DE3229961A1

DE3229961A1 - Starteinrichtung fuer eine mehrzylindrige verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE3229961A1
Application number: DE19823229961
Authority: DE
Inventors: Dante Sergio Dearborn Heights Mich. Giardini
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1981-08-31
Filing date: 1982-08-12
Publication date: 1983-04-28
Also published as: GB2104969B; JPS5870025A; US4462348A; GB2104969A

Description

Starteinrichtung für eine mehrzylindrige Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Starteinrichtung für eine mehrzylindrige, vorzugsweise im 4-Taktverfahren arbeitende Verbrennungskraftmaschine.

üblicherweise werden als Starteinrichtung für Verbrennungskraftmaschinen Elektromotoren verwendet, was jedoch im Hinblick auf die notwendige zusätzliche Ausrüstung der Motoren mit Starterbatterien, Überholkupplung, Getriebe usw ein realtiv großer Aufwand ist.

Durch die US-PS 3 626 918 ist bereits bekannt, zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine nicht einen Elektromotor zu verwenden sondern das Starten mit Hilfe eines Gas akkumulator s, der Gas mit einem relativ hohen Druck abgibt, vorzunehmen. Dieser Aufwand ist jedoch ebenfalls relativ groß, da hier ein gesonderter Akkumulator und weitere Einrichtungen verwendet werden müssen.

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IJX August 1982

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Entsprechend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Starteinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine der oben beschriebenen Art zu schaffen, bei der in einfacher Weise ohne Verwendung von Druckakkumulatoren und von Elektromotoren weitgehend unter Verwendung der im Motor bereits vorhandenen Aggregate ein Starten des Motors erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Haujjtanspruch gekennzeichneten Merkmale erreicht. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die Anwendung der Merkmale der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. 15

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines 4-Zylinder-Motors,

zeigend eine Ausführungsform der Erfindung; 20

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Zylinders der Anordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößert dargestellte Einzelheit der Anordnung nach Fig. 2, zeigend ein Einlaßventil in geöffneter Position;

Fig. 4 zeigend den gleichen Gegenstand wie Fig. 3, jedoch in der geschlossenen Position;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltungsanordnung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

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Fig, 6 eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, eines Verteilers, wie er in der Anordnung gemäß Fig. 5 dargestellt ist.

Wie insbesondere aus der Fig. 1 hervorgeht, ist eine Startvorrichtung insgesamt mit 10 bezeichnet. Sie findet Anwendung in einer Verbrennungskraftmaschine 12. Die Startvorrichtung 10 enthält ein elektrisches Leitungssystem 11 mit einer Batterie 13, einem Zündschalter 14, einem Mikroprozessor 16, einer elektrischen Kraftstoffpumpe 18, einem Verdichter 20 sowie einem Sensor 22, der die Position der Kurbelwelle bzw der Nockenwelle anzeigt. Einspritzdüsen sind mit 24, 25, 26 und 27 bezeichnet; Glühkerzen tragen die Bezeichnungen 29, 30, 31 und 32. Neben dem elektrischen Leitungssystem 11 enthält die Startvorrichtung besondere Einlaßventile 34, 35, 36 und 37. Die Verbindung der genannten Teile miteinander wird später beschrieben.

Die Verbrennungskraftmaschine 12 mit der erfindungsgemäßen Startvorrichtung 10 weist einen Motorblock 38 auf, in dem Zylinder 40, 41, 42 und 43 angeordnet sind. Ein Zylinderkopf 39 sitzt auf dem Motorblock Die Zylinder 40, 41, 42 und 43 nehmen Kolben 45, 46, 47 und 48 auf. Wie insbesondere aus der Fig. 1 hervorgeht, befindet sich der Kolben 45 im Arbeitstakt, während der Kolben 46 sich im Kompressionstakt befindet. Der Kolben 47 ist im Ansaugtakt und der Kolben 48 befindet sich im Auspuff takt.

Jeder Kolben ist auf übliche Weise mit einer Kurbelwelle 50 verbunden, die wiederum über einen Riemen 52 eine Nockenwelle 54 antreibt, wobei die Nockenwelle im Zylinderkopf 39 gelagert ist. Die Nockenwelle 54 besitzt zwei Gruppen von Nocken 55 und 56, die mit Mitnehmern 57 und 58 zusammenarbeiten, die wiederum Kipphebel 59 und 60 betätigen.

