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Verfahren zum Erleichtern des Anlassens von Einspritzdieselmotoren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erleichtern des Anlassens von-Einspritzdiesel-Motoren,
insbesondere von Motoren mit Nebenkammern, wie Vorkammern, Luftspeicher, Wirbelräume
u..dgl., aus dem kalten Zustand, bei .denen die Einspritzventile durch den Brennstoffdruck
unter Überwindung einer Schließkraft-geöffnet werden.
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Um die besonders bei sehr kaltem Motor bis zum Anspringen verstreichende
Anlaßzeit abzukürzen und dadurch die beispielsweise bei Fahrzeugmotoren nur in beschränktem
Maß vorhandene Anlaßkraft zu sparen, ,wird gemäß der Erfindung die Schließkraft
des oder der Einspritzventile vorübergehend etwa über die Dauerdes Anlaßvorganges
wenigstens annähernd auf das Doppelte der beim normalen Betrieb wirksamen Schließkraft
erhöht.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, die Schließkraft der Einspritzventile
über den Anlaßvorgang herabzusetzen. Hiermit wird aber,, besonders bei sehr kaltem
Motor, keine Abkürzung der Anlaßzeit erreicht. Dies ist durch Versuche festgestellt
worden, die beispielsweise für einen Vorkammermotor die kürzeste Anlaßdauer ergeben
haben, nachdem der Schließdruck der Düse, der normalerweise- etwa bei einem Brennstoffdruck
von 8o Atm..überwunden wird, so gesteigert worden ist, daß eret ein Brennstoffdruck
von etwa 15ö Atm. das Einspritzventil öffnen konnte.
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Die Annahme, daß bei Herabsetzung des Schließdrucks@=die Zeit bis
zum Anspringen des Motors verkürzt werde, ist wohl darauf zurückzuführen, daß bei
Anwendung sehr hofier Schließdrücke die Einspritzpumpen bei der langsamen Andrehgeschwindigkeit,
vielleicht infolge ungenauer Ausführung, einer sehr schlechten Lieferungsgrad gehabt
haben mögen. Die an der Pumpe eingestellte Brennstoffmenge wurde also gar nicht
eingespritzt. Erst nach Herabsetzendes Schließdrucks gelangte eine für das Anspringeh
ausreichende Brennstoffmenge in den Brennraum. Nicht das Herabsetzen des Schließdrucks,
sondern die damit erzielte Erhöhung des Pumpenlieferungsgrades über die Anlaß,dauer
war also der Grund für das bessere Anspringen. Der allgemein gezogene Schluß, daß
man mit herabgesetzter Schließkraft ein rascheres Anlassen erhalte, berücksichtigte
also die ursächlichen Zusammenhänge unvollständig.
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Um die Anspringverhältnisse von Einspritzdieselmotoren zu verbessern,
ist auch schon vorgeschlagen worden, Mittel anzuwenden, die über die Dauer des Anlaßvorgangs
'den Einspritzhub der den Brennstoff fördernden Kolben' in einem wesentlich kürzeren
Teil einer Umdrehung'besorgen als beim normalen Betrieb. Dadurch wird-die Geschwindigkeit,
mit welcher der Brennstoff durch die Einspritzdüse getrieben wird, und damit auch
die Feinheit der Zerstäubung ,entsprechend größer, als wenn man das bei normalem
Betrieb, wirksame Verhältnis von Pumpenkolbengeschwindigkeit zur Drehzahl beibehielte.-
Diese Hilfsmittel (z. B: besonders steile Anlaßnocken oder aber auch sogenannte
Abschnappkupp-. Lungen) sind indessen wesentlich teurer und viel weniger verschleißsicher
als die zum erfindungsgemäßen Verdoppeln der Düsenschließkraft benötigten Mittel.
Außerdem vermögen diese Hilfsmittel den Anlaßvorgang lange nicht so gut zu unterstützen
wie gerade
das vorübergehende Heraufsetzender Düsenschließkraft,
weil sie den für die Selbstzündung und die richtige Entfaltung des sich daran anschließenden.
arbeitsleistenden Verbrennungsvorgangs wesentlichen Zerstäubungsgradder ersten die
Düse bei jeder Einspritzung verlassenden Brennstoffteilchen nicht so beeinflussen,
wie es für die Begünstigung der richtigen Kraftentfaltung bei der Verbrennung nötig
ist. Der Zerstäubungsgrad dieser ersten Brennstoffteilchen jedes Einspritzvorganges
hängt bei den hier allein zu berücksichtigenden Anlagen mit flüssigkeitsgesteuerten
Einspritzventilen ab von der Höhe desjenigen Flüssigkeitsdrucks, der die auf der
Düsennadel lastende Schließkraft zu überwinden vermag. Erhöht man diese Schließkraft,
so müß die Pumpe vor Beginn des Einspritzens ganz ohne Rücksicht auf die Geschwindigkeit,
mit .der ihr Pumpgliied bewegt wird, eine durch den damit erhöhten Öffnungsdruck
bedingte höhere Aufladearbeit leisten, die sofort beim Einspritzbeginn frei wird
und den Zerstäubungsgrad eben jener ersten in den Brennraum- gelangenden Brennstoffteilchen
verbessert. Bevor nicht jedes die Düse verlassende Brennstoffteilchen -unter den
:der Steigerung des Schließdrucks entsprechenden.erhöhten Druck gesetzt worden i@t,
kann es die Düse nicht verlassen.
