DE2545227A1

DE2545227A1 - Vorrichtung zur erleichterung des anlassens eines dieselmotors

Info

Publication number: DE2545227A1
Application number: DE19752545227
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl Ing Riehl
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1975-10-09
Filing date: 1975-10-09
Publication date: 1977-04-28

Description

T2-Lin/Sp 2.10.1975

MOTOREN-WERKE MANNHEIM AG, vorm. BENZ, Abt. stat. Motorenbau, 6800 Mannheim, Carl-Benz-Strasse 5

Vorrichtung zur Erleichterung des Anlassens eines Dieselmotors

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erleichterung des Anlassens eines Dieselmotors mit einer von den Motorabgasen angetriebenen Aufladevorrichtung, welche die Ladeluft den Motorzylindern über eine Einrichtung zur Kühlung der Ladeluft zuführt, außerdem ausgerüstet mit einer automatisch geregelten Heizvorrich-

tung für die Ladeluft.

Dieselmotoren der vorgenannten Art sind hoch aufgeladen, d.h. sie arbeiten mit mittleren effektiven Drücken, die zwei- bis dreimal höher sind als bei einem unaufgeladenen Motor. Es ist erforderlich das Verdichtungsverhältnis dieser Motoren soweit zu vermindern, daß die Zünddrücke in erträglichen Grenzen bleiben. Mit diesem reduzierten Verdichtungsverhältnis ergibt sich zwar bei Vollast und auch im Leerlauf, jedoch im letzten Fall nur bei warmgelaufener Maschine, ein befriedigendes Selbstzündungsverhalten des eingespritzten Brennstoffes, nicht aber bei kalter Maschine im Leerlauf. In diesem Betriebszustand arbeitet der Dieselmotor mit weiß oder blau rauchendem Auspuff bis er seine richtige Betriebswärme erreicht hat.Um dem abzuhelfen,ist es notwendig die Ladeluft in dieser Übergangsphase vorzuwärmen. Es ist bekannt zu diesem Zweck eine automatisch geregelte Heizvorrichtung zu verwenden, die der Ladeluft von außen Wärme zuführt. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin eine automatische Regelung für die Heizvorrichtung zu schaffen,die sowohl das Auftreten von Weiß- und Blaurauch als auch unnötigen Verbrauch an Heizenergie verhindert.

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-H.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß an einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art durch folgende Maßnahmen a, b, c, d, e, f gelöst:

a) Die Heizvorrichtung liegt im Strömungsweg für die Ladeluft stromabwärts der Einrichtung zur Kühlung der Ladeluft. Durch diese Anordnung wird sichergestellt, daß die Wirkung der Heizvorrichtung nicht etwa durch eine nachträgliche Kühlung der Ladeluft aufgehoben werden kann.

b) Die Einrichtung zur Kühlung der Ladeluft besteht aus einem Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme von einem Medium auf ein anderes, wobei das eine Medium die Ladeluft ist, während das andere Medium das Kühlwasser ist, das in einem geschlossenen, nach dem Warmlaufen des Dieselmotors auf annähernd konstanter Temperatur gehaltenen Kreislauf umgewälzt wird, in dem mindestens der vorgenannte Wärmetauscher, ein Temperaturregelorgan, die kühlbedürftigen Teile des Dieselmotors, insbesondere die Kühlwasserräume der Zylinder und Zylinderkopf e, sowie eine Pumpe und ein Rückkühler für das umgewälzte Kühlwasser liegen. Dadurch, daß der vorerwähnte Wärmetauscher, d.h. der Ladeluftkühler, im Motorkühlkreislauf liegt, wird erreicht, daß die Ladelufttemperatur vom Erwärmungszustand des Motors abhängig ist, Die Ladeluft wird gekühlt, wenn ihre durch die Verdichtung in der Aufladevorrichtung erhöhte Temperatur über der Kühlwassertemperatur liegt, sowie erwärmt, wenn ihre Temperatur nach Verlassen der Aufladevorrichtung unter der Kühlwassertemperatur liegt. Bei dieser Anordnung tritt eine Erwärmung der Ladeluft bei warmem Motor im Leerlauf oder auch bei sehr niedriger Belastung auf.

c) In den Strömungsweg für die Ladeluft ist zwischen der Heizvorrichtung und den Motorzylindern eine erste Temperaturmeßvorrichtung eingebaut, welche die Temperatur der Ladeluft an ihrer Einbaustelle mißt.

