DE2525769B2

DE2525769B2 - Freisaugende Achtzylinder-Dieselbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2525769B2
Application number: DE2525769A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. 8540 Mittelhembach Bauer; Kurt 8500 Nuernberg Leonhard; Joachim Dipl.-Ing. 8501 Schwaig Loehr
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1975-06-10
Filing date: 1975-06-10
Publication date: 1980-04-10
Also published as: HU176821B; FR2314359A1; SE7606607L; IT1060663B; TR19457A; DD124929A1; US4116172A; JPS5633584B2; DE2525769A1; JPS51151416A; FR2314359B1; SU984414A3; CH613750A5; DE2525769C3; SE435643B; RO77885A; GB1521817A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine freisaugende Achtzylinder Dieselbrennkraftmaschine in V-Bauart, bei der die Zylinder 1 bis 4 eine Zylifiderbäflk und die Zylinder 5 bis 8 die zweite Zylinderbank bilden, wobei eine Zündfolge 1-5-7-2-6-3-4-8 bei einem Zündabstand von 90° Kurbelwinkel gewählt ist, und bei der jeweils mehrere F.inzelsaugrohre zu einem gemeinsamen Ansaugsammelrohr und jeweils mehrere Abgasauslaßrohre zu einem gemeinsamen Abgassammeirohr zusammengefaßt sind.

Bei schnellaufenden, freisaugenden Brennkraftmaschinen ist es heute allgemein bekannt, zur Erhöhung der Zylinderfüllung und damit der Leistung das dynamische Verhalten insbesondere der Ansauganlage auszunützen. Eine solche dynamische Aufladung, beispielswaise die Reflexionsaufladung, muß von einer Resonanzaufladung, die ebenfalls teilweise Anwendung findet, unterschieden werden. Bei der Reflexionsaufiadung, die in vorliegendem Falle vorgesehen wei den soll, läuft die beim öffnen eines Einlaßventils erzeugte

ίο Unterdruckwelle bekanntlich mit Schallgeschwindigkeit bis zum Ende des offenen Ansaugsammelrohres und von dort mit einer Phasenverschiebung von 180° als Druckwelle wieder zurück in den Zylinder. Bei entsprechender Zusammenfassung von Einzelsaugrohren und Abstimmung der gemeinsamen Ansaugsammelrohre hinsichtlich ihres Durchmessers und ihrer Länge auf die gewünschte Drehzahl führt diese Druckwelle bei noch geöffnetem Einlaßventil zu einer Aufladung bzw. Nachladung über das sonst mit Sammelrohren erreichbare Maß hinaus. Ein solcher Aufladeeffekt läßt sich auf ein relativ breites Drehzahlband ausdehnen, wobei die Zylinderfüllung dann bevorzugt vor dem Einlaßschluß bzw. unmittelbar nach der Einlaßeröffnung stattfindet

Eine solche Art von Aufladung wird bei Vier-, Sechs- und Zwölfzylinder-Dieselbrennkraftmaschinen bereits angewendet Bei Achtzylinder-Dieselmotoren in V-Bauart hingegen, bei denen aus Gründen eines günstigen Massenausgleiches und der Lagerbelastung die anfangs erwähnte Zündfolge 1-5-7-2-6-3-4-8 bei einem Zündabstand von 90° Kurtoelwinkel gewählt wird, ergeben sich Schwierigkeiten, weil die Zündabstände der Zylinder jeweils einer Zylinderbank sehr ungleichmäßig sind. Bei einer Zusammenfassung der Einzelsaugrohre einer Zylinderbank zu einem gemeinsamen Ansaugsammelrohr würden sich die einzelnen Zylinder hinsichtlich ihrer Ansaugzeiten vielfach überschneiden und daher gegenseitig stark behindern. Als Beispiel sei hier ein Dieselmotor mit der genannten Zündfolge kurz betrachtet. Die Zylinder 1 bis 4 bilden eine Zylinderbank, die Zylinder 5 bis 8 die zweite. Zündet nun Zylinder 1, so folgt nach 270⁰KW Zylinder 2, nach 180'KW Zylinder 3, nach 90" KW Zylinder 4 und nach weiteren 18O⁰KW Zylinder l.Geht man davon aus, daß die Öffnungszeit der Einlaßventile etwa 24O⁰KW beträgt, so überschneiden sich die Öffnungszeiten der Einlaßventile für die Zylinder 2 und 3, 3 und 4 sowie 4 und I₁ wodurch ein guter Füllungsgrad nicht mehr erreicht werden katin.

