo er stark zerstäubt und in den Brennertopf ausgestoßen wird, der benachbart zu den Elektroden angeordnet ist, wie beispielsweise die durch die Elektrodeneinrichtung 2o getragene Elektrode 58. Das obere Ende der vertikalen Luftleitung 52 ist durch ein normalerweise geschlossenes magnetbetätigtes" Luftventil 14 verschlossen. Ein bewegliches Ventilelement 6o trägt eine Gummilippe 61, die in Pig. 2 auf einem Ventilsitz ruhend dargestellt ist, der durch das Element 63 innerhalb der Senkbohrung 62 gebildet wird. Ein O-Ring 64 dient als Dichtung für dieses Ventilsitzelement. Die Ventilsitzbohruiig 65 verläuft koaxial mit der Leitung 52.

In Pig. 3 erkennt man, daß die geneigte Luftleitung 66 in die [jenkbohrung 62 oberhalb der Ventilspitze 61 einmündet. Die Luftleitung 66 steht über die Leitung 18 in Druckmittelverbindung mit einer unabhängigen Preßluftquelle (nicht dargestellt), wie beispielsweise am Fahrzeug angeordneten Luftbehältern, die den Dieselmotor als Versorgungseinrichtung benutzen können. Herkömmliche Verbindungsstücke 68 gestatten es, die Leitung 18.wahlweise mit dem mit Gewinde versehenen Ende 7o der Leitung 66 zu verbinden. In gleicher Weise steht das Brennstoff-Zufuhrrohr oder -leitung 72 über eine Einrichtung 74 mit dem mit Gewinde versehenen

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Ende 76 der geneigten Brennstoffleitung 5o in Verbindung (Pig.'i).

Im Gegensatz zu "bekannten Ansaugluft-Vorwärmersystemen wird hier der Düse kein unter Druck stehender Brennstoff zugeführt, weder von einer unabhängigen Druckquelle, nooh durch Abzweigung von der Hauptbrennstoffpumpe. Stattdessen weist das vorliegende System einen getrennten Brennstoffbehälter auf, der als statische Brennstoff-Zuführeinrichtung wirkt, wobei das Tankende 73 der Leitung 72 in den Brennstoff taucht, und Brennstoff durch die Düsenöffnung 48 angesaugt wird» Die statische Brennstoffversorgung 16 umfaßt einen geschlossenen Tank 74, der flüssigen Brennstoff 78 enthält, wobei der Brennstoffspiegel durch die unterbrochene Linie 7ö dargestellt ist; dieser Spiegel wird durch ein Schwimmerventil 8o mit einem Schwimmer 82 überwacht. Die Brennstoffzufuhr zu dem statischen Brennstoffbehälter 74 erfolgt über eine Brennstoff-Versorgungsleitung 84 aus einer nicht dargestellten Quelle. Zweckmäßigerweise wird die Schwimmerkammer über ein Rohr 86 zur Ansaugleitung hin entlüftet. Wie durch die Pfeile 88 gezeigt, fließt der Brennstoff zum Behälter 74 und von dort durch Saugwirkung zu der Düse, wie durch den Pfeil 9o dargestellt. Die Saugwirkung wird erreicht, indem Preßluft mit hohem Druck aus einer nicht dargestellten Quelle durch die Leitung 18 geleitet wird, wie durch Pfeile 92 angedeutet; dabei wird der Luftdruck mittels einer herkömmlichen Druckregeleinrichtung 94.geregelt.

Die Vibrator-Spulen-Einheit 22 liefert die Hochspannung für die Elektrodeneinrichtung 2o, um eine Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches zu erreichen, das in den Brennertopf 56 eingebracht wurde. Die Vibrator-Spulen-Einheit 22 ist in herkömmlicher Weise aufgebaut, wobei die Hochspannung den mit Abstand angeordneten

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Elektroden, über eine Leitung 96 zugeführt wird. Die Vibrator-Spulen-Einheit ist zweckmäßigerweise bei 98 geerdet. Eine Spannungsquelle 99 ist mit der Vibrator-Spulen-Einheit 22 über Leitung 1o2 verbunden. Der normalerweise offene, handbetätigte, einpolige Einstellungs-Stactschalter too verbindet die Leitung 1o2 mit der Einheit 22» In Reihe mit dem handbetätigten Schalter 1oo liegt ein normalerweise geschlossener thermostatischer Schalter 1o4, der automatisch betätigt wird in Abhängigkeit von der Temperatur der· Ansaugluft. Der Schalter 1o4 steht des- , halb in Wirkverbindung mit der Ansaugleitung, indem er auf dem " Gehäuse 24 angeordnet ist. Y/enn die Temperatur der Motor-Ansaugluft eine vorherbestimmte Höhe erreicht, öffnet sich der normalerweise geschlossene, temperäturbetatigte Schalter 1o4 und verhindert damit die Funkenbildung an den Elektroden 58 und die Erregung des Wagnetventils 14 durch die parallele elektrische Leitung 1o6. ■-

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß die durch die Luft betätigte Siphonpumpe und Düse 12 wahlweise zugeführte Preßluft aus der 1 ersorgungsleitung 1ö verwendet, um ausreichenden 'daugunterdruck innerhalb des Düsenstirnkegels 44 zu entwickeln, um flüssigen Brennstoff aus der u^hWiiiuiierkammer^BrennstoffVersorgung 16 anzusaugen. Der von dem Stirnkegel abströmende, vollständig zerstäubte Brennstoff wird durch die übliche Zündkerzen-Zündeinrichtung 2ο gezündet und dient dazu, die verhältnismäßig große Menge der Ansaugluft, die sich durch die Ansaugleitung des Motors bewegt, zii erwärmen, ohne einen größeren Teil des Sauerstoffs aus dieser Menge zu entnehmen. Die Betätigung wirderreicht durch das oohließen des handbetätigten otarterschalter.s 1oo, der gleichseitig das Vlbrator-Spulen-Element 22 erregt, um die Funkenbildung der Zündelektrode 58 zu erreichen,