τ J' 10. August 1982

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Die Kipphebel 59 bewegen die Einlaßventile 34, 35, 36 und 37; die Kipphebel 60 bewegen die Auslaßventile 66, 67, 68 und 69.

Das elektrische Leitungssystem 11 weist eine Batterie 13 auf, die über einen Zündschalter 14 mit dem Mikroprozessor 16 verbunden ist. Der Zündschalter 14 schließt auch die Glühkerzen 29, 30, 31 und 32 in üblicher Weise an die Batterie an. Der Sensor 22 ist ebenfalls mit dem Mikroprozessor 16 verbunden, wobei dieser Sensor die Position der Nockenwelle dem Mikroprozessor anzeigt, so daß nur bestimmte Verbrennungsräume der 4-Zylindermaschine für den Startvorgang in Benutzung genommen werden können. Es ist weiterhin ein Temperatursensor 49 angeordnet, und zwar in der Nähe der Verbrennungskraftmaschine 12; auch er ist mit dem Mikroprozessor verbunden und gibt ein Temperatur signal in den Mikroprozessor ein.

Durch den Mikroprozessor selbst können die elektrische Kraftstoffpumpe 18, der Verdichter 20, die Einspritzdüsen 24, 25, 26 und 27 sowie auch Heizspulen 76, die in der Nähe der Einspritzdüsen 24, 25, 26 und 27 angeordnet sind, in Betrieb gesetzt werden.

Die Einspritzdüsen selbst können von einer Art sein, wie sie beispielsweise in der US-PS 4 197 996 beschrieben sind. Als Sensor 22 zur Ermittlung der Position der Nockenwelle kann ein Sensor verwendet werden, wie er beispielsweise in der US-PS 4 235 101 beschrieben ist. Jedoch können auch andere Konstruktionen für die Einspritzdüsen und für den Sensor Verwendung finden.

Wie insbesondere aus der Fig. 2 hervorgeht, hat ein Zylinder 40 und ein Kolben 45 die in dieser Figur dargestellte Form. Jedoch können auch die anderen Zylinder und Kolben Anordnungen gemäß Fig. 1 von ähnlichem Aufbau sein wie in Fig. 2 dargestellt.

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Der Zylinder 40, der Kolben 45 und der Zylinderkopf 39 bilden einen Verbrennungsraum 71. Die Einspritzdüse 24 ist in dem Zylinderkopf 39 angeordnet und besitzt eine Düse 72, die in die Verbrennungsräume 71 hineinragt. Die Glühkerze 29 ist unterhalb der Düse 72 angeordnet. Die Einspritzdüse 54 steht in Verbindung mit einer Leitung 74, die wiederum an die Kraftstoffpumpe 18 angeschlossen ist. Eine Heizspule 76 liegt unmittelbar neben der L_eitung 74 in der Nähe der Einspritzdüse 24.

Der Zylinder 40 weist einen Einlaßkanal 78 sowie einen Auslaßkanal 80 auf. Der Einlaßkanal 78 steht in Verbindung mit einem Einlaß stutzen 82, der wiederum die Pumpenschaufeln eines Verdichters 20 aufnimmt. Der Verdichter 20 weist eine elektromagnetisch betätigbare Antriebseinheit 86 auf, durch die die Pumpenschaufeln 84 betätigt werden können. Der Verdichter ist so ausgelegt, daß er einen Druck aufbringen kann, der doppelt so hoch ist wie der atmosphärische Druck. Der Auslaßkanal 80 steht in Verbindung mit einem Auslaßstutzen 88, der wiederum die Turbindenschaufeln 90 des Verdichters aufnimmt. Der Auslaßstutzen 88 weist weiterhin einen üblichen Bypass 87 auf sowie ein Absperrventil in diesem Bypass.

Der Einlaßkanal 78 bildet einen Ventilsitz 89 für das Einlaßventil 34. Das Einlaßventil 34 weist einen Ventilschaft 91 auf, der axial bewegbar in d em Zylinderkopf 39 angeordnet ist. Der Ventilkopf 93 des Ve ntilschaftes 91 ist so ausgebildet, daß er an den Kipphebel 59 (siehe Fig. 1) anstößt. Eine Ventilfeder 95 ist koaxial zum Ventilschaft und um diesen herum angeordnet und bewegt das Einlaßventil 34 nach oben.

