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Sternmotor mit radial in ungleichen Abständen angeordneten Zylindern
Brennkraftmaschinen mit sternförmiger Zylinderanordnung werden im allgemeinen so
gebaut, daß die Zylinder in gleichen Winkelabständen auf dem Kurbelgehäuse radial
angeordnet sind. Im Kurbelgehäuse läuft eine Kurbelwelle um, an deren Kurbelzapfen
nur eine Hauptpleuelstange angreift. Am Kopf der Hauptpleuelstange sind meistens
in gleichen Winkelabständen. die NebenpleueI-stangen angelenkt.
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Bei dieser Bauart entstehen während des Betriebes in den Zylindern
voneinander verschiedene Bewegungsverhältnisse. Bei Umdrehung der Kurbelwelle von
Mitte Hauptzylinder, in der die Hauptpleuelstange anfangs in oberer Totpunktstellung
steht, bis zur Mitte des folgenden Nebenzylinders ist die obere Tötpunktstellung
des Kolbens im Nebenzylinder noch nicht erreicht, sondern erst um einige Grad Kurbelwellenumdrehung
später. Da sich bei weiterer Kurbelumdrehung der Vorgang dieser Totpunktverschiebung
auch in den anderen Nebenzylindern wiederholt, entstehen bei Bewegung des KurbeI-triebes
Unregelmäßigkeiten; ferner werden die Steuer- und Zündzeiten in der Nähe der oberen
Totpunkte in den Nebenzylindern nicht eingehalten, und ein zeitlich einwandfreies
Arbeiten der Steuerorgane wird nicht gewährleistet. Außerdem haben -bei vielen Sternmotoren
die oberen und ebenso die unteren Totpunkte in den Nebenzylindern verschiedene Abstände
vom Kurbelwellenmittelpunkt, so daß in den Nebenzylindern Hubvergrößerungen gegenüber
dem Hauptzylinder auftreten, die in den einzelnen Zylindern verschieden groß sind.
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Diese Unregelmäßigkeiten im Kurbeltrieb machen sich bei Sternmotoren
um so mehr bemerkbar, je kleiner man heute den Gesamtdurchmesser des Motors und
damit auch das Verhältnis
baut. Je kleiner Y , um so mehr entfernt man sich von einigen Grundbedingungen für
einen gut laufenden Sternmotor, nämlich möglichst gleichen Hub, gleiches Verdichtungsverhältnis
und gleiche Zeitfolge der oberen Totlagen in den Zylindern.
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Man hat versucht, durch geeignete Wahl des Anlenkwinkels zwischen
Hauptpleuelstange und Seitenpleuelstangenbolzen die Verrückung der oberen Totpunktphasen
auf o° oder einen möglichst kleinen Drehwinkel der Kurbelwelle zu reduzieren, hat
aber stets eine wesentliche Hubvergrößerung dabei in Kauf nehmen müssen. Andererseits
hat man die Hubvergrößerung beseitigt und in allen Zylindern gleichen Hub erreicht,
ohne dabei die zeitliche Verschiebung der oberen Totpunkte ausgleichen zu können.
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Die Hubvergrößerung und die obere Totpunktverschiebung gleichzeitig
zu beseitigen, ist bisher noch nicht bekannt. Die Beseitigung der Hubvergrößerung
und der oberen
Totpunktverschiebung ist bei den erwähnten Maschinen
mit radial in gleichen Winkelabständen angeordneten Zylindern und Kurbeltrieb mit
Haupt- und Nebenpleuelstangen sb@:; gar unmöglich, wird aber durch vorliegend Erfindung,
durch eine radiale Anordnung d2 Zylinder in ungleichen Winkelabständen mög=-lich
gemacht, wobei die Zylinderachsen gegen die einer Zylinderanordnung in gleichen
Abständen entsprechenden Zylinderachsen um so viel Grad versetzt sind, daß bei jeder
Kurbelzapfenstellung, welche in die in gleichen Abständen angeordneten Zylinderachsen
fällt, der entsprechende Kolben in der oberen Totlage steht, die stets denselben
Abstand vom Kurbelwelletlmittelpunkt hat, wie die obere Totlage im Hauptzylinder,
d. h. daß dann die Verbindungslinie der Zapfenmittelpunkte jeder Nebenpleuelstange
durch den Momentanpol der Bewegung der Hauptpleuelstange geht. Es wurde bereits
der Torschlag gemacht, die Zylinder bei Sternmaschinen ungleichmäßig zu versetzen:
bezweckt sollte damit «-erden, daß der Raum zwischen den Zylindern vergrößert und
für das Spiel der Pleuelstangen Platz geschaffen wird.
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Durch die Anordnung gemäß der Erfindung wird erreicht: a) gleicher
Kolbenhub in sämtlichen Zylindern.
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b) gleiches Verdichtungsverhältnis, c) Erreichen der oberen Totpunkte
in den einzelnen Zylindern nach gleichen Zeitabständen.
