DE1800780A1

DE1800780A1 - Engine series of multi-cylinder two-row crankshaft engines

Info

Publication number: DE1800780A1
Application number: DE19681800780
Authority: DE
Inventors: Mueller Dr-Ing Alfred Hermann; Dipl-Ing Wolf-Dieter Koerner
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1968-10-03
Filing date: 1968-10-03
Publication date: 1970-07-23

Description

Motorenbaureihe von Mehrzylinder-Zweireihen-Kurbelwellenmotoren" Motorenprogramme, insbesondere im Nutzfahrzeugbau, erstrecken sich vielfach über einen sehr großen Leistungsbereich, der z. 3.Engine series of multi-cylinder, two-row crankshaft engines "engine programs, especially in commercial vehicle construction, often extend over a very large area Performance range, the z. 3.

zwischen 100 und 500 PS liegen kann. Die Leistungsabstufung zwischen den einzelnen Motoren sollte hierbei in einem bestimmten Verhältnis zur jeweiligen Motorleistung liegen, so daß der Leistungszuwachs, z. 3. von einem 4-Zylinder zum nächstgrößeren 6-Zylinder-Motor kleiner ist als der von einem 8-Zylinder zum 10-Zylinder-Motor.can be between 100 and 500 hp. The performance gradation between the individual engines should be in a certain ratio to the respective Motor power are so that the increase in performance, z. 3. from a 4-cylinder to the next larger 6-cylinder engine is smaller than that of an 8-cylinder to 10-cylinder engine.

Würde man bei einer Motorenbaureihe aus einem Motor kleinerer Leistung einen Motor größerer Leistung dadurch erzielen wollen, daß jeweils ein weiteres Zylinderpaar an die übrigen Zylinder angefügt wird, ergäbe sich bei den Motoren mit geringen Zylinderzahlen im Verhältnis zur Motorleistung eine wesentlich größere Leistungsstufung als bei Motoren mit hohen Zylinderzahlen. Eine derartige Baureihe entspräche daher nicht den praktischen Erfordernissen. Das Zylindervolumen muß daher mit steigender Zylinder zahl größer werden Solche Forderungen werden heute nur dadurch erfüllt, daß man für ein Motorenprogramm mehrere Baureihen mit jeweils verschiedenen Zylindervolumen baut, was jedoch eines erheblichen Investitionsaufwands bedarf und eine Vielzahl von verschiedenen Einzelteilen ergibt.If you were to use a series of motors, you would use a motor with a lower output want to achieve a higher performance motor by having one more Cylinder pair is added to the remaining cylinders, would result in the engines with a small number of cylinders in relation to the engine output, a much larger one Performance rating than for engines with a high number of cylinders. Such a series would therefore not meet the practical requirements. The cylinder volume therefore the number of cylinders must be greater. Such demands are today only fulfilled by the fact that one engine program has several series, each with different cylinder volume builds, which, however, is a considerable investment needs and results in a multitude of different individual parts.

Eine besonders wichtige Forderung, die an ein Motorenprogramm gestellt wird, besteht ferner darin, daß alle Motoren eine möglichst gute Laufruhe haben. Diese Forderung kann dadurch erfüllt werden, daß man Motorbauarten wählt, die möglichst möglichst gleiche Zündabstände haben. und im Triebwerk in Bezug auf freie Massenkräfte und Momente günstig liegen.A particularly important requirement placed on an engine program is also that all engines run as smoothly as possible. This requirement can be met by choosing engine types that are as close as possible have the same ignition intervals as possible. and in the engine in relation to free inertia forces and moments are convenient.

In Bind sicht auf Lebenedauererwartung und günstigste Verbrauchswerte werden ferner an die die großen Motoren»z Bo der schweren Lastwagengewichtsklasse, wesentlich höhere Ansprüche gestellt als an die kleineren Motoren» etwa der leichten und mittleren Lastwagengewichtsklasse. Es ist daher wünschenswert, die Motoren mit hohen Leistungen auf eine niedrigere Drehzahl auszulegen und mit größerem Zylindervolumen auszustatten.In terms of life expectancy and the most favorable consumption values are also used for the large engines »z Bo the heavy truck weight class, Much higher demands are made than on the smaller engines »such as the light ones and medium truck weight class. It is therefore desirable to use the engines with to design high performance for a lower speed and with a larger cylinder volume equip.

