DE4120088C2 - Zusatzstartvorrichtung für einen Mehrzylinderdieselmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusatzstartvorrich­ tung für einen Mehrzylinderdieselmotor bzw. eine Dieselma­ schine, mit Glühkerzen, die beim Starten mit einer 24-Volt- Batterie betrieben werden.

Bei Mehrzylinderdieselmotoren weist im allgemeinen jeder Zy­ linder eine 12-Volt-Glühkerze auf, die mit einer Spannung von 12 Volt betrieben wird. Die elektrischen Widerstands­ drähte der entsprechenden Glühkerzen sind parallel miteinan­ der verbunden und mittels einer elektrischen Leitung an eine 12-Volt-Batterie angeschlossen. Die 12-Volt-Batterie liefert die Spannung zum Entwickeln einer bestimmten Wärmemenge in jedem Zylinder des Dieselmotors.

Es ist bekannt, anstelle einer 12-Volt-Batterie eine 24- Volt-Batterie einzusetzen, um so die Kapazität zu erhöhen und damit den Anforderungen eines Mehrzylinderdieselmotors zu genügen und einen bestimmten schnellen Temperaturanstieg in den jeweiligen Zylinder des Mehrzylinderdieselmotors sicherzustellen.

In diesem Fall wird eine 24-Volt-Glühkerze eingesetzt. Dabei ist es erforderlich, den Drahtwiderstand der 24-Volt-Glüh­ kerze viermal so groß auszuführen, wie bei einer 12-Volt- Glühkerze. Davon ausgehend, daß der elektrische Widerstand umgekehrt proportional zum Quadrat seines Durchmessers ist, beträgt der Durchmesser eines Widerstandsdrahts bei der 24- Volt-Glühkerze 0,1 mm, wenn der Durchmesser des Widerstands­ drahts der 12-Volt-Glühkerze 0,2 mm beträgt.

Der Widerstandsdraht der 24-Volt-Glühkerze ist daher dünner, so daß Probleme auftreten hinsichtlich der Lebensdauer des dünnen Widerstandsdrahts, weil davon ausgegangen werden kann, daß der dünne Widerstandsdraht bei wiederholtem Anle­ gen einer hohen Spannung bricht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zusatzstartvorrichtung für einen Mehrzylinder-Dieselmotor bereitzustellen, die zu einer hohen Lebensdauer der Glühker­ zen beiträgt und einen einfachen Aufbau hat.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungs­ formen der Erfindung.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung weist eine Zusatzstartvorrichtung für einen Vierzylin­ derdieselmotor folgende Merkmale auf: Jeder Zylinder hat eine 12-Volt-Glühkerze, die mit einer Spannung von 12 Volt betrieben werden kann, jede Glühkerze weist eine zylindri­ sche Metallhülse auf, in der ein stabförmiges Heizelement angeordnet ist, das einen in einen keramischen Körper einge­ betteten elektrischen Widerstand aufweist, wobei die Zusatz­ startvorrichtung vier Widerstände aufweist, die in einem ersten Zustand in einer Parallelschaltung von jeweils zwei in Serie geschalteten elektrischen Widerständen angeordnet sind und in einem zweiten Zustand die vier elektrischen Wi­ derstände in Serie angeordnet sind zum Bilden eines elektri­ schen Leitungswegs, mit einem ersten und zweiten elektromag­ netischen Relais, die zum Auswählen des ersten oder zweiten Zustands dienen und einer 24-Volt-Batterie, deren Spannung beim Starten des Dieselmotors mittels des ersten und zweiten elektromagnetischen Relais an den elektrischen Leitungsweg des ersten Zustands angelegt wird, wobei die Spannung der 24-Volt-Batterie, sobald der Dieselmotor gestartet worden ist, mittels des ersten und zweiten elektromagnetischen Re­ lais an den elektrischen Leitungsweg des zweiten Zustands angelegt wird.