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Als Beispiel wird ein 5-Zyl.-Sternmotor gewählt. Damit in den einzelnen
Zylindern die oberen Totpunktlagen in gleichen Zeitabständen aufeinander folgen,
müssen in Fig. i bei Umdrehung der Kurbelwelle in den Kurbelzapfenstellungen 6,
7, 8, 9, io, die voneinander um 72° entfernt auf dem Kurbelkreis liegen, die oberen
Totpunkte in den Zylindern 1, 2, 3, 4., 5 von den dazugehörigen Kolbenbolzennlitten
erreicht sein. Da die Nebenkolben dann im oberen Totpunkt stehen, wenn die Achsen
ihrer Nebenpleuelstangen auf den Momentanpol der Bewegung der Hauptpleuelstange
gerichtet sind, so müssen die Zylindermitten eine bestimmte radiale Versetzung a
bzw. ß gegen die gezeichneten Kurbelzapfenstellungen erfahren.
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Diese Versetzung wird in Fig. 2 für Zyl. 2 erläutert. Die Strecke
13 bis 7 bezeichnet die Augenblickslage der Hauptpleuelstange in der -Kurbelzapfenstellung
7. Punkt 14 ist der Moinentanpol der Bewegung der Hauptpleuelstange, der sich als
Schnittpunkt aus der Senkrechten, die man im Kolbenbolzenmittelpunkt 13 auf Mitte
Zylinder i errichtet, und der Linie ergibt, die den Kurbelwellenmittelpunkt o mit
der Kurbelzapfenstellung 7 verbindet. Verbindet man den Anlenkpunkt i i für die
Nebenpleuelstange des Zylinders 2 mit dem -.%lomentanpol 1.4, so schneidet diese
Ver-' Bindungslinie den Kreis, auf dem alle oberen e. otpunkte der Kolbenbolzenmitten
liegen .4öllen, im Punkt 12. o bis 12 ist dann die -Z,%#@linderachse, die gegen
Kurbelzapfenstellung 7 um a° versetzt ist, und i i bis 12 ist die Nebenpleuelstange,
deren Achse auf den Momentanpol 1.1. gerichtet ist, wodurch ersichtlich wird, daß
bei Zapfenstellung 7 die Mitte des Kolbenbolzens im Zylinder 2 den oberen Totpunkt
12 erreicht hat, der vom Kurbelwellenmittelpunkt o den glechen Abstand hat wie der
obere Totpunkt 15 im Zylinder i.
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Für die oberen Totlagen der übrigen Zylinder gelten dieselben Überlegungen
wie für Zylinder 2. Sie sind in Fig. 2 folgendermaßen dargestellt: In Kurbelzapfenstellung
8 für Zylinder 3 hat die Nebenpleuelstange 17 bis 18 die Richtung auf den Momentalpol16,
in Zapfenstellung 9 für Zylinder 4 hat die Nebenpleuelstange 2o bis 2i die Richtung
auf den Momentalpol i9, und in Zapfenstellung io für Zylinder 5 hat die Nebenpleuelstange
23 bis 24 die Richtung auf den 1Tomentalpo1 22, wobei Zylinder 2 und 5 dieselbe
Winkelversetzung 2 und Zylinder 3 und .4 dieselbe Winkelversetzung ß haben. Also
im allgemeinen haben je 2 sich symmetrisch gegenüberliegende Zylinder dieselbe Winkelversetzung.
Durch diese Versetzung ist die gleiche Zeitfolge der oberen Totpunktlagen in den
einzelnen Zylindern und damit auch das Einhalten der Steuer- und Zündzeiten in der
Nähe aller oberer Totpunkte gewährleistet.
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Um außerdem in allen Zylindern einen gleichen Hub zu erreichen, müssen
die Nebenpleuelstangen am Hauptpleuelstangenkopf in ganz bestimmten Winkelabständen
angelenkt werden. In Fig. 3 ist eine Hauptpleuelstange eines 5-Zyl.-Sternmotors
abgebildet. Jegrößer man die Winkel y und (S wählt, um so größer wird der Kolbenhub
in den entsprechenden Zylindern. Bei einem bestimmten Winkel erhält man den gleichen
Hub wie im Hauptzylinder. Diese Winkelabstände sind dadurch gekennzeichnet, daß
bei den Kolbenstellungen im unteren Totpunkt die Achsen der Nebenpleuelstangen auf
den Momentanpol der Bewegung der Hauptpleuelstange gerichtet sind und daß außerdem
die unteren Totpunkte der Nebenzylinder denselben Abstand vom Kolbenbolzenmittelpunkt
haben wie der entsprechende untere Totpunkt des Hauptzylinders.
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Die Festlegung des Anlenkwinkels y im Hauptpleuelstangenkopf für die
Nebenpleuelstange des Zylinders 2 ist in Fig. 4 dargestellt. Die Konstruktion des
Momentanpols
1q. ist der Fig. 2 entnommen. Punkt 25 kennzeichnet
den Momentanpol der Bewegung der Hauptpleuelstange in der Augenblickslage
26-27, in der die untere Totpunktstellung 28 von der Kolbenbolzenmitte im
Zylinder 2 . erreicht ist. 29-28 ist dm- dazugehörige Nebenpleuelstange, die in
diesem Augenblick den Momentanpol 25 schneiden muß. Der Winkel y muß also so festgelegt
werden, daß der obere Totpunkt 12. und untere Totpunkt 28 dieselbe Entfernung vom
Kurbelwellenmittelpunkt haben wie die Totpunkte 15 und 3o im Hauptzylinder. Dieselben
Überlegungen gelten auch für alle übrigen Zylinder. Man erhält so in allen Zylindern
außer der gleichen Zeitfolge sämtlicher oberer Totlagen auch gleiche Hübe und gleiche
Verdichtungsverhältnisse.