DE2361242A1 - Verfahren zum betrieb einer dieselbrennkraftmaschine zur verringerung der schadstoffemission im teillastbereich und entsprechende brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Stuttgart-Unterxiirkhei to

Daim Io o59/4 3. Dezember 1973

Verfahren zum Betrieb einer Diesel-Brennkreftmaachine zur Verringerung der Schadstoffemission im Teillastbereich und entsprechend« Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betrieb einer luftverdichtenden und selbstzündenden Einspritzbrenn» kraftmaschine zur Verbesserung des Abgases im Leerlauf und im Teillastbereich.

Bekanntlich muß bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen die angesaugte und im Kompressionshub verdichtete und dadurch erwärmte Verbrennungsluft so stark verdichtet werden, daß die Kompressionsendtemperatur über dem Entzündungspunkt des eingespritzten Kraftstoffes liegt. Da diese erforderliche Kompressionsendtemperatur von der Einspritzmenge, d.h. vom Belastungszustand des Motors unabhängig ist, sondern vielmehr vom Verdichtungsverhältnis des Motors, elco einer unveränderlichen Konstruktionsgröße abhängt, muß di© Ansaugmenge des Motors sowohl im Vollastbetrieb wi© -sraeSa iib©r u'qws. ganzen Teillastbersieh hinweg gleich h.oeh a«iss₉ wm

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zustellen, daß in allen Betriebszuständen die erforderliche Kompressionsendtemperatur erreicht wird. Das bedeutet, daß Dieselmotoren im Teillastbereich mit Überschuß an Verbrennungsluft betrieben werden. Dieser Überschuß ist um so größer, je geringer der Belastung*zustand des Motors ist.

Man hat nun festgestellt, daß dieser LuftUberschuß für die beim Dieselmotor im Teillastbetrieb auftretenden schädlichen Stickoxide maßgebend ist. Es ist zwar bekannt, die Schadstoffemission von Dieselmotoren im Teillaatbereich dadurch zu verbessern, daß die für die Verbrennung überschüssige und für die Schadstoffemission verantwortlich«, aber zur Erreichung der Kompressionsendtemperatur notwendige Luft teilweise durch ein quasi-inertes Gas, nämlich Abgas zu ersetzen (vgl. z.B. MTZ 1972, S. 35-4o). Dabei wird im Teillas tbereich je nach Belastungszustand eine mehr oder weniger große Abgasmenge auf die Saugseite des Motors rezirkuliert. Nachteilig an diesem Verfahren sind jedoch die im Abgas enthaltenen Verunreinigungen. Es hat sich in Versuchen herausgestellt, daß zwar tatsächlich die' Schadstoffemission im Teillastbereich dadurch verringert werden kann, aber daß die auf die Saugseite rezirkulierten Abgase insbesondere am Einlaßventil des Arbeitsraunes und am oberen Kolbenring Verunreinigungen und Verschleiß hervorrufen. Diese Verunreinigungen und dieser Verschleiß stellen das erwähnte Verfahren zur Abgasverbesserung völlig in Präge. Außerdem ist das erwähnte Verfahren lediglich im stationären Detrieb auf dem Prüfstand mit ständiger Möglichkeit einer manuellen Justage und Optimierung der rezirkulierten Abgasmenge erprobt. Die Verunreinigungen der Abgase und die last- und drehzahlabhängig schwankenden Drucke in den Abgasen wie auch in den Saugleitungen bringen beim Übertragen des Verfahrene auf

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einen im Fahrzeug eingebauten Motor erhebliche Schwierigkeiten. Es müßten empfindliche Druckfühler eingebaut werden, deren betriebssichere Funktion bei den Verunreinigungen ebenfalls äußerst fraglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, sin anderes verunreinigung·- und verschleißfrei arbeitendes Verfahren anzugeben, dem sich überdies keine Hindernisse bei der Verwirklichung in der Realisierung in einem fahrbereiten Fahrzeug in den Weg stellen· Diese Aufgabe wird erfindungagemaß dadurch gelöst, daß die Füllung der Arbeitskammern mit Verbrennungsluft im Leerlauf bzw» im Teillastbereich gleicheinnig analog zur Motorbelastung verringert und die Verbrennungsluft gegensinnig analog zur Motorbelastung erwärmt wird.

Im Gegensatz zu dem vorbekannten Verfahren der Abgasverbesserung, bei dem die Füllung des Arbeitsraumes mit Kompressionsmedium in allen Lastzuständen konstant gehalten wurde, wird vorliegend die Füllung erfindungsgemäß lastabhängig verändert und die für die Selbstzündung erforderliche Endtemperatur wird stufenweise in zwei verschiedenen Erwärmungsstufen angestrebt, nämlich zunächst durch eine lastabhängige Vorwärmung der Verbrennungsluft und durch die anschließende darauf aufbauende Kompressionserwärmung* Das durch die Hillungsreduzierung aufgerissene Defizit an Kompressionserwarnumg wird also durch eine entsprechende Luftvorwärmung geschlossen.

Durch diese Verfahrensweise wird eine Verunreinigung der Aneaugwege und des Brennraumes und ein dadurch verursachter Verschleiß vermieden. Dank der Vorwärmung der Verbrennungsluft wird die Kompreesionaarbeit im Toillastbereich geringer und somit dtr Wirkungsgrad verbessert. Die Temperatur

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eines sauberen Verbrennungsluftstromes ist einer Regelung bzw· einer Steuerung apparativ wesentlich einfacher zugänglich, als die Mengenregelung eine· verunreinigten Abgasstromes, der zudem mit ständig wechselnder Geschwindigkeit und/oder entlang eines ständig sich ändernden Druckgefälles fließt. Gerade aber im Teillaetbereich spielt die Frage des Regelverhaltene im/stationären Betrieb, d.h. während der Lastwechselzeiten und die Frage der Totzeiten eine besondere Rolle·

Die Füllungsreduzierung kann mit befriedigender Genauigkeit und apparativ besondere einfach - wie beim Otto-Motor an sich bekannt - durch eine Drosselklappe erfolgen.

