DE1964140A1

DE1964140A1 - Brennkraftmaschine,insbesondere selbstzuendende luftverdichtende Brennkraftmaschine,vorzugsweise fuer den Betrieb mit zuendunwilligen Brennstoffen

Info

Publication number: DE1964140A1
Application number: DE19691964140
Authority: DE
Inventors: Oswald Dipl-Ing Hiemesch
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1969-12-22
Filing date: 1969-12-22
Publication date: 1971-06-24

Description

M1-Lin/1 16.12.1969

MOTOREN- WIRKE MANHEIM AG, vorm. BENZ Abt. stat. Motorenbau, 6800 Mannheim 1, Carl-Benz-Straße 5

Brennkraftmaschine* inabesondere selbstzündende luftverdich= tende Brennkraftmaschine, vorzugsweise für den Betrieb mit

zündunwilligen Brennstoffen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine, ins= besondere selbstzündende luftverdichtende Brennkraftmaschine, vorzugsweise für den Betrieb mit zündunwilligen Brennstoffen, mit drehmoment- und drehzahlabhängiger Steuerung eines Steuer« organes, das die Rückführung einer Teilmenge der Abgase von der Abgasleitung in die Einlaßleitung der Brennkraftmaschine be= herrscht.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine der vorgenannten Art x) wird das Steuerorgan für die Abgasrückführung vom Drehzahlver= stellhebel bzw. vom Unterdruck im Ansaugrohr oder von der Regel= stange der Einspritzpumpe aus betätigt. Dadurch ergibt sich ent= weder eine rein drehzahl- oder rein drehmomentabhängige Regelung.

Nach den der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnissen ist aber vornehmlich bei schnellanfenden Motoren eine genauere Abstimmung der drehmoment- und drehzahlabhängigen Mischtempe= raturin der Einlaßleitung erforderlich, um einen einwandfreien Betrieb der Brennkraftmaschine über den gesamten Drehmoment- und Drehzahlbereich zu gewährleisten. Mit zunehmender Drehzahl steigt der Unterschied, der bezüglich der Mischtemperatur des von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft-Abgasgemisches zwischen Leerlauf und vollem Drehmoment erforderlich ist, an. Mit abnehmender Drehzahl verringert sich der erforderliche Unterschied der Mischtemperatur und er kann, abhängig von dem

x) Deutsche Patentanmeldung E 384? Ia/4-6 b2 bek. gem. 10.9.53.

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zugrundeliegenden Verdichtungsverhältnis und den auftretenden Zylinderwandtemperaturen bei Leerlaufdrehzahl, d.h. bei der ^ niedrigsten vorkommenden Drehzahl ganz verschwinden. Ebenso braucht in einem bestimmten Drehzahlbereich bei vollem Dreh= moment kein Abgas beigemengt zu werden. Da der Unterschied in der Mischtemperatur zwischen Leerlauf und Betrieb mit vollem Drehmoment mit zunehmender Drehzahl größer wird, muß die Ab= Stimmung der Abgasbeimischung vorrangig für den oberen Drehzahl= bereich vorgenommen werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine diesen Erkennt= nissen angepaßte Begeleharakteristik zu finden und konstruktiv zu verwirklichen. ,

Diese Aufgabe wird an einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Steuerorgan derart gesteuert, wird, daß die Mischtemperatur bei großem Drehmoment niedriger ist als bei kleinem Drehmoment und daß der drehmomentabhängige Temperaturunterschied bei hoher Drehzahl größer ist als bei niedriger Drehzahl.

Der Forderung, daß der Zündverzug bei hoher Drehzahl kürzer sein muß als bei niedriger Drehzahl wird vorteilhaft dadurch entsprochen, daß die Misehtemperatur unter Wahrung der vorge= nannten Tendenz jeweils bei einem bestimmten Drehmoment bei hoher Drehzahl höher ist als bei niedriger Drehzahl. Bekannt= lieh verkürzt sich der Zündverzug mit zunehmender Verdichtungs= endtemperatur, die ihrerseits wiederum von der Temperatur am Anfang des Verdichtungsvorganges, d.h. der Mischtemperatur ab= hängig ist.

