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Viertaktflugzeugmotormit Überdruckspeisung. Man hat bereits vorgeschlagen,
die in den Abgasen eines Motors enthaltene Energie zum Antrieb einer Gasturbine
zu verwenden, welche einen in die Frischluftzuleitung geschalteten Kompressor speist,
derart, daß- dieser Kompressor den Vergasern die Luft unter einem im wesentlichen
gleichbleibenden Druck zuführt, welcher dem Druck in der Auspuffleitung entspricht.
Eine derartige Motoranlage liefert ein gleichbleibendes Drehmoment auch dann, wenn
sich der Druck der Außenluft verringert, wie dies beim Anstieg der Luftfahrzeuge
der Fall ist.
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Die Erfindung besteht in der Vereinigung dieser Anordnung mit der
an sich für Motoren bekannten Anordnung mehrerer Auspufföffnungen, die entweder
gleichzeitig oder nacheinander zur Wirkung kommen. Eine derartige Verbindung ergibt
eine besondere technische Wirkung, welche den beiden Einzelanordungen an sich nicht
eigen ist. Die Erfindung besteht demnach darin, daß unter an sich bekannter Speisung
des Motors durch einen mittels der Auspuffgase des Motors betriebenen Turbokompressor
der Motor zunächst in die Turbine und hierauf in die Außenluft auspufft, wodurch
das Drehmoment des Motors über dasjenige am Erdboden bis zur Leistungsgrenze
der "Turbine erhöht und die Grenze der Steighöhe sowie die Geschwindigkeit
des Luftfahrzeuges gesteigert wird.
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Als Motor kann hierbei jeder beliebige Explosions- oder Verbrennungsmotor
Anwendung finden, der mit einer Einrichtung versehen wird, welche die Ladungs- und
Auspuffdrücke möglichst genau auf einem Wert P erhält, der unabhängig von dem Druck
p der die Anlage umgebenden Außenluft ist. Um dies zu erreichen, wird der Motor
beispielsweise mit einer Turbine ausgerüstet, welche . durch die Auspuffgase betrieben
wird und ihrerseits einen Kompressor für die Speiseluft des Motors treibt. Im Gegensatz
zu den üblichen Motoren mit Überdruckspeisung unter Verwendung eines Turbokompressors
besitzt jedoch die Motoranlage doppelte Auspuffklappen, -ventile o. dgl., die verschieden
arbeiten.
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Zur Vereinfachung der Beschreibung seien diese beiden Ventile mit
A und B bezeichnet. Das Ventil o. dgl. A setzt den Motorzylindermit
der Leitung in Verbindung, welche die heißen Abgase zur Turbine führt, in welcher
der Druck P herrscht. Das Ventil B dagegen stellt eine Verbindung des Motorzylinders
mit der Außenluft her, welche einen Druck p besitzt. Es ist noch zu bemerken, daß
die Steuerung dieser beiden Ventile o. dgl. so eingerichtet ist, daß das Ventil
A während des ganzen Auspuffhubes des Motorkolbens offen bleibt, bis auf die sehr
kurze Zeitspanne, in welcher sich das Ventil B öffnet, wenn der Motorkolben in die
Nähe seines oberen Totpunktes kommt. Während der Zuführung der neuen Ladung, der
Zusammendrückung
derselben sowie der Explosion und Entspannung der
entzündeten Gase bleiben selbstverständlich beide Ventile A und B geschlossen.
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Die Wirkungsweise der gesamten Anlage ist nun die folgende: Wenn der
Motorkolben in die Gegend seines unteren Totpunktes gelangt, d. h. den Explosions-
und Entspannungshub gerade beendet, also das Ausströmen der Abgase beginnen soll,
öffnet sich das Ventil A, so daß diese Gase in die -die Turbine speisenden Auspuffleitungen
entweichen können. Der Kolben setzt beim Aufwärtsgang seinen Auspuffhub fort, und
gegen Ende des Auspuffhubes in einem geeigneten Zeitpunkt wird das Ventil A geschlossen,
während sich das Ventil B nach der Außenluft öffnet. Hierbei ist die Steuerung der
Auspuffventile o. dgl. so eingerichtet, daß beide Ventile nicht gleichzeitig offen
stehen. Durch die Verwendung und Eröffnung des Zusatzventils B entsteht ein Ausgleich
des Druckes im Explosionsraum mit dem der Außenluft am inneren Hubende, wenn und
in dem Maße, als der Außendruck p niedriger ist als der Druck P, welcher in der
zur Turbine führenden Abgasleitung herrscht.
