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Verbrennungskraftmaschinenanlage für Luftfahrzeuge.
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschinenanlage jener bekannten Art, bei der ein Kompressor durch eine von den Abgasen der Maschine gespeisten Turbine angetrieben wird. Zwecks Verminderung der Abhängigkeit der Kraftmaschine von dem durch die Höhenlage bedingten Druckabfall, wird erfindungsgemäss die Turbine in ihrer Drehzahl unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine betrieben, wobei die Menge der der Turbine zuströmenden Abgase durch eine vom Piloten bediente bzw.
vom Druckunterschied zwischen einem dem barometrischen Druck auf der Erdoberfläche gleichen oder naheliegenden Druck und dem in der jeweiligen Höhenlage herrschenden Druck abhängige Einrichtung in der Weise geregelt wird, dass die Abgase eine mit zunehmender Höhenlage wachsende Kraft entfalten und der Kompressor den Druck der der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Luft derart steigert, dass der Druck nahezu dem Druck der Erdoberfläche entspricht.
Die Zeichnung zeigt eineAnordnung gemäss derErfindung in einer beispielsweisenAusführungsform.
A ist die Verbrennungskraftmaschine einer beliebigen Type mit einem oder mehreren Zylindern, einfach oder doppelt wirkend. C ist der Vergaser, B ein als Kompressor dienender Kreiselverdichter mit Flügeln 1, D das Rad der mit den Abgasen der Kraftmaschine getriebenen Turbine, welches Rad mit dem Kompressorrade auf derselben Welle sitzt. Die Turbine erteilt der Welle und hiemit dem Kompressor eine sehr grosse Geschwindigkeit, die ausreicht, der Luft einen den jeweiligen Verhältnissen angepassten Druck, im allgemeinen von Atmosphäre Überdruck, zu erteilen. Die Luft wird durch die Öffnung 2 angesaugt und durch das Rad in den Wulst 3 gedrückt, der durch das Anschlussrohr 4 mit dem Vergaser C der Kraftmaschine A verbunden ist.
Die Abgase der Kraftmaschine gelangen durch das Rohr E zum Gehäuse 5 des Verteilers der Turbine. Nachdem diese Gase auf die Sehaufelung des Turbinenrades gewirkt haben, entweichen sie durch das Rohr. 7 ins Freie.
Der nicht dargestellte Brennstoffbehälter, der den Vergaser C speist, soll unter der Druckspannung des Kompressors stehen, um den Brennstoff aus dem Behälter zum Vergaser zu bringen. Dies wird sehr leicht dadurch erreicht, dass vom oberen Teil des Behälters ein Rohr geeigneten Durchmessers zu einer beliebigen Stelle der den Druekraum des Kompressors mit dem Vergaser verbindenden Rohrleitung geführt wird. Auf diese Weise ist der Druck oberhalb der Flüssigkeit im Behälter stets gleich gross der
Spannung im Druckraum des Kompressors und folgt genau ihren Schwankungen.
Um, wie erforderlich, einen Druckausgleich im Vergaser und der Kammer des Schwimmers, der den Brennstoffzutritt zum Vergaser bei Kraftmaschine für. flüssigen Brennstoff regelt, zu schaffen, ist in gebräuchlicher Weise die Schwimmerkammer -oberhalb des Schwimmers mit der Kammer des Vergasers durch ein Rohr verbunden.
Der Kompressor kann von beliebiger Type sein. Im allgemeinen genügt ein Rad ; wenn erforderlich, werden mehrere Räder in Serie aneinander gereiht. Die Turbine besitzt im allgemeinen auch nur ein Rad,' kann aber, wenn es vorteilhaft ist, auch mehrere erhalten. Nachdem die Geschwindigkeit der Abgase nicht gross sein wird, in der Regel 500 bis 600 1n in der Sekunde, ist nicht zu befürchten, dass im Falle eines Flügelbruches ein Durchgehen der bewegten Teile erfolgt. Um sich jedoch gegen derartige Vorkommnisse vorzusehen, kann man an die Turbine einen kleinen Geschwindigkeitsregler bekannter Arbeitsweise anschliessen.
Um die beiden Maschinen unabhängig zu machen, ist die Anlage ergänzt durch ein selbsttätiges
Ansaugventil 8 am Luftrohr 4 vor dem Vergaser C und ein Ventil 9, abzweigend vom Rohr E zum
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unmittelbaren Auspuff der Kraftmaschine ins Freie. Wenn aus irgendeinem Grunde der Kompressor der Kraftmaschine keine genügende Luftmenge liefert, erfolgt durch die Anordnung des selbsttätigen Ventiles 8 das Ansaugen unmittelbar von der Aussenluft ; die Leistung der Kraftmaschine ist hiebei noch nicht erhöht. Will man anderseits die Leistung der Kraftmaschine vermindern, so genügt es, das Absperrorgan 9 mehr oder weniger zu öffnen, so dass zur Turbine nur ein Teil der Abgase der Kraftmaschine gelangt. Wird das Absperrorgan 9 ganz geöffnet, so gelangen die Abgase nahezu gänzlich ins Freie und der Kompressor bleibt ausgeschaltet.
