DK9300283U4 - Forbrændingsmotor - Google Patents

Description

Opfindelsen angår en forbrændingsmotor, navnlig en stor totakts krydshovedmotor til fremdrivning af et skib, med flere cylindre, som hver har et stempel, forbundet med en tilhørende bugt i en for cylindrene fælles krumtapaksel, hvor bugtene er således forbundet gennem i hovedlejer lejrede hovedlejesøler, at krumtapbugtene står i en forudbestemt indbyrdes vinkelstilling, og at denne vinkelstilling er forskellig for i det mindste nogle af nabokrumtapbugtene, og hvor oliemængden indsprøjtet i cylindrene i løbet af en motorcyklus er indstillelig ved hjælp af en styreindretning.

Fra japansk offentliggørelsesskrift nr. 62-113844 kendes en styreindretning til indstilling af den brændstofmængde, som brændstofpumperne afleverer til forbrændingskamrene i en dieselmotor i løbet af en motorcyklus. Opfindelsen i det japanske patentskrift tager udgangspunkt i en motor, hvor starttidspunktet for brændselsindsprøjtningen er styret af en fast kam på en kamaksel, og hvor den indsprøjtede brændstofmængde er styret ved at variere tidspunktet for åbningen af en punkteringsventil på pumpens trykside i afhængighed af motorbelastningen. Den kamakselinitierede brændstof indsprøjtning er optimeret til motorens fuldlastdrift, hvilket medfører, at timingen ved dellastdrift ligger så sent i forhold til motorcyklussen, at der kun kan indsprøjtes en begrænset oliemængde. Ved dellastdrift yder motoren derfor ikke en effekt, som giver fuld belastning af de forskellige motorkomponenter. Det japanske skrift foreslår derfor, at der som styreindretning anvendes en computer til styring af starttidspunktet for brændselsindsprøjtningen, så der ved dellastdrift kan indsprøjtes en ekstra brændstofmængde på et tidligere tidspunkt af motorcyklussen, så motoreffekten øges ved dellast. Computeren modtager oplysninger om motorens omdrejningstal samt signaler fra en termo- sensor anbragt i et hovedleje for at sikre, at lejet ikke overbelastes som følge af den forøgede motoreffekt ved dellast.

Det er normalt et ønske, at alle motorens hovedlejer er ens, så der ikke skal indkøbes og opbevares reservedele til flere forskellige slags hovedlejer, og så der ikke kan monteres en forkert type hovedleje i motoren.

Opfindelsen har til formål at øge motorens effekt både ved fuldlast og ved dellast uden overskridelse af de maksimalt tilladte hovedlejebelastninger.

Med henblik herpå er forbrændingsmotoren ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at styreindretningen doserer større oliemængde til cylindre, hvis krumtapbugt danner stor vinkel med nabokrumtapbugtene, end til de cylindre, hvis krumtapbugt danner mindst vinkel med en nabokrumtapbugt.

Hovedlejet mellem krumtapbugte, som danner lille vinkel med hinanden, set i krumtapakslens omkredsretning, er ekstra hårdt belastet, dels af massekræfterne fra de to hosliggende bugte, der peger radialt ud på samme side af krumtapakslen, dels af trykkræfterne fra de to plej Istænger, der er monteret på de to hosliggende bugtes plej Istangssøler, idet forbrændingsprocessen i de to tilhørende cylindre - i motorer med visse cylinderantal - kun vil være faseforskudt med en vinkel svarende til vinklen mellem de to nabokrumtapbugte. Hovedlejet skal derfor samtidigt optage trykbelastninger fra begge cylindre. Som nævnt betragtes det normalt som hensigtsmæssigt, at alle hovedlejerne er af ens udformning, hvilket betyder, at det hårdest belastede leje i de kendte motorer sætter en øvre grænse for middel-trykket og dermed effekten af alle cylindrene. Ved at dosere større oliemængde til de cylindre, hvis krumtapbugt danner stor vinkel med nabokrumtapbugtene, udnyttes den overskydende bæreevne a£ hovedlejerne mellem disse krumtapbugte til at give motoren større effekt. Denne ekstra effekt kan opnås ved alle motorbelastninger. I forbrændingsmotoren ifølge opfindelsen er hovedlejerne således mere ens belastet end i de kendte motorer.