Dabei wird in vorteilhafter Weise beim Starten des Dieselmo­ tors eine Spannung von 12 Volt an jeden Widerstand der 12- Volt-Glühkerzen angelegt, so daß diese schnell erhitzt wer­ den. Sobald der Dieselmotor gestartet worden ist, wird eine Spannung von nur 6 Volt an jeden Widerstand der 12-Volt- Glühkerzen angelegt, so daß ein Nachglühbetrieb möglich ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist eine Zusatzstartvorrichtung für einen Sechszylinderdieselmo­ tor folgende Merkmale auf: Jeder Zylinder weist eine 8-Volt- Glühkerze auf, die mit einer Spannung von 8 Volt betrieben werden kann, wobei die Glühkerze eine zylindrische metalli­ sche Hülse aufweist, in der ein stabförmiges Heizelement mit einem in einen keramischen Körper eingebetteten elektrischen Widerstand angeordnet ist; die Zusatzstartvorrichtung weist sechs elektrische Widerstände auf, von denen in einem ersten Zustand jeweils drei in Serie angeordnete elektrische Wider­ stände parallel verbunden sind zum Bilden eines elektrisch leitenden Wegs, und in einem zweiten Zustand die sechs elek­ trischen Widerstände miteinander in Serie angeordnet sind zum Bilden eines elektrisch leitenden Wegs, ein erstes und zweites elektromagnetisches Relais zum alternativen Auswäh­ len des ersten und zweiten Zustands, eine 24-Volt-Batterie, deren Spannung beim Starten des Dieselmotors mittels des ersten und zweiten elektromagnetischen Relais an den elek­ trisch leitenden Weg des ersten Zustands angelegt wird und wobei die Spannung der 24-Volt-Batterie, nachdem der Diesel­ motor gestartet worden ist, mittels des ersten und zweiten elektromagnetischen Relais an den elektrisch leitenden Weg des zweiten Zustands angelegt wird.

Dabei wird in vorteilhafter Weise beim Starten des Dieselmo­ tors eine Spannung von 8 Volt an jeden Widerstand der 8- Volt-Glühkerzen angelegt, so daß diese schnell erhitzt wer­ den.

Sobald der Dieselmotor gestartet worden ist, wird eine Span­ nung von nur 4 Volt an jeden Widerstand der 8-Volt-Glühker­ zen angelegt, so daß ein Nachglühbetrieb möglich ist.

Die vorliegende Erfindung sowie deren Vorteile wird nachste­ hend anhand von Beispielen und der Zeichnungen näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine elektrische Schaltung gemäß einer ersten Aus­ führungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Aufsicht einer 12-Volt-Glühkerze, wobei mit einem teilweisen Schnitt in Längsrichtung ein kera­ misches Heizelement im Detail zu sehen ist,

Fig. 3 eine elektrische Schaltung gemäß einer zweiten Aus­ führungsform der Erfindung und

Fig. 4 eine elektrische Schaltung entsprechend einer von der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgehenden geänderten Ausführungsform.