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Wenn die gesamte Motoranlage mit dem zur Überdruckspeisung dienenden
Turbokompressor in Höhe des Erdbodens arbeitet, ist der Überströmdruck P gleich
dem Druck p der Außenluft. In diesem Falle ist die Wirkung des Zusatzventils B gleich
17u11, und der Motor könnte auch ebensogut ohne dieses Zusatzventil arbeiten. Wenn
jedoch der Motor gemäß der Erfindung in höhere Luftschichten gelangt, sei es durch
seine eigene ArLeit wie bei Flugzeugen, sei es durch seine Anbringung an einem Teil,
der leichter als die Luft ist, wie bei den Luftschiffen, so ändern sich die Wirkungen,
und der Einfluß des Zusatzventils B macht sich in dem Maße mehr und mehr bemerkbar,
wie die Maschine in höhere Luftschichten kommt. Denn der Turbokompressor zur Überdruckspeisung
sorgt dafür, daß der Motor ein stets gleichbleil:endes Drehmoment erzeugt, wobei
sich die Gaszuström- und Auspuffdrücke des Motors auf einem Betrage halten, der
im wesentlichen gleich P ist (wobei ganz allgemein P den Druck der Außenluft am
Erdboden bezeichnet), und der jedenfalls unabhängig von den Xnderungen des Druckes
p der Außenluft ist, welche die Anlage in größeren Höhen umgibt. Wenn das Zusatzventil
B gemäß der Erfindung nicht im Motor angeordnet wäre, so blieben am Ende des Auspuffhubes
in dern Zylinder Gasrückstände unter einem Druck welche zunächst entspannt werden
müssen, bevor die Ansaugung beginnen kann. Der Motor würde also nur mit Teilfüllung
arbeiten. Wird jedoch durch das Zusatzventil B der Explosionsraum des Zylinders
mit der Außenluft in Verbindung gebracht, welche den niedrigeren Druck p aufweist,
so wird die Ansaugung während des ganzen Kolbenhubes erfolgen. Wenn dieser Vorgang
in dem Augenblick eintritt, in welchem sich das Ventil A schließt und das Gemischeinlaßventil
sich öffnet, so wird eine Entleerung des Explosionsraumes und des schädlichen Raumes
des Zylinders von den Gasrückständen bewirkt, wobei in diesen Räumen nach Schließung
des Ventils B lediglich der niedrigere Druck p vorhanden ist. Wenn nun durch das
geöffnete Gemischeinlaßventil dem Zylinder die neue Ladung unter dem im Kompressor
erzeugten Druck P zuströmt, so füllt das Gemisch das Hubvolumen sowie den Explosionsraum
vollständig aus, da die im Explosionsraum noch befindlichen Gase durch die neue
Ladung verdrängt werden.
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Es folgt hieraus, daß, je geringer der Druck p der Außenluft ist,
um so vollständiger die Entleerung des Explosionsraumes sein wird, wodurch die Menge
der neuen Ladung, die dem Motor zugeführt wird, vergrößert wird. Diese Vergrößerung
der Lademenge erzeugt eine Steigerung des Drehmomentes des Motors, dessen Höchstwert
bei einem Außendruck p = o liegen würde. In diesem rein theoretischen Falle würde
eine Vergrößerung des- Drehmomentes von 2o Prozent bei einem Motor eintreten, dessen
volumetrisches Kompressionsverhältnis 5 beträgt. Praktisch genommen würde bei einem
Motor, welcher dieses Kompressionsverhältnis besitzt, in einer Steighöhe von 55oo
m der Gewinn an Drehmoment gegenüber einem Motor mit Überdruckspeisung, welcher
das Zusatzventil B nicht besitzt, io Prozent betragen. Dieser Gewinn kann nun dadurch
noch erhöht werden, daß das Gemischeinlaßventil so eingestellt wird, daß es sich
einen ganz kleinen Augenblick vor dem Schluß des Zusatzventils B öffnet. Diese Einstellung
würde eine vollständige Ausspülung des Explosionsraumes herbeiführen, so daß sich
keinerlei Gasrückstände mehr in dem Zylinder befinden.
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Der Motor mit doppeltem Auspuff und Überdruckspeisung arbeitet also
mit einer Lademenge im Zylinderraum und infolgedessen mit einem Drehmoment, welches
mit der Steighöhe des Motors anwächst, während der Motor ohne Überdruckspeisung
jedoch mit zwei Auspufforganen bei wachsender Flughöhe überhaupt keinen Vorteil
bringt und der lediglich mit Überdruckspeisung und nur einem Auspuffventil ausgerüstete
Motor mit größeren Flughöhen nur ein konstantes Drehmoment liefert.
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Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung
nicht
auf die besonderen Ausbildungen, welche die Erfindung möglichst anschaulich beschreiben
sollen. Sie kann vielmehr bei allen Motoren Anwendung finden, hei «-elchen der Druck
der zuströmenden und der aaspuffenden Gase über dem der Außenluft liegt.