DE308529C - - Google Patents

Description

Bekanntlich verlieren die gewöhnlichen Flug- und Fahrzeugmotoren um so mehr an Leistung, je höher sie sich über die Meereshöhe erheben. Die Luft wird nach oben dünner und damit die Ladung der Zylinder. Infolgedessen stehen im erhöhten Gelände und im Flügbetrieb stets nur Bruchteile der Bremsleistung zur Verfügung.
Um diesem Leistungsabfall entgegenzuwirken, wurden sogenannte Höhenmotoren vorgeschlagen, welche 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 der Motor seine volle Leistung abgeben soll.

Da der .Zylinderinhalt mit dem Kolbendurchmesser quadratisch wächst, das Ladegewicht aber proportional der Luftdichte ist, so muß der Kolbendurchmesser eines solchen Höhenmotors entsprechend der Quadratwur^ zel des Luftdichteverhältnisses zunehmen, welches zwischen der Höhenluft und der Luft unten besteht. Wifd beispielsweise, verlangt," der Motor solle in den heute üblichen Kampfhöhen von etwa 5000 Meter, was etwa halber Dichte der Luft am Erdboden entspricht, so muß der Kolbendurchmesser gegenüber dem gewöhnlichen Kolbendurchmcsser das ]/~ϊ fache betragen. In Wirklichkeit reicht die -Yz=. f^41 fache Vergrößerung des Kolbendurchmessers nicht aus, damit der Motor in den gewünschten Höhen ungedrosselt die volle Arbeit leistet, denn in dünner Luft verschüchtert sich auch die Ansaugwirkimg, und andere Verhältnisse. Der Höhenrnoior, welcher die volle Leistung in halber Luftdichte ergeben soll und welcher im übrigen normal gebaut ist, muß also rund uni das i^fache vergrößerte Kolben erhalten. In dem gleichen Maße wachseh aber das Gewicht und die Baulänge des Motors, kurz, die/Maschine wird zu schwer. ■ ·■ '

Ebenso wie der Kölbencjurchmesser kann natürlich aus den" vorgenannten Gründen der Kolbenhub vergrößert werden. Weil aber der Zylinderinhalt proportional mit dem Hube zunimmt, so würde der Höhenmotor mit veriängertem Hube und sonst unverändert gebliebener Bauart in Höhen von halber Dichte der Luft, wie sie auf der Erde herrscht, doppelt so langen Hub wie die gewöhnliche Maschine benötigen. Auch diese Art der Ausführung hat. keine praktische Bedeutung. Der Materialautwand, der Raumbedarf und die Unförmigkeit stehen ihrer praktischen Verwfertbarkeit entgegen.

Ganz anders liegen die Bauverhältnisse bei Hölienmotören der nachfolgenden Art. Steigert man zugleich

ι. den Zylinderinhalt,

2. den Konipressionsgrad,

so bietet die vereinigte Anwendung beidef Steigerungsarten außerordentliche Vorteile.

Vor allem werden die Zylinder kürzer und damit leichter, denn in dem Maße, wie die Kompression gesteigert wird, vermindert sich der schädliche Raum, oder, was dasselbe ist, um ebensoviel erniedrigt sich die Zylinderbauhöhe: Die sich daraus ergebende Gewichts-

ersparnis wird in mehrfacher Richtung wirksam. Insbesondere wird das Einheitsgewicht (kg/PS_ft) der Höhenleistung geringer, weil bei dem überkomprimierten Motor oben die "5 volle Leistung verfügbar ist, .während der gewöhnliche Fahrzeugmotor dort nur,, Bruchteile seiner Leistung entfalten kann und trotzdem das gleiche, sogar etwas größeres Konstruktionsgewicht hierfür benötigt, als der

ίο überkomprimierte Motor mit seinem kürzeren Zylinder.

Gibt man dem überkomprimierten Motor vergrößerte Zylinder, so wird das vorher ersparte Zylindergewicht durch die Steigerung des Zylinderinhaltes wieder ersetzt und je nach der Größe der Steigerung wird vielleicht .auch etwas mehr an Gewicht erforderlich. Man erhält also ungefähr das alte Konstruktionsgewicht wie bei der gewöhnlichen Ma-

ao schine, aber gemäß dem größeren Zylinderinhalte gesteigerte Leistung. In denjenigen Höhen, in welchen der Motor mit voller Füllung arbeitet, erreicht man nunmehr noch weiter verringerte Einheitsgewichte als beim überkomprimierten Motor, 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 Höhenlei-

