NO119408B

NO119408B -

Info

Publication number: NO119408B
Application number: NO151059A
Authority: NO
Inventors: G Manock
Original assignee: Ici Ltd
Priority date: 1962-11-30
Filing date: 1963-11-29
Publication date: 1970-05-11
Also published as: BE640640A; ES294058A1; SE311126B; CH444778A; AT262906B; FI41519B; US3316610A; GB983968A; DE1535466A1; NL301060A; FR1383229A

Description

Tolvsylindret totaktsforbrenningsmotor, ved hvilken sylindrene er anordnet i en rekke, og med tolv veiver forsynt veivaksel for denne forbrenningsmotor. Twelve-cylinder two-stroke internal combustion engine, in which the cylinders are arranged in a row, and the crankshaft for this internal combustion engine is provided with twelve cranks.

Oppfinnelsen vedrører en tolvsylindret The invention relates to a twelve-cylinder

totaksforbrenningsmotor, ved hvilken sylindrene er anordnet i en rekke og veivene danner en vinkel på et helt antall two-stroke internal combustion engine, in which the cylinders are arranged in a row and the cranks form an angle of a whole number

ganger 30° med hverandre. Veivfølgen er times 30° with each other. The sequence is

da avgjørende for masseutligningen, det then crucial for the mass balance, it

vil si for størrelsen av de ytre og indre that is, for the size of the outer and inner

momenter og for de av torsjonssvingning-ene fremkalte ekstra torsjonsspenninger. moments and for the extra torsional stresses induced by the torsional oscillations.

Der kjennes allerede veivfølger for There are already consequences for that

tolvsylindrede totaksforbrenningsmotorer, twelve-cylinder two-stroke internal combustion engines,

ved hvilke de fri momenter av første og by which the free moments of first and

annen orden er lik null. Veivakselen be-står ved disse maskiner av to like deler second order equals zero. In these machines, the crankshaft consists of two equal parts

som er forbundet med hverandre i midten which are connected to each other in the middle

av akselen. of the axle.

Dessuten har man foreslått en veiv-følge for en tolvsylindret totaksforbrenningsmotor ved hvilken også de fri mon-tenter av første og annen orden er lik null og dessuten det kritiske område av tor-sjonssvingningene er betydelig nedsatt. Ved denne veivfølge er veivakselens halv-deler ulike. In addition, a crank sequence has been proposed for a twelve-cylinder two-stroke internal combustion engine in which the free quantities of the first and second order are also equal to zero and, furthermore, the critical range of the torsional oscillations is significantly reduced. With this crank sequence, the crankshaft halves are different.

Ved samtlige kjente veivfølger for By all known consequences for

tolvsylindrede totaksforbrenningsmotorer twelve-cylinder two-stroke internal combustion engines

forefinnes et farlig kritisk område av tor-sjonssvingninger, som ved en skipsmaskin there is a dangerous critical area of torsional oscillations, as with a ship's engine

ligger i det normale omdreiningstallområde is in the normal rpm range

og derfor er hindrende, da her de ekstra and therefore are hindering, then here the extra

torsjonsspenninger er så store at maskinen ikke må arbeide kontinuerlig i dette torsional stresses are so great that the machine must not work continuously in this

område. area.

Oppfinnelsen går ut på å oppnå en The invention aims to achieve a

veivfølge (tenningsfølge), ved hvilken crank sequence (ignition sequence), at which

forbrenningsmotoren kan gå kontinuerlig the internal combustion engine can run continuously

med hvilke som helst omdreningstall inntil with any number of revolutions up to

den ønskede maksimumsverdi uten at der the desired maximum value without that there