Um die in den Auspuffgasen enthaltene oder die in die Brenn·· raumwände fließende Verlustwärme des Motors noch ausnützen zu können, ist es zweckmäßig, die Verbrennungsluft durch die' Abwärme des Motors zu erwärmen· Gerade dann kommt der Vorteil des besseren Wirkungsgrades aufgrund der geringeren Kompressionsarbeit besonders zum Tragen.

Um die Ansprech- oder Totzeiten bei der Lufterwärmung auf eine bestimmte veränderte Solltemperatur möglichst kurz zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die Erwärmung der Verbrennungsluft durch Mischen von erwärmter und nicht erwärmter Luft erfolgt.

Zur Ausübung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise geht die Erfindung von einer luftverdichteiden selbstzündenden Einspritzbrennkraftmaschine aus mit wenigstens einer Arbeitskammer, wenigstens einer zu der oder den Arbeitekammern führenden Luftleitung und mit veränderbaren Mitteln zur mehr

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oder weniger starken lastabhängigen Erwärmung der zu der oder den Arbeitskammer!! gelangenden Luft»

Eine solche Brennkraftmaschine ist s.B. eui der DT-OS 2 12o 785 bekannt. Hierbei handelt es sich jedoch um einen Vielstoff-Dieselmotor_t der sowohl zündwillige ale auch zündunwillige Kraftstoffe verarbeiten soll. Die Luftvorwärmung erfolgt dabei in erster Linie ±n Abhängigkeit von der Zündwilligkeit des Kraftstoffes, dio sich geg@nsinnig analog mit dessen spezifischem Gewicht ändert. Erst in swelter Linie erfolgt die Luftvorwärmung lastabhängig? und zwar aus zwei Gründen: Es handelt sich bei der vorbekannten Vorwärmung um eine Fl ammvorwänmang, bei der ei si φ go wisse Kraftstoffmenge im Frischluftstrom mit offener Flamme verbrannt wird. Hierbei entstehen Verbrennungsgas® und ein Teil der Frischluft wird verbraucht. Der unverbraucht® Anteil der Frischluft muß aber für di© lastabhängig zunehmende eingespritzte Kraftstoffmenge auereichen, weshalb bei zunehmender Last die Vorwärmung reduziert wird. Im übrigen ist bei zunehmender Belastung des Motors dessen Temperaturniveau höher und dies begünstigt einen Anstieg der Kompreesionsendtemperatür. Mit zunehmender Belastung des Motors ist also eine geringere Vorwärmung der Verbrennungsluft nicht nur ausreichend sondern auch erforderlich. Auch dieser vorbekannte Motor hat Abgase in der sogenannten Frischluft und die darin enthaltenen Verunreinigungen können sich im Motor Innern anreichern und/oder dort Verschleiß hervorrufen.

Abgesehen davon, daß dieser vorbekannte Motor di@ gleichen Nachteile, nämlich Verunreinigungen und Verschleiß, wie das vorbekannte Verfahren zur Abgasverbesserung s@itigt₉ ist das erfindungsgemäße Verfahren sait sim©E5 vortookasrntoss. Motor

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der oben erwähnten Art nicht realisierbar und vermittelt auch keine dahingehende Anregung.

E« ist vielmehr Aufgabe eines weiteren Teiles der Erfindung, eine Brennkraftmaschine anzugeben, mittels der das erfindungsgemäße Verfahren zur Abgasverbesserung realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Luftleitung der obengenannten Brennkraftmaschine veränderbare Mittel zur wenigstens zeitweisen- Erhöhung des Strömungswiderstandes während der Ansaugzeit, vorzugsweise eine Drosselklappe angeordnet ist (Füllungesteuerung), die mit der Leistungssteuerung der Brennkraftmastiisae in der Weise in Wirkverbindung stehen, daß bei Verstellung der Leistungssteuerung auf geringere Teillast der Strömungswiderstand gegensinnig analog zur Leistungsveränderung vergrößert wird und daß zwischen dem Betätigungsorgan für die Füllungssteuerung und dem für die Veränderung der Luftvorwärmung wenigstens mittelbar in der Weise eine Wirkverbindung besteht, daß mit zunehmender Einstellung auf kleinere Motorleistungen bzw. geringere Füllungen die zu den Arbeitskammern gelangende Luft stärker erwärmt wird·

Ea wird also in der vorbekannten Brennkraftmaschine erfindungsgemäß eine lastabhängig betätigte Drosselstelle in der Frischluftleitung vorgesehen und - gekoppelt damit - die Luftvorwärmung mehr oder weniger stark eingestellt.

Zur günstigen Abwärmeverwertung kann für die Lufterwärmung ein von der Motorabwärme wärmeeoitig gespeister Wärmetauscher dienen« Hierbei kann zweckmäßigerweise der Wärmetauscher als wärmeseItig durch die Motorabgase beaufschlagter

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Gas/Gas-Wärmetauscher ausgebildet sein.