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Im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen, bei denen der Einspritzvorgang,
ohne Rücksicht auf die Geschwindigkeit des Pumpenkolbens, immer dann beginnt, wenn
der normale Düsenschließdruck überwunden ist, fängt das Einspritzen bei Anwendung
der erfindungsgemäßen Steigerung der Schließkraft erst an, nachdem die wesentlich
erhöhte Schließkraft erreicht wurde. Darauf ist die erwähnte Verbesserung des Zerstäub.ungsgrades
der bei jedem Einspritzvorgang die Düse zuerst verlassenden Brennstoffteilchen zurückzuführen.
Gerade diese ersten Teilchen sind aber maßgebend für die Einleitung und Fortsetzung
.des Verbrennungsvorgangs. Sind sie nicht ausreichend zerstäubt und damit nicht
richtig im Brennraum verteilt, so kommt keine hinreichende Verbrennung zustande,
sondern nur eine Art Schwelung, die bald wieder erstickt, weil ,der nachspritzende
Brennstoff in kler Zündzone keine hinreichend heißen Gase und vor allem auch keine
genügend reine Luft -mehr vorfindet.
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Wenn man in weiterer Durchbildung des Verfahrens auch noch die Einspritzmenge
mindestens über dieDauer -desAnlaßvorgangs ungefähr -verdoppelt gegenüber der bei
Volllastbetrieb zur Einspritzung gelangenden Brennstoffmenge, so läßt sich eine
weitere Abkürzung des Anlaßvorganges erreichen.
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Bei Motoren mit Anlaßhilfszündern (z. B. Glühkerzen) im Brennraum
ist es überdies für die Abkürzung des Anlaßvorgangs vorteilhaft, den Spritzbeginn,
der beim Verstellen der Einspritzmenge innerhalb des normalen Regelbereichs unbeeinflußt
bleibt, vorzuverlegen, abhängig von der über den Anlaßvorgang einzustellenden Überschreitung
dieses normalen Regelbereiches.
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Die Erhöhung der Brennstoffmenge über die Vollastmenge und die V orverlegung
des Einspritzzeitpunktes sind Maßnahmen, die zur Erleichterung des Anlassens an
sich bekannt sind.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Abb. i zeigt die Seitenansicht eines Fahrzeugdieselmotors, wobei die
für das Anlassen vorgesehenen Bedienungsglieder und Leitungen schematisch angedeutet
sind.
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Abb. a stellt einen Teilschnitt durch den Zylinderkopf des Motors
dar.
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Abb. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Einzelpumpe der Einspritzpumpe
und Abb. 4 eine Seitenansicht des oberen Teils eines Einspritzpumpenkolbens. -In
Abb. 5 -ist eine etwas vergrößerte Abwicklung des oberen Pumpenkolbenteils dargestellt.
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Mit a ist ein vierzylindriger Einspritzmotor und mit b dessen ,Schwungrad
bezeichnet. In einem Zahnkranz dieses Schwungrades spurt beim Anlaßvorgang ein Ritzel
des elektrischen Anlaßmotors c ein, der über eine Leitung d, Schalter
e und f an eine Akkumulatorenbatterie g angeschlossen ist.
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h ist die vom Motor angetriebene Einspritzpumpe, .deren Auslässe durch
Leitungen i mit den im Zylinderkopf untergebrachten Düsenhaltern verbunden sind.
Der Pumpe wird der Brennstoff durch eine Leitung L zugeführt. Im Zylinderkopf sind
außerdem elektrisch beheizbare Glühkerzen k angeordnet, denen der Heizstrom über
eine Leitung m nach Schließen des Schalters f aus der Batterie g zugeführt wird.
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Durch einen in der Leerlaufstellung dargestellten Fußhebel n kann
.der Fahrer die im Gehäuse der Einspritzpumpe la gelagerte Regelstange o über ein
Gestänge p verschieben, wodurch sich die von den einzelnen Pumpen geförderte Einspritzmenge
gleichartig und gleichzeitig verändert. An dem aus- dem Pumpengehäuse herausragenden
freien Ende der Regelstange o ist ein Bund p1 vorgesehen, der nach einem Verstellweg
q gegen eine am Pumpengehäuse angelenkte Sperrklinke r anschlägt. Wenn der Bund
an der Klinke anliegt, ist die Betriebsvollastmenge eingestellt. Die Klinke r kann
durch ein über eine Rolle s geführtes Zugseil vom Führersitz aus in die gestrichelt
eingezeichnete Lage gehoben werden.