Die genannten Schwierigkeiten wären zu beheben, wenn man für jeden Zylinder ein komplettes Ansaugrohr vorsehen könnte, was jedoch insbesondere bei Fahrzeug-Dieselmotoren wegen des erheblichen Platzbedarfes praktisch nicht ausführbar ist. Das gleiche gilt auch für die Abgasauslaßrohre, bei denen Überschneidüngen von Auslaßzeiten zu einer Erhöhung des Restgasdruckes und damit der Gaswechselarbeit führen. Zum Stand der Technik wird darauf hingewiesen, daß durch die US-PS 29 47 294 zwar schon eine Achtzylinder-Brennkraftmaschine in V-Bauart bekannt ist, bei der jeweils vier Einzelsaugrohre aus beiden Zylinderbänken zusammengefaßt sind, die schließlich durch eine gemeinsame Kammer miteinander in Verbindung stehen. Die Einzelsaugrohre sind jedoch als Schwingrohre, d. h. sog. »Ram-Pipes«, ausgebildet und stellen ein

Ί5 kompliziertes, platzraubendes Rohrgeschlinge dar. Nur dadurch wird es möglich, einen gleichmäßigen Zündabstand pro System von 180⁰KW zu erreichen. Von der Vorveröffentlichung kann jedoch hier nicht ausgegan-

gen werden, weil diese außerdem einen Ottomotor beschreibt, der eine andere Zündfolge bei einem anderen Zündabstand als eingangs genannt aufweist. Außerdem wäre das Rohrgeschlinge bei einem Dieselmotor gar nicht unterzubringen, weil es bei Dieselmotoren auf Grund ihrer üblicherweise niedrigeren Drehzahlen wesentlich größer als bei Ottomotoren ausgebildet werden muß. Ferner ist nach dieser Entgegenhaltung auch nicht an eine Zusammenfassung der Abgasauslaßrohre gedacht

Durch die US-PS 28 45 911 wurde ein Mehrzylinder-V-Motor bekannt, bei dem das Ansaugsystem aus acht Einzelschwingrohren besteht, die in einer im V-Raum angeordneten Trommel enden. Der Zweck der Anordnung beschränkt sich darauf, daß durch die Krümmung der Rohre eine entsprechende Länge erreicht wird, die den Ram-Effekt in den unteren Drehzahlbereich des Motors verlagert Auch dieser Motor kann der vorliegenden Erfindung nicht zugrunde gelegt werden, weil er nach dem Ottoverfahren arbeitet, eine andere Art der Aufladung anstrebt und im übrigen die. gleichen abweichenden Merkmale wie vorbeschrieben aufweist.

Das gleiche gilt auch für den in der US-PS 29 27 564 beschriebenen Achtzylinder-Ottomotor in V-Anordnung, wobei lediglich ein Unterschied in der Verlegung der einzelnen acht Schwingrohre und in der genauen Definition der Rohrkrümmungsradien besteht.

Schließlich wurde durch die US-PS 27 64 961 noch ein Achtzylinder-Ottomotor in V-Bauart bekannt, bei dem jeweils vier Einzelsaugrohre aus verschiedenen Zylinderbänken in komplizierter Weise zusammengefaßt sind. Die Gaswechselfolge beträgt 180⁰KW. Im übrigen wird eine Kombination von verschiedenen Zündfolgen beschrieben, die nicht mit der eingangs genannten Zündfolge übereinstimmen.

