DE2525769A1

DE2525769A1 - Freisaugende achtzylinder-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2525769A1
Application number: DE19752525769
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Bauer; Leonhard Kurt; Joachim Dipl Ing Loehr
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1975-06-10
Filing date: 1975-06-10
Publication date: 1976-12-16
Also published as: SU984414A3; JPS51151416A; CH613750A5; RO77885A; FR2314359B1; US4116172A; DE2525769B2; SE435643B; DE2525769C3; TR19457A; GB1521817A; IT1060663B; FR2314359A1; JPS5633584B2; DD124929A1; HU176821B; SE7606607L

Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft

Nürnberg, 3o. Mai 1975

Freisaugende Achtzylinder-Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine freisaugende Achtzylinder-Brennkraftmaschine in V-Bauart, bei der die Zündungen in den einzelnen Zylindern einer Zylinderbank in unterschiedlichen Zeitabständen erfolgen und bei der jeweils mehrere Einlaßkanäle zu einem gemeinsamen Ansaugsammelrohr und vorteilhafterweise jeweils mehrere Auslaßkanäle zu einem gemeinsamen Auslaßsammeirohr zusammengefaßt sind.

Bei schnellaufenden, freisaugenden Brennkraftmaschinen wird heute zur Erhöhung der Zylinderfüllung und damit der Leistung vielfach das dynamische Verhalten der Ansauganlage ausgenützt. Eine solche dynamische Aufladung, beispielsweise die Reflexionsaufladung, muß von einer Resonanzaufladung, die ebenfalls teilweise Anwendung findet, unterschieden werden.

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Bei der Reflexionsaufladung, welche hier vorgesehen werden soll, läuft die beim öffnen eines Einlaßventils erzeugte Unterdruckwelle beKanntlich mit Schallgeschwindigkeit bis zum Ende des offenen Saugrohres und von dort mit einer Phasenverschiebung von l8o° als Druckwelle wieder zurück in den Zylinder. Bei entsprechender Zusammenfassung von Einlaßkanälen 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 ZylinderfUllung dann bevorzugt vor dem Einlaßschluß bzw. unmittelbar nach der Einlaßeröffnung stattfindet.

Diese Art von Aufladung wurde bisher vorzugsweise bei Vier-, Sechs- und Zwölfzylinder-Motoren angewendet. Bei Achtzylinder-V-Motoren hingegen, bei denen aus Gründen des Massenausgleiches und der Lagerbelastung meist eine Zündfolge 1-5-7-2-6-3-4-8 und ein Zündabstand von 9o KW gewählt wird, ergeben sich Schwierigkeiten, weil die Zündabstände innerhalb der einzelnen Zylinderbänke sehr ungleichmäßig sind. Bei einer Zusammenfassung der Einlaßkanäle einer Zylinderbank zu einem gemeinsamen Ansaugsammelrohr würden sich die einzelnen Zylinder hinsichtlich ihrer Ansaugnelten vielfach überschneiden und daher gegenseitig stark behindern. Als Beispiel sei hier ein Motor mit der vorgenannten Zündfolge näher betrachtet. Die Zylinder 1 bis 4 bilden die eine Zylinderbank, die Zylinder 5 bis 8 die zweite. Zündet nun Zylinder 1, so folgt nach 27o° KW Zylinder 2, nach l8o° KW Zylinder 3, nach 9o°KW Zylinder 4 und nach weiteren l8o° KW Zylinder 1. Geht man davon aus, daß die öff-

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nungszeit der Einlaßventile etwa 24o 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 sind zu beheben, wenn für Jeden Zylinder ein eigenes Ansaugrohr vorgesehen wird, was jedoch insbesondere bei Fahrzeugmotoren wegen des erheblichen Platzbedarfes praktisch nicht ausführbar ist. Das Gesagte gilt übrigens auch für die Auslaßkanäle, bei denen Überschneidungen von Auslaßzeiten zu einer Erhöhung des Restgasdruckes und damit der Gaswechselarbeit führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art die genannten Nachteile zu vermeiden und ohne großen Platzbedarf eine Erhöhung des Liefergrades und der Leistung und damit auch eine Verbesserung der übrigen Moto^daten zu erreichen.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß jeweils zwei Einlaßkanäie einer Zylinderbank zu einem gemeinsamen Ansaugsammelrohr zusammengefaßt sind, deren Zylinder einen Zündabstand aufweisen, der größer oder höchstens gleich der Öffnungszeit der zugehörigen Einlaßventile ist.

Bei einem Achtzylinder-V-Motor, bei dem die Zylinder 1 bis 4 die eine und die Zylinder 5 bis 8 die zweite Zylinderbank bilden und dem eine Zündfolge 1-5-7-2-6-3-4-8 bei einem Zündabstand von 9o° KW zugrunde gelegt ist, bedeutet das erfindungsgemäß, daß jeweils die Einlaßkanäle der Zylinder 1 und 3, 2 und 4, 5 und 6, 7 und 8 mit einem wechselweisen Zündabstand von 27o° und 45o° KW zu einem gemeinsamen Ansaugsammelrohr zusammengefaßt sind.