Zunächst wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, in denen eine erste Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. Mit dem Bezugszeichen A wird eine Zusatzstartvorrich­ tung (Hilfsstartvorrichtung) für einen Vierzylinderdieselmo­ tor unter Verwendung einer 24-Volt-Batterie 1 als Spannungs­ quelle bezeichnet. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel be­ steht die 24-Volt-Batterie aus zwei in Serie angeordneten 12-Volt-Batteriezellen 11, 12. Die Zusatzstartvorrichtung A weist außerdem eine Gruppe 2 von vier 12-Volt-Glühkerzen 20 auf, die jeweils mit einer Spannung von 12 Volt betrieben werden können und einen zylindrischen Metallmantel (Metall­ hülse) 24 aufweisen, in dem wie in Fig. 2 gezeigt, ein stab­ ähnliches keramisches Heizelement 23 konzentrisch angeordnet ist. Das keramische Heizelement 23 weist eine Wolframspule auf, die in einen Siliciumnitridkörper 22 eingebettet ist und als Widerstandsdraht 21 dient, der einen Durchmesser von etwa 0,2 mm aufweist. Das so hergestellte keramische Heiz­ element 23 steht mit seinem vorderen Endabschnitt über das vordere Ende 25 des Metallmantels 24 durch eine Hülse 26 hinaus. Innerhalb des Metallmantels 24 sind zwei Elektroden 27, 28 elektrisch isoliert von dem Metallmantel 24 angeord­ net. Die 12-Volt-Glühkerze 20 ist so ausgelegt, daß sie eine Sättigungstemperatur des keramischen Heizelements 23 inner­ halb eines Bereiches von 1000°C ± 300°C aufrechterhält, wenn eine Spannung von 7 Volt an den Widerstandsdraht 21 angelegt wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Zusatzstartvorrichtung A weist ein Schnellvorheizrelais 3 und ein Nachglührelais 4 auf, die das erste bzw. zweite Relais gemäß der vorliegenden Erfin­ dung bilden. Das Schnellvorheizrelais 3 weist ein bewegbares Kontaktelement 3a, eine feste Kontaktstelle 31, die mit einem positiven Anschluß 13 der 24-Volt-Batterie 1 verbunden ist, und eine Schaltkontaktstelle 32 auf, die mit einer elektrisch neutralen Stelle m der Widerstandsdrähte 21 der aus vier 12-Volt-Glühkerzen 20 bestehenden Gruppe 2 verbun­ den ist.

Zum anderen weist das Nachglührelais 4 ein bewegbares Kon­ taktelement 4a und eine feste Kontaktstelle 41 auf, die mit der neutralen Stelle m über einen heißen Anschluß h und zwei in Reihe angeordnete Widerstandsdrähte 21 verbunden ist. Das Nachglührelais 4 weist außerdem eine Rücksetzkontaktstelle 42 auf, die mit einer Rücksetzkontaktstelle 33 des Schnell­ vorheizrelais 3 verbunden ist. Das Nachglührelais 4 weist ferner eine Schaltkontaktstelle 43 auf, die mit einem nega­ tiven Anschluß 14 der 24-Volt-Batterie 1 über einen Start­ schalter 45 verbunden ist und gleichzeitig über einen kalten Anschluß c und zwei andere Widerstandsdrähte 21, die in Se­ rie angeordnet sind, mit der neutralen Stelle m verbunden ist.

In diesem Fall sind zwei in Serie miteinander verbundene Wi­ derstandsdrähte 21 parallel zu zwei weiteren in Serie ange­ ordneten Widerstandsdrähten 21 angeordnet.

Mit dem zuvor beschriebenen Aufbau wird zum Starten des Vierzylinderdieselmotors durch Betätigen eines Zündschlüs­ sels des Dieselmotors der Startschalter 45 geschlossen. In Kombination mit dem geschlossenen Startschalter 45 wird das Schnellvorheizrelais 3 angeregt, so daß das bewegbare Kon­ taktelement 3a den Kontakt zwischen der festen Kontaktstelle 31 und der Schaltkontaktstelle 32 herstellt, während das Nachglührelais 4 angeregt wird, so daß das bewegbare Kon­ taktelement 4a den Kontakt zwischen der festen Kontaktstelle 41 und der Schaltkontaktstelle 43 herstellt. Dadurch wird eine Spannung von 12 Volt an jeden der zwei in Reihe ange­ ordneten Widerstandsdrähte 21 angelegt, so daß eine be­ stimmte Wärmemenge von dem keramischen Heizelement 23 abge­ geben wird und so das Starten des Vierzylinderdieselmotors erleichtert wird.

