DE374524C - Explosionsmotor fuer veraenderlichen Atmosphaerendruck mit barometrischer Regelung der Ansaugluft, insbesondere fuer den Gebrauch auf Luftfahrzeugen - Google Patents

Description

Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom 2. Juni 1911 die Priorität auf Grund der Anmeldungen, in Frankreich vom 14. März und 30. Juni 1917 beansprucht.

Gegenstand der Erfindung ist ein Explo- ; beitsdruck des Motors. Nebenbei zeigt sich

sionsmotor, der unter verschiedenen atmo- auch bei manchen Vergaserbauarten eine Stö-

sphärischen Drücken zu arbeiten hat, wie dies rung in der Gemischbildung, indem das Ver-

insbesondere bei Motoren von Luftfahrzeugen i hältnis von Brennstoff und Luft bei abneh-

der Fall ist. Bekanntlich tritt bei solchen | mender Luftdichte zu ungünstig wird.

Motoren der Mangel auf, daß ihre Leistung | Zur Wahrung des richtigen Mischungsver-

mit zunehmender Flughöhe empfindlich ab- ' hältnisses bei derartigen Vergasern hat man

nimmt, denn in dem Maße, wie die Luft ! vorgeschlagen, mittels einer auf eine ver-

dünner wird, verkleinert sich auch der Ar- änderbare Eintrittsöffnung wirkenden baro-

metrischen Stellvorrichtung die angesaugte Luftmenge in Abhängigkeit von der Luftdichte zu regeln, derart, daß um so größere Lufteintrittsquerschnitte freigegeben und entsprechend größere Luftvolumina angesaugt werden, je geringer die Luftdichte ist. Derartige Vorrichtungen beseitigen aber den Alangel des Leistungsabfalls in größeren Flughöhen nicht.

ίο Um diesem Leistungsabfall Rechnung zu tragen, hat man verschiedene Wege beschritten. Ein bekannter Weg ist der, die verdünnte Luft größerer Höhen durch einen gegen die Fahrtrichtung gestellten Luftfang möglichst zu verdichten, bevor sie in den Vergaser und den Motor gelangt, um auf diese Weise für einen im übrigen normal gebauten Motor eine Annäherung an die in der Höhe des Meeresspiegels entwickelte Volleistung zu erhalten. Die Anpassung der Vorverdichtung geschieht auch hier selbsttätig mittels einer barometrischen Stellvorrichtung. Die Vorverdichtung kann in diesem Falle nur eine mäßige sein, auch ist sie von der Stärke des Fahrwindes abhängig.

Ein wesentlich einfacheres und grundsätzlich besseres Mittel besteht darin, den für Hochflüge bestimmten Motor von vornherein so auszubilden, daß der Kompressionsgrad wesentlich höher wird, als bei normalen Motoren üblich ist. Dieser Kompressionsgrad wird also so hoch bemessen, daß der Motor Lei größter Flughöhe — d. h. beim geringsten vorkommenden oder bei einem angenommenen geringsten atmosphärischen Druck — noch mit genügenden absoluten Kompressions- und Explosionsdrücken zu arbeiten imstande ist. Das hat den Vorzug, daß eine der Motorgröße entsprechende Leistung auch bei diesem, geringsten atmosphärischen Druck auf jeden Fall gewährleistet ist, insbesondere weil auch der ungünstige Einfluß der in den höheren Luftschichten herrschenden niederen Temperatur ausgeschaltet ist. Andererseits besteht aber der Nachteil, daß der Motor beim Arbeiten bei einem dem Meeresniveau entsprechenden atmosphärischen Druck, der gegenüber dem atmosphärischen Druck in großer Flughöhe als erhöhter Druck zu erachten ist, erheblich überanstrengt würde. Weil eben der absolute Kompressionsdruck bei Ansaugung der verdünnten Luft in großer Flughöhe genügend groß ausfällt, so wird er übergroß bei Ansaugung der dichteren Luft, die dem höheren atmosphärischen Druck des Meeresniveaus entspricht. Diese Überanstrengung, die gewöhnlich mit in den Kauf genommen wird, macht sich nun nicht nur als übermäßige Beanspruchung der Triebwerksteile des Motors geltend, sondern I esteht vor allem im Auftreten zu hoher Temperatur und zu hoher Explosionsdrücke im Innern des Motorzylinders. Aus diesem Grunde konnte man von der Steigerung des Kompressionsgrades bisher nur in mäßigen Grenzen Gebrauch machen, also nur für Flugmotoren, die nicht für sehr große Höhen 1 estimmt waren.

