DE725523C

DE725523C - Air-cooled in-line engine

Info

Publication number: DE725523C
Application number: DEA80664D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr-Ing Fritz Gosslau
Original assignee: Argus Motoren GmbH
Current assignee: Argus Motoren GmbH
Priority date: 1936-10-06
Filing date: 1936-10-06
Publication date: 1942-09-24

Description

Luftgekühlter Reihenmotor Die Erfindung betrifft einen luftgekühlten Reihenmotor mit Brennraum von annähernd der Form eines Kugelabschnitts, bei dem Ein- und Auslaßventile jedes Zylinders einen Winkel von mehr als 35° und eine durch die beiden Ventilachsen jedes Zylinders gelegte Ebene mit der Kurbelwellenachse einen Winkel von mindestens 5° und höchstens 85' einschließen.Air-cooled in-line engine The invention relates to an air-cooled in-line engine with a combustion chamber approximately in the shape of a spherical segment, in which the inlet and outlet valves of each cylinder have an angle of more than 35 ° and a plane through the two valve axes of each cylinder has an angle of at least 5 with the crankshaft axis ° and include a maximum of 85 '.

Der Motor nach der Erfindung vereinigt dabei die Vorteile des Sternmotors, Verwendbarkeit des Kugelkopfes mit großen Ventilen und bester Kühlung, mit denen des Reihenmotors, geringer Stirnwiderstand, gute Sicht, und stellt damit eine wesentliche Verbesserung des an sich hochentwiekelten luftgekühlten Motors mit reihenförmiger Zylinderanordnung, insbesondere des Flugmators dar. Der neuartige Aufbau ergibt eine für die Kühlung hervorragend günstige Schrägstaffelung der Ventile, bei der alle Auslaßventile gleichmäßig dem sich zufolge der Anordnung auf natürliche Weise aufteilenden Kühlluftstrom ausgesetzt sind.The engine according to the invention combines the advantages of the radial engine, Usability of the ball head with large valves and the best cooling with which of the in-line engine, low forehead resistance, good visibility, and thus represents an essential Improvement of the highly developed air-cooled engine with in-line Cylinder arrangement, in particular the flight mator. The novel structure results an inclined staggering of the valves, which is excellent for cooling, in which all exhaust valves evenly according to the arrangement in a natural way are exposed to the dividing flow of cooling air.

Es ist bereits der Vorschlag gemacht worden, bei luftgekühlten Kraftfahrzeugmotoren mit reihenförmig angeordneten Zylindern zueinander parallele, im flachen Zylinderkopf angebrachte Ventile zu verwenden, deren Achsen in einer zur Motorlängsachse geneigten Ebene liegen, und Kipphebel mit schräg zueinander stehenden Achsen zuzuordnen.Proposals have already been made in automotive air-cooled engines with cylinders arranged in a row, parallel to each other, in the flat cylinder head to use attached valves, the axes of which are inclined to the longitudinal axis of the engine Level, and assign toggle levers with axes at an angle to one another.

Auch ist ein luftgekühlter Motor beschrieben worden, bei dem in einem kugelabschnittförmigen Zylinderkopf zwei Ventile zueinander geneigt in einer Querebene senkrecht zur Richtung der Zylinderreihe untergebracht sind.An air-cooled engine has also been described in which in one spherical segment-shaped cylinder head two valves inclined to each other in a transverse plane are housed perpendicular to the direction of the cylinder bank.

Diese bekannten Bauarten sind, was einwandfreie Kühlung und hohe Leistungsausbeute anbelangt, mit erheblichen Mängeln verbunden. Durch die Erfindung werden diese Mängel auf einwandfreie Weise beseitigt.These known types are what provide perfect cooling and high power output as far as it is concerned, associated with considerable deficiencies. The invention overcomes these shortcomings eliminated in an impeccable manner.

Die Vorteile der freien baulichen Gestaltung des Sternmotorzylinders in thermodynamischer und kühltechnischer Hinsicht sind bei dem Motor nach der Erfindung in einwandfreier Weise auf die Reihenanordnung der Zylinder übertragen worden.The advantages of the free structural design of the radial engine cylinder in terms of thermodynamics and cooling technology are in the engine according to the invention has been correctly transferred to the in-line arrangement of the cylinders.

