<Desc/Clms Page number 1>
Vorrichtung zur Förderung der Spül-, Lade-und Überlademenge einer Brennkraftmaschine.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Förderung der Spül-, Lade-und Über- lademenge einer Brennkraftmaschine.
Es wurde bereits vorgeschlagen, durch die Energie der aus der Brennkraftmaschine abströmenden
Auspuffgase eine rasch bewegte, zum Spülen und Laden dienende Luftsäule zu erzeugen. Dabei wurde die beim Austreten der Auspuffgase aus dem Zylinder auftreterde Druckminderung zum Ansaugen von Frischluft und zum Laden des Zylinders benutzt.
Gemäss vorliegender Erfindung wird nun mittels einer von den Abgasen einer Brennkraft- maschine betriebenen Ejektorvorrichtung eine rasch bewegte Luftsäule erzeugt, die in kurzen Zeit- abständen unterbrochen wird, um damit einen Staudruck zu erzeugen. Die Frischluft tritt unter erhöhtem Druck in den Zylinder der Brennkraftmaschine.
Die Vorrichtung arbeitet nach dem nämlichen Prinzip wie der hydraulische Widder, mit dem
Unterschied, dass an Stelle einer rasch bewegten Wassersäule hier eine solche aus Gasen periodisch abgelenkt, gestaut oder zum Stillstand gebracht wird, wodurch die erfindurgsgemässe Vorrichtung pneumatischer oder aerodynamischer Widder genannt werden könnte.
Die neue Vorrichtung besitzt erfindungsgemäss ein mit der Aussenluft in Verbindung stehendes
Rohr, das an dem dem Lufteinlass abgekehrten Ende an eine von den Abgasen der Maschine betriebene
Ejektorvorrichtung und an die Einlassleitung der Maschine argeschlossen ist und das in raschem Spiel abwechselnd zunächst mit der Ejektorvorrichtung zur Erzeugung einer mit grosser Geschwindigkeit in dem Rohr strömenden Luftsäule und darauf mit der Einlassleiturg der Maschine zur Erzeugung eines Staudruckes durch die im gleichen Sinne sich weiter bewegende Luftsäule in Verbindung gesetzt wird.
Es ist von grösster Wichtigkeit für die praktische Verwendbarkeit des aerodynamischen Widders, dass eine möglichst hohe Verdichtung der Aufladeluft mit sehr kleinen Druckschwankungen zustande gebracht wird. Ferner ist es notwendig bei Verwendung des Widders für Flugzeuge, dass die Höhe der Verdichtung entsprechend der Höhenlage des Flugzeuges entweder sich selbsttätig einstellt oder willkürlich durch den Flug oder Fahrzeugführer bestimmt werden kann. Die Erfindung erstreckt sich noch darauf, wie der Verdichter in ein Flugzeug eingebaut wird und welche Formen das Staurohr dabei annimmt.
Zur Erzeugung und zur Vergrösserung der Strömungsgeschwindigkeit der im Staurohr des aerodynamischen Widders sich befindlichen Luftsäule wird erfindungsgemäss ausser oder an Stelle der Saugwirkung des Abgasstrahlenapparates bei Flugzeugen der Fahrt-und eventuell auch der Propeller- wind ausgenutzt. Bei schnellen Flug-und auch Fahrzeugen kann der Fahrtwind allein, ohne die Saugwirkung des Strahlapparates, zur raschen Bewegung der Luftsäule im Staurohr benutzt werden.
Die Vergrösserung der Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Staurohr wird dadurch erzeugt, dass die Einflussö : Unung des Staurohres gegen die Fahrtrichtung angeordnet wird.
Die Vorrichtung zur Ausnutzung des Fahrtwindes kann mit dem Strahlapparat kombiniert werden, so dass die eine oder andere oder auch gleichzeitig beide Einrichtungen benutzt werden können.
