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Viertakt-Sternmotor Die Erfindung bezieht sich auf einen Viertakt-Sternmotor
mit feststehenden Zylindern und umlaufender Kurbelwelle, der im besonderen für Luftfahrzeuge
geeignet ist.
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Es sind bereits Viertakt-Sternmotore bekanntgeworden, bei denen das
Brennstoffgemisch durch einen Verteiler,in die Einlaßöffnungen eines jeden Zylinders
geführt wird. Bei- diesen Motoren rotieren die Zylinder, und die Kurbelwelle steht
fest.
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Demgegenüber wird gemäß der Erfindung bei einem Sternmotor mit feststehenden
Zylindern und umlaufender Kurbelwelle ein Verteiler benutzt, der Kammern besitzt,
die nacheinander in Verbindung mit den einzelnen Zylindern gebracht werden, sobald
der Verteiler durch die Kurbelwelle angetrieben wird.
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Dieser Verteiler, der vorzugsweise finit der Maschinengeschwindigkeit
umläuft, besitzt eine große Einlaßöffnung, wodurch der Vorteil bedingt wird, daß
im wesentlichen keine Drosselung der Ladung auf ihrem Wege zu den Zylindern eintritt.
Der Verteiler läuft hierbei mit nur geringem Spiel in einem Gehäuse um und erfordert
daher auch keinerlei Schmierung. Die Abmessungen der einzelnen Teile können hierbei
auf ein Mindestmaß verringert werden, so daß der Motor selbst an Gewicht erheblich
verringert wird, was im besonderen für Motore für Luftfahrzeuge von der größten
praktischen Bedeutung ist.
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Bei der vorzugsweise zur Anwendung gelangenden Ausführungsform der
Erfindung ist neben dem Zylindereinlaß ein Rückschlagventil vorgesehen, das den
Eintritt von heißen Gasen von dem Zylinderventil zu dem Verteiler verhindert.
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In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
dargestellt, und zwar ist Fig. i eine Rückansicht des Motors, wobei links ein Teil
des Motors weggelassen ist, während ein anderer Teil im Schnitt nach der Linie i-i
der Fig. 2 gezeichnet ist.
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Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch die Zylinder nach der Linie 2-2
der Fig. i, während der Schnitt durch die Mischkammern und die damit verbundenen
Teile nach der Linie 2-2' der Fig. i gezeichnet ist. -Fig. 3 ist ein Querschnitt
durch einen der Zylinder nach der Linie 3-3 der Fig. 2.
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Fig. q. ist ein Steuerungsdiagramm und veranschaulicht die zeitliche
Aufeinanderfolge der sich ständig wiederholenden Arbeitsvorgänge in jedem der Motorzylinder.
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Der Motor besitzt mehrere Arbeitszylinder 2o, die sternförmig auf
einem Kurbelgehäuse 21 angeordnet sind. In letzterem läuft eine Kurbelwelle 22 mit
einer Kurbelkröpfung 23. In jedem Zylinder befindet sich ein Kolben 25, an dessen
einem Ende die Schubstange angelenkt ist. Die einzelnen Schubstangen vereinigen
sich mit ihren anderen Enden an einer gemeinsamen Muffe 2q., die auf der Kurbelgelagert
ist.
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Die Brenngasquelle für die Zylinder weist vorzugsweise eine außen
am Kurbelgehäuse und unabhängig von diesem angeordnete
Mischkammer
27 auf. Der Mischkammer wird Benzin oder ein anderer geeigneter Brennstoff durch
eine Spritzdüse 28 zugeführt, welcher zweckdienlich Brennstoff mit einer Geschwindigkeit
zugeleitet wird, die proportional der Umlaufgeschwindigkeit des Motors ist. Dies
erfolgt am besten mittels einer bei 29 schematisch dargestellten Bremistoffpumpe,
die unmittelbar durch die Kurbelwelle 22 mittels eines Getriebes angetrieben werden
kann. An der Pumpe erfolgt der Brennstoffeintritt durch das Zuleitungsrohr 30. Von
der Pumpe wird der Brennstoff der Spritzdüse durch die Leitung 31 zugeführt.