I en foretrukken udførelsesform, hvor motoren har otte cylindre, doserer styreindretningen mest olie til cylindrene nr. 1, 2, 7 og 8. I en ottecylindret motor er der en vinkel på 45° mellem bugtene for cylinder 3 og 4 og en tilsvarende vinkel mellem bugtene for cylinder 5 og 6, medens bugtene for de øvrige cylindre står i en indbyrdes vinkel på enten 135° eller 225°.

De her nævnte vinkler svarer til faseforskydningen mellem starten af kompressionsslagene for de pågældende cylindre. Som følge af den store forskel i størrelsen af de nævnte vinkler kan cylindrene 1, 2 , 7 og 8 sættes en del op i effekt uden overbelastning af hovedlejerne mellem cylindrene 1-2, 2-3, 6-7 og 7-8.

I en anden foretrukken udførelsesform, hvor motoren har 12 cylindre, doserer styreindretningen mindst olie til cylindrene nr. 9 og 10. I en 12-cylindret motor er vinklen mellem nabokrumtapbugtene og faseforskellen mellem initieringen af kompressionsslagene i nabocylindre enten 120°, 210® eller 300°, på nær mellem cylinder 9 og 10, hvor vinklen kun er på 30°. Som følge af den store forskel i vinklen mellem cylinder 9 og 10 og vinklen mellem de øvrige motorcylindre, kan der for en 12-cylindret motor opnås en markant øgning af motorydelsen uden overbelastning af lejerne.

Det foretrækkes, at styreindretningen doserer oliemængderne således, at hovedlejerne mellem krumtapbugtene er i det væsentlige ens belastet, hvilket giver motoren maksimal ydelse i forhold til hovedlejernes bæreevne, når alle lejerne er ens. Med hovedlejerne mellem krumtapbugtene skal her forstås, at hovedlejerne ved krumtapakslens ender ikke behøver at inddrages i optimeringen, idet de kun påvirkes af belastninger fra en cylinder. Hvis der mellem to krumtapbugte er anbragt to hovedlejer, fordi akslen er sammensat af to separate akselstykker gælder tilsvarende betragtninger for disse to lejer, som i det væsentlige også kun belastes af kræfterne fra en cylinder.

Eksempler på udførelsesformer for opfindelsen beskrives herefter nærmere med henvisning til den stærkt skematiske tegning, hvor fig. 1 viser en perspektivisk principskitse af en krumtapaksel til en 8-cylindret motor, og fig. 2 og 3 et diagram over tændingsfølge og vinkel forskelle mellem krumtapbugte i henholdsvis en 8-cylindret og en 12-cylindret motor.

Opfindelsen er særlig anvendelig til store totakts krydshovedmotorer til fremdrivning af et skib eller til brug som stationær kraftproducerende motor, idet disse motorer yder særdeles stor effekt pr. cylinder ved et lavt omdrejningstal, hvilket påfører hovedlejerne stor belastning. For at holde længden af motorerne nede, er det et ønske at hovedlejerne ikke har for stor længde, hvilket begrænser hovedlejernes areal.

Tændingsrækkefølgen af cylindrene fastlægges på grundlag af torsionssvingningsforhold samt ønske om at begrænse de frie massekraftmomenter af 1. og 2. orden, som kan optræde i motorens fundament eller i skibsskroget, når motoren kører. Vinklen mellem krumtapbugtene for to efter hinanden tændende cylindre bør i en totakts motor være 360° divideret med cylinderantallet og en firetakts motor være 720° divideret med cylinderantallet. For en totakts 8-cylindret motor bliver denne vinkel dermed 45°, mens den i en totakts 12-cylindret motor bliver 30°.