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Mit dieser Anordnung wird die gestellte Aufgabe, wie später durch Versuche nachgewiesen werden konnte, überraschend gut gelöst und eine beträchtliche Liefergrad- bzw. Leistungserhöhung 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 Einlaßkanäle, deren Zylinder wechselweise in stark unterschiedlichen und dazu großen Abständen zünden, zu einem gemeinsamen Aasaugsammelrohr zusammenfaßt, weil nicht beherrschbare Störwellen auftreten, und weil die Luftströmung im Ansaugsammelrohr immer wieder unterbrochen wird, so zeigt nun die vorliegende Erfindung, daß diese Meinung durchaus nicht in jedem Falle vertretbar ist.

Als eine Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß alle Ansaugsammelrohre eine annähernd gleiche, nach den Drehzahlen des Motors ausgelegte mittlere Rohrlänge aufweisen und in an sich bekannter Weise in einem Ausgleichbehälter münden. Um möglichst Platz zu sparen, sollen die Ansaugsammelrohre dabei unterschiedlich weit in den Ausgleichbehälter hineinragen .

Um den Restgasdruck und damit die Gaswechselarbeit zur weiteren Erhöhung des Füllungsgrades zu vermindern und die durch die neue Ansauganordnung erzielte Wirkung zu erhöhen, wird schließlich noch vorgeschlagen, auch Jeweils die gleichen Auslaßkanäle von Zylindern zu gemeinsamen, in ihren Durchmessern und Längen abgestimmten Auslaßsammeirohren zusammenzufassen, deren Einlaßkanäle jeweils in ein gemeinsames Ansaugsammelrohr münden, um auch hier Überschneidungen von Auslaßzeiten zu vermeiden.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles entnommen werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Achtzylinder-V-Motors mit den Ein- und Auslaßkanälen sowie den dazugehörenden Sammelrohren nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Gegenüberstellung des Druckverlaufes in den Zylindern 1 und 3 ohne und mit der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 3 eine Gegenüberstellung des Liefergrades ohne und mit der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 4 einen Ausschnitt aus Fig. 1 zur Erläuterung der mittleren Länge für die Ansaugsammelrohre.

In Fig. 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 Zündfolgel-5-7-2-6-3-4-8 bei einem Zündabstand von 9o° KW arbeiten. Jeder Zylinder 1 bis 8 weist einen Einlaßkanal la bis 8a und einen Auslaßkanal Ib bis 8b auf. Jeweils zwei Einlaßkanäle la und 3a, 2a und 4a, 5a und 6a, 7 a und 8a münden in ein gerneinsamej Ansaußsammelrohr Io, 11, 12 und 13. Die Ansaugsammelrohre lo, 11, 12 und 13 weisen jeweils gleiche, mittlere Längen auf und enden ihrerseits in einem, an einer beliebigen Mo-

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torseite angeordneten Ausgleichbehälter Ik, 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 Auslaßkanäle Ib und 3b, 2b und 4b, 5b und 6b sowie 7b und 8b in Auslaßsammeirohre 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 27o° und 4-5o° KW ist.

In Pig. 2sind über ca. 360⁰ KW die Drückein den Zylindern und 1 dargestellt. Die Einheiten 2o und 21 zeigen dabei die Verhältnisse für die Zylinder 3 und 1 auf, wie siß bei der herkömmlichen Anordnung vorliegen, nämlich wo alle Einlaßkanäle in ein gemeinsames Ansaugsammelrohr und alle Auslaß ■·- kanäle in ein gemeinsames Auslaßsammeirohr münden. Aus den unteren beiden Einheiten 22 und 23 hingegen sind die Werte zu entnehmen, wie sie durch die erfindungsgemäße Anordnung, also bei Zusammenfassung der Einlaßkanäle 3a und la sowie der Auslaßkanäle 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 ca. 12° KW vor OT öffnen und ca.

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->\>° KW nach UT schließen. Es ergibt sich also eine gesamte ^Öffnungszeit von ca. 24o° KW, da zwischen OT und UT ein Kux-be!winkel von l8o° liegt. Schließlich geben die stark ausgezogenen Kurven 24 den jeweiligen Druck in den Zylindern 5 und 1, die strichlierten Kurven 25 den Druck in den Einiaßkanälen 3a und la und die strichpunktierten Kurven 26 den Druck in den Auslaßkanälen 3b und Ib an.

Ein Vei'gleich der Einheiten 2o und 21 mit den Einheiten 22 und 23 zeigt vor allem deutlich, daß bei dem Motor nach der Erfindung die Drücke in den Einlaßkanälen 3a und ia (2^) stark pulsieren und zum Zeitpunkt Eö und Es ein positives Druckgefälle für eine Zylinderladung aufweisen. ( Einheiten 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 Einheiten 2o und 21, und im FaI Ie des Zylinders 3 die Restgasverdichtung stark gemindert ist.

