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Höhenkraftmaschine.
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die Ladung der Zylinder. Infolgedessen stehen im erhöhten Gelände und im Flugbetrieb stets nu'Bruchteile der Bremsleistung zur Verfügung..
Um diesem Leistungsabfall entgegenzuwirken, wurden sogenannte Höhenmotoren vorgeschlagen. die mit vergrösserten Kolbendurchmessern über dem gewöhnlichen Unterbau ausgestattet sind. Bei diesen Maschinen waren die Kompressionsverhältnisse dieselben wie bei bekannten Maschinen. Die Vergrösserung der Kolbendurchmesser wird durch die Flughöhe bestimmt. in der die Maschine ihre volle Leistung abgeben soll. Da der Zylinderinhalt mit dem Kolbendurchmesser quadratisch wächst, das Ladegewicht aber proportional der Luftdichte ist, so muss der Kotbendurehmesser einer solchen Höhenmaschine entsprechend der Quadratwurzel des Luftdichteverhältnisses zunehmen, das zwischen der Höhenluft und der
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Kolbendurchmesser erhalten.
In dem gleichen Masse wachsen aber das Gewicht und die Baulange der Maschine, kurz die Maschine wird zu schwer.
Ebenso wh der Kolbendurehmesser kann natürlich aus den vorgenannten Gründen der Kolbenhub ve grössert werden. Weil aber der Zylinderinhalt proportional mit dem Hube zunimmt. so würde die
Höhenmaschine mit verlängertem Hube und sonst unverändert gebliebener Baua't in Höhen von halber
Dichte der auf der Erde vorhandenen Luftdichte doppelt so langen Hub wie die gewöhnliche Maschine benötigen. Auch diese Art der Ausführung hat keine praktische Bedeutung. Der Materialaufwand, der
Raumbedarl und die Unförmigkeit stehen ihrer praktischen Verwertbarkeit entgegen.
Ganz anders liegen die Bauverhältnisse bei Höhenkraftmasehinen der nachfolgenden erfindungsgemäss ausgebildeten Art : Steigert man nämlich zugleich den Zylinderinhalt und den Kompressionsgrad. so bietet die vereinigte Anwendung beider Steuerungsarten ausserordentliche Vorteile.
Vor allem werden die Zylinder kürzer und damit leichter, denn in dem Masse. wie die Kompression gesteigert wird. vermindert sieh der schädliche Raum oder, was dasselbe ist, um ebensoviel erniedrigt sich die Zylinderbauhöhe. Die sieh daraus ergebende Gewichtsersparnis wird in mehrfacher Richtung wirksam.
Insbesondere wird das Einhei gewicht (Zahl der Kilogramm au1 eine Pferdekrafttunde) der Höhenleistung geringer, weil bei der übel-komprimierten Maschine oben die volle Leistung verfügbar ist. während der gewöhnliche Fahrzeugmotor dort nu'Bruchteile seiner Leistung entfalten kann und trotzdem das gleiche, sogar ein etwas grösseres Konstruktionsgewicht hiefür benötigt als die überkomprimierte Maschine mit ihrem kürzeren Zylinder. Gibt man der überkomprimierten Maschine vergrösserte Zylinder. so wird das vorher ersparte Zylindergewicht durch die Steigerung des Zylinderinha. ltes wieder ersetzt und je nach der Grösse der Steigerung wird vielleicht auch etwas mehr am Gewicht erforderlich.
Man erhält also ungefähr das alte Konstruktionsgewieht wie bei der gewöhnlichen Maschine, aber gemäss dem grösseren Zylinderinhalte eine gesteigerte Leistung. In jenen Höhen, in denen die Maschine mit voller Füllung arbeitet, erreicht man nunmehr noch weiter verringerte Einheitsgewichte als bei der überkom- primierten Maschine, weil bei vergrössertem Zylinder und längerem Hub die Leistung in der dritten Potenz mit dem Zylinderinhalte zunimmt, das Gewicht der Zylinder jedoch nur quadratisch ; denn die Zylinder sind Hohlkörper, ihr Gewicht also der Oberfläche proportional. Die Tatsache, dass die Leistung schneller als das Konstruktionsgewicht zunimmt, führt zu dem Ergebnis, dass sich das Einheitsgewicht der Höhenleistung noch weiter vermindert.
Man erreicht somit durch die Vereinigung von 1'berkompression und vergrösserten Zylinderinhalten erhöhte Wirkungen.
Als weiteren Vorteil erhält man die günstigere Wärmeausnützung, so dass der Brennstoffbedarf geringer wird. Damit vermindert sich das Betriebsgewieht um so fühlbarer, je längere Flüge in Betracht kommen. Beachtet man weiterhin, dass die überkomprimierte Maschine infolge des geringen schädlichen Raumes in der Höhe erheblich besser ansaugt, als eine Maschine mit normalem grossem schädlichen Raum, so ergibt sich auch eine entsprechend verstärkte Ausnutzung der Zylinder, d. h. ein gewisser Leistungsgewinn, durch den die Vergrösserung der Zylinderinhalte entsprechend beschränkt werden kann. Von welcher Bedeutung gerade diese Verhältnisse sind, lässt sieh aus folgender Betrachtung entnehmen.