Allgemein ergeben sich für alle Motoren die günstigsten Einbauverhältnisse, wenn sie niedrig, schmal und kurz bauen und ein möglichst geringes Gewicht haben.In general, the most favorable installation conditions result for all engines, if they are low, narrow and short and have the lowest possible weight.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein solches Motorenprogramm mit einer Motorenbaureihe zu verwirklichen, die bei geringem Investitionsaufwand und wirtschaftlichen Fabrikationsbedingungen die oben aufgeführten Bedingungen erfüllt, ohne daß gleichzeitig ungünstige Kompromisse eingegangen werden müssen.The object of the invention is now to provide such an engine program to realize an engine series that with low investment and economic manufacturing conditions meets the conditions listed above, without having to make unfavorable compromises at the same time.

Die Erfindung besteht demgemäß darin, daß bei einer Motorenbaureihe von Mehr zylinder- Zweireihen- Kurbelwellenmotoren» insbesondere V-Motoren, folgende Merkmale vorgesehen sind: al) die Motoren aller Zylinderzahlen der Baureihe weisen die gleichen Hauptlagerabstände auf; a2) die Motoren aller Zylinderzahlen der Baureihe weisen - bezogen auf je eine Zylinderreihe - die gleichen Zylinderabstände auf; bl) die Motoren einer niedrigen Zylinderzahl sind mit einer Kurbelwelle mit zwei zwischen je zwei Hauptlagern angeordneten Kurbelkröpfungen versehen; b2) die Motoren einer hohen Zylinderzahl sind mit einer Kurbelwelle mit nur einer Kurbelkröpfung für je ein Zylinderpaar mit je einem Zylinder einer jeden Zylinderreihe versehen.The invention accordingly consists in that in an engine series of multi-cylinder, two-row crankshaft engines »especially V engines, the following Features are provided: al) the engines have all cylinder numbers of the series the same main bearing distances; a2) the engines of all cylinder numbers of the series have - based on one cylinder row each - the same cylinder spacing; bl) the engines of a low number of cylinders are with one crankshaft with two crank throws arranged between each two main bearings; b2) the engines a high number of cylinders are with a crankshaft with only one crank throw provided for each cylinder pair with one cylinder of each cylinder bank.

Der V-Winkel kann an sich beliebig gewählt werden, doch werden in der Regel V-Winkel von 600 oder 900 besonders bevorzugt.The V-angle can be chosen arbitrarily, but in generally V angles of 600 or 900 are particularly preferred.

Zur unteren Baugruppe gehören beispielsweise Motoren mit 4, 6 oder auch 8 Zylindern» während der oberen Baugruppe Motoren mit evtl. 8, 10, 12 oder mehr Zylindern angehören. Gegebenenfalls können innerhalb der Baureihe auch Motoren mit gleicher Zylinderzahl,- z. B. mit 8 Zylindern, sowohl der unteren als auch der oberen Baugruppe angehören. Die Motoren mit hoher Zylinderzahl erhalten einen größeren Hub und/oder einen größeren Zylinderdurchmesser als die Motoren der Motorengruppe mit niedriger Zylinderzahl.The lower assembly includes, for example, motors with 4, 6 or also 8 cylinders »while the upper assembly may have engines with 8, 10, 12 or belong to more cylinders. If necessary, motors can also be used within the series with the same number of cylinders - z. B. with 8 cylinders, both the lower and the belong to the upper assembly. The engines with a high number of cylinders receive a larger one Stroke and / or a larger cylinder diameter than the motors in the motor group with a low number of cylinders.

Dadurch ist es möglich, eine Motorenbaureihe mit besonders großer Leistungsspanne darzustellen.This makes it possible to use an engine series with a particularly large To show the performance range.

Da die Motoren der Baugruppe mit niedriger Zylinderzahl pro Zylinder eine eigene Kröpfung besitzen, kann die Winkelstellung jeder Kröpfung so gewählt sein, daß die in der Zündfolge aufeinanderfolgenden Zylinder jeweils genau gleiche Zündabstände haben.Because the engines of the assembly have a low number of cylinders per cylinder have their own offset, the angular position of each offset can be chosen be that the successive cylinders in the firing order are exactly the same Have ignition intervals.

