CH698949B1 - Bestimmung von Betriebsparametern eines Verbrennungsmotors. - Google Patents

Abstract

Für die Konstruktion von Marinedieselmotoren wird ein neues Layout-Diagramm verwendet, welches eine modifizierte maximale Leistungskennlinie anbietet, welche erlaubt, den mittleren effektiven Kolbendruck (MEP) und den maximalen Verbrennungsdruck (Pmax) zu erhöhen um die Motordrehzahl zu erhöhen, wobei die resultierende Kraft (Fr), welche auf dynamisch beanspruchte Motorkomponenten (11-13) wirkt, auf einem konstanten Niveau gehalten wird, um die Drehzahl zwischen der maximalen und der minimalen Drehzahlkennlinie zu variieren.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Betriebsparametern eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

[0002] Bei der Konstruktion von Marinedieselmotoren ist es bekannt, ein standardisiertes Leistungs/Drehzahl Motorlayout-Diagramm zu verwenden, welches einen Layout-Bereich liefert, innerhalb welchem beliebig ein Motorkonstruktionspunkt gewählt werden kann, welcher optimale Bedingungen für das Leistungs- und Betriebsprofil des Schiffes offeriert.

[0003] Ein typisches Beispiel eines solch bekannten Layout-Diagrammes ist in Fig. 1 gezeigt. Das Diagramm zeigt die Motorleistung PB in Abhängigkeit der Motordrehzahl n in logarithmischem Massstab, wobei die Leistung im Allgemeinen als exponentielle Funktion der Motordrehzahl PB = c x n<i> ausgedrückt wird. Ein Typ eines Layout-Bereiches eines üblicherweise angewendeten Layout-Diagramms hat die Form eines Parallelogramms, welches durch maximale und minimale Leistungskennlinien L1–L3 und L2–L4begrenzt sind, entsprechend zwei konstanten, mittleren effektiven Kolbendruckwerten (MEP) und durch maximale und minimale Drehzahlkennlinien L1–L2und L3–L4. Der Punkt L1bezieht sich auf die nominale maximale kontinuierliche Dauer-Nennleistung (MCR) des Motors und innerhalb des Layout-Bereiches, welcher im Diagramm zur Verfügung steht, besteht volle Freiheit einen sogenannten spezifizierten MCR-Punkt für den Antrieb zu wählen, wie im Layout-Diagramm als Punkt M gezeigt. Üblicherweise muss der MCR-Punkt sich innerhalb des Layout-Bereiches befinden, da sonst die Propellergeschwindigkeit geändert werden muss oder ein anderer Hauptantriebsmotor-Typ gewählt werden muss. In speziellen Fällen hingegen kann der Punkt M auch rechts von der Maximum-Drehzahl-Kennlinie L1–L2 liegen. Abweichungen von diesem speziellen Typ des Layout-Bereiches können angewendet werden, z.B. durch Ausdehnung der Niedrigleistung-Hochdrehzahl-Region des Layout-Diagramms, um abnehmende MEP für zunehmende Drehzahlen zu erlauben, wobei die minimale Leistungskennlinie eine geringere Neigung aufweisen wird oder sogar parallel zur Drehzahlachse verlaufen wird, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.

[0004] Ein anderer wichtiger Konstruktionspunkt des Motors ist der sogenannte Optimierungspunkt J2, welcher die Leistung (rating) darstellt, welche mit Turbolader des Motors erreicht wird und in welchem das Timing des Motors und das Verdichtungsverhältnis angepasst werden. Der Optimierungspunkt O befindet sich auf der Propellerkurve 1 des Motors und üblicherweise wird die optimierte Leistung in diesem Punkt 85 bis 100% der Leistung im Punkt M betragen, wenn Turbolader und Motortiming berücksichtigt werden. Während der spezifizierte MCR-Punkt M in speziellen Fällen ausserhalb des Layout-Bereiches liegen kann, indem er die Linie L1–L2 überschreitet, muss der Optimierungspunkt A immer innerhalb des Layout-Bereiches liegen.

[0005] Für einige Motortypen, welche bei Teillast nicht optimiert werden können, wird der Optimierungspunkt A mit dem MCR-Punkt M übereinstimmen.