Die Erfindung bezweckt, hier Abhilfe zu schaffen, um wesentlich größere Überverdichtungen zu ermöglichen, als bisher anwendbar waren. Zu diesem Zweck wird der Vergaser (oder der an seine Stelle tretende Teil) mit einer Einrichtung versehen, die für diesen auch Lei tieferen Luftschichten als derjenigen, die der normalen Flughöhe entspricht, einen (normalen) Betriebszustand herbeiführt, der hei der großen normalen Flughöhe unter niedrigem, für diesen Motor normalen atmosphärischen Druck sich einstellt.

Im folgenden seien einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher erläutert, wonach der Motor in bekannter Weise dem Hochflug angepaßt werden soll. Es sei angenommen, daß er für den atmosphärischen Druck des Meeresniveaus gebaut gewesen ist; es sind dann zunächst die Kolben des Motors durch andere zu ersetzen, deren Kolbenboden weiter von dem Pleuelstangenkopf entfernt ist, so daß sich eine Verkleinerung des Kompressionsraumes ergibt, was einen normalen absoluten Kompressionsdruck bei großer Flughöhe zur Folge hat. Ein ähnliches Ergebnis kann durch Verkürzung der Zylinder erzielt werden. Bei Motoren, deren Zylinder in das Gehäuse eingeschraubt werden, kann diese Verkürzung leicht ausgeführt werden, wie z. B. bei dem Umlaufmotor der Bauart »Rhone«; natürlich müssen ,auch die Antriebsstangen der am Zylinderdeckel sitzenden Ventile entsprechend verkürzt werden.

Ist der Motor auf diese Weise dem Hochflug angepaßt, dann ist die die Erfindung darstellende Sondereinrichtung zur Aufrechterhaltung des gleichen Betriebszustandes in bezug auf absoluten Kompressionsdruck und Explosionsdruck hinzuzufügen.

Einige Ausführungsformen dieser Einrichtungen sind zeichnerisch dargestellt.

Die Abb. 1 und 2 stellen in Vorderansicht und in Seitenansicht eine Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhange mit einem Vergaser der Blockbauart (»bloc-tube«) dar. AbI). 3 bis 6 zeigen im Schnitt, teilweise abgebrochen, teilweise in Ansicht, weitere Formen der Einrichtung.

Der bekannte Vergaser der Blockbauart (»bloc-tube«) besteht aus einem Rohr, dessen eines Ende zu den Saugventilen führt, während das andere in den freien Luftraum mündet. Das Rohr ist an diesem freien Ende mit einem Schieber b versehen, der als Dros-

sei wirkt. Er kann in bekannter Ausführung mittels eines von Hand einstellbaren 'Doppelhebels σ in jede beliebige Stellung gebracht werden. Die Ausspritzöffnung der Brennstoff flüssigkeit liegt in jenem Querschnitte, der durch den Schieber b beliebig verengt werden kann. Da bei verengtem Querschnitt zuviel Brennstoff austreten würde, so trägt der Schieber b eine Nadel b¹, die in die Brenn-Stoffaustrittsöffnung taucht. Diese Nadel verjüngt sich von ihrem oberen, am Schieber befindlichen Ende nach unten. Die Querschnitte der Nadel werden empirisch so ermittelt, daß stets eine annähernd richtige Mischung von Luft und Brennstoff stattfindet. Um an diesen bekannten Blockrohrvergaser die Vorrichtung gemäß der Erfindung anzubringen, wird der Öffnungshub des Stellhebels α mittels eines drehbaren spiralförmigen Daumens h begrenzt, dessen Steuerwelle g der Drehachse d des Stellhebels α parallel liegt. Eine Rolle e ist an dem Hebel a so befestigt, daß sie an dem Daumen zur Anlage gebracht werden kann. In Abb. 1 ist der Daumen so eingestellt, daß der Schieber b stark drosselt. Diese gedrosselte Stellung des • Schiebers b mag dem Meeresniveau entsprechen, wo eine starke Drosselung nötig ist, um dem Motor entsprechend verdünnte Luft (also Luft unter einem der normalen großen Flughöhe entsprechenden Normaldruck) zuzuführen. .