Damit wird bei diesen Motoren ein Höchstmaß an Laufruhe erreicht.This ensures that these engines run extremely smoothly.

Bei der Baugruppe mit hoher Zylinderzahl; bei der also jeweils zwei Pleuelstangen auf eine Kröpfung arbeiten, sind die Zündabstände so kurz, daß sie auf die Motorlaufruhe kaum mehr Einfluß haben. Bei einzelnen Motoren der Baureihe können daher hier auch durch die Bauart bedingte ungleiche Zündabstände in Kauf genommen werden.For the assembly with a large number of cylinders; so in each case two If connecting rods work on a crank, the firing intervals are so short that they have hardly any influence on the smooth running of the engine. With individual motors of the series can therefore also accept unequal firing intervals due to the design be taken.

Die Bauart der unteren Motorengruppe, die eine Zwischenwange zwischen den Kurbelkröpfunge nzweier einander gegenüberliegender Zylinder verlangt, erfordert einen relativ großen Zylinderabstand.The design of the lower engine group, which has an intermediate cheek between the crank throat requires two opposing cylinders a relatively large cylinder spacing.

Aus Gründen der Kurbelwellenbeanspruchung können bei einem Verhältnis von Hub/Bohrung =ca 1 nur verhältnismäßig kleine Zylinderbohrungen vorgesehen werden. Außerdem müssen wegen der Kurbelwellenbeanspruchung verhältnismäßig große Abrundungsradien in der Kurbelzapfenhohlkehle gewählt werden. Der bei dieser Bauart sich zwangsläufig ergebende relativ große Zylinderabstand kann jedoch bei der kleinen Zylinderzahl ohne weiteres in Kauf genommen werden, zumal die Motorbaulänge nur durch die halbe Zahl der Zylinder bestimmt wird.For reasons of the crankshaft stress, a ratio of stroke / bore = approx. 1, only relatively small cylinder bores are provided. In addition, because of the stress on the crankshaft, relatively large rounding radii must be used can be selected in the crank pin fillet. Which inevitably occurs with this type of construction The resulting relatively large cylinder spacing can, however, with the small number of cylinders can easily be accepted, especially since the overall engine length is only halfway through Number of cylinders is determined.

Andererseits hat der aus Gründen der Kurbelwellenfestigkeit für die kleinen Motoren groß gewählte Zylinderabstand im Hinblick auf die Motoren mit großer Zylinderzahl und einfacherer Kurbelwelle den Vorteil, daß bei gleichem Zylinderabstand eine größere Zylinderbohrung und ein größerer Kolbenhub vorgesehen werden kann. So lassen sich ohne weiteres um ca. 10 % größere Zylinderbohrungen und um ca, 15 % größere Koibenhübe innerhalb des gleichen Zylinderabstandes anwenden. Dadurch ergibt sich eine Vergrößerung des Zylindervolumens von ca. 40 % gegenüber dem Zylindervolumen der unteren Baugruppe. Da trotzdem die Kurbelwellenbeanspruchung sehr niedrig ist, ist es ferner möglich, bei den Motoren der oberen Baugruppe den Hohlkehlenradius am Übergang eines Kurbelzapfens zu einer Kurbelwellenwange wesentlich kleiner zu halten, so daß relativ breite, z.B. um ca 20 % breitere Pleuellager auf den Kurbelwellenzapfen angeordnet werden können und somit trotz der größeren Kraft auf das Pleuellager die Lagerbelastung bei den Motoren der oberen Baugruppe genau so niedrig gehalten werden kann wie bei den Motoren der kleineren Baugruppe. Das Verhältnis der Breite zum Durchmesser dieser Pleuellager wird sogar unter diesen Voraussetzungen wesentlich günstiger, was sich auf die Lebensdauer der Lager positiv auswirkt.On the other hand, for reasons of crankshaft strength for the small engines large selected cylinder spacing with regard to engines with large Number of cylinders and a simpler crankshaft have the advantage that with the same cylinder spacing a larger cylinder bore and a larger piston stroke can be provided. In this way, cylinder bores approx. 10% larger and approx. 15 Use% larger Koibenhübe within the same cylinder distance. Through this this results in an increase in the cylinder volume of approx. 40% compared to the cylinder volume the lower assembly. Since the crankshaft stress is still very high low it is also possible to use the fillet radius for the motors of the upper assembly at the transition from a crank pin to a crankshaft cheek, it becomes much smaller hold so that relatively wide, e.g. about 20% wider connecting rod bearings on the crankshaft journal can be arranged and thus despite the greater force on the connecting rod bearing the bearing load on the motors of the upper assembly was kept just as low can be as with the motors of the smaller assembly. The ratio of the width the diameter of this connecting rod bearing becomes essential even under these conditions cheaper, which has a positive effect on the service life of the bearings.