Zusammenfassend wird festgestellt, daß alle durch die vier US-Patentschriften bekannten vorstehend behandelten Acht-Zylinder-V-Motoren durch ihren anderen Aufbau und i^vre Arbeitsweise nicht geeignet sind, der Erfindung zugrunde zu liegen. Es wurde daher von einem Stand der Technik ausgegangen, der durch keine der Vorveröffentlichungen belegbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Dieselbrennkraftmaschine der eingangs beschriebenen speziellen Art die genannten Nachteile zu vermeiden und sowohl das Einlaßsystem als auch das Auslaßsystem ohne großen Platzbedarf so auszubilden, daß durch eine Reflexionsaufladung eine Erhöhung des Liefergrades sowie der Leistung und d-.mit auch eine Verbesserung der übrigen Motordaten erreicht wird. so

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß jeweils zwei Einzelsaugrohre einer Zylinderbank zu einem gemeinsamen Ansaugsammelrohr zusammengefaßt sind, deren zugehörige Zylinder einen wechselweisen Zündabstand von 270° und 450° Kurbelwinkei zueinander aufweisen, und daß alle Ansaugsammelrohre eine annähernd gleiche, nach den Drehzahlen des Motors ausgelegte Rohrlänge aufweisen und von einem Ausgleichsbehälter ausgehen.

Mil dieser Anordnung wird die gestellte Aufgabe, wie später durch Versuche nachgewiesen werden konnte, überraschend gut gelöst und eine beträchtliche Liefergrad- bzw. Leistungserhöhung erzielt. Während man bisher die Meinung vertrat, daß es ungünstig sein müsse und in keinem Falle eine Verbesserung der Motordaten bringen könne, wenn mar zwei Einzelsaugrohre, deren Zylinder wechselweise in stark unterschiedlichen und dazu großen Abständen zünden, zu einem gemeinsamen Ansaugsammelrohr zusammenfaßt, weil nicht beherrschbart Störwellen auftreten, und weil die Luftströmung im Ansaugsammelrohr immer wieder unterbrochen wird, so hat sich nunmehr herausgestellt, daß diese Meinung durchaus nicht in jedem Falle vertretbar ist.

Um möglichst Platz zu sparen, wird als Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Ansaugsammelrohre zum Erreichen nahezu gleicher mittlerer Längen unterschiedlich weit in den Ausgleichbehälter hineinragen. Die Ansaugsammelrohre werden erfindungsgemäß derart bemessen, daß die durch Reflexion erzeugten Nachladewellen zu einem Zeitpunkt in die jeweiligen Zylinder gelangen, in dem die zugehörigen Einlaßventile gerade öffnen oder schließen. Für die Bemessung der mittleren Länge der Ansaugrohre ist die Mitte zwischen den Abzweigpunkten der Einzelsaugrohre maßgebend.

Weitere Erläuterungen der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles entnommen werden. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Achtzylinder-Dieselmotors in V-Anordnung mit den Einzelsaugrohren und den Abgasauslaßrohren sowie den dazugehörigen Sammelrohren nach der Erfindung,

F i g. l eine Gegenüberstellung des Druckverlaufes in den Zylindern 1 und 3 ohne und mit der erfindungsgemäßen Anordnung,

F i g. 3 eine Gegenüberstellung des Liefergrades ohne und mit der erfindungsgemäßen Anordnung,

F i g. 4 einen Ausschnitt .uis F i g. 1 zur Erläuterung der mittleren Länge für die Ansaugsammelrohre.

In F i g. 1 sind die Zylinder mit den Positionen 1 bis 8 bezeichnet, von denen jeweils vier Zylinder, (1 bis 4 und 5 bis 8) zu einer Zylinderbank 9 zusammengefaßt sind. Der gezeigte Motor soll nach einer Zündfolge 1-5-7-2-6-3-4-8 bei einem Zündabstand von 90⁰KW arbeiten. Jeder Zylinder 1 bis 8 weist ein Einzelsaugrohr ta bis 8a und ein Abgasauslaßrohr 1 i> bis 86 auf. jeweils zwei Einzelsaugrohre I a und 3a, 2a und 4a, 5a und 6a, 7a und 8a münden in ein gemeinsames Ansaugsammelrohr 10, ll, 12 und 13. Die Ansaugsammelrohre 10,11,12 und 13 weisen jeweils gleiche, mittlere Längen auf und enden ihrerseits in einem, an einer beliebigen Motorseite angeordneten Ausgleichbehälter 14, in den s=e zum Ausgleich der Längen unterschiedlich weit hineinragen, so daß sie zwischen den V-förmig angeordneten Zylinderbänken 9 nur den unbedingt erforderlichen Platz benötigen.