•Falls man sich den Daumen h entgegen dem Drehsinne des Uhrzeigers gedreht denkt, so wird mehr und mehr die Möglichkeit gegeben, den Schieber b von Hand aus zu öffnen.

Das Drehen des Daumens erfolgt 'automatisch durch seine Steuerwelle g, die einen Gabelteil i für ein Kardangelenk trägt. Dieses (njcht gezeichnete) Kardangelenk übermittelt die durch einen barometrischen (ebenfalls nicht gezeigten) Apparat eingeleitete Drehbewegung.

Die Daumenwelle g trägt an der der Gabel i entgegengesetzten Seite eine Bremsfeder, z. B. in Form von einem Paar von elastischen Scheiben (sogenannte Bellevillefeder), die durch einen Splint / in der zusammengedrückten Lage gehalten werden. Hierdurch wird eine genügende Reibung erzeugt, so daß durch das von Hand aus erfolgende Andrücken der Rolle e auf den Daumen h keine Verstellung der Welle g, also keine Rückwirkung auf den barometrischen Apparat, erfolgen kann.

Der Anschluß des Daumens h an den barometrischen Apparat erfolgt in der Weise, daß der Daumen mit seinem größten Halbmesser auf die Rolle wirkt, wenn der atmosphärische Luftdruck (etwa am Meeresniveau) den höchsten Wert erreicht.

•Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende:

Wenn sich der Motor bzw. das mit diesem ausgerüstete Flugzeug am Erdboden befindet, so steht der Schieber b in einer Stellung, die nicht weit vom völligen Abschluß der Ansaugöffnung entfernt ist. Der Motor kann somit, wenn er in Gang gesetzt wird, nur mit sehr beschränkter Luftzufuhr (also großer Luftverdünnung des Ansauggemisches) arbeiten. Falls alle Verhältnisse richtig gewählt sind, so wird der Motor automatisch, auch wenn der Führer mit möglichst voller Öffnung des Schiebers b arbeiten wollte, nur jenen absoluten Kompressionsdruck erreichen, der in großer Flughöhe sich bei ganz geöffnetem Schieber h einstellt. Wie schon erwähnt, müssen die verschiedenen Durchmesser der sich verjüngenden Nadel so ausgeführt werden, daß auch der absolute Explosionsdruck den gewünschten Normalwert erhält.

Steigt nun das Flugzeug in die Höhe, so gibt der durch den barometrischen Apparat verdrehte Daumen h in dem Maße, wie die Höhe zunimmt und der Motor demnach in seiner »\NOrmalleistung« nachzulassen ■ sucht, allmählich größere Ausschläge für den Hebel α frei; der Bedienungsmann des Motors kann demnach die Luftzufuhr mehr und mehr vergrößern, bis der obere Grenzwert der Eröffnung erreicht ist, der der vorausbestimmten Normalflughöhe entspricht.