Mittels der Absperrorgane 8 und 9 wird sohin die Unabhängigkeit der Kraftmaschine von ihrem BSIfsturbokompressor erreicht.
Die Zusammendrückung der Luft durch den Kompressor erhöht ihre Temperatur, die bei starker Verdichtung störend werden-kann. Diese Temperaturerhöhung erreicht z. B. 65" bei einem Kompressionsgrad von 1-6. Der Vergaser arbeitet dann nicht mehr richtig, insbesondere bei leichten Brennstoffen. In diesem Falle ordnet man zwischen dem Druckraum des Kompressors und dem Vergaser Kühlflächen 15 an. Anderseits hat man dafür Sorge zu 1. tragen, dass. der Verteiler der Turbine wie auch ihr Laufrad ohne
Schaden die hohe Temperatur der Abgase der Kraftmaschine vertragen. Bei mit gewöhnlichem Erdöl oder mit.
Gas betriebenen Kraftmaschine verlässt das Gas die Kraftmaschine mit einer Temperatur von ungefähr 600 C ; der Spannungsabfall im Verteiler erniedrigt diese Temperatur in genügendem Masse. so dass sie der Maschine nicht schädlich ist. Dies ist aber nicht in gleicher Weise bei Kraftmaschine für leichtflüssige Brennstoffe, insbesondere bei Flugzeugmotoren, der Fall, die ihre Abgase mit einer Temperatur, die 10000 C überschreiten kann, auslassen. Um diesen Übelstand zu beheben, können zwei Einlichtungen vorgesehen sein. Die eine Einrichtung besteht in der Zwischenschaltung von Kühlflächen 11 an dem Verbindungsrohr. E zwischen dem Auspuff der Kraftmaschine A und dem Verteiler 5 der Turbine.
Die zweite Einrichtung, die einfacher ist, besteht in der Abzweigung eines Teiles der durch den Kompressor geförderten Luft und in deren Zuleitung durch das Rohr 6 teils in das Gehäuse l'), in dem sich das Laufrad der Turbine dreht, um die Radwände zu kühlen, teils in den Sammelraum 14 zu einem Verteiler, der auf einen Teil der Schal1felung der Turbine wirkt. Die Schaufeln, die demnach wechselweise den heissen Gasen der Kraftmaschine und der verhältnismässig frischen Förderluft des Kompressors ausgesetzt sind, nehmen eine mittlere Temperatur an. Entsprechend den Verhältnissen wählt man das Verhältnis zwischen dem heissen Gas und der dem Rade zuzuführenden Luft.
Im allgemeinen wird in der Turbine die Gesamtheit der Abgase der verschiedenen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine ausgenützt, wenn es sich um eine Mehrzylindermaschine handelt, aber es ist nicht unerlässlich. Man kann auch der Turbine die Abgase von nur einem Teil der Zylinder zuführen, während die übrigen Zylinder in gebräuchlicher Weise ins Freie auspuffen.
Die Erfindung ist, wie eingangs erwähnt, für alle Arten von Verbrennungskraftmaschinen anwendbar, ist aber besonders geeignet für Flugzeugmotoren. In der besonders wichtigen Lage, in der das Flugzeug in eine grosse Höhe gelangt, wo der Luftdruck beträchtlich geringer ist, z. B. sieben Zehntel des Wertes auf der Oberfläche der Erde, erreicht der Motor nicht mehr als 70 v. H. seiner Normalleistung.
Wenn man ihn aber mit einem Hilfsturbokompressor kombiniert, erreicht er wieder die genau gleiche Leistung wie am Erdboden und, wenn erforderlich, sogar noch mehr. Es ist zu bemerken, dass der Turbokompressor- dem Motor keinesfalls Kraft entzieht, weil der Unterschied zwischen der Auspuffspannung der Abgase und der Spannung der umgebenden Luft mehr als ausreichend ist, dem Kompressor die nötige
Kraft zu erteilen, um die Spannung der Ansaugluft von jenem Druck, den die umgebende Luft hat, bis zu jenem, den die Luft an der Erdoberfläche aufweist, zu erhöhen. Die Turbine wird selbst bis zu einem gewissen Grade den verhältnismässig grossen Druck ausnützen, der in den Motorzylinder am Ende des Spannungsabfalles herrscht. Die Anwendung auf Flugzeugmotoren bietet grosse Vorteile.