Diese Brennstoffzuführung kann durch an sich bekannte Mittel durch einen Handhebel
32 geregelt werden.
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Der Luftzutritt zur Mischkammer erfolgt am besten unter Druck, und
zwar annähernd proportional der Motordrehzahl. Die Luft kann der Mischkammer von
irgendeiner geeigneten Quelle zugeführt werden. In der für die vorliegende Erfindung
bevorzugten Ausführung wird die Luft von Luftverdichtern oder Überladegebläsen geliefert,
die ummittelbar von der Kurbelwelle des Motors aus angetrieben werden. In "dem zur
Erläuterung gewählten Ausführungsbeispiel besitzt der Motor 9 Zylinder in zwei Gruppen
von vier und fünf Zylindern, die von zwei Luftverdichter- oder Vorverdichterzylindern
33 aus versorgt werden. Diese Verdichterzylinder liegen einander annähernd gegenüber,
so daß ein Zylinder ansaugt, während der andere verdichtete Luft in die Mischkammer
drückt. An sich kann die Kompressoranordnimg aber beliebig sein.
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Jeder Verdichterzylinder 33 hat einen Kolben 34, der mittels einer
Schubstange 35 genau so wie die Schubstange 26 der Motorenzylinder an der gemeinsamen
Muffe 24 angreift.
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Lufteintritt und Luftauslaß bei den Verdichterzylindern kann durch
Ventile geeigneter Art gesteuert werden. Die Lufteinlaßschlitze jedes Verdichters
haben einen Aufsatz 36 (Fig. r), dessen Öffnung der Vorderseite des Motors zugekehrt
ist. Das darin sitzende Ventil öffnet während des Ansaughubes des Kolbens und bleibt
während der Verdichtung geschlossen. Das Auslaßventil 37 jedes Verdichterzylinders
besitzt ein unter Federdruck stehendes Ventil 38, das die Luft während des Verdichtungshubes
des Kolbens durch Leitungen 39 zu der Mischkammer 27 strömen läßt. Die Verdichtungszylinder
können auch einen oder mehrere Hilfsschlitze 40 besitzen, die mit der Außenluft
in Verbindung stehen und die so angeordnet sind, daß sie vom Kolbenboden kurz vor
dem inneren Totpunkt des Kolbenhubes freigegeben werden. Diese Schlitze 40 sollen
die Füllung der Verdichtungszylinder mit Luft von annähernd Außendruck vor dem Beginn
des Verdichtungshubes sicherstellen. Die Schlitze 4o dienen ferner zur Entlüftung
des Kurbelgehäuses.
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Die Erfindung sieht ferner Einrichtungen zur geregelten Zuführung
von Gas von der Mischkammer zu den Einlaßschlitzen der einzelnen Motorzylinder vor.
Dabei besteht eine Zuleitung zu jedem Motorenzylinder nur während der Zeit des Offenstehens
des Einlaßschlitzes. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Einlaßschlitz
jedes Zylinders nur während der kurzen Zeitspanne offen, während deren der Kolben
sich in der Nähe des inneren Totpunktes befindet. Demgemäß ist die Verbindung zwischen
der Mischkammer und Einlaßschlitz bei jedem Zylinder zur Zuführung von Gas nur bei
jedem Hub während dieser Zeit wirksam.
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Wie in Fig.2 angedeutet, kann das Gas jedem Motorenzylinder mittels
eines Schlitzes oder besser mittels einer Reihe von Schlitzen 41 so zugeführt werden,
daß die Schlitze durch den unteren Teil des Mantels des entsprechenden Kolbens in
der Gegend der inneren Totpunktstellung freigegeben werden, wie dies gestrichelt
bei 41' (Fig. 2) angedeutet ist. Durch die offenen Schlitze kann das Brenngas von
einem ringförmigen Raum 42 (Fig.2 und 3) in den Zylinder gelangen. In den ringförmigen
Raum 42 gelangt das Gas von der Mischkammer mittels einer Verteilereinrichtung.