i akslene opptrer utillatelige torsjonsspenninger. Samtidig skal sentrifugalkreftene være helt utlignet, og det fri moment og det indre moment av første orden og det fri moment av annen orden skal være minst mulig. Dessuten må for unngåelse av for høy belastning av lagrene to nabo-sylindrer ikke tenne direkte etter hverandre, og fire eller flere tenninger på samme side av midten av motoren ikke følger på hverandre. Sluttelig skal tennings-følgen være egnet både for med liketrykk-fylling som for med støttrykkfylling arbei-dende forbrenningsmotorer. impermissible torsional stresses occur in the shafts. At the same time, the centrifugal forces must be completely balanced, and the free moment and the internal moment of the first order and the free moment of the second order must be as small as possible. Moreover, to avoid too high a load on the bearings, two neighboring cylinders must not fire directly after each other, and four or more ignitions on the same side of the center of the engine must not follow each other. Finally, the ignition sequence must be suitable both for combustion engines operating with equal pressure filling as well as with shock filling.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er følgen av veivene 1-11-4-6-8-3-12-2-9-7-5-10, hvorved der ved hvert omdreiningstall inntil den ønskede maksimumsverdi ikke opptrer noen farlige torsjons-svingninger. Dessuten oppfylles de ovenfor nevnte betingelser. According to the present invention, the sequence of the cranks is 1-11-4-6-8-3-12-2-9-7-5-10, whereby no dangerous torsional oscillations occur at each number of revolutions up to the desired maximum value. In addition, the above-mentioned conditions are met.

På tegningen som anskueliggjør oppfinnelsen med et eksempel, viser fig. 1 den kjente tenningsfølge 1-6-8-10-3-5-7-12-2-4-9-11, sett fra motorens side. In the drawing which illustrates the invention with an example, fig. 1 the familiar ignition sequence 1-6-8-10-3-5-7-12-2-4-9-11, seen from the engine side.

Fig. 2 viser veivforskyvningen i henhold til foreliggende oppfinnelse for ten-ningsfølgen 1-11-4-6-8-3-12-2-9-7-5-10, sett fra motorens svinghjulside. Fig. 2 shows the crank displacement according to the present invention for the ignition sequence 1-11-4-6-8-3-12-2-9-7-5-10, seen from the engine's flywheel side.

På hver veiv i en flersylindret forbrenningsmotor arbeider et variabelt, periodisk moment som ved harmonisk analyse kan oppdeles i sinusformig forløpende komponenter av første, annen, tredje inntil n-te orden. Disse komponenter av en bestemt orden har i forhold til hverandre en bestemt faseforskyvning som bestemmes av veivfølgen. Virkningen av disse komponenter på veivakselen er imidlertid ikke lik, da de angriper på hvert sitt sted av veivakselen. A variable, periodic torque works on each crank in a multi-cylinder internal combustion engine which, by harmonic analysis, can be divided into sinusoidal components of the first, second, third up to the nth order. These components of a specific order have a specific phase shift in relation to each other, which is determined by the order of rotation. However, the effect of these components on the crankshaft is not the same, as they attack at different places on the crankshaft.

Virkningen av en sinusformig impuls The effect of a sinusoidal impulse

på et svingende system er lik produktet av impulsens maksimumsverdi og det største utslag på impulsens sted. Ved en flersy- on an oscillating system is equal to the product of the maximum value of the impulse and the largest deflection at the location of the impulse. In the case of a multi-

lindret forbrenningsmotor er de impulser som utgjøres av hver enkelt sylinder like store, mens utslaget på sylindernes sted bestemmes av den av veivakselens tor-sjonssvingninger fremkalte torsjon, den såkalte torsjonssvingningsform. Utslagene når i samme øyeblikk sin maksimumverdi og er samtidig lik null og således i fase, smoothed internal combustion engine, the impulses made up by each individual cylinder are of equal magnitude, while the impact at the place of the cylinders is determined by the torsion induced by the torsional oscillations of the crankshaft, the so-called torsional oscillation form. The outputs reach their maximum value at the same moment and are at the same time equal to zero and thus in phase,

dog med et fortegn i overensstemmelse med torsjonssvingningsformen. For bestemmel- however with a sign in accordance with the torsional oscillation form. For determining

se av det totale arbeide går det ut på det samme om det antas at impulsene er i fase og mellom de største utslag av massene, looking at the total work, it amounts to the same if it is assumed that the impulses are in phase and between the largest impacts of the masses,

de forskjellige fasevinkler tas i betrakt- the different phase angles are taken into account

ning, som i virkeligheten forefinnes mel- ning, which in reality exists between

lom impulsene. Impulsenes arbeide er da proporsjonalt med produktet av den stør- lom the impulses. The work of the impulses is then proportional to the product of the

ste impuls og vektorsummen av de til de enkelte sylindre hørende utslag. th impulse and the vector sum of the impacts belonging to the individual cylinders.