Bei einem ■ Abwärtsflug findet, sobald die Flughöhe unter die sogenannte Normalfiughöhe sinkt, das Umgekehrte statt, der Daumen schließt automatisch den Schieber b mittels des Hebels a, der sich mehr und mehr seiner (fast geschlossenen) Ausgangsstellung nähert. Der Bedienungsmann kann infolgedessen zwar, ebenso wie bei der Normalausführung des Blockrohrvergasers, die öffnung des Rohres nach Belieben verkleinern, aber in keinem Augenblick der angesaugten Luft einen größeren Eintrittsquerschnitt geben, als es die jeweilige Stellung des Daumens h zuläßt, d. h., er kann die Luftzufuhr nicht über den Höchstwert steigern, der bei der jeweiligen Höhenlage noch einen ungefährlichen absoluten Kompressionsdrück hervorruft.

Eine ähnliche auf das Drosselorgan des Vergasers wirkende Einrichtung kann mit jedem beliebigen Vergaser kombiniert werden. In manchen Fällen ist es hierbei erwünscht, den Arbeitshub des von Hand aus verstellten Drosselorgans stets auf dem gleichen Wert zu erhalten. In diesem Falle wird also das eigene Drosselorgan des Vergasers unbeeinflußt gelassen und läßt man den barometrischen Apparat auf einen besonderen Drosselungsquerschnitt wirken.

Eine derartige Vorrichtung ist in Abb. 3

ersichtlich. Ein gewöhnlicher Vergaser ι ist in einem Behälter m eingeschlossen. Ein Stutzen r dient zum Einlassen der von dem Motor durch die Saugleitung η angesaugten Luft in den genannten Behälter m. Der Stutzen r ist mit einem Drosselorgan versehen, welches durch einen barometrischen Apparat s automatisch betätigt wird. Das gewöhnliche Drosselorgan/» des Vergasers wird mittels ίο eines die Wand des Behälters durchdringenden Schlüssels q von Hand aus betätigt. Der Brennstoff tritt durch das Rohr ο in den Schwimmerraum.

Die Wirkungsweise ist wie folgt: In Meereshöhe ist die barometrische, aus Kapseln bestehende Säule j am kürzesten und schließt das automatische Drosselorgan des Rohrstutzens r beinahe vollständig. Das von Hand aus betätigte Drosselorgan p des Vergasers selbst kann nach Belieben entweder ganz geöffnet oder ganz geschlossen werden. Falls der Flugapparat höher steigt, so verlängert sich die Säule s und öffnet das Drosselorgan des Rohrstutzens r mehr und mehr. Der volle Hub des Drosselorgans ρ des Vergasers bleibt stets zur Verfügung des Bedienungsmannes des Motors.

Abb. 4 stellt wieder einen gewöhnlichen Vergaser 1 dar, der in einen Behälter m eingeschlossen ist. Sein eigenes Drosselorgan p wird wieder von Hand aus, unabhängig von der automatischen Einrichtung, betätigt. Die letztere besteht in diesem Falle aus einem Ventilator t, der zwischen dem Ansaugstutzen r und dem Behälter eingebaut ist. Je nach der Umfangsgeschwindigkeit des Ventilators entsteht eine mehr oder weniger bedeutende Luftverdünnung in dem Behälter m, in welchen die Luft nur nach Überwindung des Zentrifugaldruckes des Ventilators t gelangen kann. Es genügt also, die Umfangsgeschwindigkeit des Ventilators automatisch in Abhängigkeit von dem Luftdruck zu verändern, um das gewollte Resultat zu erzielen. Zu diesem Zweck kann z. B. ein konisches Riemenscheibenpaar u, ν verwendet werden, dessen Riemen von einer barometrischen Kapselsäule s verschoben wird. Die Winkelgeschwindigkeit der Antriebsriemenscheibe ν ist konstant gehalten, die Umlaufszahl der angetriebenen Riemenscheibe u, welche den Ventilator t dreht, ist veränderlich. Die gezeichnete Stellung entspricht dem Meeresniveau. Die Kapselsäule s hat ihre geringste Länge. Der Ventilator t dreht sich um so langsamer, je mehr sich die Kapselsäule s infolge Steigens des Flugzeuges verlängert, da der Riemen verschoben wird. Der langsamer laufende Ventilator verringert im Gehäuse in die Luftverdünnung. Am dickeren Ende der angetriebenen konischen Riemenscheibe u kann eine lose Scheibe w¹ angebracht werden, so daß in der Endlage der Riemen sich auf diese verschiebt und der Ventilator t bei Erreichung der normalen Flughöhe stehenbleiben kann; im Behälter m herrscht dann der äußere Luftdruck.

