DE404938C - Hoehenreglung fuer mehrzylindrige Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Viertaktverbrennungskraftmaschinen, die für Luftfahrzeuge oder zu anderen Zwecken bestimmt sind und im allgemeinen in solchen Fällen benutzt werden, wo der atmosphärische Druck schwankt und gewöhnlich unter demjenigen liegt, der an der Erdoberfläche herrscht.

Die Erfindung bezieht sich im besonderen auf einen Höhenregler für Maschinen der genannten Art, die mehrere Zylinder besitzen, die V-förmig angeordnet sind und deren Kurbelkasten in voneinander getrennte Abteile unterteilt ist, von denen jedes mit zwei Zylindem in leitender Verbindung steht, deren Kolben auf eine gemeinsame Kurbel arbeiten, während ihre Arbeitstakte gegeneinander versetzt sind.

Gemäß der Erfindung können die Abteile paarweise unter sich einerseits und gleichzeitig mit der äußeren Luft anderseits in Verbindung gesetzt werden, und zwar durch Steuerteile, die entweder von Hand oder durch den in der Saugeleitung des Motors herrschenden Druck betätigt werden, damit die Füllung der Zylinder bei stets merklich gleichbleibendem Druck erfolgt, der vom äußeren Druck unabhängig ist.

In bekannten Vorrichtungen dieser Art wird die durch Pumpen erzeugte Druckluft mit Bezug auf die äußere Luft geregelt, d. h. unter dem Einfluß des Druckunterschiedes, der zwischen der äußeren Luft und der von den Pumpen erzeugten Druckluft besteht.

Gemäß der Erfindung ist die Regelung der Luft, die aus dem Inneren der Abteile des Kurbelgehäuses herkommt, vom äußeren Druck unabhängig und hängt nur von dem im Inneren der Leitung herrschenden Druck ab, die zu den Saugeventilen führt. Dieser innere Druck wirkt auf einen Kolben ein, der unter dem Einfluß einer passend berechneten

Feder steht. Außerdem kann die Hinterfläche dieses Kolbens mit einem Raum in Verbindung stehen, in welchem ein gleichbleibender Druck herrscht.

Man wird feststellen können, daß eine derart beschaffene Maschine von den äußeren Luftverhältnissen unabhängig ist. Ihr Wirkungsgrad schwankt nur sehr wenig oder überhaupt gar nicht, da die die Saugeluft zurück-'stoßenden Teile, die allein den Wirkungsgrad ändern könnten, immer unter gleichbleibendem Druck in die Drucksäule hineinarbeiten, die zum Saugeventil geht, wobei dieser Druck durch den Kolben geregelt wird, von dem weiter oben die Rede war.

In der Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes in Gestalt eines V-förmigen 1 ozylindrigen Flugmotors dargestellt. Es zeigen: Abb. 1 einen Schnitt nach A-A, B-B und C-C der Abb. 2, Abb. 2 einen Querschnitt D-D der Abb. 1 bei geschlossenem Entlastungshahn, Abb. 3 einen teilweisen Querschnitt nach D-D bei geöffnetem Entlastungshahn, Abb. 4 einen Längsschnitt durch den Einlaßverteiler nach E-E der Abb. 2, Abb. 5 einen Längsschnitt durch \ den offenen Entlastungshahn nach A-A der \ Abb. 2, Abb. 6 einen senkrechten Schnitt i durch eine abgeänderte Ausführungsform¹ des Zulaßventils eines der Arbeitszylinder; die Abb. 7 zeigt schematisch die Steuerteile, _; welche die Verbindungen zwischen den Ab- ; teilen und der äußeren Luft herstellen. \

Die Arbeitszylinder 1, 2, 3, 4 ... 14, 15, 16, von denen nur einige in der Zeichnung [ sichtbar sind, sind in zwei Gruppen zu je acht ; angeordnet; ihre Hauptachsen bilden mitein- ; ander einen möglichst geschlossenen Winkel, : ein Ergebnis, das durch eine entsprechende j unsymmetrische Anordnung der Zylinder 1, i 2, 3 ... 7, 8 erreicht wird (vgl. Abb. 2}. In i den Zylindern verschieben sich die Kolben 17, 18, 19 ... mit ihren Kolbenstangen 20, 21 ... 26, die an der Kurbelwelle ! 27 angreifen. Diese ist in einem Gehäuse 28 gelagert, dessen Querwände 29, 30 ... dichte Kammern 31, 32, 33, 34, 35 usw. bilden. : Diese Kammern werden mit der Außenluft im geeigneten Augenblick durch einen dreh- ■ baren Verteiler 38 verbunden, der mit der ; Motorgeschwindigkeit umläuft; dein gleichen I Zweck können aber auch beliebige andere Mittel, wie selbsttätige oder gesteuerte Klappen, Schieber o. dgl. dienen.

