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Zündfolge von Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen Bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen
wird die Zündfolge und im Zusammenhang damit die Anordnung der Kurbelzapfen der
Kurbelwelle im allgemeinen so gewählt, daß ein möglichst gleichmäßiges Drehmoment
bei weitgehendem Ausgleich der Massenkräfte und Massenmomente erreicht wird. Dabei
muß darauf Augenmerk gerichtet werden, daß die Zündfolge auch im Hinblick auf die
Drehschwingungslage der Kurbelwelle günstig ist.
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Werden große Massen, unmittelbar an den Motor gekuppelt, wie dies
z. B. bei Stromerzeugeraggregaten des öfteren der Fall ist, können bei vielfach
gekröpften Kurbelwellen Kurbelanordnungen mit gleichmäßiger Zündfolge in schwingungstechnischer
Hinsicht ungünstig sein, da die hauptkritischeDrehzahl in den Drehzahlbereich des
Motors fallen kann. Es ist bekannt, in solchen. Fällen durch Übergehen auf eine
ungleichmäßige Zündfolge eine in schwingungstechnischer Hinsicht günstigere Kurbelanordnung
zu erhalten. Die durch diese Maßnahme gesteigerten Drehmomentschwankungen und der
damit verbundene größere Ungleichförmigkeitsgrad müssen dabei allerdings in Kauf
genommen werden.
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Die bekannten Maßnahmen, zum Zwecke eines günstigeren Schwingungsverhaltens
eine ungleichmäßige Zündfolge zu erhalten, beschränken sich nicht allein darauf,
daß die Kurbelanordnung verändert wird. Bei Reihenmaschinen sind Vorschläge bekannt,
die Zylinder in zwei oder mehr Ebenen zu staffeln und dadurch Zündfolge, Schwingungsverhalten
und Massenausgleich zu beeinflussen. Bei V-Maschinen kann an Stelle einer Kurbelversetzung
eine Änderung des V-Winkels zwischen den beiden Zylinderreihen treten. Auch sind
Vorschläge bekannt,
die Kurbelwellen von V-Maschinen, bei denen
im Normalfall je zwei Kolben eines V-Elementes auf einen gemeinsamen Kurbelzapfen,
sei es über Gabelpleuelstangen, über angelenkte oder nebeneinanderliegende Pleuelstangen,,
arbeiten, die Anzahl der Zylinder also doppelt so groß ist als die der Kurbelzapfen,
-mit ebensoviel Kurbelzapfen wie Zylinder vorhanden sind, auszurüsten. Zusammen
mit der Möglichkeit, die Kurbelwelle selbst aus der Schnittlinie der Ebene der beiden
Zylinderreihen herauszurücken, ergeben sich damit Kombinationsmöglichkeiten, das
Schwingungsverhalten, den Massenausgleich und den Gleichgang im gewünschten Sinne,
wenn nicht gleichzeitig, so doch in der Richtung eines günstigen Kompromisses zu
beeinflussen.
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Diesen Vorschlägen haftet aber der große Nachteil an, daß das'Abgehen
von der Normalbauart mit einer wesentlichen Komplikation des Motoraufbaues und damit
mit erhöhten Herstellungskosten verbünden ist. Da es insbesondere bei Dieselmotoren
von nur etwas größeren Zylinderleistungen kaum möglich ist, festigkeitsmäßig mehrere
Kurbelzapfen ohne dazwischenliegende Wellenlager einwandfrei zu beherrschen, hätte
insbesondere bei V-Maschinen die Einführung von Kurbelwellen mit der doppelten Anzahl
von Kurbelzapfen, selbst wenn diese im einzelnen kürzer gebaut werden können, nicht
nur eine bedeutende Verteuerung dieses ohnedies kostspieligsten Teiles des Motors,
sondern auch zweifellos eine beträchtliche Vergrößerung der Motorbaulänge und; damit
nicht nur größeren Raumbedarfes, sondern auch erhöhten Werkstoffbedarf, erhöhtes
Gewicht und abermals erhöhte Kosten zur Folge. Es ist deshalb erklärlich, daß sich
in der Praxis im allgemeinen nur geänderte Kurbelversetzungen und bei V-Maschinen
Änderungen des V-Winkels durchgesetzt haben.