Letztere bildet eine wesentliche Eigenheit der Erfindung; eine besonders geeignete
Ausführung sei daher beschrieben.
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Das Kurbelgehäuse besitzt ein Gehäuse, in das strahlenförmig verlaufende
Einlaßleitungen 49 münden. Diese führen zu den einzelnen Zylindern 2o und stehen.
mittels der Räume 42 mit den Einlaßschlitzen 41 in Verbindung. In bezug auf das
Kurbelgehäuse läuft ein Verteiler 51 um. Er erhält das Gasgemisch von der Mischkammer
27 durch eine Leitung 47 (Fig. 2), die in eine Kammer 46 im Gehäuse an der hinteren
Kurbelgehäusewand mündet. Von dort strömt das Brenngas in eine Verteilerkammer 54.
Durch den umlaufenden Verteiler wird das Brenngas von dort aus in Einlaßleitungen
49 gedrückt. Das Gas strömt dabei jeweils nur in den Einlaßleitungen der Zylinder,
bei denen die Einlaßschlitze 41 durch die im inneren Totpunkt stehenden Kolben freigegeben
sind. Die anderen Einlaßleitungen 49 stehen während dieser Zeitspanne mit dem Ringraum
48 in Verbindung und werden daher nicht mit Brenngas versorgt.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt ein Verteilergehäuse aus den Wandteilen
43, 44, die
in zweckdienlicher Weise am Kurbelgehäuse befestigt
sind; das Verteilergehäuse ist durch Trennwände 45 in einen inneren Ringraum 46,
der durch eine Leitung 47 mit der Mischkammer 27 verbunden' ist, und in einen äußeren,
durch die Radialleitungen 49 mit den Einlaßkammern 42 verbundenen Ringraum 48 unterteilt.
Zur Verbindung der inneren und äußeren Ringräume 46, 48 können die Scheidewände
45 mit mehreren üffnungsschlitzen 50 (Fig. i) versehen sein.
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Diese Schlitze 50 werden durch den auf der Kurbelwelle 22 sitzenden,
umlaufenden Verteiler 51 gesteuert. Dieser hat einen in das V erteilergehäusehineinragendenRingschieberteil
52, der an der Trennwand 45 gleitet. Die äußere Fläche des Ringes 52 hat ein Paar
in der Umfangsrichtung in einem Abstand voneinander angeordnete Scheidewände 53,
die so bemessen sind, daß sie radial den Ringraum 48 ausfüllen und gleitend der
Außenwand des Ringraums 48 anliegen. Dadurch ist ein relativ kleiner Teil dieses
Raumes, die Kammer 59, vom übrigen Ringraum 48 abgeteilt.
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Jeder der Ringschieber 53 besitzt einen Lappen 55, der an der Außenfläche
des Ringes 52 angesetzt ist, und einen angetriebenen Teil 56 zwischen. Ring und
Lappen. Zur Abdichtung gegen die Wände des Ringraumes 48 dient ein geeignetes Gleitstück
57 aus elastischem, gegen die Wände gedrücktem Werkstoff, dessen Einstellung durch
einen Bolzen 58 und eine Mutter 59 erfolgt.
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Der kurze, die Ringschieber 53 verbindende Ringteil 52 hat einen oder
mehrere Schlitze 6o (Fig. i). Der übrige Teil des Ringes 52 ist nicht geschlitzt
und deckt daher die Gegenschlitze 5o so ab, daß die Verbindung zwischen den Ringräumen
46 und 48 unterbrochen ist. Zahl, Größe und Verteilung der Schlitze 6o sichern jederzeit
freie Verbindung zwischen den Ringräumen 46 und Raum 54, wenn der Verteiler S i
mit der Kurbelwelle umläuft.