I fig. 1 ses en generelt med 1 betegnet krumtapaksel til en 8-cylindret totaktsmotor. Akslens hovedlej esøler er lejret i hovedlejer MB.^ - MBg, hvor MB1 og MB g er beliggende ved akselenderne, og MBga og MB,^ ligger ved akslens midte på hver side af en samling af den i to stykker fremstilledé krumtapaksel. Hvis motorens brændstofpumper og ventiler er styret af en knastaksel kan der ved akselsamlingen være monteret et kædehjul, som gennem et kædetræk driver knastakslen. For 1 hver cylinder C1 - Cg har krumtapakslen 1 en krumtapbugt bestående af to med de tilhørende hovedlejesøler forbundne krumtaparme 2 og en af armene båret plejl-stangssøle 3, hvorpå den ikke viste plej Istang er monteret. PlejIstangen er gennem et krydshoved og en stempelstang forbundet med stemplet i den tilhørende cylinder.

En typisk tændingsrækkefølge for den 8-cylindrede motor er gengivet i nedenstående tabel 1.

Tabellens første søjle angiver sammenhørende 1 cylinderpar, og den anden søjle angiver vinkelstillingen α mellem de to nabokrumtapbugte hørende til cylinderparret i første søjle. Den angivne vinkel α svarer til faseforskydningen mellem initieringen af arbejdsslagene for det pågældende cylinderpar, så der direkte ud fra vinkelangivelsen kan ses, om hovedlejet beliggende mellem cylinderparret samtidigt kan påvirkes af trykkræfter fra begge cylindre. Tabellens tredie søjle angiver tændingsrækkefølgen for de første cylindre angivet i cylinderparrene.

TABEL 1.

8-cylindre

Cvlinderpar_Bug tvinkel a°_tændincrsrække følge 1- 2 225 1 2- 3 225 6 3- 4 45 3 4- 5 135 4 5- 6 45 7 6- 7 225 8 7- 8 135 5 8- 1 (315) 2

Indholdet af tabel 1 er grafisk gengivet i fig. 2, hvor en fuld motorcyklus på 360o,s krumtapdrejning er angivet som en fuld cirkel. Da motoren er 8-cylindret er cirklen opdelt i intervaller på 45° svarende til akseldrejningen mellem initiering af to på hinanden følgende stempelarbejdsslag. Ud for hver drejningsinterval er angivet nummeret n på den cylinder Cn, som skal udføre arbejdslaget. Den indbyrdes vinkelstilling mellem to nabokrumtapbugte kan umiddelbart aflæses af figuren som vinklen mellem radiusserne hørende til de to cylindre. Mellem cylinder 1 og 2 ses vinklen at være a^_ 2 = 225° og så fremdeles for de øvrige cylindre. Mellem cylinder 5 og 6 ses vinklen at være ag_g = 45° og det ses endvidere, at cylinder 6 tænder umiddelbart efter cylinder 5, hvilket betyder at hovedlejet mellem disse to cylindre samtidig skal optage trykkræfter fra begge plej Istænger. Tilsvarende gælder for cylinder 3 og 4. Styreindretningen kan således dosere størst oliemængde til cylinder 1 og 2 og mindst oliemængde til cylindrene 3-6, mens cylinder 7 og 8 bliver tilført en oliemængde beliggende mellem de to øvrige mængder.

Forholdene for en 12-cylindret motor er illustreret i fig. 3 og gengivet i nedenstående tabel 2.

TABEL 2.