Die Mischtemperatur ist von Temperatur und Menge der angesaugten Frischluft, von Druck und Temperatur der Abgase, sowie von dem Öffnungsquerschnitt des Steuerorganes abhängig. Druck und Tem= peratur der Abgase sind wiederum von Drehzahl und mittlerem effektivem Druck abhängig, wobei Letzterer dem von der Brenn=

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kraftmaschine abgegebenen Drehmoment proportional ist. Infolge dieser mehrfachen Abhängigkeit der Mischtemperat'ur genügt es, den Öffnungsquerschnitt des Steuerorganes bei großem Drehmoment kleiner zu halten als bei kleinem Drehmoment, wobei die Quer= schnittsänderung für eine bestimmte Drehmomentänderung bei hoher und niedriger Drehzahl etwa gleich groß sein kann.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung gehen aus der nach= stehenden Beschreibung sowie aus den Ansprüchen hervor.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt ein Schema der Regelvorrichtung, welche die Rück= führung der Abgase von der Abgasleitung in die Einlaß= leitung der Brennkraftmaschine steuert, in der Stellung für niedriges Drehmoment.

Fig. 2 zeigt den Steuerschieber der vorgenannten Regelvorrichtung in der Stellung für hohes Drehmoment.

Fig. 3 stellt den Verlauf der Mischtemperatur über dem Dreh= moment bei hoher und niedriger Drehzahl dar.

Fig. 4- zeigt Weg und Durchflußquerschnitt des Steuerschiebers sowie des Steuerorganes und den Verlauf des Steueröl= druckes über dem Drehmoment.

Die in Fig. 1 dargestellte Regelvorrichtung besteht im wesent= liehen aus dem Muffenteil 1, dem Steuerschieber 2 und dem Steu= erorgan 3· Das Muffenteil 1 steht in formschlüssiger Verbindung mit der Regelstange 4· der sonst nicht dargestellten Brennstoff= einspritzpumpe der Brennkraftmaschine über die zweiarmigen Hebel 5 und 6. An dem Muffenteil 1 greift die Reglerfeder 7 über den Spannhebel 8, den Angleichbolzen 9 und die Angleich= feder 10 kraftschlüssig an. Auf das Muffenteil 1 wirken ferner

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die Fliehgewichte 11 des Drehzahlreglers der Brennkraftmaschine die bei Höchstdrehzahl die ausgezogen gezeichnete Stellung und bei einer unter der Höchstdrehzahl liegenden Drehzahl, bei der die Brennkraftmaschine nahezu ihr maximales Drehmoment abgibt, die gestrichelt gezeichnete Stellung einnehmen. Befindet sich der Drehzahlverstellhebel 12 in der gezeichneten Stellung, so entspricht die ausgezogen gezeichnete Stellung des Spannhebels

8 dem Betrieb mit Leerlaufdrehmoment, die gestrichelte Lage jedoch dem Betrieb mit vollem Drehmoment, jeweils bei hoher Drehzahl. Bei nahezu maximalem Drehmoment (M_mQV in Fig. 3 und 4) steht die Regelstange 4 in der Stellung +. Der Steuerschieber 2, der über den Angleichbolzen 9 unter der Wirkung der Feder 13 kraftschlüssig über die Teile 1, 5 und 6 mit der Regelstange 4 in Verbindung steht, befindet sich dann ebenfalls in seiner + Stellung, die in Fig. 2 veranschaulicht ist. Der Steuerschieber

