DE2525769C3 - Freisaugende Achtzylinder-Dieselbrennkraftmaschine - Google Patents
Freisaugende Achtzylinder-DieselbrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine 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.
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, beispielsweise die Reflexionsaufladung, muß von einer
Resonanzaufladung, die ebenfalls teilweise Anwendung findet, unterschieden werden. Bei der Reflexionsaufladung,
die in vorliegendem Falle vorgesehen werden 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 ZyKnderfüllung 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 Lagerbelas.'ung die anfangs erwähnte Zündfolge 1-5-7-2-6-3-4-8 bei einem Zündabstand
von 90° Kurbelwinkel 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 270° KW Zylinder 2, nach
180° KW Zylinder 3, nach 90° KW Zylinder 4 und nach weiteren 180° KW Zylinder 1. Geht man davon aus, daß
die Öffnungszeit der Einlaßventile etwa 240° KW
beträgt, so überschneiden sich die Öffnungszeiten der Einlaßventile für die Zylinder 2 und 3, 3 und 4 sowie 4
und 1, wodurch ein guter Füllungsgrad nicht mehr erreicht werden kann.
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
kompliziertes, platzraubendes Rohrgeschlinge dar. Nur dadurch wird es möglich, einen gleichmäßigen Zündabstand
pro System von 180° KW 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 Abgasauslaßrohregedacht.
Durch die US-PS 28 45 91] 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 ihre 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 damit auch eine Verbesserung der übrigen Wotordaten 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° Kurbelwinkel zueinander aufweisen, und daß alle Ansaugsammelrohre
eine annähernd gleiche, nach den Drehzahlen des Motors ausgelegte Rohrlänge aufweisen und von einem
Ausgleichsbehälter ausgehen.
Mit dieser Anordnung wird die gestellte Aufgabe, wie später durch Versuche nachgewiesen werden konnte,
überraschend gut gelöst und eine beträchtliche Liefergrad- bzw. Leistungserh'x. j erzielt. Während man
bisher die Meinung vertrat, daß es ungünstig sein müsse und in keinem Falle eine Verbesserung der Motordaten
bringen könne, wenn man zwei Einzelsaugrohre, deren Zylinder wechselweise in stark unterschiedlichen und
dazu großen Abständen zünden, zu einem gemeinsamen Ansaugsammelrohr zusammenfaßt, weil nicht beherrschbare
StörweHen 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 Ansaugsammelrohrß 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. 2 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 eier erfindungsgemäßen Anordnung,
F i g. 4 einen Ausschnitt aus F i g. 1 zur Erläuterung der mittleren Länge für die Ansaugsammelrohre.
In Fi 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 la bis 8a und ein Abgasauslaßrohr \b bis 8b auf. Jeweils
zwei Einzelsaugrohre la und 3a, 2a und 4a, 5a und 6a, 7a
und 8a münden in ein gemeinsames Ansaugsammelrohr 10,11,12und 13. Die Ansaugsammelrohre 10,11,12und
13 weisen jeweils gleiche, mittlere Längen auf und enden ihrerseits in einem, an einer beliebigen Motorseite
angeordneten Ausgleichbehälter 14, in den sie 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 IZ?
und 3b, 2b und 4b, 5b und 6b sowie Tb und Bb in
Abgassammeirohren 15,16,17 und 18 zusammengefaßt, die schließlich 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 Drücke in den
Zylindern 3 und 1 dargestellt. Die Darstellungen 20 und 21 zeigen dabei die Verhältnisse für die Zylinder 3 und 1
auf, wie sie bei der herkömmlichen Anordnung vorliegen, nämlich wo alle Einzeisaugrohre in ein
gemeinsames Ansaugsammelrohr 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 Einzelsaugrohre 3a und la sowie der Abgasauslaßrohre 3b und Ib 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 Eö bezeichneten
Strecken bedeuten die Öffnungszeiten der Einlaßventile, wobei zu bemerken ist, daß diese etwa 12° KW vor
OT öffnen und etwa 50° KW nach UT schließen. Es ergibt sich also eine gesamte Öffnungszeit von etwa
240° KW, da zwischen OTund UTe'm 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 Einzelsaugrohren 3a und la und die strichpunktierten
Kurven 26 den Druck in den Abgasauslaßrohren 3b 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 la (25) stark pulsieren und zum
Zeitpunkt found Es 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, n, bedeutet
die untere Vollastdrehzahl, m die Drehzahl bei maximalem Drehmoment und /73 die Nenndrehzahl. Auf
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 Liefergradverlauf.
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
!5 beachten ist dabei, daß sich die Liefergraderhöhung vor allem in den wesentlichen Bereichen n\, ni und Π3
besonders bemerkbar macht. Entsprechend der Liefergraderhöhung ist auch die Leistungserhöhung, die hier
der Einfachheit wegen nicht mehr aufgezeigt wurde.
Fig.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 la und 3a dienen, die gemeinsam in dem Ansaugsammelrohr 10 münden. Um für
beide Zylinder 1 und 3 nahezu die gleichen Verhältnisse zu schaffen, werden zunächst die echte Länge / der
Einzelsaugrohre la 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 Ansaugsammelrohr 10 beginnt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
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 Sa) 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 wechs.elweisen Zündabstand von 270° und 450°
Kurbeiwinkel zueinander aufweisen, und daß alle Ansaugsammelrohre (10, 11,12,13) eine annähernd
gleiche, nach den Drehzahlen des Motors ausgelegte Rohrlänge (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 erzeugten Nachladewellen zu
einem Zeitpunkt in die jeweiligen Zylinder (1,3,2,4,
5, 6, 7, 8) gelangen, in dem die zugehörigen Einlaßventile gerade öffnen oder schließen.
4. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 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 (la und 3a)maßgebend ist.
5. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die, bezogen auf die Zusammenfassung der Einzelsaugrohre,
entsprechenden Abgasauslaßrohre (IZ) und 3b bis Tb
und Sb) von Zylindern (1 bis 8) zu gemeinsamen, in ihren Durchmessern und Längen abgestimmten
Abgassammeirohren (15 bis 18) zusammengefaßt sind.
6. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 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.
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