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Selbsttätige Regelungsvorrichtung für Luftfahrzeugmaschinen bei Änderung des äusseren
Luftdruckes.
Die gewöhnlichen Viertaktbenzinmaschinen werden durch den in verschiedenen Höhen- lagen herrschenden Luftdruck derart beeinflusst, dass die Leistung der Maschine um so mehr verringert wird, je höher das Luftfahrzeug und mit diesem dessen Maschine steigt. Die
Leistung der Maschine wird geringer, weil bei kleinerem äusseren Luftdruck das im Maschinen- zylinder verdichtete Gasgemenge den normalen Verdichtungsdruck nicht erreicht, der tür in Erdhöhe (bei normalem Luftdruck von 760 mm) arbeitende Maschinen auf Grund ein- gehender Versuche entsprechend gefunden wurde.
Die Leistungsverluste werden bei Viertaktbenzinmaschinen auf verschiedene Weise dadurch vermindert, dass man den Verdichtungsraum derart klein wählt, dass der Ver- dichtungsdruck den als günstig festgestellten normalen Verdichtungsdruck erreiche, wenn das Luttfahrzeug und dessen Maschine die Grenze seiner Steigfähigkeit bzw. die geforderte grösste Steigfähigkeit erreicht hat. Bei derart gebauten Maschinen verursacht aber, sobald sie in Luft von grösserem Luftdruck (auf der Erde) arbeiten, der auftretende grosse Ver- dichtungsdruck schädliche Selbstzündung und Erhitzung, die den Betrieb der Maschine unmöglich machen.
Behufs Vermeidung dieser schädlichen Erscheinungen wurde bereits die Änderung der
Menge des angesaugten Gasgemenges in Vorschlag gebracht, derart, dass die Maschine bei höherem Luftdruck (auf der Erde) die kleinere Gasfüllung, bei kleinerem Luftdruck aber (demnach bei etwa 5000 bis 6000 m über der Erde) die volle Füllung erhält.
Zur Einstellung der verschiedenen Füllungen sind mehrere Methoden bekannt, deren Wesen kurzgefasst darin besteht, dass bei Änderung des Luftdruckes mit den zur Steuerung der Ventile oder Regelung des Vergasers bestimmten Organen während des Betriebes den Änderungen des Barometerdruckes entsprechende Verschiebungen vorgenommen werden.
Diese Veränderungen von Hand aus mit einer Vollkommenheit vorzunehmen, wie dies in allen Fällen erforderlich wäre, ist nicht nur praktisch unmöglich, sondern die Handregelung wäre auch gefährlich für die Maschine, für das Luftfahrzeug und zum Schlusse (während der Fluges) auch für den Piloten.
Es wurden zwar auch schon Einrichtungen zur selbsttätigen Ausführung der bezüglichen Regelungen in Vorschlag gebracht, aber die bisherigen (z. B. unter dem Einflusse der Barometerdose wirkenden) Vorrichtungen erfordern entweder sehr feine und empfindliche Ausführung, oder ihre Wirkungsweise ist nicht genügend genau bzw. sie sind für eine der Natur der Benzinmaschine entsprechende wirksame Regelung ungeeignet.
Das Wesen der Erfindung besteht nun darin, dass für den erwähnten Zweck als bewegende Kraft der in einem Zylinder herrschende veränderliche, namentlich sich unter dem Einflusse des veränderlichen Luftdruckes ändernde Verbrennungs-oder Verdichtungsdruck zur Einstellung der Ventilsteuerung oder des Vergasers benutzt wird, und zwar unter einem Drucke, der bei einer beliebigen, für den zu erreichenden Zweck entsprechenden Lage des Kolbens entnommen wird.
Es kann hiezu entweder der im Arbeitszylinder selbst oder aber in einem für diesen Zwecke besonders angeordneten Zylinder herrschende veränderliche Druck in Anspruch genommen werden.
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In der Zeichnung sind drei verschiedene Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung. schematisch dargestellt.