9 kann auch formschlüssig an dem Angleichbolzen 9 oder dem Spannhebel 8 angelenkt sein. Bei kleinstem Drehmoment steht die Regelstange 4 in ihrer - Stellung, ebenso der Steuerschieber 2. (Fig. 1) Wenn die Brennkraftmaschine ihr höchstes Drehmoment bei niedriger Drehzahl abzugeben hat, vermag die Angleichfeder 10, auch wenn der Spannhebel 8 schon am Anschlag 14 anliegt, den Angleichbolzen 9 etwas weiter nach links zu verschieben, wodurch die Regelstange 4 über die Stellung + nach links ver= schoben wird, was eine größere Einspritzmenge pro Hub der Ein= spritzpumpe bewirkt. Die Brennkraftmaschine wird dadurch in die Lage versetzt ein etwas erhöhtes Drehmoment abzugeben, das in Fig. 3 und 4 mit M_& bezeichnet ist. Der Steuerschieber 2 folgt der Bewegung des Angleichbolzens 9 in einem solchen Fall. Bei dem hier dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel ändert sich der Durchflußquerschnitt 15 des Steuerschiebers 2 proportional zu seinem Weg 1, was aus Fig. 4 ersichtlich ist. Dort ist die Größe des Durchflußquerschnittes 15 mit f bezeich« net. Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß das Steueröl von der Pumpe 16, die normalerweise die Schmierölpumpe der Brennkraftmaschine ist, über den Durchflußquerschnitt 15 in den Raum 17 über dem Servokolben 18 gelangt, der über die Kolbenstange 19 mit dem

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Steuerorgan 3 verbunden ist. Die Rückholfeder 20 bringt das Steuerorgan 3 in seine voll geöffnete Stellung, wenn der Druck P im Raum 17 seinen Mindestwert hat, so daß Abgas aus der Abgas= leitung 21 in die Einlaßleitung 22 der sonst nicht dargestellten Brennkraftmaschine strömen kann. Der Hub h des Steuerorganes 3 ist von dem Druck P im Raum 17 abhängig. Dieser hängt wiederum von dem Verhältnis zwischen der konstanten Abflußbohrung 23 und der augenblicklichen Größe f des Durchflußquerschnittes 15 ab. Es ergibt sich demnach die in Fig. 4 links dargestellte Abhängigkeit, wobei F die Größe des von dem Steuerorgan 3 frei= gegebenen Durehflußquerschnittes für das Abgas ist. Aus Fig. 4 ist zu erkennen, daß die Wege 1 für hohe Drehzahl η und niedrige Drehzahl η · in einer bestimmten Abhängigkeit zuein= ander stehen, die durch die Auslegung der Einspritzpumpe und die Verbrauchscharakteristik der Brennkraftmaschine gegeben ist. In Abhängigkeit von diesem Weg 1 wird der Öffnungsquerschnitt F des Steuerorganes 3 derart gesteuert, daß der Querschnitt F bei einem bestimmten Drehmoment bei hoher Drehzahl weiter ge= öffnet ist als bei niedriger Drehzahl, und daß bei hohem Dreh= moment M der Querschnitt F kleiner ist als bei niedrigem Drehmoment M · . Die, beschriebenen und in Fig. 4- dargestellten Abhängigkeiten führen dazu, daß die Mischtemperatur t„ bei großem Drehmoment niedriger ist als bei kleinem Drehmoment und daß der drehmomentabhängige Temperaturunterschied Δ^ bei hoher

Drehzahl η „ größer ist als bei niedriger Drehzahl η . . Diese max ^σ ° mm

Verhältnisse sind in Fig. 3 dargestellt. Aus diesem Diagramm ist ferner zu erkennen, daß die Mischtemperatur t_M bei einem bestimmten Drehmoment bei hoher Drehzahl höher ist als bei niedriger Drehzahl.

Da die für ein einwandfreies Selbstzündungsverhalten erforder» liehe Kompressionsendtemperatur außer von der Mischtemperatur noch von vielen anderen Parametern wie Verdichtungsverhältnis, Cetanzahl des Brennstoffes, Einspritzung, Luftbewegung im Zy= linder, Wandtemperatur des Brennraumes, um nur Einige zu nennen, abhängig ist, kann es erforderlich sein, die Abhängigkeit der Durchflußquerschnitte F und f von dem jeweiligen Weg 1 und h,

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sowohl bei dem Steuerschieber 2, als auch bei dem Steuerorgan gegenüber der beschriebenen proportionalen Abhängigkeit so zu ändern, daß die für ein einwandfreies Selbstzündungsverhalten erforderliche Abhängigkeit der Mischtemperatur von Drehmoment und Drehzahl erreicht wird.