35. stung (kg/PS_A) Hoch weiter vermindert. Man erreicht somit durch die Vereinigung von Überkompressionen und vergrößerten Zylinderinhalten erhöhte Wirkungen.
Als weiteren Vorteil erhält man die günstigere Wärmeausnutzung, so daß der Brennstoff bedarf geringer wird. Damit vermindert sich das Betriebsgewicht um so fühlbarer, je längere Flüge in Betracht kommen. Beachtet man weiterhin, daß der überkomprimierte Motor infolge des geringeren schädlichen Raumes in der Höhe erheblich besser ansaugt, als der Motor mit normalem großen schädlichen Räume, 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 sich aus folgender Betrachtung entnehmen. Hat der schädliche Raum einer gewöhnlichen Maschine von 160 mm Hub 40 mm Höhe — entsprechend einem Kompressionsgrade == 5 —-, so beträgt die Höhe des Kompressionsraums für den überkomprimierten Motor von etwa 6 bis 7 Kompressionsgrad ungefähr 20 mm. Sollen nun beide Motoren in Höhen von' halbem Luftdrucke arbeiten, so können sie erst, ansaugen, wenn die Restgase im schädlichen Räume unter 0,5 Atmosphären expandiert sind. Diese Rückexpänsion 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 ungefähr um auf halben Atmosphärendruck zu kommen ; die Rückexpansion verlangt also 40 mm Hub, während der überkomprimierte Motor mit 20 mm Kolbenweg auskommt. Es zeigt sich, daß in der Höhe um so mehr Kolben weg vom Saughube verloren geht, je größer der schädliche* Raum gehalten wird. Daraus begründet sich teilweise der starke Leistungsabfall der gewöhnlichen Fahrzeugmaschinen in größeren Höhen. Wie man sieht, ist die Zyhnderausrüstung, d, h. der Leistungsgewinn, durch den Wegfall des verlorenen Kolbenweges für die Rückexpansion erheblich, oben betrug er 25 Prozent des Saughubes. Wird also dieser Verlust durch entsprechende Verkleinerung des Kompressionsraumes eingeholt, so gelangt man zu recht fühlbaren Kürzungen der Zylinder und dehientsprechende Ersparnis an Einheitsgewicht für die Höhenleistung. Je größer das Verhältnis Hub : Bohrung ausgeführt wird, desto günstiger gestalten sich die Verhältnisse.

Die Maschine mit vergrößerten Zylinderinhalten, bei welcher 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 Kolbendurchmesser; denn der Inhalt ist dem Durchmesser und Hube in der dritten Potenz proportional. D. h. ein Höhenmotor mit übermäßiger Kompression und übermäßigen Zylinderinhalten verlangt zur gleichen Wirkung wie die früher angeführten Höhenmotoren ohne Überkompressionen Abmessungen, die ungefähr 20 Prozent über den normalen Abmessungen liegen. Diese Steigerung des Zylinderinhaltes ist aber bei den heute üblichen Motoren ohne weiteres möglich, besonders dann, wenn sie mit engeren Kühlmänteln ausgestattet werden als bisher üblich war.

Die Betrachtung lehrt somit, daß ein Höhenmotor nach der Erfindung ohne Abänderung des Flugzeuges an Stelle des ge^· wohnlichen Fahrzeugmotors in dasselbe eingebaut werden kann und dabei bessere An- iao hub- und Steigleistungen ergibt. Der überkomprimierte Höhenmotor mit gesteigertem

Zylinderinhalte bedeutet darum einen außerordentlichen Portschritt.

Der Umstand, daß die Kompressionssteigerung und die Zylindervergrößerung in gesetzmäßiger Weise zusammenhängen, führt zu dem weiteren Fortschritte, daß Kompressionsgrade erreichbar sind, welche früher nicht annähernd ausgeführt werden konnten. Die Vorzüge der hochverdichtenden Mo-

jo toren 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 Selbstzündung zu veranlassen. Das ist aber gleich-

ao bedeutend mit höheren Kompressionsgraden. Um diese neue Wirkung richtig erkennen zu können, muß man sich vergegenwärtigen, daß die Zylinder der Höhenmotoren unten unter Drosselung arbeiten und oben dünne Höhenluft ansaugen, also stets mit verdünnter La- t$ Hung arbeiten. Mit anderen Worten, die Wärmedichte ist geringer und damit auch die Wärmebelastung. Deshalb werden die metallischen Teile nicht so heiß und darin liegt der Grund, weshalb ohne Gefahr von Glühzündüngen hohe Verdichtungsgrade erreicht werden können. Der Kompressionsgrad und der Drosselgrad, d. h. auch die Zylindervergrößerung stehen somit in dem vorher erwähnten wärmetechnischen Zusammenhange.

Die große Wirtschaftlichkeit des hochverdichtenden, Vergasermotors, selbst \m Drosselbetriebe, bei geringeren Flughöhen ist bekannt.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Höhenmotor, gekennzeichnet durch die gleichzeitige Steigerung der Verdichtung (verkleinerte Kompressionsräuine) und des Zylinderinhalts gegenüber gewöhnliehen Flug- und Fahrzeugrnö^oren.