Um die Luftvorwärmung als totzeitarme steuerbare Mischerwämiung ausbilden zu könen, ist vorgesehen, daß an einer zwischen dem Füllungsdrosselorgan und den Arbeitskammern liegenden Stelle (Entnahmesteile) der Luftleitung eine in den Wärmetauscher führende Leitung für die Luft (Erwärmungs-Bypass-Leitung) abzweigt und an einer in Strömungsrichtung hinter der Abzweigstelle liegenden Stelle (Rückführstelle) in die Luftleitung zurückführt und daß an irgendeiner Stelle zwischen der Entnahme- und der Rückführstelle liegenden Stelle oder an der Entnahme- und/oder an der Rückführste lie selber wenigstens ein den Strömungswiderstand durch die Luftleitung oder durch die Bypass—-Leitung und somit die Strömungsrichtung veränderndes weiteres Drosselorgan (Nischdrosselorgan) vorgesehen ist. Hierbei ist zur lastabhängigen Steuerung des Mischers zwischen dem Füllungsdrosselorgan und dem Mischdrosselorgan wenigstens mittelbar in der Weise eine Wirkverbindung vorgesehen, daß bei Verstellung des Füllungsdrosselorgans in ,Richtung auf eine größere Drosselwirkung das Mischdrosselorgan in Richtung auf eine Begünstigung der Strömung durch die Erwärnnmgs-Bypass-Lritung verstellt wird.

Um die Wirkstellung des Mischdrosselorgana der je nach Belastung des Motors erforderlichen Solltemperatur der angesaugten Luft anpassen zu können, ist es zweckmäßig, daß in der Luftleitung an einer in Strömungsrichtung hinter der Rückführsteile liegenden Stelle ein vorzugsweise möglichst trägheitsarmer Temperaturfühler für die Mischtemperatur angeordnet ist und daß die Wirkverbindung zwischen Füllungs- und Id Kchdrosselorgan derart ausgebildet ist, daß sie wenigsten« mittelbar durch die Mischtemperatur in der Weise beeini 1 viAbar ist, daß eine sinkende Mischtemperatur

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auf das Mischdrosselorgan im Sinne einer Begünstigung der Strömung durch die Erwärmungs-Bypass-Leitung verstellt wird*

Dieselmotoren der angesprochenen Art besitzen häufig eine Einspritzpumpe mit einer die Einspritzmenge bestimmenden verschiebbaren Regelstange und weisen ferner einen zu der Einspritzpumpe gehörenden lediglich an der unteren und an der oberen Grenze des Betriebsdrehzahlbereiches wirksamen, die Regelstange verschiebenden Regler (Leerlauf/Enddrehzahl-Regler) auf. Bei Motoren mit einer Brennstoffversorgung durch eine Einspritzpumpe mit einem derartigen Regler kann das Füllungsdroaselorgan mit dem Fahrfußhebel in der Weise gekoppelt sein, daß der verbleibende Drosselquerschnitt sich gleichsinnig analog zu der am Fahrfußhebel einstellbaren Motorleistung ändert.

Andere Dieselmotoren der oben angesprochenen Art haben ebenfalls eine Einspritzpumpe mit einer die Einspritzmenge bestimmenden verschiebbaren Regelstange und weisen einen im gesamten Betriebsdrehzahlbcreich wirksamen, die Regelstange bei Lastveränderung im Sinne einer Drehzahlkonstanthaltung verschiebenden Regler für die Einspritzpumpe auf, wobei mit dem Fahrfußhebel mittelbar die Solldrehzahl des Motors am Regler einstellbar ist. Bei Brennkraftmaschinen mit einer Einspritzpumpe, die von einem derartigen sogenannten Verstellregler beeinflußt ist, kann das Füllungsdrosselorgan dadurch lastabhängig bewegt werden, daß an dem Regler oder an der Einspritzpumpe ein vorzugsweise berührungsfreier, die Regelstangenstellung feststellender und in ein Signal umwandelnder Regelstangenabgriff und ferner ein mit Hilfsenergie versorgter, das Signal verstärkender Verstärker vorgesehen oder in dem Regelstangenabgriff impliziert ist und daß an dem Füllungsdrosselorgan von dem verstärkten Signal wenigstens mit-

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telbar beaufschlagbare Betätigungsmittel vorgesehen sind, dergestalt, daß der Drosselzustand des Füllungsdrosselorgans gleichsinnig analog zur Größe der Motorla©t eingestellt wird.

Die Erfindung ist anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Aueführungsbeispiele isn folgendem näher erläutert; es zeigen:

•Fig. 1 einen Motor mit einer erfindungsgemäe-

sen Ausstattung zur Verbesserung dar Abgase in schematischer Darstellung, und zwar am Beispiel eines Dieselmotors mit unmittelbar durch den Fahrfußhebel im Teillastbereich beeinflußbarer Einspritzmengensteuerung (Leerlauf/Enddrehzahl-Regler) und

Fig. 2 ein anderes Schema eines Motors mit er

findungsgemäßer Abgasverbesserung am Beispiel eines Dieselmotors mit Verstellregler an der Einspritzpumpe.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Dieselmotor mit Motorblock 1, Zylinderkopf 2, Zylinderkopfhaube 3 und Einspritzpumpe 4 ist die Ansaugleitung 5 und die Auspuffleitung mit 6 bzw. 6' bezeichnet. In der Ansaugleitung 5 iat eine Drosselklappe 7 (Füllungsdrosselklappe) angeordnet, mit der d@jr StrÖEraxigs=- widerstand im Zustrom zu dsn Zylindern (ArbeitBkasesaorn 2i) mehr oder weniger etark gedroasislt und momlt mehr odar w©siig©2" stark raduizisrt worden