Fig. i veranschaulicht im Längsschnitt eine Ausführungsform, bei welcher der ver- änderliche Druck im Arbeitszylinder selbst zur Regelung herangezogen wird. Fig. 2 ist ein Schnitt nach Linie lI-Il der Fig. i. Fig. 3 veranschaulicht im Längsschnitt, teilweise in Seitenansicht eine auf demselben Prinzip beruhende andere Ausführungsform.
Fig. 4 zeigt im Längsschnitt eine Ausführungsform, bei welcher der in einem besonderen Zylinder der Maschine herrschende veränderliche Verdichtungsdruck die Einstellung der Regelung-
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Bei der Ausführungsform gemäss Fig. i und 2, wobei der Verdichtungsdruck zur Einstellung der Ventilsteuerung benutzt wird, besteht die selbsttätige Regelungsvorrichtung aus zwei selbständig eingebauten, jedoch miteinander zusammenwirkenden Hauptteilen, und zwar aus dem Membrangehäuse A und dem Druckausgleich-bzw. Übertragungsventil B.
Die beiden Hauptteile A, B stehen durch das enge Rohr c miteinander in Verbindung ; ausserdem ist der Teil A auf nachstehend beschriebene Weise mit dem zu regelnden Organ der Maschine, im vorliegenden Falle mit der Ventilsteuerung u, der Teil B aber mit dem Verdichtungsraume f eines Arbeitszylinders e der Maschine verbunden. Das Membrangehäuse A besteht aus zwei Teilen g und h, zwischen denen die Membranplatte m eingespannt ist, deren eine Seite beständig unter dem Einflusse der Spannung der Spiralfeder i und des Druckes der durch die Öffnungen a eintretenden Aussenluft steht, während auf die andere Seite der jeweilige Verdichtungsdruck einwirkt.
An die Mitte der Membranplatte III ist die Ubertragungsstange k angeschlossen, welche die Bewegungen der Membran mitmacht.
Um die Stange l ist, zweckmässig unter Zwischenschaltung von Kugellagern, die Hülse u1 drehbar, die in bekannter Weise mit der Nabe d eines der zum Antriebe der Ventilsteuerungswelle von der Kurbelwelle aus dienenden Kegelräder b, b in Eingriff steht, und zwar durch hohe, d. h. nicht selbstsperrende Schraubengänge 11, so dass sich bei einer Verschiebung der Stange k die Hülse u1 verschiebt und verdreht.
Die Hülse ul ist mit der Welle K und deren Längsrippen 12 und durch die in diese eingreifenden (in der Hülse ul ausgebildeten) Nuten verschiebbar, jedoch relativ nicht verdrehbar derart verbunden, dass bei Verschiebung der Stange k die (sich verschiebende und drehende) Hülse ul relativ zur Welle u eine Verschiebung nach rechts oder links erleidet und gleichzeitig die Welle u ohne Verschiebung vor-oder nacheilend im erforderlichen Masse verstellt.
Das Druckübertragungsventil B besteht in erster Reihe aus dem Ventil S, das durch die Spannkraft der Spiralfeder r geschlossen gehalten wird und dessen Öffnung durch die mit der Steuerwelle in Verbindung stehende besondere Nocke t bewirkt wird. Die Nocke t wirkt auf die Spindel si des Ventils s. Die im Ventilgehäuse v des Druckausgleichventils angeordnete Kegelspitzschraube o dient zur Veränderung des Querschnittes des Verbindungs- kanals 01 und bezweckt, die beim Druckausgleich auftretenden Stösse abzudämpfen bzw. zu bremsen. Bei geringerem Kanalquerschnitt geht der Druckausgleich langsamer vor sich.
Am rechtsseitigen Membrangehäuseteil ist ein mit dem Innern desselben in Verbindung stehender Manometer n zur Beobachtung des Verdichtungsdruckes sowie behufs entsprechender Einstellung der Stossdämpfungsschraube 02 angebracht, während das Sicherheitskugelventil p zur Sicherung gegen Überdruck dient.
Die Wirkungsweise der beispielsweise veranschaulichten Vorrichtung ist die folgende : Während des Betriebes der Maschine, im vorliegenden Falle vor dem Augenblicke der Zündung, d.'h. wenn der Verdichtungsdruck das Höchstmass erreicht hat, bewirkt die besondere Nocke t bei jeder zweiten Umdrehung der Hauptwelle auf kurze Zeit die einmalige Öffnung des Druckausgleichventils s, das sich hierauf wieder schliesst. Bei offenem Ventil findet ein Druckausgleich zwischen dem Druck im Verdichtungsraum f des Zylinders und dem Membranraum = über das Verbindungsrohr c statt.