Der besondere Wert der Erfindung liegt in seiner Verwendung an Flugzeugmotoren für grosse Höhen, Vermöge der Einfachheit, Betriebssicherheit, niedrigen Herstellungspreises und des geringen
<Desc/Clms Page number 2>
Gewichtes ist die neue Vorrichtung den heute angewandten Gebläsen, welche durch Abgasturbinen angetrieben sind, weit überlegen.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 schematisch die Wirkungsweise und Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des Verdichters in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor. Fig. 3 veranschaulicht einen Längsschnitt und Fig. 4 einen Querschnitt durch das Stau-, Ableitungs- und Verteilungsorgan für die im Rohr bewegte Gassäule. Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform des Verdichters im Längsschnitt, Fig. 6 einen Querschnitt durch das Staurohr nach der Linie VI-VI der Fig. 5, Fig. 7 einen Querschnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 5 durch das Gehäuse und durch den Verteiler des Verdichter. Fig. 8 stellt schematisch in Ansicht einen selbsttätigen Regler für die Verdichtung dar.
Fig. 9 ist ein Querschnitt durch den Regler nach der Linie VIII-VIII. Fig. 10 ist die Ansicht eines Flugzeuges mit einem Verdichter, dessen Staurohr in der Vorderkante des Flügels gelegen ist. Fig. 11 ist ein Querschnitt durch einen Flügel, dessen Vorderkante als Staurohr ausgebildet ist, Fig. 12 die Ansieht eines Flugzeuges mit innen und seitlich im Rumpf gelegenem Staurohr, Fig. 13 die Ansicht eines Flugzeuges mit aussen und seitlich am Rumpf gelegenem Staurohr, Fig. 14 ein Längsschnitt durch ein Flugzeug mit innen und unten im Rumpf gelegenem Staurohr.
In der Vorrichtung nach Fig. 1 mündet der Auspuffstutzen 1 eines Verbrennungsmotors in das konisch erweiterte Rohr 2 und bildet mit diesem zusammen einen Strahlapparat, der durch den Rohrbogen 3 mit dem Staurohr 4 in Verbindung steht. Die Verlärgerung 5 des Staurohres führt zum Motor. Der Verbindungsstutzen J mündet schief in das Staurohr 4. An dieser Mündung befindet sich eine Klappe 6, welche um die Achse 7 schwingen kann. Vermittels des SeiteJ1armes 8 und der Stange 8' wird die Klappe 6 durch den Motor in rasche Schwingungen versetzt.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt : Bei der Stellung der Klappe 6 nach Fig. 1 ist das Staurohr 4 gegen den Motor hin geschlossen. Durch die Saugwirkung des Strahlapparates wird die Luft gezwungen, in rascher Strömung durch das Staurohr, den Rohrbogen 3 nach dem Strahlapparat und von hier mit den Verbrennungsgasen zusammen nach dem Auspuffstutzen des Strahlapparates 10 ins Freie oder zu einem Auspufftopf zu strömen. Schwingt die Klappe zurück (in Fig. 1 in gebrochenen Linien dargestellt), dann schliesst sie den Durchgang zum Strahlapparat. Staurohr 4 und Verlängerung 5 sind nun miteinander verbunden. Die rasch strömende Luft gelangt zum Motor oder zum Vergaser, wo ihre Geschwindigkeit in Staudruck umgesetzt wird.
Sowie dies geschehen ist, schwingt die Klappe wieder zurück, schliesst das Staurohr 4 gegen den Motor hin ab und öffnet den Durchgang zum Strahlapparat, worauf sich das Spiel wiederholt.
Je nach der Beschaffenheit des Motors und der Höhe der verlangten Verdichtung ändert sich die Länge und der Durchmesser des Staurohres 4 und des Auspuffstutzen 10 des Strahlapparates und die Anzahl der Schwingungen der Klappe. In vielen Fällen ist es zur Verbesserung des Wirkungsgrades erwünscht, dass im Auspuffstutzen 10 des Strahlapparates Druckwellen von schnell strömenden Verbrennungsgasen, entsprechend den einzelnen Explosionen des Motors, mit solchen von angesaugter Luft einander abwechseln, ohne sich stark zu vermischen ; diese Arbeitsweise unterscheidet sich von derjenigen eines gewöhnlichen Strahlapparates wesentlich.
Ein praktisches Ausführungsbeispiel des Verdiehters zeigen Fig. 2-4.