[0006] Die Leistungs- und Drehzahlgrenzen für kontinuierlichen und Überlast-Betrieb eines installierten Motors mit einem Optimierungspunkt A und einem spezifizierten MCR-Punkt M entsprechend Anforderungen des Schiffes können mittels eines Lastdiagrammes, wie in Fig. 2gezeigt, definiert werden. In diesem Diagramm wird Punkt A, welcher den Punkt für maximale 100%-Drehzahl und Leistung darstellt, als der Punkt auf der Propellerlinie 1 definiert, welche durch den Optimierungspunkt A mit der spezifizierten Leistung des MCR-Punktes M führt. Normalerweise wird Punkt A mit Punkt M zusammenfallen, aber wie erwähnt, kann Punkt M in speziellen Fällen, z.B. durch die Installation eines Hauptmotorwellen-Generators, bezüglich Punkt A nach rechts verschoben werden, entlang einer Leistungslinie welche die maximale Leistung für kontinuierlichen bzw. Dauer-Betrieb darstellt. Beim gezeigten Lastdiagrammbeispiel ist der Dauerbetriebsbereich des Motors durch die Linie 3 begrenzt, welche die maximale Drehzahl darstellt, die für Dauerbetrieb zulässig ist. Vorausgesetzt dass Torsionsschwingungs-Bedingungen dies zulassen, kann dieser Grenzwert auf 105% oder sogar 107% der nominalen maximalen Motordrehzahl, wie sie durch die Linie L1–L2im Layout-Diagramm dargestellt ist, ausgedehnt werden. Eine weitere Begrenzung des Dauerbetriebsbereichs ist durch die maximale Leistungskennlinie 7 gegeben, wobei Linie 4 die Grenze bestimmt, bei welcher ausreichende Luftzufuhr für die Verbrennung gewährleistet ist, und Linie 5 den maximalen, mittleren effektiven Kolbendruck darstellt, welcher für Dauerbetrieb zulässig ist.

[0007] Ein zusätzlicher Bereich, welcher für Überlastbetrieb für begrenzte Zeiträume zur Verfügung steht, üblicherweise 1 Stunde pro 12 Stunden Gesamtbetrieb, ist durch die Fläche zwischen den Linien 4, 5 und 7 und der gestrichelten Linie 8 dargestellt.

[0008] Entsprechend werden auf der Basis des Layout- und Lastdiagramms Betriebsparameter des Hauptmotors bestimmt, um Dauerbetrieb zu gewährleisten, ohne zeitliche Einschränkung innerhalb des Bereiches, welcher durch die Linien 4, 5, 7 und 3 des Lastdiagramms begrenzt ist, während der Bereich zwischen den Linien 1 und 4 für Betrieb in seichtem Wasser, bei Sturmbedingungen und während der Beschleunigung zur Verfügung steht, d.h. für einen unstetigen Betrieb ohne jede zeitliche Begrenzung.

[0009] Nach einer gewissen Betriebszeit wird die Schiffhülle und der Propeller verschmutzt werden, was zu einem schwerfälligerem Drehen des Propellers führt, d.h. die Propellerkurve 6 wird sich von der Linie 6 nach links gegen die Linie 2 hin verschieben, und es wird Extraleistung benötigt um den Antrieb so zu gestalten, dass die Geschwindigkeit des Schiffes beibehalten werden kann.

[0010] Bei ruhigen Wetterbedingungen wird das schwerfälligere Laufen des Propellers ein Indikator dafür sein, dass die Hülle gereinigt werden muss, und gegebenenfalls dass der Propeller poliert werden muss.

[0011] Das Layout-Diagramm von Fig. 1ist ein typisches Beispiel für die Verwendung eines konventionellen Layout-Bereiches in Form eines Parallelogramms für einen Motor, welcher einen nichtverstellbaren Propeller antreibt und bei welchem durch den Hauptmotor kein Wellengenerator angetrieben wird. Der Optimierungspunkt 0, dessen Auswahl von wesentlicher Bedeutung ist, wird normalerweise auf der Motorkurve 2 gewählt wenn die Hülle verschmutzt ist, wie Fig. 1 zeigt. Punkt A wird sich dann an der Schnittstelle zwischen der Propellerkurve 1, 2 und der Dauerleistungslinie 7, welche durch Punkt M führt, befinden. Beim gezeigten Beispiel wird Punkt A mit dem Punkt M zusammenfallen.

[0012] Wenn im Layout-Diagramm der Punkt A gefunden wurde, kann das entsprechende Lastdiagramm, wie in Fig. 3gezeigt, aufgezeichnet werden, um die aktuellen Lastbegrenzungslinien des Dieselmotors aufzuzeigen.