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Die Ringschieber 53 am Steuerring S1-52 sind in bezug auf die Kurbelkröpfung
23 so angeordnet, daß der Raum 54 stets mit der Zuleitung 49 eines Zylinders in
Verbindung kommt, dessen Kolben in der Nähe des inneren Totpunktes steht. Der Abstand
der Ringschieber 53 ist so bemessen, daß die Zuleitung jedes Zylinders mit dem Segmentraum
54 während der ganzen Öffnungszeit der Einlaßschlitze 41 in Verbindung bleibt.
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Wesentlich ist, daß die Länge der Ringschieber 53 so bemessen ist,
daß die Zuleitungen 49 dadurch vollkommen abgedeckt werden. Es - darf also keinen
Durchtritt von Brenngasgemisch von Raum 54 zum übrigen Teil des Ringraumes 48 geben.
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Ein brauchbares Mittel zur Entfernung von Auspuffgasen aus den Zylindern
und zum Einführen von Frischluft besteht (Fig.2) aus einem einzelnen Ventil 61,
das durch den Druck einer Feder 63 eine Ventilöffnung 62 normalerweise verschlossen
hält. Die Steuerung dieses Ventils kann in an sich bekannter Weise erfolgen, so
z. B. mittels eines Schwinghebels 64 durch eine Stoßstange 65 von einer Nockensteuerung
65' (nicht vollständig gezeichnet), die in bekannter Weise von der Kurbelwelle 22
aus betätigt werden kann. Die Steuerung soll so vor sich gehen, daß auf zwei Kurbelwellenumdrehungen
eine Nockenbewegung erfolgt; ebenso soll die Nockenform der Ventilbetätigung den
üblichen Viertaktmotoren entsprechen.
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Die Lufteinlaßventile der Verdichterzylinder 33 können durch eine
ähnliche Einrichtung wie die Ventile der Motorzylinder gesteuert werden, abgesehen
davon, daß die Nockenform so sein muß, daß das Einlaßventil des Verdichterzylinders
zu Beginn des Saughubes öffnet und am Ende des Saughubes schließt.
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Auf den Zylinderkopf kann über der Ventilöffnung 62 eine Haube 66
aufgesetzt werden, die eine nach hinten gerichtete Auspufföffnung 67 und vorn eine
Lufteinlaßöffnung 68 besitzt. Eine solche Haube gestattet in sehr befriedigender
Weise eine Spülung des Zylinders von Auspuffgasen am Ende des Auspuffhubes und die
Einführung reiner Außenluft am Anfang des Saughubes des Kolbens. Das trifft besonders
für Luftfahrzeug motoren zu. Bei diesen kann die schnelle Strömung der Luft in die
Öffnung 68 erforderlichenfalls durch Ablenkbleche 68 nach oben abgelenkt werden,
so daß die Luft, sehr rasch über die Ventilöffnung 62 hinwegstreicht und durch die
Auspufföffnung 67 entweicht. Dabei entsteht eine zur Entfernung derAuspuffgase geeigneteUnterdruckwirkung.
Falls für alle Zylinder eine gemeinsame Auspuffleitung vorhanden ist, so erhöht
sich dieser Unterdruck noch bei jedem Zylinder, da der Auspuff jedes Zylinders einen
Teilunterdruck an der Auspufföffnung 67 der übrigen Zylinder hat. Dadurch verbessert
sich der Eintritt von Frischluft in die Öffnung 68 über die Ventilöffnung 62. Daraus
erhellt, daß vor Beginn des Saughubes sämtliche Auspuffgase aus dem Verbrennungsraum
des Zylinders entfernt sind und daß während des Saughubes nur reine Frischluft in
den Zylinder gesaugt wird.