Wie insbesondere aus den Figuren 3 und 4 hervorgeht, weist der Ventilschaft 91 ein Flanschteil 92 auf. Eine ringförmig ausgebildete Ventilscheibe 94 sitzt koaxial zum Ventilschaft 91. Eine Feder 96 stützt sich an einem Ende auf einem Kragen (gemäß Fig. 5) 98 ab, wobei der Kragen an dem Ventilschaft 91 angeordnet ist.

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I b&.-12"l7 / 10. August 1982

Die Feder 96 drückt die Ventilscheibe 94 in die offene Position des Ventils, wie in Fig. 3 dargestellt. In dieser Position befindet sich der Kolben im Ansaugtakt.

Die Ventilscheibe 94 ist so ausgebildet, daß bei einem höheren Druck in dem Verbrennungsraum 91 verglichen mit dem Druck im Einlaßstutzen 82 die Ventilscheibe 94 auf dem Ventilschaft 91 gegen die Wirkung der Feder 96 nach oben geschoben wird und somit sich anlegt an den Ventilsitz 89 mit der Folge, daß der Einlaßkanal 78, wie in Fig if gezeigt, abgesperrt wird. Dabei können die Daten so gewählt werden, daß von einem vorhergewählten Differenzdruck zwischen dem Druck im Verbrennungsraum und dem Ansaugkanal an eine Schließung des Ventils erfolgt.

Die erfindungsgemäße Starteinrichtung wirkt wie folgt: Das Startsystem wird dadurch in Gang gesetzt, daß der Zündschalter 14 betätigt wird. Dadurch werden die Glühkerzen 29, 30 , 31 und 32 eingeschaltet sowie auch der Mikroprozessor 16 in Gang gesetzt. Der Mikroprozessor 16 selbst schaltet den Verdichter 20 und die Kraftstoffpumpe 18 ein. Der Verdichter 20 fördert komprimierte Luft in den Zylinder 42 vorbei an dem Einlaßventil 36, das eine offene Position einnimmt, wie in Fig. 3 dargestellt. Dadurch wird in der Brennkammer ein Druck erreicht, der etwa doppelt so groß ist wie der atmospherische Druck. Weiterhin wird dem Mikroprozessor 16 ein entsprechendes Signal vom Sensor 22 zugeleitet, wodurch der Mikroprozessor in die Lage versetzt wird, ausgewählte Einspritzdüsen 24, 25, 26 bzw 27 in Tätigkeit zu setzen. Wie insbesondere aus der Fig. 1 hervorgeht, sind die Einspritzdüsen 24 und 26 geöffnet und K_raftstoff wird in die Zylinder 40 und 42 für die Kolben 45 und 47 eingespritzt. Dabei nehmen diese Kolben die Positionen für den Arbeitstakt bzw für den Ansaugtakt ein.

F'ord /"US-1217 / 10. August 1982

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Der in die Zylinder 40 eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der in den Zylindern enthaltenen Luft. Dabei erfolgt die Vermischung des Kraftstoffes mit einer Luft, die einen Druck besitzt, der oberhalb des Atmosphärendruckes liegt. Zur Verbesserung der Verdampfung des Kraftstoffes insbesondere bei Kaltstarts erhält der Mikroprozessor 16 ein Signal von dem Temperatursensor 49. Wenn der Temperatursensor 49 eine Temperatur anzeigt unterhalb eines vorherbestimmten Minimums, werden durch ein entsprechendes Signal die Heizspulen 76 eingeschaltet. Die Heizspulen 76 wärmen den Kraftstoff auf, der über die Einspritzventile zu den Zylindern gelangt.

Die Glühkerzen 29 und 31 zünden den eingespritzten Kraftstoff. Nach Zündüngen werden die Zylinder 40 und 45 nach unten bewegt. Die Zündung im Zylinder 42 läßt den Druck im Zylinder relativ hoch ansteigen verglichen mit dem Druck im Einlaßstutzen 82. Die Ventilscheibe 94 reagiert auf diesen Druckunterschied damit, daß die Ventilscheibe die Position, wie in Fig. 4 dargestellt, einnimmt, wodurch der Kolben 47 nach unten bewegt wird, da der Verbrennungsraum abgesperrt wird.