Sobald der Motor gestartet worden ist, wird vorzugsweise mittels eines Zeitgebers (nicht dargestellt) die Stromver­ sorgung für das Schnellvorheizrelais 3 abgeschaltet, wodurch das bewegbare Kontaktelement 3a aus der als durchgezogene Linie dargestellten Position in die gestrichelt dargestellte Position bewegt wird, so daß zwischen der festen Kontakt­ stelle 31 und der Rücksetzkontaktstelle 33 Kontakt herge­ stellt wird. Beim Abschalten des Schnellvorheizrelais 3 bewegt das Nachglührelais 4 das bewegbare Kontaktelement 4a aus der mit durchgezogenen Linien angegebenen Position in die gestrichelt dargestellte Position, so daß zwischen der festen Kontaktstelle 41 und der Rücksetzkontaktstelle 42 Kontakt hergestellt wird.

In dieser Situation wird die Spannung der 24-Volt-Batterie 1 an die vier Widerstandsdrähte 21, die in Serie angeordnet sind, angelegt. Das heißt eine Spannung von nur 6 Volt wird an jeden der vier Widerstandsdrähte 21 der entsprechenden Glühkerzen 20 angelegt, um einen Nachglühbetrieb zu bewir­ ken.

Bei Stoppen des Dieselmotors wird der Startschalter 45 beim Betätigen des Zündschlüssels des Dieselmotors geöffnet, in­ dem der Schalter aus der Position mit der durchgezogenen Li­ nie in die Position mit der gestrichelt gezeichneten Linie gebracht wird.

Die vorliegende Erfindung hat u. a. folgende Vorteile:

• a) Der erfindungsgemäße Aufbau ermöglicht den Einsatz von 12-Volt-Glühkerzen 20 in dem Vierzylinderdieselmotor, ohne den Widerstandsdraht 21 dünner ausführen zu müs­ sen. Dadurch ist eine längere Lebensdauer sicherge­ stellt, wobei der Aufbau relativ einfach ist.
• b) Im Gegensatz zu dem Fall, in dem Widerstandsdrähte ab­ wechselnd durch Ändern der Verbindung der Batteriezel­ len 11, 12 von Serien- zu Parallelschaltung mit Strom versorgt werden, vermeidet der vorliegende erfindungs­ gemäße Aufbau das Risiko eines Kurzschlusses. Außerdem ist ein plötzlicher Ausfall der Spannungsquelle und ein unbeabsichtigtes Entladen der Batterie im Gegen­ satz zu dem Fall, bei dem die elektrische Verbindung von Parallel- zu Serienschaltung umgeschaltet wird, nicht möglich.
• c) Die Anordnung der Relais 3, 4 stellt sicher, daß die Spannung während der Startzeit des Dieselmotors unver­ ändert an jedem der Widerstandsdrähte 21 anliegt, selbst wenn bei den Relais 3, 4 ein Fehler auftritt. Jede Kontaktstelle eines ausfallenden Relais verändert seine Lage von der als durchgezogene Linie gezeigten Position in die als gestrichelte Linie 1 gezeigte Po­ sition (vgl. Fig. 1).

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dar­ gestellt, wobei die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet werden. Die zweite Ausführungsform der Erfindung weist sechs 8-Volt-Glühkerzen auf, die jeweils an einem ent­ sprechenden Zylinder eines Sechszylinderdieselmotors ange­ ordnet sind. Jede der 8-Volt-Glühkerzen hat einen ähnlichen Aufbau wie die oben beschriebene 12-Volt-Glühkerze 20 mit der Ausnahme, daß jede 8-Volt-Glühkerze einen Widerstands­ draht 50 mit einem Durchmesser von etwa 0,25 mm aufweist.

In dieser zweiten Ausführungsform sind drei Widerstands­ drähte 50 in Serie miteinander verbunden und mit drei weite­ ren in Serie angeordneten Widerstandsdrähten parallel ge­ schaltet, so daß beim Starten des Sechszylinderdieselmotors eine Spannung von 8 Volt an jedem der sechs Widerstands­ drähte 50 anliegt. Sobald der Dieselmotor gestartet worden ist, ändern die Relais 3, 4 den elektrischen Leitungsweg, so daß die sechs Widerstandsdrähte 50 in Serie miteinander ver­ bunden sind und an jedem der sechs Widerstandsdrähte 50 eine Spannung von 4 Volt anliegt.

