DE1032027B - Zwoelfzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine, bei welcher die Zylinder in einer Reihe angeordnet sind - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zwölfzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine, bei welcher die Zylinder in einer Reihe angeordnet sind und die Kurbeln miteinander einen Winkel einschließen, der ein ganzes Vielfaches von 30° ist. Die Zündfolge der Zylinder ist dabei 5 entscheidend für den Massenausgleich, somit für die Größe der äußeren und inneren Momente, und für die durch die Torsionsschwingungen hervorgerufenen zusätzlichen Torsionsspannungen.

Es sind bereits Zündfolgen für Zwölfzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschinen bekannt, nämlich die Zündfolgen 1-11-4-8-5-9-2-12-3-7-6-10 sowie 1-8-6-10-2-9-4-11-3-7-5-12 und 1-6-8-10-3-5-7-12-2-4-9-11, bei welchen die freien Momente erster und zweiter Ordnung Null sind. Die Kurbelwelle besteht bei diesen Maschinen aus zwei gleichen Teilen, welche in der Mitte der Welle miteinander verbunden sind.

Auch hat man für eine Zwölfzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine die Zündfolge 1—6 — 11—7 — 3— 5—10 — 9 — 2 — 4—12 — 8 vorgeschlagen, bei welcher auch die freien Momente erster und zweiter Ordnung Null sind und außerdem das kritische Gebiet der Torsionsschwingungen sechster Ordnung erheblich vermindert ist. Bei dieser Zündfolge sind die Hälften der Kurbelwelle ungleich.

Bei sämtlichen bekannten Zündfolgen für Zwölfzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschinen mit Reihenanordnung der Zylinder ist ein kritisches Gebiet von Torsionsschwingungen vorhanden, das bei einer Schiffsmaschine zwar unterhalb der normalen Betriebsdrehzahlen, aber innerhalb des gesamten Drehzahlgebietes liegt und daher hinderlich ist, da hier die zusätzlichen Torsionsspannungen so groß sind, daß die Maschine in diesem Gebiet nicht kontinuierlieh arbeiten darf.

Die Zündfolgen 1-11-4-8-5-9-2-12-3-7-6-10 und 1 — 6-11 — 7 — 3-5 — 10-9—2—4-12 — 8 haben außerdem noch den Nachteil, daß zwei benachbarte Zylinder unmittelbar nacheinander zünden, wodurch das entsprechende Kurbelwellenlager stark belastet wird.

Die Erfindung bezweckt eine Zündfolge und Kurbelfolge für eine Zwölfzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine mit Reihenanordnung der Zylinder, bei der die Brennkraftmaschine mit jeder beliebigen Drehzahl bis zum gewünschten Höchstwert kontinuierlich laufen kann, ohne daß unzulässige Torsionsspannungen in der Kurbelwelle auftreten. Zu gleicher Zeit sollen die Zentrifugalkräfte völig ausgeglichen sein und das freie Moment sowie das innere Moment erster Ordnung und das freie Moment zweiter Ordnung möglichst klein sein. Außerdem dürfen zur Vermeidung zu hoher Belastung der Lager zwei benachbarte Zy-Zwölfzylinder-

Zweitaktbreiuikraftmaschine,

bei welcher die Zylinder in einer Reihe

angeordnet sind

Anmelder:

Werkspoor N. V.,
Amsterdam (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Kosel und Dipl.-Ing. J. Giliard,

Patentanwälte,
Bad Gandersheim, Braunsdiweiger Str. 22

linder nicht unmittelbar nacheinander zünden und vier oder mehr Zündungen auf der gleichen Seite der Quermittelebene der Maschine nicht aufeinanderfolgen. Schließlich soll die Zündfolge sowohl für mit Gleichdruckfüllung als für mit Stoßdruckfüllung arbeitende Brennkraftmaschinen geeignet sein.

Nach der Erfindung ist die Zündfolge der Zylinder 1-11-4-6-8-3-12-2-9-7-5-10, wodurch bei jeder Drehzahl bis zum gewünschten Höchstwert keine gefährlichen Torsionsschwingungen mehr auftreten, so daß die Maschine keine Sperrzone zu durchfahren hat. Außerdem wird dann den übrigen obenerwähnten Bedingungen entsprochen.

In der Zeichnung, in welcher die Erfindung mit einem Beispiel erläutert ist, zeigt

Fig. 1 die bekannte Zündfolge 1—6 — 8—10 — 3 — 5 — 7 — 12 — 2—4 — 9—11, von der Vorderseite der Maschine gesehen;

Fig. 2 zeigt die Kurbelversetzung nach vorliegender Erfindung für die Zündfolge 1-11-4 — 6-8-3-12 — 2 — 9 — 7 — 5 — 10, von der Schwungradseite der Maschine gesehen.

Auf jede Kurbel einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine wirkt ein veränderliches, periodisches Moment ein, das durch harmonische Analyse in sinusförmig verlaufende Komponenten erster, zweiter, dritter bis M-ter Ordnung zerlegt werden kann. Diese Komponenten einer bestimmten Ordnung haben zueinander eine gewisse Phasenversetzung, welche durch

809- 530/1TO

die Kurbelfolge bestimmt wird. Die Wirkung dieser Komponenten auf die Kurbelwelle ist jedoch nicht gleich, da sie je an einer anderen Stelle der Kurbelwelle angreifen.

