DE1526312B - Mehrzylindnge, luftverdichtende Kolbenbrennkraftmaschine, insbesondere Viertakt Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine mehrzylindrige, luft- Hierdurch wird die Massenwirkung der Ansaugverdichtende Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbe- luft und der Abgase in besonders günstiger Weise sondere Viertakt-Brennkraftmaschine, mit Über- ausgenützt. Bei der üblichen Zündfolge, beispielsschneidung der Einlaß- und Ausläßsteuerzeiteh und weise eines 6-Zylinder-Viertakt-Motors, nämlich 1, mit abgestimmten Ansaug- und Abgasleitungen, bei 5 5, 3, 6, 2, 4 sind somit die Einlasse der Zylinder 1, 2, der die Zylindergruppen an getrennte Ansaugleitungen 3 und 4, 5, 6 jeweils zu einer Gruppe zusammenge- und getrennte Abgasleitungen angeschlossen sind. schaltet. Sie saugen also in unmittelbarer Folge in-

Derartige Brennkraftmaschinen sind beispielsweise nerhalb eines Arbeitsspiels von 720° Kurbelwinkel aus dem MAN-Forschungsheft 1954 bekannt, wo hintereinander an. Die durch die Kolbenenergie einunter Anwendung von Ventilüberschneidungen bei io mal in Bewegung gebrachte Luftsäule in der gemeinentsprechend langer Ausbildung der Arisäug-. und samen Ansaugleitung dringt gegen Einlaßende in Abgasleitungen reflektierende Unter- und Über- den Zylinder ein; wodurch zunächst der Füllühgsgrad druckwellen in den genannten Leitungen auftreten, erheblich erhöht wird. Je höher die im ersten Teil die unter anderein am Ende des Ansaughübes eine des Ansaugvorganges in der Luftsäule erzeugte Be-Nachladung erbringen. Diese auftretenden Druck- 15 wegungsenergie ist, um so größer ist der Nächladewellen können durch Zusammenfassung jeweils meh- effekt. Nach Abschluß des ersten Zylinders, also rerer Einlaßrohrstützen zu einer gerrieihsämeh Ah- nach 240° Kurbelwinkel, beginnt bereits der Ansaugleitung und jeweils mehrerer Auslaßstutzen zu saughub des zweiten Zylinders, so daß die Lüftsäule einer gemeinsamen Abgasleitung noch besser aus- in Bewegung bleibt und dieser dadurch wesentlich genützt werden, da sich hierdurch die auf diese 20 rascher aufgefüllt wird.

Weise zusammengeschlossenen Zylinder durch die Nachdem die Auslaßventile über wenigstens 360°

von ihnen ausgehenden Druckwellen gegenseitig be- Kurbelwinkel geöffnet bleiben und jeweils zwei Aus-

einflussen. Durch Abstimmung der Länge der Ab- laßstutzen zu einer Abgasleitung zusammengefaßt

gasleitung, der Motordrehzahl, der Öffnungszeit und sind, entsteht hier praktisch der gleiche Effekt, näm-

-geschwindigkeit der Auslaßventile sowie der Über- 25 lieh die Abgassäule bleibt immer in Bewegung, weil

schneidung der Einlaß- und Auslaßsteuerzeit kann jeweils nach 360° Kurbelwinkel ein Auslaß öffnet,

so auf die Zylinder zu einem bestimmten Zeitpunkt Dieses wird zur Unterstützung der Massenwirkung

eine Überdruck- oder eine Unterdruckwelle wirksam im Ansaugsystem ausgenützt. Das Auslaßventil öff-

werden. net etwa 40 bis 50° KW vor UT und bleibt somit

Derartige Anordnungen bringen zwar eine Lei- 30 erfindungsgemäß über mindestens 130° KW in den stungssteigerung, jedoch ist, wie vor erwähnt, eine Ansaugtakt hinein geöffnet. Während dieser Zeit genaue Abstimmung verschiedener Faktoren erfor- saugt die forteilende Äbgässäüle Frischluft aus dem derlich. Ohne Klappen, Rückströmdrosseln, Ejekto- Zylinder bzw. aus der Ansaugleitung hinter sich her. ren usw. kommt man nicht aus, da allein schon Es entsteht somit eine höhere Geschwindigkeit in durch jede Änderung der Motordrehzahl oder der 35 der Ansaugleitung, die wiederum gegen Einlaßende Belastung eine Änderung der Gesamtverhältnisse eine zusätzliche Drucksteigerung und damit eine zu- und somit eine andere Reflexion der Druckwellen sätzliche Füllungsgraderhöhung im Zylinder hervoreintritt, ruft (Nachladeeffekt). Auch wird hierdurch eine Ver-