Der düsenförmig erweiterte Auspuffstutzen 1 eines Verbrennungsmotors bildet mit dem konisch erweiterten Rohr 11 den Strahlapparat, dessen Auspuffrohr mit 9 bezeichnet ist. Durch den Rohrbogen 13 steht der Strahlapparat mit dem Staurohr 14 in Verbindung, dessen Verlängerung 15 zum Motor oder zum Vergaser führt. Am Ende des Staurohres 14 befindet sieh das Stau- und Ableitungs- organ 16, dessen Wirkungsweise derjenigen der Klappe 6 in Fig. 1 entspricht.
Als Stau-und Ableitungsorgan ist ein Drehschieber 18 (Fig. 3 und 4) vorgesehen, der durch ein axial beaufschlagtes Turbinenrad 17 von der durchströmenden Luft in Rotation versetzt wird. An Stelle des Drehsehieberantriebes durch ein Turbinenrad könnte auch der direkte Antrieb durch den Motor erfolgen. Der Drehschieber 18 dreht sieh auf der festen Achse 20, die mit dem Schiebergehäuse 23 durch den Deckel 25 fest verbunden ist. Der zylindrische Mantel 21 des Drehschiebers 18 besitzt eine Aussparung 26 (Fig. 4), durch welche die Luft aus dem Staurohr 14 jeweils durch den Rohrstutzen 27 oder 2 nach dem Motor oder nach dem Strahlapparat geleitet wird.
Im ringförmigen Raum 2 zwischen Schiebermantel 21 und Lager befindet sich das Axialturbinenrad 17, dessen jeweilig benötigte Drehgesehwindigkeit durch Verstellung der Anstellwinkel der Schaufeln erreicht wird.
Je nach der Breite der Aussparung 26 im Mantel 21 des Drehschiebers und der Breite der Mündung des Rohres 27 zum Strahlapparat oder der Mündung des Rohres 28 zum Motor respektive Vergaser können die aus dem Staurohr abströmenden Luftmengen genau dosiert werden, z. B. 4. 0% nach dem Strahlapparat und 60% nach dem Motor.
In der gleichen Weise kann auch der zeitliche Abschluss des Staurohres als prozentualer Teilbetrag eines Sehieberumganges festgelegt werden. Die richtige Dimensionierung dieser Grössen und die richtige Umlaufszahl des Stau-, AbleituJ1gs- und Verteilungsorganes bestimmen die Anzahl und Intensität der zu erzeugenden Staudruckwellen, d. h. die Auf-und Überladefähigkeit des mit dem erfindungsgemässen Verdichter ausgerüsteten Motors.
<Desc/Clms Page number 3>
Die das Stau-und Ableitungsorgan durchströmende Luft bringt den Drehschieber 18 zufolge ihres Impulses auf das Turbinenrad 17 in rasche Drehung. Je nach der Lage der Aussparung 26 im rotierenden Drehschieber 18 wird die Luft durch den Rohrstutzen 13 vom Strahlapparat angesogen und im Staurohr stark beschleunigt, im nächsten Moment wird der Rohrstutzen 27 geschlossen und die im Staurohr 14 bewegte Luft gestaut oder zum Stillstand gebracht, wodurch die Strömungsenergie dieser rasch bewegten Luftsäule in Staudruck umgesetzt wird. Dann wird durch die Drehung des
Schiebers 18 der Rohrstutzen 28 nach dem Motor respektive Vergaser freigegeben, wodurch die so verdichtete Luft entweder zum Vergaser, z. B. eines Viertaktmotors gelangt und diesen überlädt, oder zum Spülen, Auf-und Überladen eines Zweitaktmotors weitergeleitet wird.
Verwendet man den Verdichter zum Aufladen von Flugzeugmotoren für grosse Höhen oder zum starken Überladen gewöhnlicher Motoren, so muss das Staurohr und meist auch der Strahlapparat- auspuffstutzen lang ausgebildet werden.