Hat der schädliche Raum einer gewöhnlichen Maschine von 160 mm Hub 40 mm Höhe entsprechend einem
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Kompressionsgrade = 5, so beträgt die Höhe des Kompressionsraumes für die uberkomprimierte Maschine von etwa 6 bis 7 Kompressionsgrad beiläufig 20 mm. Sollen nun beide Maschinen in Höhen von halbem Luftdrücke arbeiten, so können sie erst ansaugen, wenn die Restgase im schädlichen Raume unter 0. 5 Atmosphären expandiert sind. Diese Rückexpansion erfordert einen gewissen Kolbenhub, der für beide Maschinen sehr verschieden ausfällt.
Angenommen. die Restgase hätten im oberen Totpunkte des Kolbens auf der betrachteten Flughöhe eine Atmosphäre Eigendruck, dann muss der Kolben der Maschine mit normalem Kompressionsraum das Volumen der Restgase verdoppeln, um ungefähr auf halben Atmo- sphärendruck zu kommen ; die Rückexpansion verlangt also 40 mm Hub, wogegen die überkomprimierte Maschine mit 20 1nm Kolbenweg auskommt. Es zeigt sich also, dass in der Höhe um so mehr Kolbenweg vom Saughube verloren geht, je grösser der schädliche Raum gehalten wird. Daraus begründet sich teilweise der starke Leistungsabfall der gewöhnlichen Fahrzeugniaschinen in grösseren Höhen.
Wie man sieht, ist die Zylinderausnützung. d. h. der Leistungsgewinn, durch den Wegfall des verlorenen Kolbenweges für die Rückexpansion erheblich, oben betrug er 25 v. H. des Saughubes. Wird also dieser Verlust durch entsprechende Verkleinerung des Kompressionsraumes eingeholt, so gelangt man zu recht fühlbaren Kürzungen der Zylinder und dementspreehende Ersparnis an Einheitsgewicht für die Höhen- leistung. Je grösser das Verhältnis Hub : Bohrung ausgeführt wird, desto günstiger gestalten sieh die
Verhältnisse.
Die Maschine mit vergrösserten Zylinderinhalten, bei der das günstige Verhältnis zwischen
Hub und Bohrung vorhanden ist, etwa das gleiche Hubverhältnis wie bei der normalen Fahrzeugmaschine. verlangt nur Steigerungen des Zylinderdurchmessers proportional der dritten Wurzel aus dem Kolben- durchmesser : denn der Inhalt ist dem Durchmesser und Hube in der dritten Potenz proportional, d. h. eine Höhenmaschine mit übermässiger Kompression nnd übermässigen Zvlinderinhalten verlangt zur gleichen Wirkung wie die früher angeführten Höhenkraftmaschinen ohne Überkompressionen Abmessungen. die ungefähr 20% über den normalen Abmessungen liegen.
Diese Steigerung des Zylinderinhaltes ist aber bei den heute üblichen Maschinen ohne weiteres möglich, besonders dann. wenn sie mit engeren Kühlmänteln als bisher üblich ausgestattet werden
Die Betrachtung lehrt somit. dass eine Höhenkraftmaschine nach der Erfindung ohne Abänderung des Flugzeuges an Stelle der gewöhnlichen Fahrzeugmaschine eingebaut werden kann und dabei bessere Anhub-und Steigleistungen ergibt. Die überkomprimierte Höhenmaschine mit gesteigertem Zylinderinhalt bedeutet darum einen ausserordentlichen Fortschritt. Der Umstand, dass die Kompressionssteigerung und die Zylindervergrösserung in gesetzmässiger Weise zusammenhängen, führt zu dem weiteren Fortschritt, dass Kompressionsgrade erreichbar sind. die früher nicht annähernd ausgeführt werden konnten.
Die Vorzüge der hochverdichtenden Verbrennungskraftmaschinen sind hinlänglich bekannt. Neu ist dagegen, dass Vergasermaschinen mit hoher Verdichtung durch die angewendeten Steigerungsmittel möglich werden. Dass die vergrösserten Zylinder höhere Verdichtungsmöglichkeiten ergeben, hat seinen
Grund darin, dass die grösseren Zylinderflächen mehr Wärme ableiten. Infolgedessen sind grössere Kompressionstemperaturen erreichbar, ohne Selbstentzündung zu veranlassen. Das ist aber gleichbedeutend mit höheren Kompressionsgraden. Um diese neue Wirkung richtig erkennen zu können, muss man sich vergegenwärtigen, dass die Zylinder der Höhenkraftmaschinen unten unter Drosselung arbeiten werden und oben dünne Höhenluft ansaugen, also stets mit verdünnter Ladung arbeiten.
Mit anderen Worten, die Wärme dichte ist geringer und damit auch die Wärmebelastung. Deshalb werden die metallischen Teile nicht so heiss und darin liegt der Grund, weshalb ohne Gefahr von Vorzündungen hohe Verdichtunggrade erreicht werden können. Der Kompressionsgrad und der Drosselgrad, d. h. auch die Zylindervergrösserung, stehen somit in dem vorher erwähnten wärmetechnischen Zusammenhange.
Die Vergrösserung des Zylinderinhaltes kann sowohl durch eine Vergrösserung des Zylinderdurehmessers als auch durch eine Vergrösserung des Kolbenhubes und schliesslich durch eine Vergrösserung beider herbeigeführt werden. Die gleichzeitige Vergrösserung von Zylinderdurchmesser und Zylinderhub ergibt den besonderen Vorteil, dass ohne wesentliche Steigerung der normalen Baulänge der Maschine auch günstige Verhältnisse in bezug auf die Dimensionierung der Kolben und Ventile sowie auf die Verteilung der Wärme bei ihnen und eine günstige Formgebung des Verbrennungsraumes erzielt werden.