In dem Diagramm gemäß Fig. 3 sind auf der Abszisse die Moto, drehzahlen η und auf der Ordinate der jeweils zugehörige Liefergrad ^ in % aufgetragen, n, bedeutet die untere Vollastdrehzahl, n_p die Drehzahl bei maximalem Drehmoment und n, die Nenndrehzahl. Auf eine Angabe der Drehzahlen in U/min wiri. wegen der unterschiedlichen Motoren verzichtet. Werden wie bisher alle Einlaßkanäle eines Achtzylinder-V-Motors zu einem Ansaugsammelrohr und alle Auslaßkanäle zu einem Auslaßsammeirohr 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.

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Zu beachten ist dabei, daß sich die Liefergraderhöhung vor allem in den wesentlichen Bereichen n., n~ und η besonders bemerkbar macht. Entsprechend der Liefergraderhöhung ist auch die Leistungserhöhung, die hier der Einfachheit wegen nicht mehr aufgezeigt wurde.

Fig. k soll lediglich Aufschluß darüber geben, was man unter "mittlerer Länge" der Ansaugsammelrohre versteht. Als Beispiel sollen die Zylinder 1 und 3 mit ihren Ansaugkanälen la und 3a dienen, die gemeinsam in dem Ansaugsamrnelrohr Io münden. Um für beide Zylinder 1 und 3 nahezu die gleichen Verhältnisse zu schaffen, werden zunächst die echte Länge 1 der Einlaßkanäle la und 3a und die Punkte 29, 3o ermittelt, an denen sie in das Ansaugsammelrohr Io 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 Io beginnt.

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Claims

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft Nürnberg, 30. Mai 1975 Patentansprüche

1. Freisaugende Achtzylinder-Brennkraftmaschine in V-Bauart, bei der die Zündungen in den einzelnen Zylindern einer Zylinderbank in unterschiedlichen Zeitabständen erfolgen und bei der jeweils mehrere Einlaßkanäle zu einem gemeinsamen Ansaugsammelrohr und vorteilhafterweise jeweils mehrere Auslaßkanäle zu einem gemeinsamen Auslaßsammeirohr zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Einlaßkanäle (la und 3a, 2a und 4a, 5a und 6a, Ja und 8a ) einer Zylinderbank (9) zu einem gemeinsamen Ansaugsammelrohr (lo, 11,12,13) zusammengefaßt sind, deren Zylinder (1-3, 2-4, 5-6, 7-8) einen Zündabstand aufweisen, der größer oder höchstens gleich der Öffnungszeit der zugehörigen Einlaßventile ist.

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2. Freisaugende Achtzylinder-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der die Zylinder 1 bis 4 eine Zylinderbank und die Zylinder 5 bis 8 die zweite Zylinderbank bilden und bei der eine Zündfolge 1-5-7-2-6-3-4-S bei einem Zündabstand von 9o° KW gewählt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Einlaßkanäle (la und 3a, 2a und 4a, 5a und 6a, 7a und 8a) mit einem wechselweisen Zündabstand von 27o° und 45o° KW zu einem gemeinsamen Ansaugsammelrohr (lo, 11, 12, 13) zusammengefaßt sind.

3. Preisaugende Achtzylinder-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Ansaugsammelrohre (lo, 11, 12, I3) eine annähernd gleiche, nach den Drehzahlen des Motors ausgelegte Rohrlänge (L) aufweisen und in ein>Ausgleichsbehälter (14) münden.

4. Freisaugende Achtzylinder-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 3r dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugsammelrohre (lo, 11, 12, I3) zum Erreichen nahezu gleicher mittlerer Längen (L) unterschiedlich weit in den Ausgleichbehälter (14) hineinragen.

5. Freisaugende Achtzylinder-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugsammelrohre (lo, 11, 12, 13) derart bemessen sind, daß die durch Reflexion erzeugten Nachladewellen zu einem Zeitpunkt in die jeweiligen Zylinder (I3245678) gelangen, in dem die zugehörigen Einlaßventile gerade öffnen oder schließen.

6. Freisaugende Achtzylinder-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß für die Bemessung der mittleren Länge (L) der Ansaugsammelrohre (Io bis 13) die Einmündungspunkte (29, 30) der Einlaßkanäle (la und 3a)

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festgelegt und der Abstand dieser Punkte (29, 3o) halbiert werden.

7. Preisaugende Achtzylinder-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die gleichen Auslaßkanäle (Ib und yo bis 7t> und 8b ) von Zylindern Cl bis 8) zu gemeinsamen, in ihren Durchmessern und Längen abgestimmten Auslaßsammeirohren (I5 bis 18) zusammengefaßt sind, deren Einlaßkanäle (la bis 8a) jeweils in ein gemeinsames Ansaugsammelrohr (Io bis Ij5) münden.

8. Freisaugende Achtzylinder-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Jeweils die Auslaßkanäle der Zylinder 1 und 4, 2 und j5, 5 und 8, 6 und 7 zu gemeinsamen Auslaßsammeirohren zusammengefaßt sind.

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