12-cvlindre

Cylinderpar_Buatvinkel a° tændinqsrækkefølqe 1-2 120 1 i 2-3 120 5 3- 4 210 9 4- 5 120 4 5- 6 120 8 6- 7 300 12 ) 7-8 120 10 8- 9 120 2 9- 10 30 6 10- 11 120 7 11- 12 120 11 i 12-1 (300) 3

Det ses, at styreindretningen kan dosere mest olie til cylindrene 6, 7 og 12, en lidt mindre oliemængde til cylindrene 3 og 4, en middeloliemængde til cylindrene 1, 2, 4, 5, 7, 8 og 11, og mindst oliemængde til ) cylindrene 9 og 10.

Hvis motoren er en traditionel udformet motor med kamakselstyrede brændstofpumper kan styreindretningen være en trækstang, som indstiller pumpernes indeks i afhængighed af motorbelastningen. Pumperne kan så være i således forbundet med den styrende trækstang, at de er fast indstillet til at afgive en indbyrdes forskellig oliemængde ved alle motorbelastninger.

Hvis motoren er af den mere moderne, computer s tyrede type, kan styreindretningen omfatte computeren og de ) eksempelvis elektro-mekanisk styrede og hydraulisk drevne drivindretninger for brændstofpumperne. Computeren kan ud fra forudbestemte oplysninger om det indbyrdes forhold mellem lejernes belastning uden videre foretage en sådan for cylindrene individuel dosering af i oliemængderne, at krumtapakslens hovedlejer i videst muligt omfang bliver ens belastet.

Hvis der ved et hovedleje konstateres problemer, såsom forhøjet lejetemperatur som følge af begyndende rivninger mellem lejet og den tilhørende lejesøle kan computeren programmeres til midlertidigt at dosere mindre oliemængde til den eller de med lejet hosliggende cylindre. Denne mulighed for midlertidig nedsættelse af -belastningen på et udvalgt leje er særlig fordelagtig ved motoren ifølge opfindelsen, fordi alle hovedlejerne i denne motor er fuldt belastede, når den med opfindelsen frembragte mulighed for forøgelse af motoreffekten er udnyttet fuldt ud. I de kendte motorer, hvor kun et eller to af hovedlejerne er fuldt belastede, er der mindre behov for en sådan midlertidig belastningsreduktion på et leje.

Claims (5)

1. Forbrændingsmotor, navnlig en stor totakts krydshovedmotor til fremdrivning af et skib, med flere cylindre (Cn), som hver har et stempel forbundet med en tilhørende bugt (2,3) i en for cylindrene fælles krumtapaksel (1), hvor bugtene er således forbundet gennem i hovedlejer (MBn) lejrede hovedlejesøler, at nabokrumtapbugte står i en forudbestemt indbyrdes vinkelstilling (a), og at denne vinkelstilling er forskellig for i det mindste nogle af nabokrumtap-bugtene, og hvor oliemængden indsprøjtet i cylindrene i løbet af en motorcyklus er indstillelig ved hjælp af en styreindretning, kendetegnet ved, at styreindretningen doserer større oliemængde til cylindre (Cn), hvis krumtapbugt (2,3) danner stor vinkel (a) med nabokrumtapbugtene, end til de cylindre, hvis krumtapbugt danner mindst vinkel med en nabokrumtapbugt.

2. Forbrændingsmotor ifølge krav 1, hvor motoren har otte cylindre, kendetegnet ved, at styreindretningen doserer mest olie til cylindrene nr. 1, 2, 7 og 8.

3. Forbrændingsmotor ifølge krav 1, hvor motoren har tolv cylindre, kendetegnet ved, at styreindretningen doserer mindst olie til cylindrene nr. 9 og 10.

4. Forbrændingsmotor ifølge et af kravene 1-3, kendetegnet ved, at styreindretningen doserer oliemængderne således, at hovedlejerne (MBn) mellem krumtapbugtene (2,3) er i det væsentlige ens belastet.

5. Forbrændingsmotor ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at styreindretningen i tilfælde af konstaterede problemer ved et hovedleje (MBn) midlertidigt doserer mindre oliemængde til den eller de med lejet hosliggende cylindre (Cn).