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Mehrzylindrige Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine mehrzylindrige
Luft-oder gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit einer die Verbrennungsluft
oder das Gemisch aufnehmenden Sammelleitung, insbesondere eine Brennkraftmaschine,
bei der die- Sammelleitung mit den Förderleitungen mehrere Axial- oder Radialgebläse
oder mit der Förderleitung nur eines Gebläses in Verbindung steht und in einzeln"-,
jeweils mehrere Zapfstellen erfassende Kammern unterteilt.
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Bei der periodischen Entnahme durch die Zylinder werden die Luft oder
das Gemisch in der Sammelleitung zu Schwingungen angeregt, wobei sehr hohe Druck-
und Geschwindigkeitsamplituden auftreten können, sofern die angeregte Schwingung
mit der Eigenschwingung der Sammelleitung zusammenfällt. Dieser sogenannten Resonanzschwingungen
behindern einerseits den Übertritt von Luft oder Gemisch in die Zylinder, verringern
also den Luft- oder Gemischdurchsatz durch die Maschine. Andererseits aber regen
sie auch den Inhalt der Förderleitung des Gebläses zu Schwingungen an, die den Liefergrad
des Gebläses vermindern bzw. dieses unter Umständen an die Pumpgrenze bringen. Bei
gemischansaugenden Maschinen bewirken diese Schwingungen außerdem eine ungleichmäßige
Kraftstoffverteilung. Besonders störend wirkt sich diese Erscheinung bei Brennlcraftmasch.inen
mit hoher Kolbengeschwindigkeit und langen Sammelleitungen aus. Als Kriterium für
diese
strömungstechnisch gefährdeten Maschinen ist das Produkt von Drehzahl (in Umdrehungen
je Minute) und Länge der Sammelleitung (in Metern) anzusehen, sofern es bei Zweitaktb:rennkraftmaschinen
> i8oo bzw. bei Viertaktmaschinen >_ 36oo ist. Bei einer bekannten Brennkraftmaschine
ist die Sammelleitung zwecks Dämpfung der Resonanzschwingungen durch Blenden in
einzelne, jeweils. mehrere Zapfstellen erfassende Kammern aufgeteilt. Da diese Kammern,
von der Förderleitung aus gesehen, hintereinandergeschaltet sind; erfährt der Hauptluft-
oder Gemischstrom durch die Blenden eine Drosselung, die um so stärker ist, je enger
man die Blenden zwecks Erzielung einer möglichst starken Dämpferwirkung macht. Aufgabe
der Erfindung ist es nun, unter Beibehaltung der Aufteilung der Sammelleitung in
einzelnen Kammern das Ansaugsystem so auszubilden, daß sich in ihm keine störenden
Schwingungen ausbilden und andererseits der Luft- oder Gemischstrom keine nennenswerte
Drosselung erfährt. Erreicht wird dieses Ziel erfindungsgemäß dadurch, daß jede
Kammer unmittelbar mit der Törderleitung in Verbindung steht und daß die Kammern
so bemessen sind, _daß die Schwingungszahl der in ihnen bei der periodischen Entnahme
der Luft oder des Gemisches angeregten Schwingung um soviel kleiner ist als die
Eigenschwingungszahl der Kammern, daß sich in letzteren keine ausgeprägten Schwingungsformen
ausbilden können. Bei einer solchen Sammelleitung fällt und steigt der Druck in
den Kammern in deren ganzer Ausdehnung annähernd gleichmäßig. Die für die einzelnen
Kammern erfindungsgemäß vorgeschlagene Bemessungsvorschrift bedeutet, daß die Entnahme
durch den einzelnen Zylinder im Verhältnis zur Laufzeit der angeregten Schwingung
in der Kammer sehr langsam vor sich geht oder anders ausgedrückt, die Motordrehzahl
ist so klein, daß die ihr entsprechende Anregungsfrequenz erheblich kleiner ist
als die Eigenfrequenz der Kammer. Diese Forderung läßt sich durch entsprechende
Unterteilung immer erfüllen.
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Durch entsprechende Wahl der Zündfolge läßt sich erreichen, daß -die
=Kammern hinsichtlich des in ihnen zu beobachtenden Druckverlaufes phaseniverschoben
arbeiten. In Auswertung dieser Möglichkeit wird nun in Ausweitung der Erfindung
vorgeschlagen, je um eine halbe Periode verschoben arbeitende Kammern an eine gemeinsame,
gleichzeitig beide Kammern miteinander verbindende-Förderleitung anzuschließen.
Die in den beiden Kammern auftretenden Drücke gleichen sich über die Verbindungsstelle
ständig aus, so daß sich gar keine größeren Druckdifferenzen ausbilden können. Insbesondere
herrscht in der Mitte des Verbindungsstückes, welches gemäß obigem Vorschlag ein
Bestandteil der Förderleitung darstellt, ein konstanter Mitteldruck. Dieser Punkt
ist also zur Einspeisung ganz besonders geeignet. Im Rahmen der Erfindung ist es
jedoch auch möglich, mehr als zwei phasenverschoben arbeitende Kammern zusammenzufassen
und an eine gemeinsame, gleichzeitig: die Kammern miteinander verbindende Förderleitung
anzuschließen, wobei dann die Phasenverschiebungen gleich groß sein und insgesamt
eine Periode betragen sollen.
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In der Anwendung ist die Erfindung nicht auf Brennkraftmaschinen beschränkt,
sondern läßt sich sinngemäß auch bei allen Leitungssystemen durchführen, bei denen
ein zusammendrückbares Medium in eine gemeinsame Sammelleitung periodisch gefördert
oder aus dieser Sammelleitung periodisch entnommen wird.
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In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt.