Anstelle eines Widerstandsdrahts, der aus einer Wolframspule besteht, kann elektrisch leitende Keramik eingesetzt werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann an jedem Zylin­ der eines Dieselmotors ein Temperatursensor 46 angeordet sein, der, wie in Fig. 4 dargestellt, die Relais 3, 4 mit Strom versorgt, sobald der Temperatursensor 46 eine be­ stimmte Temperatur innerhalb des Zylinders detektiert.

Claims (11)

1. Zusatzstartvorrichtung für einen Mehrzylinderdieselmo­ tor, wobei jeder Zylinder eine Glühkerze mit einem be­ stimmten elektrischen Widerstand (21, 50) und einer be­ stimmten Betriebsspannung aufweist, mit:
einer Batterie (1), wobei die Batteriespannung an die elektrischen Widerstände (21, 50) der mehreren Zylinder anlegbar ist; und
einer Schaltvorrichtung, die ein erstes und ein zweites elektromagnetisches Relais (3, 4) aufweist und zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebszustand umschaltbar ist, wobei
in dem erstem Betriebszustand mittels der Schaltvorrich­ tung (3, 4) die mehreren elektrischen Widerstände (21, 50) vorzugsweise gleichmäßig auf zwei zueinander paral­ lel angeordneten Widerstandsanordnungen aufgeteilt wer­ den, in der die zugehörigen elektrischen Widerstände in Serie angeordnet sind, und die Batteriespannung an die zwei zueinander parallel angeordneten Widerstandsanord­ nungen angelegt wird, und
in dem zweiten Betriebszustand mittels der Schaltvor­ richtung (3, 4) alle elektrischen Widerstände (21, 50) miteinander in Serie verbunden sind und die Batterie­ spannung an die Serienanordnung angelegt wird.

2. Zusatzstartvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anzahl der elektrischen Widerstände (21, 50) 2 n beträgt, wobei n eine ganze Zahl ist.

3. Zusatzstartvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Batteriespannung in dem ersten Betriebszustand derart auf die elektrischen Widerstände (21, 50) aufgeteilt wird, daß die Glühkerzen mit ihrer Betriebsspannung be­ trieben werden.

4. Zusatzstartvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Batteriespannung in dem zweiten Betriebszustand derart auf die elektrischen Wi­ derstände (21, 50) aufgeteilt wird, daß die Glühkerzen mit der halben Betriebsspannung betrieben werden.

5. Zusatzstartvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Batteriespannung der Batterie (1) 24 Volt beträgt.

6. Zusatzstartvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einem Vierzylinderdieselmotor jeder Zylinder eine Glühkerze mit einer Betriebsspannung von 12 Volt aufweist.

7. Zusatzstartvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einem Sechszylinderdieselmotor jeder Zylinder eine Glühkerze mit einer Betriebsspannung von 8 Volt aufweist.

8. Zusatzstartvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkerze (20) einen zy­ lindrischen Metallmantel (24) aufweist, in dem ein stab­ förmiges Heizelement (23) mit einem in einen keramischen Körper (22) eingebetteten elektrischen Widerstand (21) angeordnet ist.

9. Zusatzstartvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Betriebszu­ stand die Glühkerzen (20) vor dem Starten des Dieselmo­ tors vorgeglüht werden.

10. Zusatzstartvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Betriebszu­ stand die Glühkerzen (20) nach dem Starten des Dieselmo­ tors im Nachglühbetrieb betrieben werden.

11. Zusatzstartvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch mindestens einen Thermofühler (46) zum Erkennen der Temperatur im Zylinder und vor­ zugsweise zum Ansteuern der Schaltvorrichtung.