Abb. 5 zeigt wieder den Vergaser 1 in dem ihn einkapselnden Behälter m. Letzterer erhält den Ansaugrohrstutzen r und einen Luftverdünnungsstutzen r^%, in dem ein Ejektorgasstrahl erzeugt wird, der einen Teil der in dem Behälter m angesaugten Luft wieder herausschafft. Der Ejektorgasstrahl fließt durch ein Rohr χ und wird durch, den Überdruck des Auspuff topf es y erzeugt. Seine Energie wird durch eine Düse geregelt, die den Zufluß der Auspuffgase in das Rohr χ dadurch beeinflußt, daß die Düse durch die barometrische Kapselsäule s mehr oder weniger in die Eintrittsöffnung des Ejektorrohres χ eingeschoben wird. Die Wirkungsweise entspricht jener der vorherigen Beispiele.

Schließlich zeigt Abb. 6 eine der Abb. 5 ähnliche Ejektorstrahlanordnung, aber der Überdruck des Ejektorstrahles stammt nicht von dem Auspufftopf, sondern von einem Rohrkrümmern, in welchem der Fahrtwind aufgefangen wird. Der Luftstrahl des so mit ^! Überdruck versehenen Ejektorrohres χ erzeugt in dem den Vergaser I umgebenden Ge- ^: häuse m eine Luftverdünnung. Der dem Ejektor rohre χ zugeführte Überdruck ist wieder durch ein Drosselorgan geregelt, welches durch die barometrische Kapselsäulei nach Bedarf automatisch eingestellt wird.

Mit den gemäß vorstehenden Beispielen ausgeführten Einrichtungen, die eine Gegenwirkung gegen die freie Luftansaugung hervorrufen, können ebenfalls barometrisch kontrollierte Drosseleinrichtungen für den Brennstoff verbunden werden. Die ersteren wirken auf die Kompressionsdrücke, die letzteren auf die Explosionsdrücke. Eine solche kombinierte Anordnung bedarf bei ihrer Einfachheit keiner zeichnerischen Darstellung. Es kann z. B. die Bewegung der barometrischen Säule s eine Wirkung auf die Zusatzluftmenge ausüben, indem sie die Feder eines Zusatzluftventils mehr oder weniger spannt. n₀

Um den Explosionsdruck im Meeresniveau zu verringern, kann man dem Motor geringere Zündungsvoreilung geben als bei normaler Flughöhe. Auch hierfür ist eine zeichnerische Darstellung nicht erforderlich, da es z. B. genügt, die Verkürzung der Säule s in dem Sinne wirken zu lassen, daß eine Vergrößerung der Zündvoreilung entsteht.

Bei der Ankurbelung des nach der Erfindung ausgebildeten Motors könnte sich infolge des langsamen Drehens der Kurbelwelle eine zu große Kompression für die ersten Explo-

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sionen des in Gang kommenden Motors ergeben. Dies könnte dadurch hintenangehalten werden, daß man vor dem Ankurbeln des Motors alle Öffnungen des Gehäuses m des Vergasers abschließt und durch eine Handpumpe in demselben einen Unterdruck erzeugt. Dieses Verfahren entspricht etwa demjenigen, in welchem vor dem Ankurbeln ein Überdruck im Benzinreservoir erzeugt wird. Sobald der

ίο Motor etwas Geschwindigkeit angenommen hat, wird die Luftansaugung wieder freigegeben bzw. dem alleinigen Einfluß des barometrischen Apparates unterworfen.