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Um mit Motoren kleinerer Leistung Aggregate größerer Leistung zu bauen,
ist es bekannt, zwei oder mehrere Motoren gleicher Bauart zusammenzukuppeln. Eine
dabei mögliche Anordnung ist die, daß beidseitig des beispielsweise anzutreibenden
Stromerzeugers oderGetriebes je einMotor gleicher Bauweise angekuppelt wird. Besonders
wirtschaftlich wird diese Bauweise dann, wenn durch entsprechenden- Aufbau des-
Einzelmotors nicht eine besondere Rechts- oder Linksausführung desselben benötigt
wird; sondern die Motoren vollkommen gleichastig ausgerüstet sein können, obwohl
sie ja, trotz gemeinsamer Drehrichtung des gesamten Aggregates, jeweils von ihrer
Abtriebsseite aus gesehen, verschiedenen Drehsinn, besitzen. Bei Motoren, gleichmäßiger
Zündfolge ist dies ohne weiteres erreichbar, und es ist dabei üblich, den. einen
Motor um den halben Zündabstand zu versetzen, um auf diese Weise für das aus den
beiden Antriebsmotoren und der angetriebenenBaugruppe bestehendeAggregat ein möglichst
gleichmäßiges Antriebsmoment zu erreichen.
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Um zu ermöglichen, daß auch bei Verbrennungsmotoren, die, um im Drehzahlbereich
des Motors kritische Drehzahlen, zu vermeiden, einzeln mit einer ungleichmäßigen
Zündfolge ausgerüstet werden, zwei vollkommen gleichartige, nicht in Rechts- und
Linksanordnung gebaute Motoren zu einem Aggregat, wie im vorigen Abschnitt beschrieben,
zusammengebaut werden können, wobei das gesamte Aggregat gleichmäßigstes Antriebsmoment,
also regelmäßige Zündfolge erhält, wird erfindungsgemäß der Zündabstand der Zylinder
eines Motors durch an sich bekannte Mittel so festgelegt, daß das lange Zündinterval
(in Graden Kurbelwellendrehung ausgedrückt) (n -f- 2) -mal so groß ist als das kurze.
Dabei bezeichnet n die Anzahl der aufeinanderfolgenden kurzen Zündintervalle, die
einem langen Zündintervall folgen.
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Erfindungsgemäß können dann bei dieser Aufeinanderfolge der Zündintervalle
des Einzelmotors zwei gleiche Motoren mit einem Stromerzeuger, Getriebe od. dgl.,
zu einem Aggregat vorbeschriebener Art mit insgesamt gleichmäßiger Zündfolge zusammengebaut
werden, indem die Kurbelwellen der beiden Motoren: um den Winkel gegeneinander verdreht
werden, der einem kurzen Zündintervall entspricht. Innerhalb des langen Zündintervalls
des einen Motors liegen dann n kurze Zürndintervalle des zweiten Motors und umgekehrt.
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Die Abb. i bis q. geben eine ausführliche Erläuterung der Erfindung.
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Abb. i gibt eine schematische Ansicht eines Aggregates gemäß- der
Erfindung, bestehend aus zwei Brennkraftmaschinen mit dazwischengeschaltetem Stromerzeuger;
Abb. 2 gibt ein Schema der dazugehörigen Kurbelwellen; -Abb. 3 eine schematische
Stirnansicht derselben und Abb. q. eine Darstellung der Zündabstände der beiden
Brennkraftmaschinen.
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Abb. i zeigt im Schema beispielsweise die Anordnung zweier gleicher
Achtzylinder-V-Motoren a und b, die z. B. nach dem Zweitaktverfahren arbeiten und
einen Gabelwinkel d von 9o° aufweisen. Diese Motoren sind beiderseits des beispielsweise
angetriebenen Stromerzeugers c angeordnet. Mit i bis 8 sind die Zylinder des Motors
a, mit i' bis 8' sind die Zylinder des Motors b bezeichnet. Von der Antriebsseite
vom Stromerzeuger c aus gesehen. ist dieAnordnung der Zylinder i bis 8 bzw. i' bis
8' vollkommen gleich und bei der gemeinsamen Drehrichtung des Gesamtaggregates entsprechend
Pfeil e dreht, vom Strornerzeugerc aus gesehen, Motora imUhrzeigersinn und Motor
b entgegengesetzt.
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Abb.2 stellt schematisch die Kurbelwellen f undg der -beiden Motoren
dar, die vollkommen gleich. (nicht spiegelbildlich) ausgebildet sind und die mittels
der Kupplungen h und i die Welle bzw. den Anker k des Stromerzeugers antreiben.
Pfeil e deutet wieder die Drehrichtung des gekuppelten Wellen-Stranges an. Die Ziffern
i bis B an den Kurbelzapfen der Welle f bzw. i' bis 8' der Welle g geben die Zylinder
der beiden Motoren a und b an, die auf die betreffenden. Kurbelzapfen arbeiten.
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Abb.3 stellt schematisch eine Stirnansicht der beiden gekuppelten
Kurbelwellen bzw. deren Kurbelsterne
dar, gesehen in Pfeilrichtung
i der Fig. 2, wobei die Kurbelarme der Kurbelwelle f des Motors a voll ausgezogen,
die der Kurbelwelle g des Motors b gestrichelt dargestellt sind. Die Ziffern i bis
8 bzw. i' b-is 8' an. den Endpunkten des Kurbelsternes geben, gleichlaufend mit
Fig. i und 2, die Zylinder an, welche auf die betreffenden Kurbelzapfen arbeiten.