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gehen der Droeeeletelle und dem Zylinderkopf 2 liegenden Stelle 8 (Entnahmeβt«lIe) zweigt eine Leitung 9 von der Saugleitung 5 «t> und an einer atromab liegenden Stelle Io (Ilückführatelle) mündet eine Leitung 9' in das Saugrohr 5 wieder ein. Zwischen Entnahme- und Rückführstelle ist eine weitere Drosselklappe 11 (Mischdrosselklappe) angeordnet. Beide Leitungen 9 und 9' stehen über eine Wärmetauscherschlange 9" miteinander in Verbindung und bilden zusammen eine Erwärmungs-Bypass-Leitung 9a. Die Wärmetauscherschlange 1st in einem von den heißen Abgasen des Motors durchströmten Warmetauschergehäuse 6" angeordnet. Die Drosselklappe 11 ist zwischen der Entnahjae- und der Rüekführstel-Ie 8 bzw. Io so angeordnet, daß je nach Drosselklappenstellung der Strömungswiderstand durch die Bypass-Leitusig 9a mehr oder weniger stark zu Ungunsten des Strömungewiderstandes durch das Leitungsstück zwischen der Drosselklappe und dem Zylinderkopf verändert werden kann; und zwar ist in der einen dargestellten bei Vollast erforderlichen Stellung der Drosselklappe 11 die Dypass-Leitung 9* stark gedrosselt und die Saugleitung 5 ungeschwächt und im Teillastbereich ist die Strömung durch die Bypass-Leitung 9a begünstigt und die Geradeströmung durch das Saugrohrstück hinter der Drosselklappe 7 benachteiligt. Durch eine Veränderung der Stellung der Mischdrosselklappe 11 wird der Ans au gwi _wd e r s t and nicht beeinflußt, da durch die Stellungsänderung der Mischdrosselklappe nicht gedrosselt! sondern Strömungswege mehr oder weniger stark in den einen oder in den anderen Strömungsweg geleitet werden.

An den beiden Drosselklappen 7 und 11 sind Betätigungshebel 12 bsw» 13 angebracht, deren einer (12) - wie durch die strlchlierte Wirklinie Ik angedeutet - wenigstens mittelbar durch den Fahrfußhebel I5 lastabhängig verstellt werden

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kann, und zwar derart, daß di« Drosselklappe 7 um so mehr geschlossen wird, je näher sich der Fahrfußhebel aufgrund der Rückholfeder 17 in der durch das Anschlegpaar 16 bestimmten Leerlaufposition befindet. Wie ebenfalle durch eine Wirklinie (l8) angedeutet ist, wird die die Einapritzmenge der Pumpe k und somit den Lastzustand des Motors bestimmende Regelstange 19 der Einspritzpumpe wenigstens mittelbar und wenigstens in Teilbereichen des Kennfeldes des Motors durch des Pedal 15 bestimmte

Die beiden Betätigungshebel 12 und 13 stehen untereinander über einen als Koppel wirkenden pneumatischen Arbeitszylinder 2o in Verbindung, wodurch die beiden Hebel 12 und 13 grundsätzlich gleichsinnig hinsichtlich ihrer Schwenkrichtung miteinander bewegt werden. Wenn die Füllungsdrosselklappe 7 beim Zurücknehmen des Pedals 15 auf größere Drosselwirkung verschwenkt wird, so wird die Mischdrosselklappe 11 in Richtung auf eine größere Drosselung der direkt zum Zylinderkopf führenden Ansaugleitung 5 uiid eine größere Freigabe der Dypass-Leitung 9« verstellt. Hierdurch wird der durch die Leitung 9' in die Saugleitung 5 einströmende Anteil an erwärmter Luft größer. Mit zunehmender Abweichung von der in Fig. 1 dargestellten Vollastposition der Füllungsdrossel 7 wie auch der Mischdrossel 11 in Richtung auf Teillast wird also lastabhängig der Strömungswiderstand in der Saugleitung 5 vergrößert und dadurch die Luftfüllung der Arbeitskammern 21 verringert und gleichzeitig eine Strömung der Ansaugluft durch den Wärmetauscher 6"/9" mit abnehmender Last mehr und mehr begünstigt, also ein zunehmender Luftanteil erwärmt, wodurch sich eine zunehmende Mischtemperatur der Anaaugluft ergibt.

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In der Saugleitung 5 i«t hinter der Rückführateile Io nach einer ausreichend langen Mischstrecke ein Temperaturfühler 22 angebracht, der als Dehnbalg ausgebildet ist und je nach Erwärmung des Temperaturfühlers den Stift 23 mehr oder weniger stark in den Balg bzw. das Innere dee Saugrohres 5 hineinzieht. An dem Temperaturfühlstift 23 ist eine mit einer justierbaren Luftmeßdüse 24 ^uaaimienarbeitende Prallplatte 25 angebracht. Die Luftmeßdüse wird über die ebenfalls einstellbare Drossel 26 von der konstanten Luftdruckquelle 27 aus mit Luft versorgt. Je nach Abstand der Prallplatte 25 von der Luftmeßdüse 24 wird sich in Strömungsrichtung vor der Meßdüse und in der Luftmeßleitung 28 ein mehr oder weniger hoher Luftdruck einstellen. Das Meßdüsen/ Prallplattesystem 24/25 ist ein Temperatur/Druck-Meßwertwandler, und zwar ist der Druck in der Meßleitung 28 um so niedriger, je höher die Temperatur im Saugrohr an der Temperaturmeßstelle ist; bei hohen Temperaturen hat die Prallplatte 25 einen großen Abstand von der Meßdüse 24 und es treten hohe Leckagen auf. Die Proportionalität des Meßwertwandlers kann - wie durch die strichlierte Wirklinie 3o angedeutet ist - lastabhängig dergestalt beeinflußt werden, daß bei abnehmender Last aber gleicher Mischtemperatur ein höherer Druck in der Meßleitung 28 hervorgerufen wird, z.B. dadurch, daß mit abnehmender Last die Meßdüse auf die Prallplatte 25 zubewegt wird. Durch diese Maßnahme wird - wie noch unten erläutert werden wird - das in einen Druck gewandelte Temperatursignal je nach Last der neuen Solltemperatur im Saugrohr angepaßt.