Die Wirkung eines sinusförmigen Impulses auf ein schwingendes System ist dem Produkt des Höchstwertes" des Impulses und des größten Ausschlages an der Stelle des Impulses gleich. Bei einer Mehrzylinder-'Brennkraftmasehine sind die Impulse, die durch jeden ., einzelnen Zylinder ausgeübt werden, gleich groß, während der Ausschlag an der Stelle der Zylinder durch die von den Torsionsschwingungen der Kurbelwelle "hervorgerufene Torsion,- die sogenannte Torsionsschwingform, bestimmt wird. Zur Bestimmung der gesamten Arbeit wird angenommen, daß die Impulse in Phase sind, wobei zwischen den größten Ausschlägen der Massen die verschiedenen Phasenwinkel in Rechnung gebracht werden, die in Wirklichkeit zwischen den Impulsen vorhanden sind. Die Arbeit der Impulse ist dann dem Produkt aus dem größten Impuls und der Vektorensumme der zu den einzelnen Zylindern gehörenden Ausschläge proportional.

Falls die Frequenz dieser Resultierenden der Eigenfrequenz der Kurbelwelle entspricht, können durch Resonanz gefährliche Torsionsschwingungen entstehen.

In Fig. 7 ist die Torsionsschwingungsform der Kurbelwelle, d. h. die zu den einzelnen Zylindern gehörenden Ausschläge, dargestellt, wobei der Ausschlag beim Zylinder 1 als Einheit angenommen ist.

In Fig. 3 und 4 ist nun die Vektorensumme der Ausschläge neunter Ordnung für die Zündfolge nach Fig. 1 bestimmt. Dabei ist der Phasenunterschied dadurch eliminiert, daß der Winkel zwischen der Kurbel 1 und jeder anderen Kurbel neunmal abgetragen ist. Aus Fig. 3 geht dann die Richtung der positiven Vektoren hervor. Bei der Addition der Vektoren nach Fig. 4 sollen daher die zu den Zylindern 1 bis 6 gehörenden Ausschläge mit positivem Vorzeichen, diejenigen für die Zylinder 7 bis 12 mit negativem Vorzeichen abgetragen werden, wie aus Fig. 7 hervorgeht, die die Torsionsschwingungsform der Kurbelwelle darstellt.

In Fig. 5 und 6 ist in ähnlicher Weise die Vektorenaddition der Ausschläge der neunten Ordnung für die Zündfolge nach der Erfindung dargestellt. Aus den Fig. 4 und 6 geht nun hervor, daß die Resultierende R der Vektoren der Ausschläge bei der Zündfolge nach Fig. 1 sehr groß, bei der Zündfolge nach der Erfindung jedoch viel kleiner ist, was sehr geringen Schwingungsbelastungen entspricht. "⁴^

In Fig. 8 ist eine Übersicht des Verlaufes der Schwingungsbelastungen für die bekannte Kurbelfolge nach Fig. 1 bei einer Brennkraftmaschine mit einer eigenen Schwingungszahl der Kurbelwelle samt den bewegenden Teilen von ungefähr 850 Schwingungen pro Minute gezeigt. Die Abszissen sind hier die Drehzahlen, die Ordinaten die zusätzlichen Torsionsspannungen in dem am schwersten beanspruchten Querschnitt der Kurbelwelle. Die zusätzlichen Torsionsspannungen sind am größten für diejenigen Drehzahlen, bei welchen Resonanz eintritt, somit für die sogenannten kritischen Drehzahlen, für welche das Produkt aus der Ordnungszahl und der Drehzahl der Eigenfrequenz der Kurbelwelle mit den bewegenden . Teilen gleich ist. Die zusätzliche Torsionsspannung für die neunte Ordnung ist hier mehr als 350 Kg/cm², welche Spannung jedoch für kontinuierlichen Betrieb nicht zulässig ist. Die Strichpunktlinie in Fig. 8 zeigt die zulässige Torsionsspannung nach Lloyd's für kontinuierlichen Betrieb.

Fig. 9 zeigt in ähnlicher Weise wie Fig. 8 die zusätzliche Torsionsspannung für die Zündfolge nach der Erfindung bei einer Brennkraftmaschine mit einer Eigenfrequenz der Kurbelwelle samt bewegenden Teilen von etwa 1075 Schwingungen pro Minute. Bei Brennkraftmaschinen mit einer solchen Eigenfrequenz liegt die Höchstdrehzahl bei 125 Umdrehungen pro Minute, aber bei Brennkraftmaschinen mit einer höheren Drehzahl wird die Kurbelwelle mit den bewegenden Teilen derartig sein, daß die eigene Schwingungszahl verhältnismäßig größer ist. Aus Fig. 9 geht hervor, daß die zusätzlichen Torsionsspannungen für die neunte und höhere Ordnungen unbedeutend klein sind, so· daß das Sperrgebiet fortfallen kann und die Maschine mit jeder unter der normalen Betriebsdrehzahl Λ" liegenden Drehzahl kontinuierlich laufen kann. Weiter geht aus Fig. 9 herf vor, daß über der normalen Drehzahl Λ^Γ ein starkes kritisches Gebiet der siebenten Ordnung liegt. Man kann jedoch dafür sorgen, daß dieses Gebiet weit genug über die normale Drehzahl N hinaus gelaugt, indem der Eigenfrequenz der Kurbelwelle mit den bewegenden Teilen der Brennkraftmaschine ein ge^ nügend großer Wert gegeben wird, der dadurch erzielt werden kann, daß die Kurbelwelle ausreichend starr gemacht wird. ·: "'"

Aus dem Diagramm der Fig. 9 geht hervor, daß das ganze Drehzahlgebiet praktisch frei von störenden Torsionsschwingungen ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Zwölfzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine, bei welcher die Zylinder in einer Reihe angeordnet sind und die Kurbeln miteinander einen Winkel einschließen, der ein ganzes Vielfaches von 30° ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündfolge der Zylinder 1-11-4-6-8-3-12-2-9-7-5-10 ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 767 632;
   schweizerische Patentschrift Nr. 239 612.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   809 530/1T9 6.