[0013] Für weitere Details bezüglich der konventionellen Verwendung von Layout- und Lastdiagrammen, wie solche aus den Fig. 1 bis 3hervorgehen, sei auf folgende Publikation verwiesen, die «Basic Principles of Ship Propulsion», publiziert durch MAN B&W Diesel, von Mai 1992.

[0014] Im Vergleich zur konventionellen Verwendung von Motoren-Layout- und Lastdiagrammen zur Bestimmung von Betriebsparametern von Marinedieselmotoren und der Konstruktion solcher Motoren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine neue und verbesserte Methode zur Bestimmung von Betriebsparametern von Motorkonstruktionen zu schaffen, welches zu einer erhöhten Ausgangsleistung führt, insbesondere zur Optimierung von Motoren im Bereich der hohen Drehzahlen des Layout-Bereiches, ohne dabei den spezifischen Brennstoffverbrauch wesentlich zu erhöhen und ohne die Konstruktion von lebenswichtigen, dynamisch belasteten Motorkomponenten zu berühren, wie z.B. Kolben, Kolbenstangen, Kreuzköpfe, Verbindungsstangen und Kurbelwelle und somit ohne das Gewicht des Motors aufgrund solcher Motorbestandteile zu erhöhen.

[0015] Die Lösung dieser Aufgabe geht aus den Merkmalen von Anspruch 1 hervor. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Merkmalen der weiteren Ansprüche 2 bis 4.

[0016] Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass im Vergleich mit der Verwendung von konventionellen Layout- und Lastdiagrammen, wie oben erläutert, ein unausgenutztes Potential zur Verfügung steht, um den mittleren effektiven Kolbendruck zu erhöhen und den maximalen Verbrennungsdruck zu erhöhen, dies bei zunehmenden Drehzahlen, da der erhöhte auf den Kolben wirkende Gasdruck, welcher aus der Druckerhöhung in der Verbrennungskammer resultiert, eine Gegenwirkung erhält durch die Zunahme der Trägheitskraft aus den hin- und hergehenden Massen der dynamisch belasteten Motorteile bei zunehmender Drehzahl, was eine Druckerhöhung erlaubt, während die maximale resultierende Kraft, welche auf dynamisch beanspruchte Motorkomponenten wirkt, auf einem konstanten Niveau gehalten wird.

[0017] Die Erfindung wird nachstehend anhand von rein schematischen Zeichnungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung noch etwas näher erläutert.

[0018] Es zeigt: <tb>Fig. 1–3<sep>Beispiele konventioneller Layout- und Lastdiagramme, wie diese zur Bestimmung von Parametern und Konstruktionen von Marinedieselmotoren verwendet werden; <tb>Fig. 4<sep>einen zylindrischen Querschnitt durch den Zylinder eines Beispiels eines Marinedieselmotors, wobei die auf dynamisch beanspruchte Motorkomponenten wirkenden Kräfte dargestellt sind; <tb>Fig. 5 u. 6<sep>grafische Darstellungen der Veränderung der Gaskraft, der Trägheitskraft und der resultierenden Kraft auf sich bewegende Motorkomponenten in Funktion des Kurbelwinkels während eines Verbrennungszyklus für einen Zylinder in einem Motor gemäss Fig. 4, und zwar in Regionen niedriger und hoher Drehzahlen eines Layout-Diagramms wie in Fig. 1 gezeigt; <tb>Fig. 7<sep>ein Beispiel eines modifizierten Layout-Diagramms, wie ein solches beim Verfahren gemäss der Erfindung verwendet wird; <tb>Fig. 8<sep>eine grafische Darstellung, entsprechend der Darstellung in Fig. 6 der Veränderung von Gas-, Trägheits- und resultierenden Kräften am höheren Drehzahlende des Layout-Diagramms gemäss Fig. 7; <tb>Fig. 9 u. 10<sep>grafische Darstellungen des mittleren, effektiven Kolbendruckes, des maximalen Verbrennungsdruckes, der resultierenden Kraft und des spezifischen Brennstoffverbrauchs, wie diese unter Verwendung des Layout-Diagramms nach Fig. 1 und 7erhalten werden, und <tb>Fig. 11<sep>eine weitere Modifikation einen Layout-Diagramms zur Verwendung mit dem Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung.