Diese erste Temperaturmeßvorrichtung stellt fest, ob eine Erwärmung der Ladeluft durch das Motorkühlwasser auftritt oder nicht. Sie liefert somit eine erste Impulsgröße, von der es abhängt, ob die Heizvorrichtung ein-oder auszuschalten ist.

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d) In den Strömungsweg für ein gasförmiges Arbeitsmedium der Dieselmaschine, dessen Temperatur sich entsprechend der Motorleistung einstellt, ist eine zweite Temperaturmeßvorrichtung eingebaut, welche die Temperatur des Arbeitsmediums an der Einbaustelle mißt.

Diese zweite Temperaturmeßvorrichtung stellt gemäß dem vorstehend gesagten fest, mit welcher Leistung der Dieselmotor arbeitet. Sie liefert damit eine zweite Impulsgröße, von der es abhängt, ob die Heizvorrichtung ein- oder auszuschalten ist.

e) Die Heizvorrichtung wird automatisch eingeschaltet, wenn sowohl die von der ersten als auch die von der zweiten Temperaturmeßvorrichtung gemessene Temperatur der Ladeluft unterhalb des jeweiligen Sollwertes liegt.

Diese Regelung bewirkt, daß die Heizvorrichtung nur dann eingeschaltet wird, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind, d.h. wenn der Dieselmotor noch nicht betriebswarm ist und wenn gleichzeitig die Motorleistung niedrig ist, wie bei Leerlauf oder Schwachlast. Ist der Dieselmotor z.B. betriebswarm und arbeitet im Leerlauf, so wird die Heizvorrichtung nicht eingeschaltet, da die in diesem Fall vorhandene Erwärmung der Ladeluft ausreicht, um Weiß- oder Blaurauchbildung zu vermeiden. Diese Regelungsart verhindert demnach einen unnötigen Verbrauch an Heizenergie.

f) Die Heizvorrichtung wird automatisch ausgeschaltet, wenn entweder die von der ersten oder die von der zweiten Temperaturmeßvorrichtung gemessene Temperatur oberhalb des jeweiligen Sollwertes liegt.

Diese Regelung bewirkt, daß die Heizvorrichtung ausgeschaltet wird, wenn eine von zwei Bedingungen erfüllt ist, d.h. entweder wenn der Dieselmotor betriebswarm ist oder wenn er mit höherer Leistung als Leerlauf oder Schwachlast arbeitet. Da sowohl die Erwärmung der Ladeluft durch das heiße Kühlwasser als auch der Betrieb mit höherer Leistung bei noch nicht betriebswarmem Motor ausreicht, um die Weiß-

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und Blaurauchbildung zum Verschwinden zu bringen, ist in diesen beiden Fällen keine zusätzliche Erwärmung der Ladeluft durch die Heizvorrichtung mehr notwendig, die demgemäß auszuschalten ist, um unnötigen Verbrauch an Heizenergie zu vermeiden. Die Maßnahme f) trägt diesen Forderungen Rechnung.

Zweckmäßig kann die zweite Temperaturmeßvorrichtung in den Strömungsweg für die Ladeluft zwischen der Aufladevorrichtung und der Einrichtung zur Kühlung der Ladeluft eingebaut sein. Die Einbaustelle dieser Temperaturmeßvorrichtung kann aber auch in dem Strömungsweg für die Abgase von den Motorzylindern zu der Abgasturbine zum Antrieb der Aufladevorrichtung liegen oder auch in dem Strömungswegj der von der Abgasturbine ins Freie führt.