Der Verdichtungsdruck wirkt auf die ganze Fläche der Membran w entgegen der Spiralfeder i. Ändert sich der Verdichtungsdruck im Zylinder e, so kommt in der Lage der Membran m und der mit dieser in Verbindung stehenden Stange k eine Änderung zustande, die in dem einen Falle durch den
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druck kleiner wird, durch die Spannkraft der Spiralfeder i bewirkt wird.
Die in der einen oder anderen Richtung vor sich gehende Bewegung der Membran m und der Stange k kommt zum Stillstand wenn der auf die Membran m einwirkende Gasdruck mit der Kraft der Spiralfeder i und dem äusseren Luftdruck ins Gleichgewicht kommt. Sobald demnach der Verdichtungsdruck steigt, vollzieht die Stange k eine Bewegung nach links, wenn hingegen der Verdichtungsdruck sinkt, erfolgt eine Bewegung nach rechts. In beiden Fällen wird eine selbsttätige Regelung der Leistung der Maschine im erforderlichen Masse erreicht,
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Es ist klar, dass zur Betätigung des Regelungsorgans nicht nur, wie gemäss dem vor- liegenden Beispiele, der Höchstdruck benutzt werden kann, sondern es kann unter dem Einflusse eines in einer beliebigen Lage des Kolbens entnommenen Druckes stehen.
Die in Fig. 3 veranschaulichte Ausführungsform unterscheidet sich von der vorherigen bloss darin, dass die Stange k nicht auf die Steuerwelle, sondern auf irgendein Organ des
Vergasers G, im vorliegenden Falle durch den Hebel j auf die an dem Vergaser in üblicher Weise angeordnete Drossel-bzw. Absperrklappe F einwirkt. Zu diesem Zwecke ist der Hebel j an der Welle der Klappe F befestigt. Der Hebel j steht durch die Stange L mit dem üblichen feststellbaren Regelungshandhebel K in Verbindung, wobei zwischen den Teilen k, j bzw. j, K entsprechende nachgiebige Kupplungen, z. B. einander entsprechend gewählte Federn eingeschaltet sind, um die zweifache Regelung des Vergasers, nämlich die erforderliche Einstellung bzw.
Schliessung von Hand und die selbsttätige Regelung (letztere auch trotz des festgestellten Handhebels) nach Bedarf unabhängig voneinander vornehmen zu können.
Gemäss der Erfindung ist daher durch die Stange k eine bauliche Verbindung mit den Steuerorganen u oder dem Vergaserorgan j der Maschine geschaffen, das seinerseits wieder zufolge seiner Bauart und Einrichtung in der Maschine Änderungen zu bewirken imstande ist, die im nächsten Augenblicke den gewünschten normalen Verdichtungsdruck herstellen. Auf diese Weise kommt selbsttätig der Zustand zur Geltung, der dem jederzeit herrschenden Luftdruck entspricht, ohne dass demnach durch den übermässigen Verdichtungsdruck der Betrieb der Maschine gefährdet wäre.
Der oben geschilderte Gleichgewichtszustand wird aufgehoben und sofort wieder hergestellt bei jedem Auf-und Abstieg, d. h. wenn die Maschine im Fluge, z. B. aus einer Luftschichte von höherem Luftdruck in eine solche von niedrigerem Luftdruck gelangt. Beim Aufstieg bewegen sich die Gase im Verbindungsrohr c nach links, beim Abstieg aber nach rechts.
Im Ruhezustand der Maschine befindet sich die Membranplatte m in ihrer äussersten rechtsseitigen Lage, weil gegenüber der Spiralfeder i keine entgegengesetzte Kraftwirkung vorhanden ist ; das Steuerungsorgan u oder das Vergaserorgan j befindet sich zufolge der Stellung der Stange k in einer Lage, bei der beim Anlassen der Maschine ein hoher Verdichtungsdruck entsteht.