In dem die beiden Hebel 12 und 13 der beiden Drosselklappen miteinander verbindenden Arbeitszylinder 2o ist die eine Kolbenseite mit dem Druck aus der Meßleitung 28 beauf-

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schlagbar, während die andere Kolbenseite belüftet ist und unter dem Druck einer Rückstellfeder 29 steht» Die Kolbenstange des Arbeitszylinders ist =■ was jedoch nicht dargestellt ist = in der Länge justierbar, um di© gegenseitige Lage der Drosselklappen bei Solldruck in der Meßleitung ©injustieren zu können« Ebenso ist der Arbeitszylinder 2o mit seinsn dies=· und jenseits angebrachten Anlenkaugen an unterschiedlichen Bohrungen in den Verstellhebeln 12 bzw. 13 einhängbar, um das Übersetzungsverhältnis der Ankoppelung den Gegebenheiten anpassen zu können.

Durch einen von dem Meßwertwandler 24/25 gelieferten und im Arbeitsraum des Zylinders 2o anstehenden Druck nimmt der Kolben eine bestimmt© Gleichgewichtsstellung gegenüber dem Zylindergehäuse ein und der al» Koppel dienende Arbeitszylinder hat eine bestimmte, dem.Meßdruck bzw· der jeweiligen Solltemperatur entsprechende Länge» Diese Länge wird bei Zunahme des Meßdruckea größer und bei Abnahme geringer; d.h.» - der Meßwertwandler 24/25 wandelt die Temperatur gegensinnig analog in einen Druck um - bei anwachsender Temperatur über den jeweiligen Temperatursollwert oder bei Absinken des Druckes unter den jeweiligen entsprechenden Drucksollwert wird die Koppel verkürzt und dio Mischdrossel im Sinne einer geringeren Luftvorwärmung nach links verschwenkt, wodurch die Bypass-Leitung 9a gedrosselt und die direkte Leitung 5 begünstigt wird. Bei Teinperaturabfall ist es umgekehrt; Bei Sollwertabweichurig hinsichtlich der Temperatur nach unten bzw. hinsichtlich des Druckes nach oben wird die Koppel durch den Temperatur-Meßdruck verlängert und die Mischdrosselklappe 11 im Uhrzeigersinn in Richtung auf eine größere Lufterwärmung bzw. Zumischung einer größeren Warmluftmenge geschwenkt.

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Der Sollwert des dem Lastzustand entsprechenden am Meßwertwandler 24/25 in einen Druck gewandelten Temperatursignals wird - wie oben geschildert - durch pedalabhängiges Verschieben der Meßdüse 24 gegenüber der Prallplatte verändert, wie durch die Wirklinie 3o angedeutet ist, und zwar wird bei Lastwegnahme der Abstand verringert, d.h., der dem neuen verringerten Lastzustand angepaßte Sollwert des Druckes vergrößert, was einer Öffnung der Mischdrossel 11 in Richtung auf den Bypass 9a und dementsprechend einer Temperaturerhöhung entspricht. Diese einer Veränderung des Sollwertes am Meßwandler entsprechenden und durch die Sollwertveränderung hervorgerufenen Drosselklappenbewegungen werden der durch die Pedalbewegungen und somit die Bewegungen der Füllungsdrossei hervorgerufenen Misch- , drosselbewegung überlagert« D*h. bei Lastrücknahme werden in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nicht nur die Füllungsdrosselklappe 7 und die daran angekoppelten Teile wie Arbeitszylinder 2o und Mischdrosselklappe im Uhrzeigersinn bzw. nach rechts bewegt, sondern es wird außerdem der als Koppel wirkende Arbeitszylinder verlängert (bei Lastrücknahme) und umgekehrt. Hierdurch ergibt sich eine sehr rasch an den neuen Lastzustand angepaßte Mischdrosseleteilung, d.h. die Ansprechzeit des Regelsystems ist sehr gering..

Dasjin Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt einen Dieselmotor mit einer mit sogenanntem Verstellregler ausgerüsteten Einspritzpumpe. Es besteht in vielen Teilen zumindest in funktioneller Hinsicht Übereinstimmung mit Teilen des in Fig. 1 dargestellten Aueführungsbeispieles. Soweit eine Übereinstimmung oder Entsprechung mit Fig. 1 besteht, ist auf solche Teile in der

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Zeichnung oder der nachfolgenden. Beschreibung mit einer um loo erhöhten Bezugszahl hingewiesen, g© daß insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen -werden kann« Es sei lediglich gesagt, daß' in der Darstellung der Figo 2 der Motor ioi/io2 im Grundriß und die zugehörig© Einspritzpumpe Io4 mit ihrem Verstellregler daneben in Seitesaansicht gezeigt istc Der Abgas/Frischluft-Wärmetauscher ist als Röhrenwärmetauscher ausgebildet mit mehreren vom Abgas durchströmten Röhren io6", die von der in dem Hanal io9" geführten Frischluft umströmt werden. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Meßwertwandler 124/125 nicht lastabhängig auf unterschiedliche Sollwerte veränderbar, sondern arbeitet konstant an der einmal einjustierten Stelle.