Anhand der Zeichnung sei die Erfindung im einzelnen noch näher erläutert. Hierbei zeigen Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Kurbelwelle der unteren Motorengruppe also mit niedriger Zylinderzahl, und Fig. 2 einen entsprechenden Ausschnitt aus der Kurbelwelle einer oberen hSotorengruppea wobei sich in Fig. 1 und 2 jeweils der Ausschnitt auf einen Teil der Kurbelwelle zwischen zwei Hauptlagern erstreckt.The invention will be explained in more detail with reference to the drawing. 1 shows a section from a crankshaft of the lower engine group thus with a low number of cylinders, and FIG. 2 shows a corresponding section of the crankshaft of an upper group of motors a wherein in Figs. 1 and 2, respectively the cutout extends to part of the crankshaft between two main bearings.

In Fig. 1 ist mit 10 die Kurbelwelle bezeichnet, die je nach der Zylinderzahl eine entsprechende Anzahl von Eaupilagerzapferl 11 aufweist von denen in der Zeichnung zwei beiderseits eines Zylinderpaares dargestellt sind. Der Abstand a zwischen den Mittelebenen E zweier benachbarter Hauptlagerzapfen 11 der Kurbelwelle bzw. der Hauptlager 12, mit denen die Kurbelwelle im Maschinengehäuse gelagert ist, ist für alle Hauptlagerabstände der gesamten Motorenbaureihe konstant, desgleichen der Abstand hl zwischen den einzelnen Zylindern einer jeden Zylinderreihe. Auch die Breite b der Hauptlagerzapfen zwischen den benachbarten Kurbelkröpfungen 13 und 14 wird zweckmäßig stets gleich groß gewählt, so daß auch der Abstand c zwischen den den Hauptlagerzapfen 11 zugewandten Stirnflächen der diesen Hauptlagerzapfen benachbarten Kurbelwangen 14 stets gleich groß ist.In Fig. 1, 10 denotes the crankshaft, depending on the number of cylinders has a corresponding number of Eaupilagerzapferl 11 of those in the drawing two on either side of one Cylinder pairs are shown. The distance a between the central planes E of two adjacent main bearing journals 11 of the crankshaft or the main bearing 12, with which the crankshaft is mounted in the machine housing, is constant for all main bearing distances of the entire engine series, the same the distance hl between the individual cylinders of each cylinder row. Even the width b of the main bearing journals between the adjacent crank throws 13 and 14 is expediently always chosen to be the same size, so that the distance c between the end faces of the main bearing journals facing the main bearing journals 11 adjacent crank webs 14 is always the same size.

Die an die Wangen 14 anschließenden Pleuellagertoder Kurbelzapfen 15 sind durch eine Mittelwange 16 miteinander verbunden und tragen Pleuellager 17 von einer Breite bl bei einem Durchmesser dl des Kurbelzapfens, einem Abstand (Kurbelversatz) e1 zwischen den Mittelebenen M1 der Kurbelzapfen bzw. der Zylinder, deren Zylinderachsen als in den Ebenen M1 liegend angenommen sind, sowie bei Kurbelkröpfungen vom Radius fl. Wegen der verhältnismäßig hohen Beanspruchungen der Kurbelwelle gehen die Kurbelzapfen 15 mit verhältnismäßig großen Abrundungen 18 in die benachbarten Kurbelwangedi 14 bzw. 16 über, wodurch auch die maximale Breite der Pleuellager 17 für die Pleuelstange 19 mitbestimmt wird.The connecting rod bearings or crank pins adjoining the cheeks 14 15 are connected to one another by a central cheek 16 and carry connecting rod bearings 17 of a width bl with a diameter dl of the crank pin, a distance (crank offset) e1 between the central planes M1 of the crank pin or the cylinder, their cylinder axes are assumed to be in the planes M1, as well as in the case of crank cranks of the radius fl. Because of the relatively high stresses on the crankshaft, the crank pins go 15 with relatively large roundings 18 in the adjacent crankshafts 14 or 16 over, whereby the maximum width of the connecting rod bearings 17 for the connecting rod 19 is co-determined.