Eine Begrenzung der Kompression bei dem

*5 Ankurbeln kann mit bekannten Mitteln auch dadurch erreicht werden, daß man die Luft während der Kompression mehr oder weniger austreten läßt, d, h. die Kompression selbst mehr oder weniger aufhebt.

Es ist selbstverständlich, daß man die Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Luftansaugung, insbesondere die in den Abb. ι und 2 dargestellte Einrichtung, auch so ausbilden kann, daß man gewünschtenfalls ihre Abhängigkeit von dem barometrischen Servomotor oder der sonstigen vom Luftdruck eingestellten Vorrichtung aufhebt; dies wird man jedoch nur unter besonderen Umständen und auf die Gefahr hin, daß der Motor Bruch erleidet, zulassen.

Claims (10)

Patent-Ansprüche:

1. Explosionsmotor für veränderlichen Atmosphärendruck mit barometrischer Regelung der Ansaugeluft, insbesondere für den Gebrauch auf Luftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits die volumetrische Kompression weit genug getrieben ist, um bei dem vorkommenden bzw. einem angenommenen geringsten Atmosphärendruck normales Arbeiten des Motors sicherzustellen, und daß anderseits der Vergaser mit einer selbsttätigen Regeleinrichtung versehen ist, die den für diesen Atmosphärendruck erforderlichen Betriebszustand herbeiführt.

2. Explosionsmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung zur Aufrechterhaltung des bei niedrigstem Atmosphärendruck bestehenden Betriebszustandes eine ihrer Größe nach vom Luftdruck in Abhängigkeit gebrachte Gegenwirkung gegen die freie Luftansaugung des Motors ausübt.

3. Explosionsmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaser (Z) des Motors von einem Behälter (m) umschlossen ist, dessen Ansaugöffnung (n) eine regelbare Sperr- oder Drosselvorrichtung enthält (AbIb. 3).

4. Explosionsmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaser (I) des Motors von einem Behälter (m) umschlossen ist, dessen Ansaugöffnung einen hinsichtlich seiner Drehzahl regelbaren, einen Gegenluftstrom erzeugenden Ventilator (t) enthält (Abb. 4).

5. Explosionsmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaser (I) des Motors von einem Behälter (m) umschlossen ist, an welchem ein zweckmäßig von einem Abzweig (%) des Motorauspuffs betriebener, der freien Ansaugung des Motors in regelbarer Weise entgegenwirkender Ejektor angeordnet ist (Abb. 5).

6. Explosionsmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaufnahme des Vergasers (I) mittels eines der Fahrtrichtung zugekehrten Rohrkrümmers (s) erfolgt, an dem ein mit einer Regelungsvorrichtung versehenes, einen Gegensaugstrom schaffendes Ej ektorrohr (.v) angebracht ist (Abb. 6).

7. Explosionsmotor nach Anspruch 1 und 2 mit einem Vergaser der sogenannten Blockrohrbauart, dadurch gekennzeichnet, daß "eine beispielsweise mittels einer barometrischen Stellvorrichtung in Abhängigkeit vom Luftdruck sich einstellende Sperrvorrichtung vorgesehen ist, welche den an der Ansaugöffnung des Rohres befindlichen Schieber (δ) über ein dem jeweiligen Luftdruck angepaßtes Maß hinaus zu öffnen verhindert (Abb. 1 und 2).

8. Explosionsmotor nach Anspruch 1, 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die barometrische Stellvorrichtung o. dgl. eine Kurvenscheibe (h) verstellt, welche als Anschlag für eine Rolle (e) dient, die an dem von Hand verstellbaren Hebel (a) des Schiebers (V) sitzt (Abb. 1 und 2).

9. Explosionsmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Einrichtung zur Verringerung der Luftansaugung Einrichtungen, die gleichzeitig auch die Brennstoffzufuhr verringern, verbunden sind.

10. Explosionsmotor nach. Ainspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die barometrische Vorrichtung, welche die Einrichtung zur Verringerung der Luftansaugung beeinflußt, zugleich eine Verlegung des Zündzeitpunktes bewirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.