[0019] Ein gemäss dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ausgelegter Verbrennungsmotor ist vorzugsweise ein Zweitakt- oder Viertakt-Mehrzylindermarine-Dieselmotor, wie solche als Hauptantrieb zur Bewegung eines Schiffes verwendet werden. Der Motor ist mit einem Propeller über eine Antriebswelle verbunden, welche z.B. mindestens eine Propellerwelle und eventuell einen oder mehrere Zwischenwellen und gegebenenfalls ein Getriebe umfasst. Der Motor hat üblicherweise eine Zylinderbohrung im Bereich von 25 cm–130 cm und eine maximale Drehzahl im Bereich von 50–300 U/min. Die von solchen Motoren abgegebene Leistung liegt zwischen 1500 kW für Motoren mit kleiner Bohrung und vier Zylindern bis über 120 000 kW für Motoren mit grosser Bohrung mit 12 oder mehr Zylindern. Der Motor kann z.B. mit mittleren effektiven Kolbendrucken im Bereich von 14–20 bar arbeiten, insbesondere zwischen 14,5 bar–19 bar und kann z.B. maximale Verbrennungsdrucke im Bereich von 120 bar–190 bar aufweisen.

[0020] In jedem Motorzylinder, wie aus dem in Fig. 4 gezeigten Querschnitt hervorgeht, ist die Zündung des Brennstoff-Luftgemisches, welches der Verbrennungskammer 8 zugeführt wird, zeitlich so abgestimmt, dass sie kurz vor oder kurz nach dem Übergang des Kolbens durch den oberen Todpunkt erfolgt, üblicherweise bezeichnet als OTP, und erzeugt dabei auf den Kolben einen Verbrennungsgasdruck Fg wie durch einen abwärts gerichteten Pfeil dargestellt. Über die Kolbenstange 10, das Kreuzgelenk 11 und die Verbindungsstange 12 wird die lineare Bewegung des Kolbens 9 auf die Kurbelwelle 13 übertragen, welche dabei in Drehung versetzt wird und zwar in Richtung des Pfeils n, um dabei die Hauptantriebswelle zu drehen, welche mit dem Propeller des Schiffes in Verbindung steht.

[0021] Während dem Betrieb des Motors erzeugen die hin- und hergehenden und rotierenden Motorteile eine Trägheitskraft Fi, wie durch einen nach oben gerichteten Pfeil dargestellt, und zwar beim Retourhub der hin- und hergehenden und rotierenden Rotorteile 9–13 nach dem Durchgang des Kolbens durch den unteren Todpunkt, üblicherweise bezeichnet als UTP, wobei die Trägheitskraft Fi zunimmt mit zunehmender Drehgeschwindigkeit, gemessen in Umdrehungen pro Minute.

[0022] Somit werden im Betrieb des Motors die dynamisch belasteten Teile jedes Zylinders, wie z.B. Kreuzkopf 11, Verbindungsstange 12 und Kurbelwelle 13 mit ihren Lagern 14 einer resultierenden Kraft Fr ausgesetzt, welche dem Vektor aus Verbrennungsgaskraft Fg und Trägheitskraft Fi entspricht.

[0023] Die Fig. 5 und 6 sind grafische Darstellungen der Veränderung der Kräfte Fg, Fi und Fr über einen vollständigen Zylinderzyklus, gemessen durch Veränderung der Kurbelwinkelstellung V von 0° entsprechend der OTP-Stellung über die UTP-Stellung und zurück zur OTP-Stellung bei 360°, für Motordrehzahlen entsprechend der Minimaldrehzahl bei L3und der Maximaldrehzahl L1, wie im Layout- und Lastdiagramm der Fig. 1und 3 dargestellt.

[0024] Wie dargestellt, wird der Verbrennungsdruck Fg abnehmen während dem Verbrennungshub und zwar von seinem Maximum beim Zündzeitpunkt in Richtung seines Minimums bei der UTP-Stellung des Kolbens 9, entsprechend dem maximalen Volumen der Verbrennungskammer 8, während die Veränderung der Trägheitskraft Fi umgekehrt wird, bezüglich jener der Gaskraft Fg derart, dass das Minimum und Maximum der Trägheitskraft Fi bei Kurbelwellen-Winkelstellungen auftreten wird, welche im Wesentlichen den Maximal- und Minimalwerten des Verbrennungsgasdruckes Fg entsprechen. Wie weiter dargestellt, wirkt die Trägheitskraft Fi in der Gegenrichtung bezüglich der Verbrennungsgaskraft Fg während eines Teils des Zylinder-Zyklus, im Wesentlichen zwischen 270° und 90° Kurbelwellen-Winkelstellung auf jeder Seite der OTP-Stellung, während im übrigen Teil des Zyklus zwischen 90° und 270° auf jeder Seite der UTP-Stellung die Kraft in derselben Richtung wirkt, wie die Gaskraft Fg.