Der Turbokompressor, dem man eine sehr grosse Geschwindigkeit, in der Regel etwa 20.000 Umdrehungen in der
Minute, erteilen kann, ist sehr leicht, etwa 10 bis 20 leg, sein Ausmass ist sehr klein, z. B. 30 ein Breite und 50 mn Länge.
Wie oben ausgeführt, kann der Motor unabhängig vom Turbokompressor arbeiten, derart, dass, wenn letzterer ausser Betrieb gesetzt ist, sei es mit Absicht des Piloten oder infolge eines Zufalles, der Motor wie gewöhnlich fortarbeitet. b grosser Höhe wird der Motor mit gleicher Leistung wie am Erdboden arbeiten und das Flugzeug wird unter diesen Bedingungen selbst eine viel grössere Geschwindigkeit entwickeln, der Motor sich rascher drehen und mit einem empfindlich genau proportionalen Brennstoffverbrauch eine höhere Leistung als auf der Erdoberfläche entwickeln.
Endlich bedingt diese Einrichtung die grösste Anpassungsfähigkeit. Das in die freie Luft aus- mündende Absperrorgan 9 kann abhängig vom Piloten zur Wirkung gebracht werden, der nach seinem
Ermessen den Turbokompressor ausschalten oder, indem er das Absperrorgan ganz oder teilweise schliesst, gänzlich oder teilweise zur Wirkung bringen kann.
Es ist aber auch möglich, das allmähliche Schliessen des ins Freie führenden Absperrorgans 9 in dem Masse selbsttätig zu bewirken, wie das Flugzeug sich erhebt und in immer geringer werdende
Luftdichte gelangt, so dass der Motor stets mit genau gleicher Leistung arbeitet. Die in der Zeichnung veranschaulichte Einrichtung zeigt eine Ausführungsart dieser selbsttätigen Regelung. Die Ventilspindel j ! ss ist an ein Gestänge 16 angeschlossen, das an dem einen Ende durch einen Winkelhebel je und eine Steuer-
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stange 18 unter den Einfluss des Piloten gestellt ist, wogegen das andere Ende mittels eines Winkelhebels 19 unter den Einfluss einer elastischen Membrane 20 gesetzt ist, die in einem ausgebauchten Gehäuse 21 angeordnet ist.
Der an der Unterseite zwischen Membrane und Gehäusewand liegende Raum enthält Luft von der am Erdboden herrschenden Spannung, wogegen der obere Raum mit der Aussenluft in freier Verbindung steht. Hieraus ergibt sich, dass, wenn der Pilot durch einen in seinem Handbereich liegenden
Hebel den Winkelhebel17 in eine bestimmte Lage gebracht hat, die Membrane 20, die sich unter der im Gehäuse befindlichen Spannung in dem Masse, wie sich das Flugzeug erhebt, durchbiegt, durch den Winkelhebel. M das untere Ende des Gestänges 16 verstellt und hiedurch das Auslassorgan 9 allmählich schliesst. Der Pilot kann nach Belieben die selbsttätige Wirkung der Membrane ausgleichen, indem er das obere Ende des Gestänges 16 mittels des Winkelhebels 17 und seiner Steuerstange 18 verstellt.
Bei Gasmaschinen, die das brennbare Gas unter einem Druck von etwa atmosphärischer Spannung ansaugen, muss das Gas verdichtet werden, u. zw. auf eine Spannung, die etwas höher ist als jene der Luft. Diese Verdichtung wird mittels eines zweiten Turbokompressors erhalten, der in allem dem beschriebenen gleicht, und dessen Turbine gleichfalls von den Abgasen des Motors angetrieben wird.
Das Laufrad des zweiten Kompressors kann auch in einfacher Weise an der gleichen Welle sitzen wie das des ersten, so dass eine einzige Antriebsturbine genügt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verbrennungskraftmaschinenanlage für Luftfahrzeuge, bei der ein Kompressor durch eine von den Abgasen der Maschine gespeiste Turbine angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks
Verminderung der Abhängigkeit der Kraftmaschine von dem durch die Höhenlage bedingten Druckabfall die Turbine (D) in ihrer Drehzahl unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine betrieben wird, wobei die Menge der der Turbine zuströmenden Abgase durch eine vom Piloten bediente bzw.
vom Druckunterschied zwischen einem dem barometrischen Druck auf der Erdoberfläche gleichen oder naheliegenden Druck und dem in der jeweiligen Höhenlage herrschenden Druck abhängige Einrichtung derart geregelt wird, dass die Abgase eine mit zunehmender Höhenlage wachsende Kraft entfalten und der Kompressor (B) den Druck der der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Luft derart steigert, dass der Druck nahezu dem Druck auf der Erdoberfläche entspricht.