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Abb. i zeigt die in zwei Kammern aufgeteilte Ansaugsammelleitung einer
sechszylindrigen Zweitaktbrennkraftmaschine; Abb. a zeigt ebenfalls eine Ansaugsammelleitung
für eine sechszylindrigeBrennkraftmaschine, jedoch sechsfach unterteilt; Abb.3 stellt
die sechsfach unterteilte Ansaugsammelleitung einer zwölfzylindrigen Brennkraftmaschine
dar; Abb. 4 zeigt eine vierfach aufgeteilte Ansaugsammelleitung für eine Zwölfzylindermaschine.
Bei der in Abb. i dargestellten Anordnung ist die Ansaugsammelleitung i, der die
Luft oder das Gemisch mittels eines nicht gezeichneten Gebläses durch die Leitung
z zugefördert wird, durch ein Absperrblech 3 in zwei Kammern q. und 5 unterteilt.
Die von den Zylindern gebildeten Zapfstellen sind sowohl bei diesem als auch bei
dert folgenden Beispielen durch römische Ziffern bezeichnet. Aus der Kammer q. entnehmen
periodisch die Zylinder I, II und III, aus der Kammer 5 die Zylinder IV, V und VI.
Die Einspeisung erfolgt oberhalb des Absperrbleehzs 3 so, daß der aus der Leitung
a austretende Luft- oder Gemischstrom entsprechend dem jeweiligen Druckzustand in
den beiden Kammern aufgespalten wird. Der im Bereich der Mündung der Förderleitung
z liegende Randabschnitt des Absperrbleches 3 ist in strömungstechnischer Hinsicht
so ausgebildet, daß der Übertritt des Mediums aus der Förderleitung 2 in die Kammern
.4 und 5 nicht nur nicht behindert wird, sondern sogar günstig beeinflußt wird.
Die Zündfolge der Brennkraftmaschine ist so gewählt, daß die Resultierenden der
Anregung der Zylinder I his III und IV bis VI annähernd gleich groß sind und eine
Phasenverschiebung von i8o° haben. Zwischen den beiden Kammern q. und 5 findet ständig
ein in der Richtung periodisch wechselnder Druckausgleich über das Absperrblech
3 hin -,veg statt, so daß sich etwa im Punkt A ein Mitteldruck einstellt, gegen
den das Gebläse zu fördern hat. Eine entsprechende Zündfolge, die auch allen Forderungen
hinsichtlich des Schwingungsverhaltens der Kurbelwelle entspricht, läßt sich stets
finden.
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Die in Abb. 2 dargestellte Ansaugsammelleitun.g 6 einer sechszylindrigen
Brennkraftmaschine ist in sechs Kammern 7 bis 12 aufgeteilt, so, daß aus jeder Kammer
stets nur ein Zylinder entnimmt. Die Zündfolge ist so, daß zwischen den Kammern
7 und 8, 9 und io, ii und i2 jeweils Druckausgleich
hergestellt
werden kann, wie er in Verbindung mit Abb. i beschrieben wurde. Es ergeben sich
also drei Ausgleichpunkte A2, A3 und A4. Die Einspeisung des Mediums in die paarweise
zusammengefaßten Kammern erfolgt durch eine an der Förderleitung 13 angeschlossene
Verteilerleitung 14.
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Abb. 3 zeigt das Ansaugsystem einer zwölfzylindrigen Zweitaktbrennkraftmaschine,
bei der zwei Reihen von je sechs Zylindern in V-Form zueinander angeordnet sind.
Die über die Leitung 15 gespeiste Sammelleitung 16 ist in dem V-Raum zwischen den
beiden Zylinderreihen angeordnet. Aufgeteilt ist die Sammelleitung 16 in sechs Kammern
17, 18, ig, 2o, 21, 22. Zusammengefaßt sind erfindungsgemäß die Kammern 17 und 18,
ig und 2o bzw. 21 und 22. Im einzelnen findet jeweils ein Druckausgleich statt in
den Kammern 17 und r8 über den Punkt AS, zwischen den Kammern ig urld 2o über den
Punkt As und zwischen den Kammern 21 und 22 über den Punkt A7. Bei dieser Anordnung
wäre auch ein Druckausgleich zwischen gegenüberliegenden oder diagonal gegenüberliegenden
Kammern möglich, beispielsweise zwischen den Kammern 17 und 21 bzw. 18 und 22. Der
Ausgleichpünkt würde dann in der Förderleitung mitten zwischen den Punkten A5 und
A7 liegen.
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Abb. 4 zeigt ebenfalls schematisch das Ansaugsystem einer zwölfzylindrigen
Zweitäktbrennkraftmaschine mit in V-Form zueinander angeordneten Zvlindern, bei
dem die Sammelleitung 23 in vier Kammern 24, 25, 26 und 27 aufgeteilt ist. Alle
vier Kammetn besitzen eine gemeinsame Einspeisungszone A8, über die der Druckausgleich
stattfindet. Die Zündfolge ist mit,I, IX, V, XII, III, VIII, VI, X, 1I, VII, IV,
XI so gewählt. daß zwischen den Kammern 26 und 27 bzw. 24 und 25 jeweils eine Phasenverschiebung
von iSo° besteht. Daraus ergibt sich für einen V-Motor mit 9o° V-Winkel, daß jeweils
zwischen den Kammern 24 und 25 bzw. 25 und 27 bzw. 27 und 26 bzw. 26 und 24. eine
Phasenverschiebung von go° besteht. Mit ebenso gutem Erfolg wäre eine Zündfolge
denkbar, bei der zwischen den Kammern 24 und 26 bzw. 25 und 27 eine Phasenverschiebung
von i8o° besteht.