I tilfelle frekvensen tilsvarer denne resultant av veivakselens egenfrekvens, In case the frequency corresponds to this resultant of the natural frequency of the crankshaft,

kan der ved resonans oppstå farlige tor-sjonssvingninger. dangerous torsional oscillations can occur due to resonance.

Fig. 7 viser veivakselens torsjonssvingningsform, det vil si de til de enkelte sy- Fig. 7 shows the torsional oscillation shape of the crankshaft, i.e. those of the individual sy-

lindre hørende utslag, idet utslaget ved sylinderen 1 antas som enhet. relieve audible impact, as the impact at cylinder 1 is assumed to be unity.

I fig. 3 og 4 er nå vektorsummen av utslagene av niende orden bestemt for ten-ningsrekkefølgen i henhold til fig. 1. Her er faseforskjellen eliminert derved at vin- In fig. 3 and 4 is now the vector sum of the results of the ninth order determined for the ignition sequence according to fig. 1. Here the phase difference is eliminated by the fact that vin-

kelen mellom veiven 1 og en hvilken som helst annen veiv er avsatt ni ganger. Av fig. 3 fremgår da retningen av den posi- the wedge between crank 1 and any other crank is deposited nine times. From fig. 3, the direction of the posi-

tive vektor. Ved denne addisjon av vekto- tive vector. By this addition of vector-

ren i henhold til fig. 4 skal derfor de til sylindrene 1—6 hørende utslag avsettes med negativt fortegn, slik som det frem- clean according to fig. 4, the results belonging to cylinders 1-6 must therefore be set off with a negative sign, as shown

går av fig. 7, som viser veivakselens torsjonssvingningsform. goes off fig. 7, which shows the torsional oscillation shape of the crankshaft.

Fig. 5 og 6 viser på lignende måte vek-toraddisjonen av utslagene av niende or- Figs 5 and 6 show in a similar way the vector addition of the outputs of the ninth order

den for tenningsfølgen i henhold til oppfinnelsen. Av figurene 4 og 6 fremgår det nå at resultanten R av utslagenes vektorer, that of the ignition sequence according to the invention. From figures 4 and 6 it now appears that the resultant R of the vectors of the results,

som ved tenningsfølgen i henhold til fig. 1 as in the ignition sequence according to fig. 1

er meget stor, ved tenningsfølgen i henhold til oppfinnelsen er meget mindre, hvilket tilsvarer meget små svingningsbelast- is very large, in the case of the ignition sequence according to the invention is much smaller, which corresponds to very small oscillating loads

riinger. riinger.

Fig. 8 viser en oversikt av forløpet av svingningsbelastningene for den kjente veivfølge i henhold til fig. 1 ved en forbrenningsmotor med et eget svingetall av Fig. 8 shows an overview of the course of the swing loads for the known crank sequence according to fig. 1 in the case of an internal combustion engine with a separate speed of

veivakselen med de bevegelige deler på the crankshaft with the moving parts on it

omtrent 850 svingninger pr. minutt. Abs- approximately 850 oscillations per minute. Abs-

cissene er her omdreiningstallene, ordina- the ciss are here the revolutions, the ordina-

tene de ekstra torsjonsspenninger i det sterkest påkjente tverrsnitt av veivakselen. the extra torsional stresses in the most heavily stressed cross-section of the crankshaft.