Der wesentlich© Unterschied des Ausführungsbeispieles nach Fig. 2 gegenüber dem nac^h Fig. i ergibt sich mum der Verwendung eines sogenannten Verestellreglers an der Einspritzpumpe Io4. Das die Motorbelastung bestimmend© Signal kann nun nicht mehr am Fahrfußhebel 115* sondern muß rückwirkungsfrei an der Regelstange 119 abgenommen werden. Im Gegensatz ,zu den sogenannten Leerleuf/Enddrehzahl-Reglern₉ die im Teillastgebiet praktisch wirkungslos sind und bei denen die Einspritzmenge willkürlich vom Fahrer aus durch die Pedalstellung vorgegeben werden kann, sind di© sogenannten V@rstellr®gler so ausgelegt, daß mittels des Pedals vom Fahrer nur die Motordrehzahl willkürlich vorgegeben werden kann und je nach der vonjaußen auf den Motor einwirkenden Belastung wird im Bestreben des Reglers, die vorgeschriebene Drehzahl zu halten, die Einspritzmenge für den Motor verändert. Das die tatsächliche Motorbelaatung wiedergebende Signal ist also bei dem sogenannten Verstellregler zunächst lediglich die Regelstangenstellung.

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Durch den am Ende der Regeletange angebrachten Konus 4o und die im definierten justierbaren Radialabstand bei ihm angebrachte Meßdüse 4.1 wird die Regelstangenatellung rückwirkungefrei abgegriffen und gleich in einen der Regelstangenstellung entsprechenden Druck gewandelt, der in der für den Lastzustand des Motors maßgebenden Lastmeßleitung 42 weitergeleitet wird. Die Meßdüse 4l wird von der Druckquelle 127 über die justierbare Vordrossel mit einem konstanten Luftstrom versorgt. Je nach Stellung der Regeletange 119 (nach links: Vollast, nach rechts: Leerlauf, angedeutet mit dem schraffierten Dreieck) ist der Spalt zwischen Meßdüse 4l und Meßkonus 4o mehr oder weniger groß,so daß sich in Strömungsrichtung vor der Meßdüse 4l ein dementsprechend mehr oder weniger hoher Luftdruck einstellt, und zwar ist der Meßdruck um so höher,je weiter die Regeletange nach links in Richtung auf "voll" verschoben ist, d.h., je höher die last ist. Der Meßdruck in der Lastmeßleitung 42 ändert sich also gleichsinnig analog mit dem Lastzustand des Motors. Mit diesem Meßdruck kann nun - ohne daß auf die Regelstange oder den Meßwandler 4o/4l Rückwirkungen hervorgerufen werden würden -Arbeit geleistet, z.B. eine Drosselklappe verstellt oder ein Steuerkolben verschoben werden.

Der Lastmeßdruck wird zunächst mittelbar dazu ausgenützt, die Füllungsdrosselklappe Io7 zu verstellen, und zwar ist an dem Betätigungshebel 112 ein Betatigungszylinder 45 angelenkt, dessen Kolbenunterseite (Kolben 46) über die Arbeitsleitung 51 druckbeaufschlagbar ist und im Schließsinne wirkt und dessen Oberseite belüftet ist und durch die im Offnungssinne wirkende Rückstellfeder 47 beaufschlagt ist. Je höher der Luftdruck auf der Arbeitsseite des Kolbens 46 ist, eine

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um so höhere Gleichgewichtsstellung wird der Kolben gegenüber der anwachsenden Kraft der komprimierten Feder 47 einnehmen und um so mehr ist die Füllungsdrosselklappe Io7 geschlossen.

Von der Füllungsdrosselklappe wird deren Stellung über den Hebel 48 abgenommen und über die St©ng© 49 auf den Federteller 5o geleitet, um die die eine Stirnseite eines Steuerschiebers 43 belastende Feder 44 vorzuspannen» Die Fe=. der 44 ist gleichsinnig analog zum Laatzustand des Motors und gegensinnig analog zusn Öffnungezustand .der Drosselklappe Io7 vorgespannt..Der durch den Regelstangenabgriff gewonnene Lastmeßdruck wird über die Leitung 42 auf die andere Kolbenseite des Steuerschiebers 43 gegeben. Der Steuerschieber 43 ist daher beidseitig von Kräften beaufschlagt. Er weist zwei mit entsprechenden Gehäusekanten schnäbelnde Steuerkanten 52 auf, die je nach Verstimmung des Steuerschiebers aus einer Gleichgewichtslage den Arbeitsraum des Zylinders 45 mit der Druckwelle 127 oder ihn mit der Entlüftung verbinden. Bei einem Überwiegen der Lastmeßdrücke wird der Steuersch leber gegen den Druck der Feder 44 nach rechts verschoben und gibt Entlüftungsquerschnitt für den Arbeitsraum des Zylinders 45 frei. Hierdurch sinkt der Druck im Arbeitsraum ab und die Rückstellfeder 47 verschiebt den Kolben 46 nach unten, wodurch die Füllungsdrosselklappe Io7 im Schließsinne verschwenkt wird. Durch diese Klappenverschwenkung wird die auf den Steuerschieber wirkende Feder 44 stärker vorgespannt, so daß schließlich die Federkraft wieder dem angewachsenen druck das Gleichgewicht zu halten vsrsnsg, wodurch dos* erschieber in die Mittelposition zurückkehrt, im der" di© Druckzufuhr usad die Entlüftung gesperrt sind» BqI

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fall, d.h. bei Druckabfall in der Leitung k2 ist es umgekehrt: dann wird der Arbeitszylinder durch die Verstimmung des Steuerschiebers an die Druckquelle 127 ange- . schlossen, die Drosselklappe Io7 mehr geschlossen und die Feder kk entspannt, wodurch das Gleichgewicht am Steuerschieber schließlich wieder hergestellt wird und die Druckluftzufuhr wieder abgestellt wird. Durch die den Lastzustandsänderungen des Motors entsprechenden Druckänderungen wird also mittelbar über den Steuerschieber mittels der Druckquelle 127 die Drosselklappe Io7 pneumatisch verstellt, derart, daß die Drosselklappe bei Vollast geöffnet und bei Teillast um so mehr geschlossen ist, je geringer die Motorbelastung ist. Dadurch wird lastabhängig die Füllung der Arbeitskammern 121 des Motors reduziert.