Pfeil e zeigt die Drehrichtung.
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Die beiden strichpunktierten Linien m und n
deuten die:
beiden Ebenen an, in denen die Mittelebenen der Zylinderreihen der zwei Motoren
liegen. Sie schließen mit der vertikalen Symmetrieebene die Winkel c, im vorliegenden
Fall je 45°, insgesamt also 9o° ein. Die an die beiden Mittellinien m und n angeschriebenen
Zahlen 8, 7, 6, 5, i', 2', 3,' q.' bzw. 4, 3, 2, i, 5', 6', 7', 8' geben die Zylinder
an, die in den betreffenden Mittelebenen liegen, und zwar in der Reihenfolge, wie
sie in Pfeilrichtung i von Fig. 2 a,ufeinanderfolgen.
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Erfindungsgemäß ist, wie bereits erwähnt, die Kurbelzapfenanordnung
bei den beiden vollkommen gleichen Wellen f und g so getroffen, daß das lange Zündintervall
das (n+ 2) -fache der kurzen. Zündintervalle beträgt, wobei n die Anzahl der kurzen
Zündintervalle bezeichnet, die einem langen Zündintervall folgen. Im beschriebenen
Beispiel wurde dieAnzahln der aufeinanderfolgenden.kurzen Zündintervalle mit i gewählt,
es folgt also jeweils auf ein langes Zündintervall ein kurzes, wobei das erstere
erfindungsgemäß (w -i- 2), also dreimal so groß als das kurze sein muß. Dieses wird
im Beispiel in an sich bekannter Weise dadurch erreicht, daß die Kurbelzapfenpaare
i, 5 (i', 5') und 4, 8 (4', 8') einerseits und 2, 6 (2', 6') und 3, 7 (3 ', 7')
andererseits jeweils unter 18o° gegeneinander versetzt in einer Ebene liegen und
der Winkel p zwischen den Ebenen dieser beiden Kurbelzapfenpaare (es handelt sich
im dargestellten Beispiel, wie schon erwähnt, um Zweitaktmotoren) o . 75mal dem
Winkel 9o° zwischen den beiden Zylinderreihen, also mit 67 # 5°, gewählt wird. Es
ergibt sich damit sowohl für den Motor a wie für den Motor b eine
Zündfolge, bei der immer abwechselnd ein langes Zündintervall von 67 # 5° auf ein
kurzes von 22 . 5° folgt, wie an Hand des Kurbelsternes nach allgemein bekannter
Methode leicht nachgeprüft werden kann.
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Erfindungsgemäß werden die beiden Kurbelwellen f und g so zusammengekuppelt,
daß die Ebene des Kurbedzapfenpaares i, 5-4, 8 der Welle f mit der Ebene des Kurbelzapfenpaares
i', 5'-4', 8' der Welle g einen Winkel q bildet, der gleich dem kleinen Zündintervall,
im vorliegenden Beispiel also 22 - 5° ist. Damit ergibt sich, wie wieder nach bekannter
Methode an. Hand des Kurbelsternes leicht nachgeprüft werden kann, das gewünschte
Ergebnis, nämlich gleichmäßige Zündfolge des ganzen Aggregates.
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Abb.4 zeigt schematisch die Aufeinanderfolge der Zündungen bz.w. deren
Intervalle in den beiden Motoren und im zusammengebauten Aggregat.
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Die obere stark ausgezogene horizontale Linie stellt die Aufeinanderfolge
der Zündungen im Motor a dar, wobei die zu den einzelnen Punkten geschriebenen Zahlen
7, 5, 2, 4, 6, 8, 3, i die Zylinder bezeichnen, in denen jeweils die Zündung stattfindet.
Der Abstand der einzelnen Zündpunkte, von links nach rechts gemessen, ist proportional
dem Zündabstand, in Graden Kurbelwellendrehung ausgedrückt, und man sieht aus der
obersten dünnen, mit Maßpfeilen versehenen Linie, daß bei diesem Motor jeweils auf
ein kurzes Intervall r ein dreimal so langes s folgt.
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Die untere starke Linie mit den eingeschriebenen Zahlen 6',
4, 2', 5', 7', i', 3', 8' und die darunterliegende dünne Maßlinie mit den
eingetragenen Zündintervallen r und s stellen die gleichen Verhältnisse für den
zweiten Motor b dar. Das bei der erfindungsgemäßen Versetzung der beiden Kurbelwellen
erzielte Resultat, die gleichmäßige Zündfolge der Gesamtanordnung, ist aus der mittleren
Maßlinie mit den eingetragenen kleinen und gleichen Zündintervallen r ersichtlich.