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und das normalerweise geschlosene magnetbetätigte Luftventil 14 .■ öffnet. In dem Augenblick, wenn sich das Ventilelement 6o nach oben bewegt über den Schnittpunkt der geneigten leitung 66 mit den vertikalen öenkbohrungen 62 hinaus,, tritt Preßluft mit hoher Geschwindigkeit aus den Umfangsleitungen 54 des Düsenkegels aus und saugt Brennstofföl durch die Leitung 72 aus der statischen Brennstoffversorgung. Die Verwendung der Funkenzündeinrichtung ergibt sofortige Zündung, wodurch die Ansaugluft vorgewärmt wird, sogar wenn der Motor läuft, wenn die Ansaugluft zu kalt ist und der Motor mit geringer Drehzahl läuft. Im Leerlauf entwickeln Dieselmotoren bei niederen Temperaturen manchmal eine weiße .Rauchwolke, wenn die Luft nicht heiß genug ist, weil sie nicht vollständig zünden und wenn sie lange genug laufen-, wird tatsächlich der Betrieb unterbrochen. Dies tritt bei dem inYFig. 1 bi-s gezeigten-VorwärmeTsystem nicht auf, da in dem Fall-, daß die Temperatur der Motoransaugluft nach dem Starten nicht hoch genug ist, der normalerweise geschlossene, 'temp era tür abhängie Schalter 1o4, geschlossai bleibt und die Funkenzündung und das Magnetventil 14

•für eine kontinuierliche Tätigkeit erregt bleiben, bis die Ein—--laßlufttemperatur eine vorbestimmte Mindesthöhe erreicht hat/ Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß der erfindungsgemäße ver-,besserte Luftvorwärmer für die Ansaugleitung von Dieselmotoren eine geeignete Vorheizung der Ansaugluft sicherstellt, ohne daß ihr im .wesentlichen Sauerstoff entzogen wird. Därüberhinaus wird sowohl der flüssige Brennstoff und die Preßluft zur Betätigung der Ansaugpumpe und Brennstoffdüse, die das wesentliche Bauteil des Vorwärmers bilden, von unabhängigen Preßluft- und statischen Brenntstoffquellen geliefert, die in keiner" Weise die Brennstoffzufuhr und Luftzufuhr zu Motorzylindern beeinflussen. Der Ansaugluft-Vorwärmer wird einem automatischen Dieselmotor-Startsystem vollständig angepaßt und ermöglicht die Betätigung des Vorwärmers

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während des Startens oder wah3seise nach dem Starten, wenn die Ansauglufttemperaturen unter einem vorbestimmten Mindestwert bleiben.

Im vorangehenden wurde die Erfindung im einzelnen mit Bezug auf "bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und "beschrieben; für den Fachmann ergeben sich jedoch zahlreiche Abwandlungen hinsichtlich der Ausführungsform und der Einzelheiten, ohne den Umfang der Erfindung·zu verlassen.

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Claims

- 1ο -

Patentanspräche:

uftvorwärmer für die Ansaugleitungen von Dieselmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ansaugpunipe und Mse in dem Ansaugluftstrom angeordnet ist, weiterhin gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur wähl/eisen 2£uhr von Preßluft zu der Ansaugpumpe und Düse, durch eine stoische Brennstoffversorgung, durch eine Einrichtung zur Strömungsverbindung (Druckmittelverbindung) zwischen der statischen Brennstoffversorgung und der Ansaugpumpe und Düse, und durch eine darin .angeordnete Zündeinrichtung zum Zünden des zerstäubten Brennstoffs, der aus der Düse austritt.
2. Vorwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die statische Brennstoffversorgung einen Brennstoffbehälter umfaßt, der unterhalb der Düse angeordnet ist, und daß die Strömungsverbindungseinrichtung eine Leitung umfaßt, deren eines Ende mit der Ansaugpumpe und Brennstoffdüse verbunden ist, und deren anderes Ende unterhalb des Brennstoffspiegeis in dem Behälter liegt.
3. Ansaugluft-Vorwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansagpumpe und Brennstoffdüse eine erste, sich längs erstreckende Leitung umfaßt, die den flüssigen Brennstoff ." zuführt, und eine zweite konzentrische Leitung, die die Preßluft zuf&hrt, sowie ein normalerweise geschlossenes, magnetbetätigtes Ventil, das von der Düse getragen wird, um die Luftzufuhr zu der zweiten Leitung zu verhindern.

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Ansaugluft-Vorwärmer nach. Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Spannungsquelle umfaßt, eine Einrichtung zur elektrischen Parallelschaltung des magnefbetätigten "Ventils und der Zündeinrichtung, eine handbetätigte Schalteinrichtung zur wahlweisen Verbindung der Spannungsquelle mit der Zündeinrichtung und dem magnefbetätigten Ventil, sowie einen normalerweise geschlossenen, auf die Temperatur der Ansaugluft ansprechenden Schalter in Reihe geschaltet mit der handbetätigten Schalteinrichtung und der Spannungsquelle.

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