Die Erfindung kann mit Vorteil auch bei se Ib st zündenden luft= verdichtenden Brennkraftmaschinen, die mit zündwilligen Brenn= stoffen arbeiten, in solchen Fällen angewendet werden, in denen eine Verkürzung des Zündverzuges erforderlich oder erwünscht
ist, z.B.r "z"ür"Vermeidung von Weiß- und Blaurauch nach dem An= lassen und bei Teillast.

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Claims

Patentansprüche

Λ J Brennkraftinas chine, insbesondere selbst zündende luftverdich= tende Brennkraftmaschine, vorzugsweise für den Betrieb mit zünd= unwilligen Brennstoffen, mit drehmoment- und drehzahlabhängiger Steuerung eines Steuerorganes, das die Rückführung einer Teil= menge der Abgase von der Abgasleitung in die Einlaßleitung der Brennkraftmaschine beherrscht, wobei die Temperatur der Luft= ladung der Brennkraftmaschine durch Mischung von Frischluft und Abgas erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer= organ (3) derart gesteuert wird, daß die Mischtemperatur (t„) bei großem Drehmoment (M_max) niedriger ist als bei kleinem Drehmoment (M . ) und daß der drehmomentabhängige Temperatur= unterschied (Ä4-) bei hoher Drehzahl (n ) größer ist als bei niedriger Drehzahl (ⁿ _m-?_n)·
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischtemperatur (t„) bei einem bestimmten Drehmoment bei hoher Drehzahl (n _aJ) höher ist als bei niedriger Drehzahl

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3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsquerschnitt (F) des Steuerorganes (3) bei großem Drehmoment (M _x) kleiner ist als bei kleinem Drehmoment (M .) und daß die Querschnittsänderung für eine bestimmte Drehmomentänderung bei hoher und niedriger Drehzahl etwa gleich groß ist.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (3) bei einem bestimmten Drehmoment bei hoher Drehzahl (n_max) weiter geöffnet ist als bei niedriger Drehzahl (n _in)·
5· Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 und 4, mit einem Flieh= kraftdrehzahlregler, an dessen Muffenteil ein Gestänge zur Ver« änderung der Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine form«

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schlüssig angreift, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuer= schieber (2), der das Steuerorgan (3) steuert, mit dem Muffen= teil (1) verbunden ist und von diesem axial bewegt wird.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, wobei die Reglerfeder des Fliehkraftdrehzahlregelers kraftschlüssig über ein nach= giebiges Angleichungsglied an dem Muffenteil angreift, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (2) mit dem Angleichungs= glied (9) verbunden ist und von diesem axial bewegt wird.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, bei der das Steuerorgan mit Hilfe eines Servokolbens entgegen der Kraft einer Rückholfeder verstellt wird, wobei das über den Steuer= schieber zugeführte Driickmittel aus dem Arbeitsraum des Servo= kolbens über eine Drosselöffnung abfließen kann, dadurch gekenn= zeichnet, daß der Durchflußquerschnitt (f) des Steuerschiebers (2) dem axialen Verstellweg (1) desselben proportional ist.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7₅ dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußquerschnitt (f) des Steuerschiebers (2) von dem axialen Verstellweg (1) desselben gemäß einem disproportio= nalen oder unstetigen Gesetz abhängig ist.

9· Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeit der Durchf]ußquerschnitte (f,F) von dem jeweiligen Verstellweg (l,h) sowohl bei dem Steuerschieber (2) als auch bei dem Steuerorgan (5) derart gewählt ist, daß die für ein einwandfreies Selbstzündungsverhalten der Brennkraft= maschine erforderliche Abhängigkeit der Mischtemperatur (t_M) von Drehmoment und Drehzahl erreicht wird.

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