Weiterhin wird zweckmäßig die Temperatur des Kühlwassers durch das Temperaturregelorgan auf einem Wert gehalten, der einer Ladelufttemperatur entspricht, bei der eine einwandfreie Selbstzündung des in die Verbrennungsräume der Motorzylinder eingespritzten Brennstoffes ohne Zuhilfenahme der Heizvorrichtung auch im Leerlauf gewährleistet ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Der Dieselmotor, dessen Zylinder und Zylinderköpfe mit 1 bzw. 2 bezeichnet sind, ist mit einer Aufladevorrichtung bestehend aus einem Abgasturbolader versehen, dessen Verdichter 3 und dessen Abgasturbine 4 auf einer gemeinsamen Welle sitzen. Der Verdichter 3 fördert die Ladeluft über die Leitung 5 zu dem Ladeluftkühler 6 und von dort über die Heizvorrichtung 7 sowie die Leitung 8 zu den Zylinderköpfen 2 bzw. Zylindern 1 des Dieselmotors, wo sie zur Verbrennung des in die Verbrennungsräume des Zylinder 1 eingespritzten Brennstoffes dient. Die Abgase aus dieser Verbrennung strömen über die Leitung 9 zu der Abgasturbine 4, in der ihre Energie zum Antrieb des Verdichters 3 verwertet wird, bevor sie über die Leitung 10 ins Freie strömen. In die Leitung 8 ist zwischen der Heizvorrichtung 7 und den

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Zylinderköpfen 2 eine erste Temperaturmeßvorrichtung 11 eingebaut, welche die Temperatur der Ladeluft an dieser Stelle mißt. In die Leitung 5 ist zwischen dem Verdichter 3 und dem Ladeluftkühler 6 eine zweite Temperaturmeßvorrichtung 12 eingebaut, welche die Temperatur der Ladeluft an dieser Stelle mißt. Die Funktion der Temperaturmeßvorrichtung 12 kann auch durch die Temperaturfühler 13 oder 14 übernommen werden, die in die Abgasleitungen 9 oder eingebaut sind. Die Pumpe 15 wälzt das Kühlwasser in einem geschlossenen Kreislauf um, in dem ein aus dem Temperaturfühler 16 und dem Dreiwegeventil 17 bestehendes Temperaturregelorgan, die Kühlwasserräume der Zylinder 1 bzw. der Zylinderköpfe 2, der Ladeluftkühler und ein Rückkühler 18 liegen, der im vorliegenden Fall ein Wabenkühler ist, dessen kühlendes Medium Luft ist, die von dem Ventillator 19 gefördert wird.

Bei einem Anlaßvorgang arbeitet der Motor zunächst im Leerlauf während das Kühlwasser kalt ist.In diesem Falle werden von den Temperaturmeßvorrichtungen 11 und 12 Temperaturen gemessen, die unterhalb des jeweiligen für die Vermeidung von Weißrauch oder Blaurauch erforderlichen Sollwertes liegen, was gemäß Merkmal e) zum Einschalten der Heizvorrichtung 7 führt. Inzwischen erwärmt sich das Kühlwasser des Dieselmotors gesteuert durch das Temperaturregelorgan 16,17 auf einen Wert, der eine Aufheizung der Ladeluft bewirkt. Infolgedessen steigt die Ladelufttemperatur , welche die Vorrichtung 11 mißt über den vorgenannten Sollwert, was zum Ausschalten der Heizvorrichtung 7 gemäß Merkmal f) führt. Wird der Dieselmotor z.B. im Notfall, auf volle Leistung gebracht, bevor die Kühlwassertemperatur einen Wert erreicht hat, der eine Aufheizung der Ladeluft ergibt, so steigen die von den Temperaturmeßvorrichtungen 12, 13 oder 14 gemessenen Temperaturen sofort auf oder über die jeweils verschiedenen Sollwerte, die ein Ausschalten der Heizvorrichtung 7 bewirken. Wird der Dieselmotor nach einem kurzen Stillstand bei noch warmem Kühlwasser angelassen und im Leerlauf oder mit Schwachlast betrieben, wobei die Kühlwassertemperatur noch hoch genug ist, um die Ladeluft auf oder über den für die Temperaturmeßvorrichtung 11 geltenden Sollwert aufzuwärmen, so bleibt die Heizvorrichtung 7 ausgeschaltet. Auf die geschilderte Weise wird sowohl Weiß- und Blaurauch als auch ein unnötiger Betrieb der Heizvorrichtung 7 vermieden.