[0025] Wie in Fig. 5 dargestellt, wird die resultierende Kraft Fr, welche auf dynamisch belastete Motorteile wirkt, eine ähnliche Veränderung aufzeigen, wie die Veränderung des Verbrennungsgasdruckes, jedoch mit einem tieferen maximalen Wert und einem höheren minimalen Wert, dies infolge des Beitrages aus der Trägheitskraft Fi.

[0026] Wie in Fig. 5 gezeigt, wird das Maximum der Fi-Kurve für die Trägheitskraft, bei minimaler Drehzahl und maximalem Leistungsbetrieb die maximale Kraft Fmax darstellen, welcher die dynamisch belasteten Motorteile ausgesetzt sind und diese Kraft ist aus diesem Grund ein entscheidender kritischer Parameter, welcher für die Konstruktion und Dimensionierung der Motorteile angewendet wird, wie z.B. dem Kreuzkopf, die Verbindungsstange und die Kurbelwelle mit ihren Lagern.

[0027] Wie aus einem Vergleich der Darstellung aus Fig. 6 mit jener aus Fig. 5 hervorgeht, nimmt die Trägheitskraft Fi mit zunehmender Drehzahl ebenfalls zu. Daraus ergibt sich, da in Fig. 6für maximale Drehzahl und maximale Leistung im Betriebspunkt Li des Layout-Diagramms die Kurve Fg identisch ist mit der Kurve Fg in Fig. 5für minimale Drehzahl und maximale Leistung, wobei das Maximum auf der Fr-Kurve in Fig. 6unterhalb der maximalen Kraft Fmax liegt, wie diese als kritischer Konstruktionsparameter verwendet wird und dabei ein nicht ausgenütztes Leistungspotential, wie mit dem Doppelpfeil 15 gezeigt, offen lässt.

[0028] Durch die Erkenntnis der Kraftbeziehung zwischen dem Betrieb bei minimaler und maximaler Drehzahl, wie in Fig. 5 und 6dargestellt, nutzt das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung das nicht ausgenützte Leistungspotential aus, dies unter Verwendung des modifizierten Layout-Diagramms nach Fig. 7, in welchem die maximale Leistung im Punkt L1 erhöht wurde.

[0029] Wie aus, der grafischen Darstellung aus Fig. 8 hervorgeht, welche den Betrieb bei maximaler Drehzahl und maximaler Leistung gemäss dem modifizierten Layout-Diagramm nach Fig. 7darstellt, sollte die Zunahme der maximalen Leistung im Punkt L1 vorzugsweise so gewählt werden, um das Maximum auf der Fr-Kurve für maximale Drehzahl und maximale Leistung auf das Niveau des maximalen Wertes Fmaxzu bringen, welcher für minimale Drehzahl und maximale Leistung im Punkt L3 des Layout-Diagramms entspricht oder zumindest so nahe wie möglich unterhalb dieses Niveaus.

[0030] Daraus ergibt sich, dass die allgemeine Konfiguration des Layout-Diagramms ändert von der Parallelogramm-Form nach Fig. 1 in eine Trapezform, wie gestrichelt in Fig. 7dargestellt.

[0031] In den grafischen Darstellungen der Fig. 9und 10ist die Auswirkung der Veränderung des Layout-Diagramms bezüglich mittlerem effektivem Verbrennungsdruck MEP, dem maximalen Druck Pmax, der maximal resultierenden Kraft Frmax auf dynamisch beanspruchte Motorteile und den spezifischen Brennstoffverbrauch SFOC bei b), c), d) und e) dargestellt.

[0032] Die Darstellungen in Fig. 9beziehen sich auf die Verwendung der konventionellen Parallelogrammform im Diagramm von Fig. 1, wobei MEP und Pmax zwischen dem minimalen und maximalen Drehzahlpunkt L3 und L1 konstant gehalten werden, während Frmaxabnimmt, wie dies auch in den Fig. 5und 6dargestellt ist, und SFOC konstant gehalten wird.