Diese Nachteile können vermieden werden, inHern besserung der Totraumspülung, der Ventilkühlung

man bei zu Gruppen zusammengefaßten Ansaug- 40 usw. erreicht.

und Abgasleitungen die Wirkung der sich in diesen Darüber hinaus kann erfindungsgemäß sogar ein Leitungen bewegten Luft- oder Abgäsmässeri aus- Teil der in die Abgasleitung übergetretenen Frischnützt, luft dadurch wieder in den Zylinder zurückgestaut

Darüber hinaus kann die erwähnte Massenwirkung werden, daß das Auslaßventil bis nach Auslaßbeginn

vor allem zur Erhöhung des Luftdralls verwendet 45 des nächsten Zylinder§ geöffnet bleibt. In diesem

werden. Falle wird durch die Auslaßdruckwelle des nächsten

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraft- Zylinders auch vom Auslaß her Frischluft in den maschine der eingangs beschriebenen Art durch eine Zylinder gedrückt und dadurch eine weitere Verbesgünstige Zusammenfassung und Abstimmung der serung des Füllungsgrades erreicht. Eine solche Wir-Ansaug- und Abgasleitungen sowie durch entspre- 5° kungsweise ist besonders günstig für Vielstoffmotochende Wahl der Überschneidung der Einlaß- und ren, denn bei diesen kommt es wesentlich auf die Auslaßsteuerzeiten unter Ausnützung der Massen- Temperatur der Verbrennungsluft an, welche vom wirkung ohne aufwendige Mittel dahingehend zu Auslaß her bereits eine höhere Wärme mit sich führt, verbessern, daß für den gesamten Belastungs- und Zur Rückführung von Frischluft aus dem Auslaß-Drehzahlbereich der Maschine ein güter Lädungs- 55 kanal wird dieser als Drallkanal ausgebildet,
wechsel (Füllüngsgrad) erreicht und zugleich die Die Erfindung bringt ferner den Vorteil, daß durch Drehbewegung der Luft in den Zylindern erhöht entsprechende Wahl der Überschneidung des Auslaßwird. Schließzeitpunktes mit der Auspuffdruckwelle des

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch ge- zugeschalteten Zylinders die Aufladung des Arbeitslöst,. daß die Ansaugleitungen von jeweils drei Zylin- 60 zylinders so durchgeführt werden kann, daß sie mit dem mit einem Saugabstand von 240° Kurbelwinkel niedriger Drehzahl zunimmt. Dies ist für Fahrzeug- und die Abgasleitungen von jeweils zwei Zylindern motoren wesentlich vorteilhafter als eine Aufladung mit einem Auspuffabstand von 360° Kurbelwinkel mittels Turbogebläse. Trotz alledem kann man bei miteinander verbunden sind, daß die Öffnungszeit der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. den Maßder Auslaßventile mindestens 360° Kurbelwinkel be- 65 nahmen aber auch eine Abgasturboaufladung anträgt, und daß die Auslaßkanäle oder Auslaßventile wenden. Da nur jeweils zwei Zylinder zusammengein an sich bekannter Weise drallerzeugend ausge- schaltet sind, ist die Abgasturbine dann beispielsbildet sind. weise bei einem Sechszylindermotor dreiflutig.

Zum Zwecke der Frischluftnachsaugung kann das Auslaßventil im Spültotpunkt (OT) entweder ganz offen bleiben oder nur so weit schließen, wie es der Freigang zum Kolben erfordert. Die Steuerung bzw. Überschneidung der Einlaß- bzw. Auslaßsteuerzeiten erfolgt durch entsprechend geformte Ventilnocken.

Schließlich wird es noch für erwähnenswert gehalten, daß die Länge der Rohrleitungen, die an die zusammengefaßten drei Zylinder einlaßseitig angesetzt werden, von der gemeinsamen Energie von Kolbensaughub und Saugwirkung der Abgassäule abhängig ist. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung können die Ansaugleitungen in einem Verhältnis von d:L = 1:14 ausgeführt werden, ohne daß sich die Eigenfrequenz der pulsierenden Luftsäule bemerkbar macht. Diese wird nicht wahrgenommen, sondern durch die jeweils momentane Saugenergie unterdrückt. Bei günstigen Einlaßzeitquerschnitten kann das Verhältnis d: L sogar bis zu 1:10 angesetzt werden. Die gemeinsamen Rohrleitungen jeweils zweier Zylinder an der Auslaßseite führt man zweckmäßigerweise mit d:L = 1:30 aus.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen für einen Sechszylinder-Reihenmotor schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 die Gesamtsteuerzeit eines Auslaßventils gemäß der Erfindung,

F i g. 2 drei mögliche Formen von Auslaß-Steuernocken,

F i g. 3 und 4 die Anordnung der Einlaß-Rohranlage und die Schaltung der Auslaß-Rohranlage.