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L e e rs ei t e

Claims

2.10.1975

Patentansprüche

: 1 J Vorrichtung zur Erleichterung des Anlassens eines Dieselmotors mit einer von den Motorabgasen angetriebenen Aufladevorrichtung, welche die Ladeluft den Motorzylindern über eine Einrichtung zur Kühlung der Ladeluft zuführt, außerdem ausgerüstet mit einer automatisch geregelten Heizvorrichtung für die Ladeluft, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Heizvorrichtung (7) li'egt im Strömungsweg (8) für die Ladeluft stromabwärts der Einrichtung (6) zur Kühlung der Ladeluft.

b) Die Einrichtung zur Kühlung der Ladeluft besteht aus einem Wärmetauscher (6) zur Übertragung von Wärme von einem Medium auf ein anderes, wobei das eine Medium die Ladeluft ist, während das andere Medium das Kühlwasser ist, das in einem geschlossenen nach dem Warmlauf des Dieselmotors auf annähernd konstanter Temperatur gehaltenen Kreislauf umgewälzt wird, in dem mindestens der vorgenannte Wärmetauscher, ein Temperaturregelorgan (16,17), die kühlbedürftigen Teile des Dieselmotors, insbesondere die Kühlwasserräume der Zylinder (1) und Zylinderköpfe (2), sowie eine Pumpe (15) und ein Rückkühler (18) für das umgewälzte Kühlwasser liegen.

c) In den Strömungsweg (8) für die Ladeluft ist zwischen der Heizvorrichtung (7) und den Motorzylindern (1,2) eine erste Temperaturraeßvorrichtung (11) eingebaut, welche die Temperatur der Ladeluft an ihrer Einbaustelle mißt.

d) In den Strömungsweg (5,9,10) für ein gasförmiges Arbeitsmedium des Dieselmotors, dessen Temperatur sich entsprechend der Motorleistung einstellt, ist eine zweite Temperaturmeßvorrichtung (12,13,14) eingebaut, welche die Temperatur des Arbeitsmediums an ihrer Einbaustelle mißt.

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e) Die Heizvorrichtung wird automatisch eingeschaltet, wenn sowohl die von der ersten (11) als auch die von der zweiten Temperaturmeßvorrichtung (12,13,14) gemessene Temperatur der Ladeluft unterhalb des jeweiligen Sollwertes liegt.

f) Die Heizvorrichtung wird automatisch ausgeschaltet, wenn entweder die von der ersten (11) oder die von der zweiten Temperaturmeßvorrichtung (12,13,14) gemessene Temperatur der Ladeluft oberhalb des jeweiligen Sollwertes liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Temperaturmeßvorrichtung (12) in den Strömungsweg (5) für die Ladeluft zwischen der Aufladevorrichtung (3) und der Einrichtung (6) zur Kühlung der Ladeluft eingebaut ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Temperaturmeßvorrichtung (13) in den Strömungsweg (9) für die Abgase eingebaut ist, der von den Motorzylindern (1) zu der Abgasturbine (4) zum Antrieb der Aufladevorrichtung (3) führt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Temperaturvorrichtung (14) in den Strömungsweg (10) für die Abgase eingebaut ist, der von der Abgasturbine (4) ins Freie führt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Kühlwassers durch das Temperaturregelorgan (16,17)-auf einem Wert gehalten wird, der einer Ladelufttemperatur entspricht, bei der eine einwandfreie Selbstzündung des in die Verbrennungsräume der Motorzylinder (1) eingespritzten Brennstoffes ohne Zuhilfenahme der Heizvorrichtung auch im Leerlauf gewährleistet ist.

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