[0033] Wie in Fig. 10 dargestellt, wird die Veränderung des durch das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung erhaltene Layout-Diagramm den MEP- und Pmax-Wert vom Punkt L3 zu Punkt L1erhöhen, während Fr wie auch SFOC konstant bleiben werden. Die Zunahme des MEP und Pmax von der minimalen Drehzahl im Punkt L3 bis zur maximalen Drehzahl im Punkt Li hängt vom jeweiligen Motortyp ab, z.B. bezüglich Anzahl Zylinder, der Motorkonstruktion für Betrieb mit festem Propeller oder Verstellpropeller, den Betrieb mit einem durch die Hauptwelle betriebenen Wellengenerator, etc. Für eine Drehzahl bei welcher das Minimum bei L3/L480 bis 90% der maximalen Drehzahl bei L1/L2liegt, wird die Zunahme von MEP und Pmaxüblicherweise so sein, dass der MEP im Punkt L1 103 bis 107% des MEP im Punkt L3 beträgt, während Pmax im Punkt L1 107–109% von Pmax im Punkt L3 beträgt.

[0034] Fig. 11 zeigt eine weitere Veränderung eines Layout-Diagramms, in welchem die modifizierte, maximale Leistungskennlinie L1–L3eine stufenweise Veränderung zeigt, und den mittleren effektiven Kolbendruck MEP um den maximalen Verbrennungsdruck Pmax zu erhöhen, und dies in einer Anzahl Stufen zwischen minimaler und maximaler Motordrehzahl, während in jedem Schritt der MEP und Pmax auf einem im Wesentlichen konstanten Niveau gehalten werden. Eine modifizierte, maximale Leistungskennlinie L1-L3 kann andererseits auch einen gekrümmten Verlauf nehmen.

[0035] Bei dieser Modifikation kann auch eine flexiblere Verwendung des modifizierten Layout-Diagramms im Hinblick auf praktische Anwendungen verwendet werden.

[0036] Während das erfindungsgemäss Verfahren die Konstruktion und Dimensionierung von dynamisch belasteten Motorteilen unter Verwendung konventioneller Konstruktionsparameter und Kriterien ermöglicht, inbegriffen einen Fmax–Wert, welcher aus der Darstellung gemäss Fig. 5erhalten wird, kann es erforderlich sein, die Erhöhung des MEP und Pmax bei Maximaldrehzahl-Betrieb zu kompensieren, indem die Zylinderkonstruktion geändert wird, um die erhöhte Druckbelastung in der Verbrennungskammer zu berücksichtigen, z.B. durch geeignete Verstärkung des Zylinderkopfes und der Verbindungsorgane, üblicherweise Ankerbolzen, durch welche der Zylinder mit dem Motorblock verschraubt ist.

[0037] Die vorteilhaften Auswirkungen des erfindungsgemässen Verfahrens liegen darin, dass bei Beibehaltung konventioneller, kritischer Konstruktions- und Dimensionierungs-Kriterien für dynamisch belastete Motorkomponenten, wie Kreuzköpfe, Verbindungsstangen und Kurbelwelle, Betriebsparameter bestimmt und ausgewählt werden können, welche einen erhöhten MEP und maximalen Druck Pmax zulassen, was zu einer erhöhten Leistung bei kontinuierlichem Betrieb bei hohen Drehzahlen führt, ohne damit den spezifischen Brennstoffverbrauch wesentlich zu beeinflussen.

[0038] Das durch die Erfindung ermöglichte zusätzliche Leistungspotential kann durch geeignete Steuerung von Betriebsparametern des Verbrennungsprozesses erzeugt werden, wie z.B. Einstellung des Zündzeitpunktes und Steuerzeiten für die Auslassventile bei jedem Zylinderzyklus, dies auf an sich bekannte Weise.

[0039] Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen gemäss Layout-Diagramm nach Fig. 7 und 11beschränkt. Insbesondere müssen die Kennlinien für maximale und minimale Leistung L1–L3und L2–L4 nicht in einem mathematischen Sinn beschränkt werden, sondern können, wie dargestellt, auch diskontinuierlich verlaufen, z.B. stufenweise oder entsprechend einer Kurve.