In Fig. 1 schließt das Auslaßventil des ersten Zylinders erst nach dem um 360° später folgenden Partnerzylinder, was dem geschilderten Rückstaueffekt entspricht. Der Winkel d gibt die Öffnungszeit des Auslaßventils an; Aö bedeutet Auslaßöffnung und AS = Auslaßschließen.

Bei den Nockenformen 100, 200, 300 nach F i g. 2 verläuft die Steuerkurve für die Auslaßschließung bis kurz vor dem üblichen Auslaßschluß in bekannter Weise. Das Auslaßventil wird jedoch noch nicht völlig geschlossen, sondern bleibt noch ein Stück geöffnet, wie die ausgebuchtete Nockenform 100 zeigt. Der Auslaßhub ist damit in den Einlaßhub hinein verlängert. Die gestrichelt dargestellte Nokkenform 200 zeigt einen Auslaßnocken, der nach Durchgang des Kolbens im Spültotpunkt das Auslaßventil wieder weiter öffnet. Die strichpunktierte Nockenform 300 gibt den Idealfall wieder, wo das Ventil auch im Spültotpunkt offen bleiben kann. Dies ist dann der Fall, wenn Kolben und Ventile nicht kollidieren. Zu berücksichtigen ist noch, daß die Nockenwelle nach F i g. 2 wie üblich nur eine Umdrehung während zwei Kurbelwellenumdrehungen ausführt.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Auslaßrohrsystem für einen Sechszylinder-Reihenmotor sind die Einlaßrohrstutzen für die Zylinder 1, 2, 3, 4, 5, 6 mit 7, 8, 9, 10, 11 und 12 bezeichnet. Hierbei münden die Einlaßrohrstutzen 7, 8 und 9 in eine gemeinsame Ansaugleitung 13, während für die Einlaßrohrstutzen 10, 11 und 12 ebenso eine gemeinsame Ansaugleitung 14 vorgesehen ist. Die beiden Ansaugleitungen 13 und 14 sind an einem Ausgleichbehälter 15 angeschlossen. Die Zündfolge ist hier: 1, 5, 3 — 6, 2, 4. Die erfindungsgemäße Länge L der Ansaugleitung 13 beginnt am Zusammenfluß aller drei Einlaßrohrstutzen 7, 8, 9 und endet im Ausgleichsbehälter 15, der zur Vermeidung von Rohrschwingungen vorgesehen ist.

In F i g. 4 ist das Auslaßrohrsystem für den Motor nach F i g. 3 gezeigt. Hier sind die Auslaßstutzen 16, 21 der Zylinder 1 und 6 zu einer gemeinsamen Abgasleitung 22, ferner die Auslaßstutzen 17, 20 zu der

ao Abgasleitung 23 und die Auslaßstutzen 18, 19 zu der Abgasleitung 24 zusammengefaßt. Die erfindungsgemäße Länge L reicht vom Zusammenschluß jeweils zweier Auslaßstutzen 16, 21; 17, 20; 18, 19 bis zu dem als Ausgleichsbehälter ausgebildeten, nicht dargestellten Auspufftopf.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mehrzylindrige, luftverdichtende Kolbenbrennkraftmaschine, insbesondere Viertakt-Brennkraftmaschine, mit Überschneidung der Einlaß- und Auslaßsteuerzeiten und mit abgestimmten Ansaug- und Abgasleitungen, bei der die Zylindergruppen an getrennte Ansaugleitungen und getrennte Abgasleitungen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugleitungen (13, 14) von jeweils drei Zylindern mit einem Saugabstand von 240° Kurbelwinkel und die Abgasleitungen (22, 23, 24) von jeweils zwei Zylindern mit einem Auspuffabstand von 360° Kurbelwinkel miteinander verbunden sind, daß die Öffnungszeit der Auslaßventile mindestens 360° Kurbelwinkel beträgt und daß die Auslaßkanäle oder Auslaßventile in an sich bekannter Weise drallerzeugend ausgebildet sind.

2. Mehrzylindrige Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge L zum Durchmesser d der Ansaugleitungen (13, 14) etwa L:d= 14:1 beträgt.

3. Mehrzylindrige Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge L zum Durchmesser d der Abgasleitungen (22, 23, 24) etwa L: d = 30:1 beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen