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Verfahren zum Betrieb von Höhenmotoren und darnach arbeitender Motor.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Höhenmotoren, insbesondere zum Antrieb von Flugzeugen und bezweckt deren Leistung bis in Höhen von etwa 10. 000m konstant zu halten.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass bei einem Motor mit einem mehreren Arbeitszylindern zugeordneten Vorverdichter die Einlassventile der Arbeitszylinder während eines regelbaren, der jeweiligen barometrischen Höhe entsprechenden Teile des Verdichtungshubes offen gehalten werden, so dass eine konstante Endverdichtung erzielt und die jeweils überschüssige Ladung andern Zylindern zugeführt wird. Die weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass der Endverdichtungsdruck ausser durch das regelbare Offenhalten des Einlassventils während des Verdichtungshubes durch Änderung der Förderleistung des Verdichters geregelt wird.
Mit der Erfordernis eines Kompressors liegt der Gedanke nahe, den zukünftigen Motor in Zweitaktarbeitsweise zu bauen, so dass schon bei halber Zylinderfüllung mit Brenngemisch der gleiche Energieumsatz wie bei Viertakter erreicht wird. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass, gleiche Ver-
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betrieben werden, womit der höchsterreichbare wirtschaftliche Wirkungsgrad gegeben wäre.
Aus der schematischen Fig. 1 ist der als Sternmotor ausgebildete Höhenmotor im Längsschnitt, aus Fig. 2 der Kompressor im Querschnitt zu ersehen. Fig. 3 zeigt ein Kompressordetail, Fig. 4-9 veranschaulichen den Arbeitszyklus des neuen Motors.
An der Kurbelwelle 1 greifen in sternförmiger Bauweise die Pleuelstangen der Arbeitskolben an.
Die Zylinderbüchsen 2 sind im Stern am Ka'rter befestigt und durch die bis über die Arbeitsraumlänge herabreichende Zylinderköpfe 3 geschlossen. Die Zylinderköpfe aus Leichtmetall bilden so zugleich den Kühlmantel. Die Mantelprofilierung 4 zwischen den Kühlrippen ist tropfenförmig gestaltet, um ein wirbelfreies Umströmen zu ermöglichen. Die Gasventile 5 werden von einer axial verstellbaren mit in dieser Richtung abgeschrägter Ablaufkurve ausgebildeten Nocke 6 gesteuert. Die Keilnut der Nocke ist schraubenförmig, so dass mit der Axialverschiebung der Nocke auch eine Verdrehung derselben erfolgt. Am äusseren Hubende sind in den Zylinderbüchsen Bohrungen 7 für den Auspuff vorgesehen.
Am Karter ist das Kompressorgehäuse 8 angeschlossen, in welchem ein mit der Kurbelwelle 1 verbundener zum Gleitring 9 des Kompressormantels exzentrisch sitzender, radial geschlitzter Zylinderkörper 10 eingebaut ist. Die vorteilhaft aus Fiber bestehenden Kolbenflügeln 11 gleiten in dessen Schlitzen aus und ein und sind durch Gewichtshebel12 innerhalb der Kolbensegmente ausgewuchtet.
In den seitlichen Ausnehmungen 13 des Kolbens sind Federringe 14 untergebracht, die die Flügeln
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stets gegen die Gleitfläche drücken, wodurch schon bei kleinen Drehzahlen, z. B. beim Anwerfen eine gute Dichtung am äusseren Umfang erzielt wird.
Die zylindrische Gleitfläche des Kompressormantels ist als steuernder Ring 9 verdrehbar ausgebildet, um durch Abdecken des als Überströmkanal 15 wirkenden, erweiterten Raumes zwischen
Gehäuse und Ring die Fördermenge regeln zu können. Die Öffnungen im Gleitring für Druck-und Saugseite sind versetzt angeordnet, um gegenseitiger Störung vorzubeugen. Die Nocke 6 ist durch an sich bekannte mechanische Mittel mit dem Gleitring 9 derart verbunden, dass durch Verdrehung des Gleitringes die Nocke axial verschoben wird. Die Wirkungsweise des Motors ist folgende :
Beim Start ist der Gleitring 9 des Kompressors so eingestellt, Fig. 4, dass die ganze Länge des Überstromkanales 15 offen ist, wodurch gerade die zur halben Füllung aller Zylinder erforderliche
Gemischmenge geliefert wird.
Die Nocke 6 ist dabei zwangläufig so verstellt, dass das Gasventil 5 des jeweils gesteuerten Zylinders während des halben Verdichtungshubes geöffnet bleibt. Die Folge ist, dass die überschüssige Ladung in die Gasleitung 16 zurückgedrängt wird, um erst im nächsten Zylinder verwertet zu werden. Der Rest, also jetzt der halbe Zylinderinhalt wird nun komprimiert, u. zw. in einem der Bauart angepassten Verdichtungsgrad, Fig. 7. Nach erfolgter Zündung und Verbrennung geht die arbeitverrichtende Expansion (Fig. 8) vor sich. Das beispielsweise obengesteuerte
Gasventil 5 ist während dieser Zeit geschlossen, es kann aber auch ein kolbenringartiges Schieberventil, wie in den Fig. 4-9 gezeigt ist, Anwendung finden, welches zweckmässigerweise im halben Hubweg mit schrägem Schlitz ausgeführt ist.
Jedenfalls erfolgt die Gasexpansion bis zum Öffnen der Auspuff öffnungen durch den Kolben, also mit einem Dehnungsverhältnis, welches den Verdichtunggrad um Bedeutendes übertrifft, sodann wiederholt sich mit der Zufuhr neuer Ladung (Fig. 9) der Kreisprozess.
Gelangt das Flugzeug in dünnere Luftschichten, so hat der Pilot, um dem Motor die gleiche Ladungsmenge zuzuführen, nichts anderes zu tun, als den Gleitring 9 des Kompressors auf die der Fluglage entsprechende Höhenmarke einzustellen, wie derselbe z. B. in Fig. 5 für 6000 m Seehöhe eingezeichnet ist, welcher Vorgang aber auch selbsttätig durch Anäroide bewerkstelligt werden kann.
Bei der Verstellung des Gleitringes im Kompressor wird der Überströmkanal 15 mehr oder weniger abgedeckt und so der Förderraum verändert. Um ein konstantes Lieferquantum bis 10.000 m Seehöhe zu gewährleisten, muss das Volumenänderungsvermögen des Kompressors etwa 1 : 3 betragen. Die Steuernocke 6 verdreht sich infolge der schraubenförmigen Keilnut hiebei etwas zur Kurbelwelle 1, dadurch wird das Gasventil 5 entsprechend später geöffnet und infolge der in den Steuerkreis hineingeschobenen geschrägten Ablaufkurve der Nocke früher geschlossen. Auf diese Art wird immer das gleiche Gemischgewicht den Zylindern zugeführt.
Da bei 6000 m das ganze Hubvolumen der Zylinder infolge der Nockenstellung, die das Gasventil 5 in der erreichten Endstellung des Kolbens schliesst, aufgeladen wird, so erfolgt von 6000 m Seehöhe an durch den Kompressor eine geringe Vorverdichtung, wenn das nun vergrösserte Ladungsquantum in die Zylinder gefördert wird. Die Nocke 6 ist nun so verstellt, dass gerade noch der Ausschub der Abgase vonstatten geht, wonach bei bereits verdeckten Auspufföffnungen das vorverdichtete Luftgemisch im Zylinder aufgenommen wird (s. Fig. 6).
Aus der Natur der Sache geht aber hervor, dass der anfänglich hohe wirtschaftliche Wirkungsgrad des neuen Motors, der fast jenen des Dieselmotors erreicht, immer weiter auf den normalen Wirkungsgrad der heutigen Flugmotore zurückgeht, u. zw. bis sein Verdichtungs-und Ausdehnungsverhältnis jenen identisch geworden ist, was aber erst in Flughöhen über 6000 m der Fall wird, also in Höhen, wo die Normalmotoren schon auf einen Bruchteil ihrer Startleistungen gesunken sind. Bis zu 10.000 m Seehöhe ändert sich dann der Wirkungsrad nicht mehr beträchtlich, überragt aber um ein Vielfaches jenen des Normalmotors.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betrieb von Höhenmotoren, mit einem mehreren Arbeitszylindern zugeordneten Vorverdichter, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassventile (5) der Arbeitszylinder während eines regelbaren, der jeweiligen barometrischen Höhe entsprechenden Teiles des Verdichtungshubes offen gehalten werden, so dass eine konstante Endverdichtung erzielt und die jeweils überschüssige Ladung andern Zylindern zugeführt wird.