De ekstra torsjonsspenninger er størst for The additional torsional stresses are greatest for

de omdreiningstall, ved hvilke resonans inntrer, således for de såkalte kritiske omdreiningstall for hvilke produktet av or- the revolutions at which resonance occurs, thus for the so-called critical revolutions for which the product of or-

denstallet og omdreiningstallet er lik egen- the number of revolutions and the number of revolutions are equal to the

frekvensen av veivakselen med de bevege- the frequency of the crankshaft with the moving

lige deler. Den ekstra torsjonsspenning for den niende orden er her mere enn 350 kg ems, hvilken spenning imidlertid ikke er tillatelig for kontinuerlig drift. Den strek- equal parts. The additional torsional stress for the ninth order is here more than 350 kg ems, which stress, however, is not permissible for continuous operation. The dash-

punkterte linje i fig. 8 viser den tillatelige torsjonsspenning etter Lloyd's for konti- dotted line in fig. 8 shows the permissible torsional stress according to Lloyd's for continuous

nuerlig omdreining. current revolution.

Fig. 9 viser på lignende måte som fig. 8 Fig. 9 shows in a similar way as fig. 8

den ekstra torsjonsspenning for tennings- the additional torsional stress for ignition

følgen i henhold til oppfinnelsen ved en forbrenningsmotor med en egenfrekvens av veivakselen med bevegelige deler på ca. the result according to the invention in an internal combustion engine with a natural frequency of the crankshaft with moving parts of approx.

1075 svingninger pr. minutt. Ved forbrenningsmotorer med en slik egenfrekvens ligger maksimumomdreiningstallet ved 125 omdreininger pr. minutt, men ved forbrenningsmotorer med et høyere omdrei- 1075 oscillations per minute. In the case of internal combustion engines with such a natural frequency, the maximum number of revolutions is at 125 revolutions per minute, but in combustion engines with a higher rev-

ningstall vil veivakselen med bevegelige deler være slik at det egne svingetall er forholdsvis større. Av fig. 9 fremgår det at den ekstra torsjonsspenning for de niende og høyre ordener kan være ubetydelig li- number, the crankshaft with moving parts will be such that its own number of turns is relatively greater. From fig. 9, it appears that the additional torsional stress for the ninth and right-hand orders can be negligible

ten, så at sperreområdet kan bortfalle og maskinen kan gå kontinuerlig med ethvert under det normale driftsomdreiningstall N ten, so that the blocking area can disappear and the machine can run continuously at anything below the normal operating speed N

liggende omdreiningstall. Videre fremgår det av fig. 9 at der over det normale omdreiningstall N ligger et sterkt kritisk omdreiningstall av syvende orden. Man kan imidlertid sørge for at dette kritiske omdreiningstall kommer tilstrekkelig langt over det normale omdreiningstall N, idet egenfrekvensen av veivakselen med beve- horizontal rpm. Furthermore, it appears from fig. 9 that above the normal speed N lies a strongly critical speed of seventh order. One can, however, ensure that this critical speed comes sufficiently far above the normal speed N, as the natural frequency of the crankshaft with

gelige deler gis en tilstrekkelifg større ver- parts are given a sufficiently larger value

di, som kan oppnås ved at veivakselen gjøres tilstrekkelig stiv. di, which can be achieved by making the crankshaft sufficiently rigid.

Av diagrammet i henhold til fig. 9 From the diagram according to fig. 9

fremgår det at det hele omdreiningstall- it appears that the entire rev-

område er praktisk fritt for forstyrrende torsj onssvingninger. area is practically free of disturbing torsional fluctuations.

Claims

1. Twelve-cylinder two-stroke internal combustion

engine in which the cylinders are arranged in one row and two and two directly adjacent cranks form an angle with each other of a whole number of times 30° and the cranks of two and two cylinders firing directly after each other form an angle of 30° with each other, characterized in that the ignition sequence of the cylinders is 1-11-4-6-8-3-12-2-9-7-5-10.

2. Crankshaft provided with twelve cranks for an internal combustion engine as specified in claim 1, in which two and two directly adjacent cranks form an angle with each other of a whole number of times 30° and the cranks for two and two cylinders firing directly after each other form a angle of 30° with each other, characterized in that the cranks counted in one direction of rotation are arranged in the order 1-11-4-6-8-3-12-2-9-7-5-10.