Das Auslaßsystem ist in gleicher Weise aufgebaut, und zwar sind jeweils die beiden Abgasauslaßrohre \b und 3b, 2b und Ab, üb und 6b sowie Tb und Sb h Abgassammeirohren 15, 16,17 und 18 zusammengefaßt, dii.· suiließlich in den Auspuff 19 enden. Bei dieser Anordnung kann weder im Einlaßsystem noch im Auslaßsystem eine Überschneidung oder eine gegenseitige Behinderung auftreten, weil der Zündabstand aller jeweils zusammengefaßten Zylinder abwechselnd 270° bzw. 450° KW ist.

In F i g. 2 sind über etwa 360° KW die Drucke in den Zylindern 3 und 1 dargestellt. Die Darstellungen 20 und 21 zeigen dabei die Verhältnisse für die Zylinder J und 1 auf, wie sie bei der herkömmlichen Anordnung vorliegen, nämlich wo alle Einzelsaugrohre in ein gemeinsames Ansaugjammelrohr und alle Abgasauslaßrohre in ein gemeinsames Abgassammeirohr münden. Aus den unteren beiden Darstellungen 22 und 23 hingegen sind die Werte zu entnehmen, wie sie durch die erfindungsgemäße Anordnung, also bei Zusammenfas-

sung der Einzelsaugrohrc 3n und la sowie der Abgasauslaßrohre 3b und Xb erreicht werden. UT bedeutet jeweils den unteren Kolbentotpunkt und OT den oberen Kolbentotpunkt, die angefügten Zahlen den jeweiligen Zylinder. Somit sind auf der Abszisse die Grad-KW und auf der Ordinate die Drücke, ausgehend von der den atmosphärischen Druck aufzeigenden Nullinie χ aufgetragen. Die mit Eo bezeichneten Strecken bedeuten die Öffnungszeiten der Einlaßventile, wobei zu bemerken ist, daß diese etwa 12° KW vor O7 öffnen und etwa 5O⁰KW nach LT schließen. Es ergibt sich also eine gesamte Öffnungszeit von etwa 240⁰KW,dazwischen OTund UT ein Kurbelwinkel von 180° liegt. Schließlich geben die stark ausgezogenen Kurven 24 den jeweiligen Druck in den Zylindern 3 und 1, die strichlierten Kurven 25 den Druck in den Fin7pUaiigrohrpn .la und 1.1 und dip strichpunktierten Kurven 26 den Druck in den Abgasauslaßrohren 36 und löan.

Ein Vergleich der Darstellungen 20 und 21 mit den Darstellungen 22 und 23 zeigt vor allem deutlich, daß bei dem Motor nach der Erfindung die Drücke in den Einzelsaugrohren 3a und 1 a (25) stark pulsieren und zum Zeitpunkt Eöund fs ein positives Druckgefälle für eine Zylinderladung aufweisen (Darstellungen 22 und 23). Auch geht klar hervor, daß am Ende der Einlaßeröffnung in den Zylindern 3 und 1 bereits ein wesentlich höherer Druck (Kurven 24) herrscht als bei der bisherigen Ausführung nach den Darstellungen 20 und 21, und im Falle des Zylinders 3 die Restgasverdichtung stark gemindert ist.