Zur Kompensation der durch die Füllungsreduzierung nachlassenden Kompressionserwärmung wird die Ansaugluft lastabhängig mehr oder weniger stark erwärmt und zwar wird lastabhängig ein mehr oder weniger großer Anteil der Ansaugluft entnommen, vorgewärmt und ihr wieder zugemischt. Zur Steuerung der pneumatisch betätigbaren (Arbeitszylinder 53 t Rückstellfeder 54, Kolben 55) Mischdrosselklappe 111 dient der Temperaturfühler 122 mit dem Meßwandler 124/125 und der lastabhängig und temperaturabhängig beeinflußbare Steuerschieber 5°· In ähnlicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird auch hier durch die erwähnten Einrichtungen in der Temperaturmeßleitung ein der Temperatur im Ansaugrohr Io5 gegensinnig analoger Druck hervorgerufen. Der Steuerschieber mit seinen beiden die Druckluftversorgung bzw. Entlüftung absperrenden Steuerkanten 57 ist durch den Temperaturmeßdruck und durch den Lastmeßdruck im Gleichgewicht gehalten.

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Ist bei einem Lastzustand die Ansaugluft zu kalt, so steigt der Temperaturmeßdruck und der Steuerschieber 56 wird im Sinne einer Druckluftzufuhr zum Stellzylinder 53 aus der Gleichgewichtslage verstimmt, wodurch die Mischdrosselklappe 111 geöffnet und mehr Warmluft zugensischt wird. Bei einer Überhitzung der Ansaugluft fällt der Temperaturmeßdruck und der Steuerschieber wird im Sinne einer Entlüftung des Stellzylinders 53 verschoben, wodurch mittelbar weniger Warmluft zugemischt wird.

Andererseits wird bei einer bestimmten Temperatur im Ansaugrohr I05 und einer Lastrückriahaie (Abfall des Lastmeßdruckes) das Gleichgewicht des Schiebers 56 im Sinn® einer Druckluftzufuhr zum Steilzylinder „53 verändert, wodurch ein Zumischen von mehr Warmluft zur Ansaugluft hervorgerufen wird· Umgekehrt wird bei Lastanstieg und entsprechendem Druckanstieg in der Leitung 42 der Steuerschieber im Sinne einer Entlüftung des StellZylinders und einem dementsprechenden Schilessen der Mischdrosselklappe vorübergehend verstimmt. Die jeweilige Verstimmung der Gleichgewichtslage des Steuerschiebers 5^ bei Laständerungen hält so lange an, bis aufgrund einer veränderten Lufttemperatur im Ansaugrohr Io5 sich auch der Temperaturmeßdruck geändert und dem veränderten Lastmeßdruck angepaßt hat. Erst dann kehrt der Steuerschieber 56 in seine Gleichgewichtslage zurück. Durch Laständerungen wird also dem aus Meßfühler 122, Meßwandler 124/125 und aus Steuerschieber 56 bestiienden Temperaturregelsystem eine lastabhängig geänderte Solltemperatur auferlegt und zwar ändert sich die Solltemperatur gegensinnig analog zu dem Belastungszuetand des Motors, d.h. bei großen Belastungen des Motors werden die Solltemperaturen der Ansaugluft kleiner und bei geringeren Lasten höher.

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Claims (1)

1. - 2ο - Daim Io

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   Ansprüche

   11.JVerfahren zum Betrieb einer Iuftverdichten de η und selbstzündenden Einspritzbrennkraftmaschine zur Verbesserung der Abgase im Leerlauf und in Teillastbereicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung der Arbeit«kammern (21, 121) mit Verbrennungsluft im Leerlauf bzw. im Teillastbereich gleichsinnig analog zur Motorbelastung verringert und die Verbrennungsluft gegensinnig analog zur Motorbelastung erwärmt wird.

   2φ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllungereduzierung durch eine Drosselklappe (7, Io7) im Lufteinlaßrohr (5, Io5) erfolgt.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Erwärmung der Verbrennungsluft durch die Abwärme dee Motors erfolgt.

   k. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Erwärmung der Verbrennungsluft durch Mischen von erwärmter und nichterwärmter Luft erfolgt.

   5. Luftverdichtende selbstzündende Einspritzbrennkraftmaschine mit wenigstens einer Arbeitskammer, wenigstens einer zu der oder den Arbeitskammer^ führenden Luftleitung und mit veränderbaren Mitteln zur mehr oder weniger ,starken lastabhängigen Erwärmung der zu der oder den Arbeitskammern gelangenden Luft, dadurch gekennzeich-

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   net, daß in der Luftleitung (5i I05) veränderbare Mittel (7i Io7) zur wenigstens zeitweisen Erhöhung des Strömungswiderstandes während der Ansaugzeit, vorzugsweise eine Drosselklappe angeordnet sind (Füllungssteuerung), die mit der Leistungssteuerung il5» 119) der Brennkraftmaschine in der Weise in Wirkverbindung stehen, daß bei Verstellung der Leistungssteuerung (15» 119) auf geringere Teillast der Strömungswiderstand gegensinnig analog zur Leistungsveränderung vergrößert wird und daß zwischen dem Betätigungsorgan (12, 112) für die Füllungssteuerung und dem (13« 113) für die Veränderung der Luftvorwärmung wenigstens mittelbar in der Weise eine Wirkverbindung besteht, daß mit zunehmender Einstellung auf kleinere Motorleistungen bzw. geringere Füllungen die zu den Arbeitskammern gelangende Luft stärker erwärmt wird.

   6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß für die Lufterwärmung ein von der Motorabwärme wärmeseitig gespeister Wärmetauscher (6"/9", Io6"/lo9") dient.

   7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmetauscher (6"/9"» Io6"/lo9") als wärmeseitig durch die Motorabgase beaufschlagter Gas/Gas-Wärmetauscher ausgebildet ist.

   8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7,mit einem Drosselorgan in der Luftleitung (Füllungsdrosselorgan), dadurch gekennzeichnet , daß an einer zwischen dem Füllungsdrosselorgan (?» Io7) und den ArbeitakammemC21₉ 121) liegenden Stelle (Entnahmestelle 8, Io8) der Luftleitung (5, Io5) eine in den Wärmetauscher^ "/9 ^M _s io6^w/lo9^M)

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   führende Leitung für Luft (Erwärmungs-Bypass-Leitung 9a» Io9a) abzweigt und an einer in Strömungsrichtung hinter der Abzweigstelle (8, Io8) liegenden Stelle (Rückführstelle (lo_f llo) in die Luftleitung (5, I05) zurückführt und daß an irgendeiner Stelle zwischen der Entnahme- (8, I08) und der Rückführsteile (lo, llo) liegenden Stelle oder an der Entnahme- und/oder an der Rückführstelle selber wenigstens ein den Strömungswiderstand durch die Luftleitung (5» I05) oder durch die Bypass-Leitung (9a, Io9a) und somit die Strömungsrichtung weiteres Drosselorgan (Mischdrosselorgan 11, 111) vorgesehen ist.

   9· Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t , daß zwischen dem Fill lungs drosselorgan (7, Io7) und dem Mischdrosselorgan (11, 111) wenigstens mittelbar in der Weise eine Wirkverbindung besteht, daß bei Verstellung des Füllungsdrosselorgans (7» I07) in Richtung auf eine größere Drosselwirkung das Mischdrosselorgan (ll, 111) in Richtung auf eine Begünstigung der Strömung durch die Erwärmung»-Bypass-Leitung (9a, Io9a) verstellt wird.

   Io. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß in der Luftleitung (5» I05) an einer in Strömungsrichtung hinter der Rückführstelle (lo, llo) liegenden Stelle ein vorzugsweise möglichst trägheitsarmer Temperaturfühler (22, 122) für die Mischtemperatur angeordnet ist und daß die Wirkverbindung zwischen Füllungs-(7, Io7) und Mischdrosselorgan (ll, 111) derart ausgebildet ist, daß sie wenigstens mittelbar durch die Mischtemperatur in der Weise beeinflußbar ist, daß eine sinkende Mischtemperatur auf das Mischdrosselorgan (ll, 111) im Sinne einer Begünstigung der Strömung durch die Erwärtnungs-Bypas8-LeitUMg (9a, Io9a) verstellt tvlrd.

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   11. Brennkraftmaschine nach einen der Ansprüche 8 bis Io mit einer eine die Einspritzmenge bestimmenden verschiebbaren Regelstange enthaltenden Einspritzpumpe und mit einem lediglich an der unteren und an der oberen Grenze des Betriebsdrehzahlbereiches wirksamen, die Regelstange verschiebenden Regler für die Einspritzpumpe, wobei im Teillastbereich die Regelstangenatellung aufgrund einer Koppelung mit dem Fahrfußhebel des Fahrzeuges willkürlich durch den Fahrer bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet _t daß das Füllungsdrosselorgan (7) mit dem Fahrfußhebel (15) in der Weise gekoppelt ist, daß der verbleibende Drosselquerschnitt sich gleichsinnig zu der am Fahrfußhebel (15) einstellbaren Motorleistung ändert (Fig. l).

   12· Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis Io mit einer eine die Einspritzmenge bestimmenden verschiebbaren Regelstange enthaltenden Einspritzpumpe und mit einem im gesamten Betriebsdrehzahlbereich wirksamen, die Regelstange bei Last ve ränderungen im Sinxae einer Drehzahlkonstanthaltung verschiebenden Regler für die Einspritzpumpe, wobei mit dem Fahrfußhebel mittelbar die Solldrehzahl des Motors am Regler einstellbar ist, dadurch g ek ennze lehnet , daß an dem Regler oder an deir Einspritzpumpe (lo4) ein vorzugsweise berührungsfreier, die Regelstangenstellung (Regelstange II9) feststellender und in ein Signal umwandelnder Regelstangenabgriff (4o/4l) und ein mit Hilfsenergie versorgter das Signal verstärkender Verstärker vorgesehen oder in dem Regelstangenabgriff impliziert ist und daß an dem Füllungsdrosselorgan (l©7) von dem verstärkten Signal wenigstens aaittelbar beaufschlagbare Betätigungsmittel (Ί5-Ί7) vorgesehen sind, dergestalt, daß der Drosselzustand dee Füllungsdrosselorgans (lo?) gleichsinnig analog zur Größe der Motorlast eingestellt wird (Fig. 2).

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