Um Aufladeluft für den Motor mittels des aerodynamischen Widders auf möglichst hohen
Druck zu bringen, kann die in Fig. 5-7 gezeigte Vorrichtung Anwendung finden. Der Verteiler respektive der Drehschieber 31 besitzt grossen Durchmesser ; er öffnet und schliesst sehr rasch ; er verursacht nur geringen Drosselverlust in der abzuleitenden Luft.
Ein möglichst gleichmässiger, nur geringe Drueksehwankungen aufweisender, verlustloser Abfluss der Ladeluft wird dadurch erreicht, dass mehrere Staurohre in einen gemeinsamen Verteiler münden und dass deren Arbeitsspiele entsprechend der Drehung des Schiebers rhythmisch einander ablösen.
Die Staurohre entstehen durch Unterteilung mittels der Längswände 33 (Fig. 5) eines Rohres 34 von rundem oder beliebigem Querschnitt. Die Einteilung des Staurohres kann in beliebig viele Einzelrohre 35 erfolgen. Die Dreiteilung ist besonders günstig. Die Einzelrohre 35 münden einerseits in ein gemeinsames Ansaugrohr 36, das zylindrisch oder besser schwach konisch geformt ist, und anderseits gehen die Staurohre 35 in drei nach aussen gerichtete Krümmer 37 über, deren Mündungen durch den im Durchmesser gross gehaltenen Drehschieber 31 geöffnet und geschlossen werden.
Der Drehschieber 31 besitzt zwei übereinander und versetzt angeordnete Schlitze 40 und 41 (Fig. 5), welche in die Ringkanäle 42 und 43 münden, die durch die beiden Stutzen 44 und 45 mit dem Vergaser oder mit dem Ejektor (z. B. Fig. 10,11 und 12) des Motors in Verbindung treten. Die Ringkanäle 42, 43 können auch nach Art der Gebläse diffusorartig ausgebildet sein. In die Schlitze 40 und 41 sind Segmente einer Turbinenbeschaufelung 46 (Fig. 7) zum Antrieb des Drehschiebers 31 mittels der durchgesaugten Luft eingebaut. Je nach der Länge der Schlitze 40, 41 und der verschiedenen Höhe dieser Schlitze werden die Luftmengen, die nach dem Vergaser oder Ejektor gelangen, verschieden sein.
Der Drehschieber 31 kann beliebig andere Einteilungen haben ; typisch ist bei ihm nur die Übereinanderlagerung von zwei Sehlitzreihen 40, 41, die mit den getrennten Abströmkanälen 42, 43 zum Motor oder dem Ejektor in Verbindung stehen und in diesen durch Wechseln des Arbeitsspieles eine möglichst gleichmässige, stossfreie, möglichst verlustlos Strömurg der abströmenden Luft bewerkstelligen.
In gewissen Fällen könnte sich die verdichtete Luft zu stark erwärmen ; dann würde zwischen Verdichter und Vergaser ein Kühler eingebaut werden.
Zur Regelung der Leistung des Verdichters entsprechend der Höhenlage des Flugzeuges kann entweder die durch den Ejektor abgesaugte Luftmenge geregelt werden, z. B. durch Anbringung einer von Hand oder selbsttätig gesteuerten Öffnung im Verbindungsrohr 50 (Fig. 10,12 und 13) zwischen Verdichter und Ejektor, oder aber es kann die verdichtete Luft unmittelbar bevor sie zum Vergaser gelangt durch eine steuerbare Öffnung im Rohr 53 wieder ins Freie abgeleitet werden. Dem Vergaser 54 (Fig. 8 und 9) vorgelagert ist ein zylindrisches Rohr 55 mit Längsschlitzen 56, über welches eine drehbare, mit Schlitzen versehene Muffe 57 gelagert ist.
Die Muffe 57 kann entweder von Hand mittels beliebiger Übertragungsorgane auf ein bestimmtes Luftabströmquantum durch Drehung eingestellt werden oder die Verdrehung der Muffe erfolgt selbsttätig entsprechend der Höhenlage des Flugzeuges, z. B. durch eine aneroidbarometerartige Einrichtung.