In dem Diagramm gemäß F i g. 3 sind auf der Abszisse die Motordrehzahlen η und auf der Ordinate der jeweils zugehörige Liefergrad β in % aufgetragen, /ii bedeute! die untere Vollastdrehzahl, rti die Drehzahl bei maximalem Drehmoment und Oj die Nenndrehzahl. Auf j eine Angabe der Drehzahlen in U/min wird wegen der unterschiedlichen Motoren verzichtet. Werden wie bisher alle Einzelsaugrohre eines Achtzylinder-Dieselmotors in V-Bauart zu einem Ansaugsammelrohr und alle Abgasauslaßrohre zu einem Abgassammeirohr zusammengefaßt, so ergibt sich ein bestimmter l.iefergradverlauf. Die strichlierte Kurve 27 zeigt diesen Liefergrad auf. Ordnet man die Ein- und Auslässe gemäß der Erfindung an, so steigt der Liefergrad gemäß der stark ausgezogenen Kurve 28 erheblich an. Zu beachten ist dabei, daß sich die Liefergraderhöhung vor allem in. den wesentlichen Bereichen n_u n₂ und ri\ besonders bemerkbar macht. Entsprechend der Liefergraderhohung ist auch die Leistungserhöhung, die hier der Einfachheit wegen nicht mehr aufgezeigt wurde.

F i g. 4 soll lediglich Aufschluß darüber geben, was man unter »mittlere Länge« der Ansaugsammelrohre versteht. Als Beispiel sollen die Zylinder 1 und 3 mit ihren Einzelsaugrohren Xa und 3a dienen, die gemeinsam in dem Ansaugsammelrohr 10 münden. Um für beide Zylinder 1 und 3 nahezu die gleichen Verhältnisse zu schiffen, werden zunächst die echte Länge / der Einzelsaugrohre Xa und 3a und die Punkte 29, 30 ermittelt, an denen sie in das Ansaugsammelrohr 10 einmünden. Danach halbiert man die Strecke zwischen den Punkten 29 und 30, von wo aus man mit der Bemessung der mittleren Länge L für das Ansaugsam melrohr 10 beginnt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Freisaugende Achtzylinder-Dieselbrennkraftmaschine in V-Bauart, bei der die Zylinder 1 bis 4 eine Zylinderbank und die Zylinder 5 bis 8 die zweite Zylinderbank bilden, wobei eine Zündfolge 1-5-7-2-6-3-4-8 bei einem Zündabstand von 90° Kurbelwinkel gewählt ist, und bei der jeweils mehrere Einzelsaugrohre zu einem gemeinsamen Ansaugsammelrohr und jeweils mehrere Abgasauslaßrohre zu einem gemeinsamen Abgassammeirohr zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Einzelsaugrohre (la und 3a, 2a und 4a, 5a und 6a, 7a und 8a; einer Zylinderbank (9) zu einem gemeinsamen Ansaugsammelrohr (10, 11, 12, 13) zusammengefaßt sind, deren zugehörige Zylinder (1 und 3, 2 und 4, 5 und 6, 7 und 8) einen wechseiweisen Zündabstand von 270° und 450° Kurbelwink-;1 zueinander aufweisen, und daß alle Ansaugsamfnelrohre (10, 11_S 12, 13) eine annähernd gleiche, nach den Drehzahlen des Motors ausgelegte Rohriänge (L) aufweisen und von einem Ausgleichsbehälter (14) ausgehen.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugsammelrohre (10, 11, 12, 13) zum Erreichen nahezu gleicher mittlerer Längen (L) unterschiedlich weit in den Ausgleichbehälter (14) hineinragen.

3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugsammelrohre (10, 11, 12, 13) derart bemessen sind, daß die durch Reflexion trzcugtci Nachladewellen zu einem Zeitpunkt in die jeweiligen Zylinder (1,3,2,4, 5, 6, 7, 8) gelangen, in der» die zugehörigen Einlaßventile gerade öffnen oder schließen.

4. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen I bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bemessung der mittleren Länge (L)der Ansaugsammelrohre (10 bis 13) die Mitte zwischen den Abzweigpunkten (29, 30)der Einzelsaugrohre(laund3a_//maßgebend ist.

5. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen I bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die, bezogen auf die Zusammenfassung der Einzelsaugrohre, entsprechenden Abgasauslaßrohre (ib und 3b bis Tb und Bb) von Zylindern (1 bis 8) zu gemeinsamen, in ihren Durchmessern und Längen abgestimmten Abgassammeirohren (15 bis 18) zusammengefaßt sind.

6. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Abgasauslaßrohre der Zylinder 1 und 4,2 und 3,5 und 8,6 und 7 zu gemeinsamen Abgassammeirohren zusammengefaßt sind.