Der Verteiler 38 gestattet einen Luftzulaß an beiden Enden und verteilt diese Luft auf die Kammern durch die Öffnungen 39, 40 und die Kanäle 41, 42. Ein drehbarer Entlastungshahn 43, gesteuert durch den Arm 44, ermöglicht die Verbindung zweier aufeinanderfolgender Kammern untereinander und mit der j Außenluft mittels Öffnungen 45, 46, Fenstern 47 und Kanälen 48. Schließlich steht jede Kammer 32 ... 35 am oberen Teil mit einem zweiten mit Motorgeschwindigkeit umlaufenden Verteiler 62 in Verbindung, dessen beide , Enden in je einen Vergaser 60, 61 münden, dessen Auslaßöffnungen mit den Zulaßkanälen : 49 und 50 verbunden sind, welche die Ansaugeventile 51, 52 speisen. Diese Einlaßventile, wie auch die nicht dargestellten Aus- '. laßventile, werden durch Schwinghebel 53, 54 ! gesteuert, welche von einer Nockenwelle 55 angetrieben werden, die mit halber Motorgeschwindigkeit umläuft und außerdem in achsialer Richtung verschoben werden kann. Die , Einlaßnocken 56, 57 ... haben ein Querprofil, welches sich allmählich vom einen zum , andern Ende ändert. Sie sind so ausgebildet, ι daß die Endprofile Öffnungen ergeben, deren Dauer normal ist (ungefähr 200³ des Kurbelj wellenumlaufes) für das eine Ende und 25 Prozent langer für das andere Ende.

Die Längsverschiebung der Nockenwelle wird durch einen Hebel 58 bewirkt, dessen _: Enden in eine Ringnut 59 der Welle eingreifen.

Die Wirkungsweise ist folgende: Der Motor soll in Richtung der Pfeile in Abb. 2 und 3 umlaufen. Die Kurbelwelle ist in Abb. 1 mit den Kurbelzapfen in der wagerechten und der senkrechten Ebene, in Abb. 2 im Augenblick der Kompression in der Kammer 31 und in Abb. 3 im Augenblick des Ansaugens in dieser Kammer dargestellt. Stellt man sich zunächst den Entlastungshahn 43 geschlossen vor (Abb. 2), so verändert die hin und her gehende Bewegung der Kolben 17 und .19 das Volumen der Kammer 31, und da die V-Form der Zylinder sehr geschlossen ist, liegen die Totpunkte der Kolben 17 und 19 sehr nahe aneinander, und zwar desto mehr, je geschlossener das V ist. Das Volumen der Kammer 31 ist also ein Maximum in einem Augenblick zwischen den oberen Totpunkten der Kolben 17 und 19 und ein Minimum in einem Augenblick zwischen den unteren Totpunkten. Die Veränderung der Kammer ist gleich ungefähr dem zweifachen, durch einen Kolben hervorgerufenen Volumen, also zwei Zy linder volumen. Nach dem Durchtritt durch den unteren Totpunkt öffnet das Fenster 39 des Ansaugehahnes 38 den Kanal 42, und die Außenluft füllt die Kammer 31. Am oberen Totpunkt sperrt der Hahn 38 den Kanal 42, und der Verteiler 62 bringt die Kammer 31 in Verbindung mit den Vergasern 60, 61 und den Zulaßstutzen 49 und 50.

Das Zulaßventil eines der beiden zur Kammer 31 gehörigen Zylinder öffnet sich nunmehr unter der Einwirkung der Nockenwelle 5 5, und die beiden aus der Kammer kommen-

den und mit Brennstoff gemischten Zylindervolumen Luft werden in diesen Zylinder gedrückt. Wenn also die angesaugte Außenluft einen Druck von ι kg auf das Quadrat-Zentimeter besitzt, steht die den Zylinder füllende Druckluft unter dem doppelten Druck, also etwa 2 kg.

Der Zweck dieser Verbesserung besteht j nicht allein in der Verdoppelung des Füllungsdruckes, sondern besonders darin, daß dieser I Füllungsdruck der Motoren konstant und im wesentlichen auf 1 kg auf das Quadratzentimeter gehalten wird. Hierdurch bewahrt der ' Motor seine ursprüngliche Energie unabhän- gig ^von der Höhe über dem Meeresspiegel, auf welcher er sich befindet, und somit dem Druck der angesaugten Luft.

Zu diesem Zweck ist, sobald der Motor zu ebener Erde arbeitet, der Entlastungshahn 43 vollkommen offen, mittels der Hebel 44. Zwei aufeinanderfolgende Kammern, beispielsweise 31 und 32, stehen miteinander und mit der Außenluft durch die Öffnungen 45, 46, ^! 47, 48 in Verbindung, und da die in diesen beiden Kammern untergebrachten Kurbelzapfen um i8o° gegeneinander versetzt sind, so fällt das Höchstvolumen der einen im wesentlichen mit dem geringsten Volumen der andern zusammen.