In den letzten Jahren haben luftgekühlte Reihenmotoren so überraschende fliegerische Bestleistungen nachweisen können, daß man für gewisse Wettbewerbe Sondermotoren entwickelt hat, wobei die Konstrukteure bestrebt waren, die neuesten Erkenntnisse des Flugmotorenbaues zu berücksichtigen und ein Höchstmaß von Leistung und Kühlung bei geringstem Widerstand zu erreichen.In recent years, in-line air-cooled engines have been so surprising aviation To be able to prove that you have achieved top performances for certain Has developed special motors in competitions, whereby the designers endeavored to to take into account the latest findings in aircraft engine construction and a maximum of performance and cooling with the lowest possible resistance.

Es fällt bei diesen neuesten Motormustern auf, daß die Brennräume -der Zylinder nirgends die Form eines Kugelabschnitts zeigen, obwohl die thermische Überlegenheit dieser Brennraumform den Konstrukteuren sicherlich nicht unbekannt gewesen ist. Alle diese Hochleistungsmotoren werden mit Aufladung betrieben, wobei möglichst große Ventile erwünscht sind. Trotzdem findet man bei neuzeitlichen, luftgekühlten Reihenmotoren nur schwach zueinander geneigte und daher kleine Ventile. Auch :deren Nachteile, hoher notwendiger Ladedruck, hohe Ladungstemperatur, Auspuffdrosselung, können keineswegs unbekannt gewesen sein.It is noticeable with these latest engine types that the combustion chambers -the cylinder nowhere show the shape of a spherical segment, although the thermal one The designers are certainly familiar with the superiority of this combustion chamber shape has been. All of these high-performance engines are supercharged, whereby valves as large as possible are desired. Nevertheless one finds with modern, air-cooled In-line engines only slightly inclined towards each other and therefore small valves. Also: theirs Disadvantages, high necessary boost pressure, high charge temperature, exhaust throttling, could by no means have been unknown.

Wenn wichtige, allgemein bekannte und einfache Forderungen der Thermodynamik und der Strömungslehre unerfüllt blieben, so müssen Hemmungen vorgelegen haben, die im folgenden aufgezeigt und durch die Erfindung beseitigt werden sollen. Einfache Überlegungen zeigen, daß es bei dem wegen der Baulänge notwendigerweise engen Zylinderabstand von Reihenmotoren die Ventile nur sehr schwach zueinander geneigt werden können, wenn alle Ventile einer Zylinderreihe in eine durch die Längsachse der Kurbelwelle gehende Ebene hintereinandergelegt werden. Platzmangel verbietet also bei dieser Anordnung die thermodynamisch und kühlungsmäßig günstige Kugelform des Brennraumes.When important, well-known and simple demands of thermodynamics and fluid mechanics remained unfulfilled, inhibitions must have been present, which are shown below and are intended to be eliminated by the invention. Simple Considerations show that the cylinder spacing is necessarily narrow because of the overall length the valves of in-line engines can only be tilted very slightly towards each other, if all the valves of a cylinder bank in one through the longitudinal axis of the crankshaft going level can be placed one behind the other. Lack of space therefore prohibits this Arrangement the thermodynamically and cooling-wise favorable spherical shape of the combustion chamber.

Wenn man andererseits bei einem Kugelkopf die Ventilachse des einzelnen Zylinders in eine zur Kurbelwelle senkrechte Ebene legt, so ergeben sich zwar keine räumlichen, statt dessen aber kühltechnische Schwierigkeiten; denn bei dieser Anordnung muß die Kühlluft zwischen den Ventilkammern des vordersten Zylinders, auch zwischen denen des zweiten, dritten bis zum letzten jeder Reihe hindurchstreichen. Sie nimmt dabei so viel Wärme auf, daß sie selbst dann nicht mehr zur Kühlung der hinteren Zylinder ausreichen würde, wenn es möglich wäre, die Strömung zum Anliegen an den Kühlflächen zu bringen. Erfahrungsgemäß reißt aber die Strömung schon hinter dem ersten Zylinder ab, und -die hinteren Zylinder werden zu warm, als daß man in ihnen so hohe Leistungen erreichen könnte, wie es der kugelförmige Brennraum an sich erlaubt.If, on the other hand, the valve axis of the individual in the case of a ball head Cylinder lays in a plane perpendicular to the crankshaft, there are none spatial, but instead cooling difficulties; because with this arrangement must the cooling air between the valve chambers of the foremost cylinder, also between cross out those of the second, third to the last of each row. she takes doing so much heat that even then it is no longer used to cool the rear Cylinder would be sufficient if it were possible to get the flow to rest on the Bring cooling surfaces. Experience has shown that the current already breaks behind the first cylinder off, and -the rear cylinders get too warm to be in them could achieve as high a performance as the spherical combustion chamber allows.