Fig. 2 zeigt eine entsprechende Kurbelwelle für die (tere Baugruppe mit großer Zylinderzahl, also z.B. für 8 oder mehr Zylinder.Fig. 2 shows a corresponding crankshaft for the (tere assembly with a large number of cylinders, e.g. for 8 or more cylinders.

Die Abmessungen a, bs c sind die gleichen wie im Falle der Fig. 1.The dimensions a, bs c are the same as in the case of FIG. 1.

Im übrigen sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der Kurbelwelle nach Fig. 1 verstehen, wobei jedoch das Bezugszeichen jeweils um 100 vermehrt ist Die Abmessungen a der Kurbelwelle 110, die Durchmesser und Breiten b der Hauptwellenzapfen 111 sowie der zugehörigen Hauptlager 112 sind die gleichen wie bei der Kurbelwelle nach Fig. 1. Unterschiedlich ist jedoch die Ausbildung der Kurbelwelle zwischen den beiden Hauptlagerzapfen 111 im Bereiche des Abstandes c. Im Gegensatz zur Ausführungsform der Kurbelwelle nach Fig. 1 ist nur ein einziger Kurbel- oder Pleuelzapfen 115 vorgesehen, der mit den Hauptwellenzapfen 111 durch verhältnismäßig starkwandige Kurbelwellenwangen 114 verbunden ist. Die Pleuelstangen 119 haben die gleiche Breite wie die Pleuelstangen 19 der unteren Baugruppe (wie sie auch sonst gleich sein können), können jedoch auf Pleuellagern 117 größerer Breite b2 gelagert werden» da die Abrundungen 118 mit Rücksicht auf die geringeren Beanspruchungen der Kurbelwelle kleineren Radius erhalten können.Otherwise, corresponding parts have been given the same reference numerals as in the case of the crankshaft according to FIG. 1, but with the reference numerals in each case increased by 100 The dimensions a of the crankshaft 110, the diameters and widths b the main shaft journal 111 and the associated main bearing 112 are the same as in the case of the crankshaft according to FIG. 1. However, the training of the Crankshaft between the two main bearing journals 111 in the region of the distance c. In contrast to the embodiment of the crankshaft according to FIG. 1, there is only one Crank or connecting rod pin 115 is provided, which with the main shaft pin 111 through relatively thick-walled crankshaft webs 114 is connected. The connecting rods 119 are the same width as the connecting rods 19 of the lower assembly (like they can also otherwise be the same), but can be larger on connecting rod bearings 117 Width b2 are stored »because the roundings 118 with consideration for the smaller Stresses on the crankshaft can get smaller radius.

Der Durchmesser d2 kann gleich dem Durchmesser dl bei gleichen Kurbelwellenbeanspruchungen gewählt werden. Der Versatz e2 der Mittelebenen M2 der Pleuelstangen bzw. der Zylinder ist in diesem Falle kleiner als der Versatz el der unteren Baugruppe, während der Radius f der Kröpfung gleich oder - zweckmäßig - größer (z. B.The diameter d2 can be equal to the diameter dl with the same crankshaft loads to get voted. The offset e2 of the Middle planes M2 of the connecting rods or the cylinder is in this case smaller than the offset el of the lower assembly, while the radius f of the offset is the same or - expediently - larger (e.g.

2 um 15 %) als der Kröpfungsradius fl der unteren Motorbaugruppe ist. 2 by 15%) than the crank radius fl of the lower motor assembly is.