Wird die Verbrennungskraftmaschine für länger als einige Minuten abgeschaltet, baut sich der Druck innerhalb des Zylinders 40 ab. Wird nun die Brennkammer 71 des Zylinders 42 unter Druck gesetzt, ist die Verbrennungskraft im Zylinder 42 normalerweise größer als die Verbrennungs* kraft im Zylinder 40. Die größere Verbrennungskraft drückt den Kolben 47 nach unten in Verbindung mit der kleineren Verbrennungskraft, die auf den Kolben 45 einwirkt. Dadurch wird die Kurbelwelle in Drehung versetzt. Diese Bewegung ist in der Lage, eine Drehzahl der Kurbelwelle von über 1 000 U/min zu erreichen. Der Sensor 22 kann feststellen, ob diese Drehzahl erreicht ist. Sobald sie erreicht ist, kann die Kraftstoffpumpe 18 und der Verdichter 20 abgeschaltet werden und die Verbrennungskraftmaschine läuft in normaler Weise weiter.

.Ford ^US-12ί 7. VJ'O. August 1982

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Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird in Verbindung mit der Fig. 5 erläutert. Hier enthält eine elektrische Schaltung 111 eine Batterie 113, die mit einem Zündschalter 114 verbunden ist, so daß ein Mikroprozessor 116 entsprechend betätigt werden kann.

Der Zündschalter 114 verbindet jedoch auch die Batterie mit der Primärwicklung 98 in Fig. 5 der Zündspule 99 und auch mit dem Zündmodul 100.

Die Sekundärwicklung 102 der Zündspule 99 ist verbunden mit einem Verteiler, der insgesamt mit 104 bezeichnet ist und der wiederum verbunden ist mit den vier Zündkerzen 94, 95, 96 und 97. Jede der Zündkerzen 94, 95, 96 und 97 ist auf übliche.Weise in einem Zylinderkopf angeordnet und erstreckt sich in den Verbrennungsraum hinein. Der Mikroprozessor 116 ist weiterhin mit einem Sensor 122, einer Kraft-: stoffpumpe 118, einem Verdichter 120und Einspritzdüsen 124, 125, und 127 verbunden.

Weiterhin ist der Mikroprozessor 116 an den Verteiler 104 angeschlossen.

Der Verteiler 104 ist mit Einzelheiten in der Fig. 6 gezeigt. Er besitzt eine übliche Anordnung 130, die mit einem Kontakt 131 und der Sekundärspule 102 verbindbar ist. Die Anordnung 130 rotiert auf der Welle 133 und stellt einen Kontakt her mit den Kontakten 132, die wiederum verbunden sind mit den entsprechenden Zündkerzen 94, 95, 96 und 97. Darüber hinaus ist ein elektrisch leitfähiger Ring 134 um die Welle 133 herum angeordnet; dieser Ring steht in elektrischem Kontakt mit dem positiven Kontakt 131 über einen metallischen Ring 138, der mit der Welle 133 verbunden ist. Blattfedern 136 halten den Ring 134 in Abstand uiterhalb der Kontakte 132.

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Der Ring 134 weist Speichen 135 auf, die an ein Teil 137 eines Solenoids 139 anstoßen. Dadurch wird eine Verbindung zu dem Mikroprozessor 116 hergestellt. Das Teil 137 ist verschiebbar angeordnet und bewegt den Ring 134 in und außer Kontakt mit den Kontakten 132. Die Betätigung des Solenoids 139 drückt das Teil 137 nach oben und bewegt den Ring 1 34 gegen die Wirkung der Federn 136 und gegen die Schwerkraft in Kontakt mit den Kontakten 132.

Die Anordnung wirkt wie folgt: Durch Einschalten des Zündschalter wird der Mikroprozessor 116 eingeschaltet und verbindet die Wicklung 98 mit der Batterie 113. Der Mikroprozessor sendet ein Signal aus, wodurch das Zündmodul 100, die Kraftstoffpumpe 118, der Verdichter 120 und das Solenoid 139 des Verteilers 104 in Tätigkeit gesetzt wird.

Der Verdichter 120 und die Einspritzdüsen 124, 125, 126 und 127 wirken in einer mit der ersten Ausführungsform vergleichbaren Weise.