Die in diesen Kammern enthaltene Luft ist also in diesem Augenblick unter atmosphärischem Druck, und die Zylinder, welche durch die nacheinander geöffneten Ansaugeventile saugen, füllen sich unter Atmosphärendruck, wenn die Saugeventile sich mit normaler Verzögerung (20 bis 30' des Kurbelumlaufes) schließen. Zu ebener Erde wurde aber die Nockenwelle 55 mittels des Hebels 58 so verschoben, daß die die Steuerhebel antreibenden Nocken 56,

57 ... die größte Öffnung durch ihr Profil '. erzeugen (25 Prozent über die normale). Die Kolben fördern also einen Teil der zugelassenen Gase in die Kanäle, und der Motor arbeitet mit einer Art Speicherwirkung, die wirtschaftlicher ist als die normale Wirkung. Wenn nun das den Motor tragende Flugzeug sich erhebt, verringert sich der von ihm angesaugte Luftdruck. Man korrigiert zu-

go nächst die Zylinderfüllung mittels des Hebels

58 derart, daß allmählich die Speicherwirkung aufhört und ein konstanter Speicherdruck erzielt wird. Hieraus ergibt sich eine i konstante Kraftwirkung, und zwar bis der Druck auf 25 Prozent über dem Normaldruck verringert ist.

Wenn das Flugzeug weiter steigt, schließt

man allmählich den Entlastungshahn 43, woraus sich die Wirkung ergibt, daß der Durchtritt der Luft von einer Kammer zur andern einerseits und die Verbindung beider Kammern mit der "Außenluft anderseits verringert wird; gleichzeitig wird der Luftdruck in diesen Kammern und der Fülldruck der Zylinder gegenüber dem Außendruck erhöht, bis diese Erhöhung gleich der Differenz zwischen dem Außendruck und 1 kg auf das Quadratzentimeter (konstanter Fülldruck) ist, was durch eine sorgfältige Einstellung des Hahnes erzielt wird. In dieser Weise wird verfahren, bis der Hahn vollständig geschlossen ist. In diesem Augenblick hat das Flugzeug die Höhe erreicht, für welche der Außendruck ungefähr ¹Z₂ kg auf das Quadratzentimeter (infolge der Anordnung der Scheidewände in dem Gehäuse und des Eindrückens in die Zylinder) minus ungefähr 25 Prozent von 1 kg (infolge der Speichereinrichtung) beträgt, was einen Außendruck von ungefähr 300 g auf das Quadratzentimeter ergibt.

Die Einstellung der Hebel 44, des Entlastungshahnes des Hebels 58, der Nockenwelle und der Regelungshähne 63 der Vergaser 47 und 48 kann selbsttätig durch eine Hilfsvorrichtung in Funktion von dem äußeren Luftdruck gesteuert werden, beispielsweise durch die in der Zeichnung gezeigte Vorrichtung. Diese Vorrichtung besteht aus einem Zylinder 64 (Abb. 3), welcher mit den Saugeleitungen des Motors zwischen 62 und 49, 50 in Verbindung steht, und in welchem sich ein Kolben 65 unter der Einwirkung¹ einer Feder 66 verschiebt. Die Kolbenstange 70 ist verbunden mit den Hebeln 44, 58 sowie den Stellhebeln 67 der Hähne 63.

Wenn der Motor sich zu ebener Erde in Ruhe befindet, bleibt der Kolben 65 angehoben durch die Wirkung der Feder und durch den Atmosphärendruck, derart, daß die Hebel ihre in Abb. 1 und 2 gezeigte Stellung einnehmen.

Wird nun der Motor in Gang gesetzt, wird die in der Saugeleitung aufgespeicherte Luft mit hohem Druck verdichtet, so daß der Kolben 65 herabgeht und hervorruft:

1. die Längsverschiebung der Welle 55, weiche die Sp eich er wirkung bestimmt,

2. die Drehung des Entlastungshahnes 43 in die Offenstellung (Abb. 3),

3. die Einstellung des den Brennstoffzulaß regelnden Hahnes 63.

Infolge der Öffnung des Hahnes 43 verringert sich die Kompression in der Saugeleitung, und der Kolben 65 nimmt eine entlastete Stellung ein, derart, daß die Verbindungen der Kammern 31, 32 ... miteinander und mit der Außenluft hinreichen, um die gewünschte Regelung zu erzielen.

Sobald der Motor sich nach oben bewegt, verringert die allmähliche Verdünnung der Außenluft den Zulaßdruck in dem Gehäuse

28j wodurch der Druck in der Zulaßleitung der Zylinder herabgesetzt wird. Der Kolben 65 wird also allmählich angehoben und bestimmt die Verschiebung der Nockenwelle 55 zur Verminderung der Speicherwirkung, den allmählichen Abschluß des Hahnes 43 zur Erhöhung des Druckverhältnisses in den Kammern des Gehäuses und die Regelung der i Drosselhähne 63.