Der Kolbenhub vergrößert sich demnach um einen entsprechenden Prozentsatz.The piston stroke increases accordingly by a corresponding percentage.

Die Zylinderabstände h2 der beiden Zylinderreihen sind wieder einander gleich und gleich den Zylinderabständen h1 der unteren Baugruppe mit kleiner Zylinderzahl.The cylinder distances h2 of the two cylinder rows are again one another equal and equal to the cylinder spacing h1 of the lower assembly with a small number of cylinders.

Die Zylinderköpfe aller Zylinder der gesamten Motorbaureihe können gleich ausgebildet sein. Der Ventildurchmesser wird in diesem Falle von dem Zylinderdurchmesser der unteren Motorenbaugruppe bestimmt.The cylinder heads of all cylinders in the entire engine series can be designed the same. In this case, the valve diameter is determined by the cylinder diameter of the lower motor assembly.

Um jedoch in diesem Falle bei den Motoren der oberen Baugruppe mit größerem Zylindervolumen die Gasgeschwindigkeit am Ventil nicht zu hoch werden zu lassen, wird die Motordrehzahl dieser Motoren zweckmäßig entsprechend, z.B. um etwa 10 O/o, niedriger gelegt, was für die Lebensdauererwartung dieser mit größerer Leistung arbeitenden Motoren von Vorteil ist.However, in this case with the motors of the upper assembly larger cylinder volume, the gas velocity at the valve does not become too high the engine speed of these engines is expediently accordingly, e.g. by about 10 O / o, placed lower, what for the life expectancy of these with greater power working engines is an advantage.

Vorzugsweise sind die Zylinderbohrungen der oberen Baugruppe größer (z. B, um 10 %) als die Zylinderbohrungen der unteren Baugruppe. Da der Abstand g2 der Kurbelwelle 110 größer ist als g1 der Welle l0, kann trotz der größeren Zylinderbohrung die Grundlagerbeanspruchung der Motoren mit der Welle 110 gleich hoch werden.Preferably the cylinder bores of the upper assembly are larger (e.g., by 10%) than the cylinder bores of the lower assembly. Because the distance g2 of crankshaft 110 is greater than g1 of shaft l0, can despite the larger cylinder bore, the basic bearing load of the motors with the shaft 110 become the same.

Der V-Winkel der oberen Motorbaugruppe kann der gleiche wie bei der unteren Motorbaugruppe oder auch hiervon verschieden sein. Aus Einbaugründen ist ein V-Winkel von 600besonders vorteilhaft,The V angle of the upper motor assembly can be the same as that of the lower motor assembly or different from it. For installation reasons is a V angle of 600 is particularly advantageous,

Claims

Claims: 1. Engine series of multi-cylinder, two-row crankshaft engines, especially V-engines, characterized by the following features: al) the engines all cylinder numbers in the series have the same main bearing spacing (a); a2) the engines of all cylinder numbers of the series have the same cylinder spacing (hl = h2) on; bl) the engines with a low number of cylinders have one crankshaft (10) with two crank cranks (crank pins) arranged between each two main bearings (11) 15) provided; b2) the engines with a high number of cylinders have one crankshaft (110) with only one crank offset (crank pin 115) for one cylinder each provided each bank of cylinders.

2. Motor series according to claim 1 »characterized in that motors an average number of cylinders as well as crankshafts with one crank throat each also have crankshafts with two crank throws between two main bearings.

3. Motor series according to claim 1 and 2, characterized in that that engines with 4 and 6 cylinders, crankshafts with two crank throats each, engines with 10 or more cylinders crankshafts each with a crank throw between two Have main bearings, while engines with 8 cylinders have one or the other of the belong to the aforementioned two engine groups or both engine groups.

4. Motor series according to claim 1 to 3, characterized in that that the engines of the engine group with a high number of cylinders have a larger stroke andioder a larger cylinder diameter than the engines of the engine group with lower Have number of cylinders,

5. Motor series according to claim 1 to 4, characterized in that ».

that the main bearing width (b) for all engines in the engine line is equal to 0

6. Motor series according to claim 1 to 5, characterized in that that the connecting rod bearings (Ii '?) of the engine group with a high number of cylinders have a larger one Width (b2) than those (17) of the group of engines with a lower number of cylinders.