--In dieser Lage bildet sie
keinen Anschlag mehr für den Bund P1. Wenn der Fahrer jetzt den Fußhebel bis zu
einem Anschlag u durchdrückt,-dann verschiebt sich dabei die Regelstange o von der=
gezeichneten Stellung aus etwa um das Doppelte.des Weges q. Die Einspritzmenge ist
dann ungefähr doppelt so groß wie die Betriebsvoll.astmenge.
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Mit .dem Seil t ist .das eine Ende eines über eine Rolle
v -geführten Zugseils w verknüpft, dessen anderes Ende an einem Hebel
x angreift, der befestigt ist auf einer im Deckel des Zylinderkopfes gelagerten
Welle y. Beim Ziehen am Ende des Seilzugs t wird also nicht nur die Klinke r angehoben,
sondern gleichzeitig -auch die Welle y um einen Teil einer vollen Umdrehung geschwenkt.
Später wird gezeigt werden, was -diese Verdrehung be-wirkt.
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Der in Abb. 2 dargestellte Schnitt ist durch die Längsachse der im
Zylinderdeckel vorgesehenen Vorkammer io geführt. i i ist die Pforte zwischen Vorkammer
-und Zylinderraum 12. Der Pforte gegenüber- liegt die Mündung des gleichachsig zur
Vorkammer angeordneten Düsenkörpers 13. Der Düsenspalt wird gebildet durch
das Spiel zwischen der Mündungsbohrung .des Düsenkörpers und einem darin eintauchenden
Zapfen 14 am Ende der Düsennadel 15. Diese ist im Düsenkörper oberhalb ihres Sitzes
geführt und zwischen Führung und Sitz abgesetzt. Die Schulter des Absatzes bildet
eine Angriffsfläche für den Brennstoffdruck zum Anheben der Nadel. Der Düsenkörper
13 liegt mit seiner oberen Stirnfläche dicht an der unteren Stirn eines Halters
16- an und wird in dieser Lage durch eine Überwurfmutter 17 gesichert. Der Halter
ist längsdurchbohrt. Eine diese Längsbohrung durchstechende Druckstange 18 liegt
mit ihrem unteren Ende auf der Nadel 15 auf und stützt sich mit ihrem oberen Ende
gegen einen Federteller- ig ab; an dem die Düsenschließfeder 2o angreift. Die Vorspannüng
-der Feder 2o setzt auf die Düsennadel den normalen Betriebsschließdruck ab, der
bei dem gezeichneten' Beispiel von einem Brennstoffdruck von etwa 8o Atm. überwunden
wird.
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Gleichachsig zur Druckstange 18 ist ein Druckstift 21 angeordnet.
Das eine Ende des Stiftes liegt auf dem Federteller ig auf. Über dem anderen Stiftende
ist eine aus mehreren Einzelblättern zusammengesetzte Feder 22 angeordnet, deren
eines Ende auf einem Überwurffiansch 23 befestigt ist. Der Flansch 23 hat einen
rohrartigen, die oberen Teile des Düsenhalters umschließenden Ansatz 24, der auf
einer Schulter des Halters aufliegt. In seitlichen Lappen, von denen einer um go°
-verdreht strichpunktiert in Abb. 2 eingezeichnet, ist, hat der Flansch Löcher;
durch die Stehbolzen ,25 hindurchstechen, die im Zylinderkopf befestigt sind. Durch
das Anziehen von Muttern 26 auf den Stehbolzenenden wird der Düsenhalter samt der
daran angebrachten Düse im Zylinderkopf festgespannt.
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Am Rohransatz 24 des Flansches sind gegenüber der Befestigungsstelle
der Blattfeder 22 zwei Lappen vorgesehen, zwischen denen einr Nocken 27 angeordnet
ist, der auf der schon weiter oben erwähnten - Welle y festsitzt. Auf der Bahn des
- Nockens liegt das freie Ende der Blattfeder auf. Der Nocken ist so angeordnet,
daß durch ihn die Feder 22 je nach seiner ' verstellbaren Lage -in oder außer Berührung
mit dem oberen Ende des Stiftes 21 gebracht werden kann. Solange die Feder auf .dem
Stiftende aufliegt, wirkt sie zusätzlich zur Feder 2o im Schließsinn auf die Nadel.