Diese Mittel gestatten bei richtiger Ver- · wendung, selbsttätig eine im wesentlichen bei allen Flughöhen in gewissen Grenzen konstante Antriebskraft zu erhalten.

Da das Eindrücken des Gases in die Zulaßleitung eine Verstärkung der Spannung > der Federn 67 erfordert, welche die Einlaßventile auf ihre Sitze drücken, kann es in '' manchen Fällen nützlich sein, diese Ventile mit Entlastungsvorrichtungen zu versehen, wie j beispielsweise in Abb. 6 gezeigt. In diesem Falle trägt die Spindel des Ventils 52 einen Kolben 68, dessen Kolbenfläche etwas kleiner ist als die des Ventiltellers, und der sich in einem mit der Außenluft in Verbindung stehenden Zylinder 69 verschiebt, derart, daß der Druck der Frischgase in entgegengesetzter Richtung auf das Ventil und den Kolben wirkt; die Spannung der Feder 67 kann also sehr wesentlich erniedrigt werden. Der Antrieb des Entlastungshahnes 43 kann in manchen Fällen nicht allein durch den Kolben oder durch ein ähnliches vom Druck in der Zulaßleitung beeinflußtes Organ, sondern auch durch einen Schwunggewichtsregulator j unter dem Antrieb des Motors gesteuert wer- j den, wie dies aus der Abb. 7 hervorgeht. j

Gemäß dieser Abbildung kann der Teil, welcher die Verbindung zwischen den Abteilen unter sich und der äußeren Luft herstellt, ; gleichzeitig durch den Kolben, auf den der j in der Saugeleitung herrschende Druck ein- i wirkt, und durch einen Fliehkraftregler 70 i betätigt werden, der durch den Motor ange- j trieben wird. ^:

Die Wirkung dieser Anordnung besteht darin, daß die Verbindung der Kurbelkastenabteile unter sich vermindert wird, derart, daß der Druck im Inneren der Leitung" vergrößert wird, und zwar in dem Maße, wie die Drehgeschwindigkeit des Motors zunimmt. Auf ^; diese Weise wird die Bremswirkung der Ventile oder anderer Teile bei großen Geschwin- ^: digkeiten durch diesen vergrößerten Einlaß- ! druck ausgeglichen. Das Ergebnis dieser An-Ordnung wird sein, daß die Füllung des Mo- i tors mit Frischgas unter merklich gleichbleibendem Druck erfolgen wird.

Der Pfeil α deutet den Sinn der Wirkung des Reglers an, wogegen der Pfeil b den Sinn der Wirkung des Kolbens angibt.

/ ist der Drehsinn zum Schließen der Verbindung zwischen den Abteilen. /^l ist der Drehsinn, durch den die Verbindung zwischen den Abteilen unter sich und der äußeren Luft wiederhergestellt wird, c ist die Achse des Mischreglers, d ist die Saugeleitung des Motors, in welche die von der Unterseite der Kolben verdrängten Gase strömen.

Claims (5)

1. Patent-An Sprüche:

   i. Höhenregelung für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren, deren Zylinder V-förmig angeordnet sind, und deren Kurbelgehäuse in abgeschlossene Kammern unterteilt ist, in die je zwei Zylinder einmünden, deren Kolben auf dieselbe Kurbel arbeiten, während die Arbeitstakte gegeneinander versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (31) paarweise miteinander und mit der Außenluft verbunden werden können durch Verteiler (43), die von Hand oder unter der Wirkung des Druckes in der Einlaßleitung des Motors bewegt werden, zu dem bekannten Zweck, die Füllung der Zylinder unter einem im wesentlichen konstanten Druck unabhängig vom außerhalb des Motors herrschenden Druck zu bewirken.
2. 2. Höhenregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Gehäusekammern untereinander und mit der Außenluft verbindenden Verteiler (43) mechanisch mit einem Hebel (58) verbunden sind, durch welchen die Nockenwelle (55) achsial verschoben werden kann, um die Speicherwirkung in bekannter Weise zu regeln.
3. 3. Höhenregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteiler (43) mechanisch mit einem Hebel (67) verbunden sind, der den Zulaß- von Brennstoff steuert.
4. 4. Höhenregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteiler (43) außer von dem Druck in der Zulaßleitung des Motors auch von einem vom Motor getriebenen Fliehkraftregler gesteuert werden.
5. 5. Höhenregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das V einen no möglichst spitzen Winkel bildet, und zwar dadurch, daß die Achse eines der beiden Zylinder in einer kleinen Entfernung an der Achse der Kurbelwelle vorbeigeht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.