Dieser Druck gelangt nach dem veranschaulichten Beispiele zum Schlusse des Verdichtungshubes durch das für kurze Zeit geöffnete Druckausgleichventil S, die Bohrung d1 und das Verbindungsrohr c nach rechts in das Innere des Membrangehäuseteiles h und wirkt mit voller Kraft entgegen der Spiralfeder i, verschiebt mit der Membran m die Stange k nach links, die ihrerseits wieder die mit ihr in Verbindung stehende Steuerwelle u oder das Vergaserorgan j derart einstellt, dass durch den zunächst folgenden Verdichtungstakt bereits dem auf der Erde herrschenden höheren Luftdruck entsprechend verdichtete Gase zur Zündung gelangen.
Bei der in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform wird an Stelle des Arbeitszylinders ein besonderer Verdichtungszylinder 1 zur Regelung benutzt, der an Stelle des Druckausgleich-bzw. Übertragungsventils b der Fig. i eingeschaltet wird.
Am Zylinder 1 ist der hin und her gehende Kolben 2 angeordet, der seinen Antrieb zweckmässig von der durch die Steuerwelle der Maschine angetriebenen Kurbelwelle 3 unter Vermittlung der Pleuelstange 4 erhält.
Der Kolben 2 bewirkt im Zylinder 1 im Zweitakt Verdichtungen, die sich bei jeder Umdrehung wiederholen. Bei Beginn des ersten Taktes befindet sich der Kolben 2 in dem in vollen Linien veranschaulichten Totpunkte, wobei durch die am unteren Teile des Zylinders angebrachten Saugöffnungen 11 die Aussenluft von der jeweiligen Höhenlage entsprechendem Druck in den Innenraum des Zylinders eintritt und diesen füllt.
Im ersten Takt bewegt sich der Kolben 2 aufwärts, schliesst zuerst die Saug- öffnungen 11 und bewirkt dann die Verdichtung. Im oberen Totpunkt angelangt (punktierte Lage), stösst der Kolben 2 vermittelst des an ihm angebrachten Anschlagstiftes an den Kopf 8 der Spindel 7 des am Zylinder 1 angeordneten Ventils 6, öffnet für kurze Zeit entgegen der Wirkung der Feder 9 das Ventil und beginnt dann seinen zweiten Takt bzw. seine abwärtsgerichtete Bewegung, wobei sich das Ventil unter dem Einflusse der Feder 9 sofort wieder schliesst.
Das Austrittsrohr 10 steht mit dem Membrangehäuseteil h (Fig. I) in Verbindung.
Bei geöffnetem Ventil ist demnach der Verdichtungsraum des Zylinders mit dem Innenraum z (Fig. r) des Membrangehäuses verbunden und es wirkt demnach die Verdichtungluft auf die Membran, der Druck wird in bereits beschriebener Weise ausgeglichen und die Membran bewirkt den Regelungsvorgang wie oben beschrieben.
Mittels der am Ventilgehäuse 6 angeordneten Stellschraube 12 wird der Durchgangsquerschnitt der Leitung 10 der Druckluft geregelt und damit ein rascherer oder langsamerer Druckausgleich bewirkt.
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Statt eines Zylinders können selbstverständlich auch mehrere angeordnet und der bzw. die Kolben nicht nur von der Maschine, sondern auch von einer anderen Kraftquelle angetrieben werden. Sinngemäss können zu dem gleichen Zwecke Verdichter beliebiger Bauart zur Anwendung gelangen.
Die Erfindung kann naturgemäss bei Gasmaschinen für beliebige Betriebsmittel und nicht nur bei Viertaktmaschinen, sondern auch bei beliebigen anderen Systemen unter Aus- nutzung des im Arbeitszylinder oder in besonderen Zylindern herrschenden Druckes entsprechend Anwendung finden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
I. Selbsttätige Regelungsvorrichtung für Luftfahrzeugmaschinen bei Änderung des
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Innendruckes des Arbeitszylinders gestellt ist und durch Einwirkung auf die Steuerung oder auf den Vergaser eine Änderung der Füllung entsprechend der jeweiligen Höhenlage selbsttätig bewirkt.