Da der Verteiler 104 einen Ring 134 in Kontakt mit allen Kontakten bringt, werden alle Zündkerzen 94, 95, 96 und 97 mit Strom versorgt, und zwar gleichzeitig. Eine Zündung findet statt in den Zylindern, in denen die Ansaugoperation und der Arbeitshub stattfindet, wie bereits bei der ersten Ausführungsform beschrieben. Erreicht die Drehung der Kurbelwelle eine Drehzahl oberhalb eines vorherbestimmten Bereiches, also etwa oberhalb 1 000 U/min , so veranlaßt der Sensor 22 mit seinem Signal, das an den Mikroprozessor 116 geleitet wird, daß die Schaltung so erfolgt, daß ein normaler Betriebsablauf stattfindet.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird Kraftstoff zu allen vier Zylindern zugeführt und eine Zündung erfolgt gleichzeitig in allen vier Zylindern. Die gleichzeitige Zündung in allen vier Zylindern

F.ord ^ US-1217-/-IC: August 1982

führt dazu, daß beispielsweise die Kolben 45 und 47 nach unten gedrückt werden durch die Verbrennung in den Zylindern 40 und 42.

Die Verbrennung im Zylinder 41 wirkt gegen die aufwärts gerichtete Bewegung des Kolbens 46. Da jedoch die beiden Kolben 45 und 47 nach unten bewegt werden und die auf den Kolben 46 wirkende Kraft kleiner ist, wirkt die Resultierende aus allen Kräften so, daß die Kurbelwelle in Drehung versetzt wird.

Durch die Erfindung wird eine Starteinrichtung für Verbrennungskraftmaschinen vorgeschlagen, die mit einer wesentlich kleineren Batterie als bekannte Anordnungen auskommt. Dadurch wird wesentlich an Gewicht gespart, da an zusätzlichen Einrichtungen nur sehr wenige Teile erforderlich sind, die zudem kein großes Gewicht haben. Die benötigten Einri chtungen wie Brennstoffpumpen, Mikroprozessoren, Verdichter, Einspritzanlagen und ähnliches sind in der Regel bei Verbrennungskraftmaschinen, bei denen der Gegenstand der Erfindung angewendet werden soll, schon vorhanden. Dazu kommt, daß durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ein leises Starten des Motors möglich ist. Der Gegenstand der Erfindung ist auch insbesondere bei solchen Motoren anwendbar, bei denen bei Stehen des Fahrzeuges, der Motor abgeschaltet und bei Inbetriebsetzen wieder neu gestartet werden muß.

Claims

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Patentansprüche

Starteinrichtung für eine mehrzylindrige, vorzugsweise im 4-Taktverfahren arbeitende Verbrennungskraftmaschine, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) es sind Mittel vorgesehen zur Zufuhr von Kraftstoff zu den Verbrennungsräumen (71) der Kolben, die sich im Ansaug- und im Verbrennungstakt befinden, so daß in diesen Verbrennung s räumen ein Luft/Kraftstoff gemisch entsteht;

b) es sind Mittel vorgesehen, die eine Zündung des Luft/Kraftstoffgemisches in diesen Verbrennungsräumen vornehmen;

c) es sind Mittel vorgesehen, die beide Verbrennungsräume, in denen eine Zündung erfolgt, absperren, so daß beide Kolben^ eine Drehung der Kurbelwelle (50) bewirkend^bewegt werden.
2. Starteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Ansaugkanälen für die Verbrennungsräume, in denen eine Zündung des Luft/Kraftstoflgemisches erfolgt, ein Verdichter (20, 120) eingeschaltet ist.
3. Starteinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventile (34, 35, 36, 37) mit einer durch eine Feder (96) belasteten, auf dem Ventilschaft (91) der Einlaßventile (34, 35, 36, 37) axial verschieblichen Ventilscheibe (94) versehen sind.

4, Starteinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß als Verbrennungskraftmaschine (12) eine 4-Zylinder-Verbrennungskraftmaschine oder eine Verbrennungskraftmaschine

XJ 8;JZl J J 10. August 1982

mit einer Vielzahl von vier als Zylinderzahl verwendet wird, wobei die Anordnung so vorgenommen wird, daß immer eine gleiche Anzahl von Kolben sich im Ansaug- und Arbeitshub bzw im Kompressions- und Auspuffhub befinden.