Symbole in den Zeichnungen

[0040] <tb>1:<sep>Propellerkurve für Optimierung <tb>2:<sep>Propellerkurve für verschmutzte Hülle <tb>3:<sep>Max. Drehzahl für Dauerbetrieb <tb>4:<sep>Grenzlinie für ausreichende Verbrennungsluftzufuhr <tb>5:<sep>Max. mittlerer effektiver Kolbendruck (MEP) für Dauerbetrieb <tb>6:<sep>Propellerkurve für nicht verschmutzte Hülle <tb>7:<sep>Max. Leistungskennlinie <tb>8:<sep>Verbrennungskammer <tb>9:<sep>Kolben <tb>10:<sep>Kolbenstange <tb>11:<sep>Kreuzkopf <tb>12:<sep>Verbindungsstange <tb>13:<sep>Kurbelwelle <tb>14:<sep>Kurbelwellenlager <tb>15:<sep>ungenutztes Leistungspotential <tb>A:<sep>Drehzahl- und Leistungsreferenzpunkt <tb>BCD:<sep>UTP-Stellung des Kolbens <tb>Fg:<sep>Kraftverbrennungsgas <tb>Fi:<sep>Inertiekraft <tb>Fr:<sep>Resultierende Kraft <tb>Fmax:<sep>Max. Kraft <tb>L1–L4:<sep>Eckpunkte des Layout- und Lastdiagramms <tb>M:<sep>Spez. MCR-Punkt für Vortrieb <tb>MEP:<sep>mittlerer effektiver Kolbendruck <tb>n:<sep>Motordrehzahl (U/Min) <tb>O:<sep>Optimierungspunkt <tb>PB:<sep>Leistung (an Bremse) <tb>Pmax:<sep>Max. Druck <tb>SFOC:<sep>Spez. Brennstoffverbrauch

Claims (4)

1. Verfahren zur Bestimmung von Betriebsparametern eines Verbrennungsmotors, unter Verwendung eines Leistungs-/Drehzahl-Motorlayout-Diagramms, welch letzteres einen Motorkonstruktions-Layout-Bereich liefert, welcher durch maximale und minimale Drehzahlkennlinien (L1–L2, L3–L4) und maximale und minimale Leistungskennlinien (L1–L3, L2–L4), welche sich zwischen den maximalen und minimalen Drehzahlkennlinien (L1–L2, L3-L4) erstrecken, begrenzt ist, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Motorlayout-Diagramms, welches eine modifizierte maximale, Leistungskennlinie (L1–L3) aufweist, welche zur Erhöhung der Drehzahl eine Erhöhung des mittleren effektiven Kolbendruckes (MEP) und eine Erhöhung des maximalen Verbrennungsdruckes (Pmax) vorsieht, dies unter Beibehaltung der maximalen resultierenden Kraft (Fr), welche auf dynamisch belastete Motorkomponenten (11–13) bei konstantem Niveau einwirkt, um die Motordrehzahl zwischen den genannten maximalen und minimalen Drehzahlkennlinien (L1–L2, L3–L4) zu variieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Drehzahlerhöhung, bei welcher die minimale Motordrehzahl (L3/L4) bei 80 bis 90% der maximalen Motordrehzahl (L1/L2) liegt, die Erhöhung des mittleren effektiven Kolbendruckes (MEP) so ist, dass der mittlere effektive Kolbendruck (MEP) im Punkt mit maximaler Drehzahl und Leistung (L1) 103 bis 107% des mittleren effektiven Kolbendrucks (MEP) im Punkt mit minimaler Drehzahl und maximaler Leistung (L3) beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Drehzahlerhöhung, bei welcher die minimale Motordrehzahl (L3/L4) bei 80 bis 90% der maximalen Motordrehzahl (L1/L2) liegt, die Erhöhung vom maximalen Verbrennungsdruck (Pmax) so ist, dass der maximale Verbrennungsdruck (Pmax) im Punkt mit maximaler Drehzahl und Leistung (L1) 107 bis 109% vom maximalen Verbrennungsdruck (Pmax) im Punkt mit minimaler Drehzahl und maximaler Leistung (L3) beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte maximale Leistungskennlinie (L1–L3) eine stufenweise Veränderung aufweist, um eine Erhöhung des mittleren effektiven Kolbendruckes (MEP) und des maximalen Verbrennungsdruckes (Pmax) in einer Anzahl von Schritten zwischen minimaler und maximaler Drehzahl zu ermöglichen, wobei der mittlere effektive Kolbendruck (MEP) und maximale Verbrennungsdruck (Pmax) bei jedem Schritt auf einem im Wesentlichen konstanten Niveau gehalten wird.