Mit der Membrane 59 der Barometerdose 58 (Fig. 8,9) ist eine Zahnstange 60 verbunden, welche in ein Zahnradsegment 61 auf der Muffe 57 eingreift. Entsprechend der Luftdruckveränderung wird durch die Membrane das Segment 61 in die richtige Lage gedreht. Bei grossem Luftdruck in der Nähe der Erde werden die Schlitze 56 offengehalten, damit viel Luft abströmen und der Motor nicht übermässig aufgeladen werden kann. Mit zunehmender Höhe werden die Schlitze 56 durch die Ausdehnung der Luft in der Barometerdose 58 langsam geschlossen.
Der Motor erhält in jeder Höhenlage durch Überladung die gleiche Menge Verbrennungsluft respektive Sauerstoff.'
Die in Fig. 8 und 9 beschriebene Regulierungseinrichtung kann auch auf das Rohr 50 (Fig. 10, 12. und 13) gesetzt werden, so dass die vom Ejektor aus dem aerodynamischen Widder abgesaugte Luftmenge durch das Ansaugen der so geregelten Frischluftmenge auf das richtige Mass gebracht wird.
An Stelle einer drehbaren Muffe kann auch eine in der Rohrlängsachse verschiebbare Muffe treten, deren Betätigung analog erfolgt wie bei der drehbaren Muffe.
Der Einbau des aerodynamischen Widders in ein Flugzeug kann auf verschiedene Arten erfolgen.
Das Schiebergehäuse befindet sich meist in Motornähe und das damit in Verbindung stehende Stau-
<Desc/Clms Page number 4>
rohrsystem 62 (Fig. 10) wird in die Vorderkante des Flügels verlegt, oder die Vorderkante ist das Staurohr selbst, wie Fig. 11 zeigt. Die Mündung zum Eintritt des Fahrtwindes ist seitlich am Rohr und ist meist mit turbinenschaufelartigen Leitblechen 63 (Fig. 10) ausgestattet. Der Ejektor 64 ist am
Rumpf angebracht und steht durch das Rohr 50 mit dem Drehschiebergehäuse in Verbindung.
Fig. 12 und 13 zeigen erfindungsgemäss ein Staurohr, das der Wandung des Flugzeugrumpfes innen oder aussen folgt, jedoch auch von der Wandung abweichen kann, aber immerhin der Richtung der Rumpflängsachse folgt. Das Staurohr ist in der Nähe der Schwanzsteuerfläche abgebogen und in die Vorderkante dieser Fläche verlegt, um in einen seitlichen Windfang 67 mit den Leitblechen 66 zum Auffangen und Ablenken des Fahrtwindes überzugehen.
In Fig. 14 ist das Staurohr in der Richtung der Rumpflängsachse in den Rumpf verlegt und hat am vorderen Ende einen gegen den Fahrtwind gerichteten Windfang 69, welcher ebenfalls Leitbleche 66 aufweist. Der Ejektor ist auch hier seitlich am Rumpf angebracht und durch das Rohr 50 mit dem Drehsehiebergehäuse verbunden.
Es ist zu erwähnen, dass zwei oder mehrere aerodynamische Widder hintereinandergeschaltet werden könnten, derart, dass die im ersten Widder verdichtete Luft in das Staurohr des zweiten gelangt und hier weiter verdiehtet wird usw.
Bei Flugzeugen, die sehr hoch fliegen, wird die im aerodynamischen Widder verdichtete Luft in eine drucksichere Kabine geleitet, um darin konstanten Überdruck zu halten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Förderung der Spül-, Lade-und Überlademenge einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch ein mit der Aussenluft in Verbindung stehendes Rohr (14 bzw. 36), das an dem dem Lufteinlass abgekehrten Ende an eine von den Abgasen der Maschine betriebene Ejektorvorrichtung und an die Einlassleitung der Maschine angeschlossen ist und das in raschem Spiel abwechselnd zunächst mit der Ejektorvorrichtung zur Erzeugung einer mit grosser Geschwindigkeit in dem Rohr strömenden Luftsäule und darauf mit der Einlassleitung der Maschine zur Erzeugung eines Staudruckes durch die im gleichen Sinne sich weiter bewegende Luftsäule in Verbindung gesetzt wird (Fig. 1-6).