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Wenn also beim Anlassen eine erhöhte Düsenschließkraft erwünscht ist,
werden die Nocken-27 aller Düsen durch Verdrehen der Welle y mit Hilfe des Hebels
x (Abb. i). ünd des Zugseiles w in die -in Abb. 2 gezeichnete Stellung gebracht,
aus -der sie nach Loslassen des Zugseils durch eine in, der Zeichnung nicht angedeutete
Rückführerkraft in eine Lage verdreht werden, in welcher die Federn 22 nicht mehr
auf die Stifte 21 drücken.
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Der durch die Leitung ä angelieferte Brennstoff gelangt über einen
im Düsenhalter eingeschraubten Stutzen 28, an den die Leitung i angeschlossen ist,
und durch Bohrungen 29, 50, 31 zu der Angriffsschulter für den Brennstoff an der
Düsennadel. " Die in Abb. i mit Kreisen angedeuteten Glühkerzen k ragen, wie Abb.
2 zeigt, mit ihrer Glühdrahtschleife 32 in den Vorkarimerraurri io' bis in die Gegend
des Brennstoffstrahles hinein.
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Bei der in Abb.3 teilweise dargestellten Einspritzpumpe trägt der
mit gleichbleibendem Hub hin und her bewegte Pumpenkolben 33 an seinem oberen Ende
an einem Stil 34 eine Steuerfläche 35. Zwischen dem Stiel und der Kolbenführung
verbleibt ein Ringraum 36, der über eine Längsnut in der Steuerfläche ständig mit
dem Pumpenraum 38 verbunden ist. Die Steuerfläche und deren Kanten arbeiten mit
einer als Saug- und Rücklaufkanal wirkenden Ouerbohrung 4o in der Kolbenführungsbüchse
beim Kölbenspiel steuernd zusammen. Die untere Steuerkante 41 verläuft auf dem größten
Teil ihres Umfangs schräg zur Kolbenachse, während die. obere Steuerkante 42 bis
auf einen kurzen Abschnitt senkrecht zur Kolbenachse -verläuft. Der Kolben kann
durch Verschieben der gezahnten Regelstange o in 'bekannter Weise verdreht werden.
Dabei ändert sich dann die
Länge des beim Hubspiel an dem Kanal
40 vorbeistreichenden Abschnittes der Steuerfläche 35, so d aß .die Fördermenge
der Pumpe in jeder Drehstellung des Kolbens verschieden ist.
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In Abb.3 ist der Kolben in derjenigen Stellung dargestellt, in welcher
er etwa die Betriebsvollastmenge fördert. In dieser Stellung schlägt der in Abb.
i gezeichnete 'Bund p am Regelstangenende an der Klinke r
an. In der als Abb-.
5 gezeichneten Abwicklung des Kolbenkopfes ist der in dieser Regelstellung des Kolbens
über das Steuerloch 4o schleifende Abschnitt I der Steuerfläche zwischen zwei gestrichelten
Linien angedeutet. Auf dem Umfangstück II (Abb. 5) steigt die obere Steuerkante
42 schräg an, so daß ein höckerartiger Vorsprung 43 an der Kolbenstirn entsteht.
Wird die Klinke r (Abb. i) beim Anlaßvorgang in ihre gestrichelte Lage gehoben und
der Fußhebel bis zum Anschlag u durchgedrückt, so verdreht sich dabei der Kolben
so weit, daß beim Hubspiel etwa der Abschnitt III (Abb. 5) dem Kanal 40 gegenüberliegt.
Dieser Abschnitt ist etwa doppelt so lang als der die Betriebsvollastmenge ergebende
Abschnitt I. Dementsprechend fördert die Pumpe jetzt ungefähr die doppelte Brennstoffmenge
über die Düse in den Brennraum. Da die den Spritzbeginn bestimmende Kante 42 im
Abschnitt III den Kanal 4o in einem früheren Hubteil überschleift als im Abschnitt
I, beginnt dabei der Einspritzvorgang etwas bäl der.
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Um beim Anlagvorgang möglichst wenig Bedienungsgriffe ausführen zu
müssen, kann es vorteilhaft sein, das Zugseil t unmittelbar mit dem Anlaßhalter
e zu kuppeln, wie dies in Abb. i strichpunktiert angedeutet ist. Diese Verbindung
ist aber nur dann zweckmäßig, wenn der Motor nach dem Anspringen nicht noch kurze
Zeit mit Übermenge oder mit verstärktem Düsenschließdruck weiterbetrieben werden
muß, bis er warm genug ist, um 'mit 'normaler Einstellung aus eigener Kraft weiterlaufen
zu können.
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. 'Beim Anlassen werden zunächst die Glühkerzen k angeheizt,
indem der Schalter f geschlossen wird. Dann wird am Seil t gezogen, der Anlasserschalter
e geschlossen und der Fußhebeln ganz durchgedrückt, bis der Motor angesprungen ist.