Man sieht also, ,daß bisher die Ventile der einzelnen Zylinder parallel zueinander oder nur schwach zueinander geneigt und immer in den Hauptebenen des Motors, d. h. senkrecht oder parallel zur Kurbelwelle, angeordnet worden sind und daß daher die bisherigen Bauarten luftgekühlter Reihenmotoren baulich, kühltechnisch und thermodynamisch nur unvollkommene Lösungen darstellen.So you can see that so far the valves of the individual cylinders have been parallel to each other or only slightly inclined to each other and always in the main planes of the Motors, d. H. perpendicular or parallel to the crankshaft, and that therefore the previous types of air-cooled in-line engines structurally and technically and only represent thermodynamically imperfect solutions.

Der Erfinder hat sich nun mit dem Ziel einer wesentlichen Verbesserung des luftgekühlten Reihenmotors die Aufgabe gestellt, auf diese Bauart den an sich bekannten Zylinderkopf mit kugelabschnittförmigem Brennraum und den nur bei dieser Form möglichen großen Ventilabmessungen zu übertragen und dabei außerdem die denkbar günstigsten Kühlverhältnisse zu schaffen, um durch diese Maßnahmen wesentlich erhöhte Literleistungen zu ermöglichen, die auch im Dauerbetrieb benutzt werden können.The inventor has now set himself the goal of a substantial improvement of the air-cooled in-line engine set the task on this type of construction known cylinder head with a spherical segment-shaped combustion chamber and only with this one Form to transfer possible large valve dimensions and also the conceivable to create the most favorable cooling conditions in order to be significantly increased by these measures To enable liter outputs that can also be used in continuous operation.

Die Erfindung verläßt grundsätzlich die bisherige Anordnung der Ventile entsprechend den Hauptebenen des Motors. Statt dessen läßt sie die durch die Achsen je zweier zusammengehöriger Ventile gehende Ebene die Kurbelwelle unter einem gewissen Winkel schneiden. Hiermit ergibt sich eine schräge Staffelung der Einzelebenen, und es wird möglich, die Ventile so stark zueinander zu neigen, daß man den Brennraum kugelförmig ausbilden kann.The invention basically leaves the previous arrangement of the valves according to the main planes of the engine. Instead, she lets them through the axes every two associated valves level the crankshaft below a certain level Cut angles. This results in an inclined staggering of the individual levels, and it becomes possible to incline the valves towards each other so much that the combustion chamber can be opened can form spherical.

Ein Strömungsversuch bestätigte .überraschend deutlich die Vermutung, daß hierdurch auch das Kühlproblem geradezu ideal gelöst wird. Entgegen der bisherigen Anschauung ergaben sich nämlich, daß die Kühlluft aus dem Kühlschacht keineswegs rechtwinklig zur Kurbelwelle auf die Zylinder zu abbiegt, sondern in einem gewissen Winkel, der in sehr wünschenswerter Weise mit demjenigen Winkel zur Übereinstimmung gebracht werden kann, den die Schrägstaffelung der Ventilebenen aus baulichen Gründen erfordert.A flow test confirmed the assumption, surprisingly clearly, that this also solves the cooling problem in an almost ideal way. Contrary to the previous one It was obvious that the cooling air from the cooling shaft was by no means at right angles to the crankshaft towards the cylinder turns, but to a certain extent Angle that is very desirable to match that angle can be brought because of the inclined staggering of the valve levels for structural reasons requires.

Die Erfindung ermöglicht es demnach nicht nur, die bei Sternmotoren so ausgezeichnet bewährte Zylinderbauart auf den Reihenmotor zu übertragen, sondern sie bringt es durch den Kunstgriff der Schrägstaffelung der Ventilebenen und :der zueinander rechtwinklig liegenden Kipphebel und der zugehörigen Gehäuse sogar fertig, gleich günstige Kühlluftströmungsverhältnisse zu schaffen. Dies konnte durch Strömungsversuche überzeugend nachgewiesen werden.The invention therefore makes it possible not only for radial engines To transfer the well-proven cylinder design to the in-line engine, but rather it brings it through the trick of the inclined staggering of the valve levels and: the Rocker arms at right angles to each other and the associated housing even finished, to create equally favorable cooling air flow conditions. This was possible through flow tests can be convincingly proven.

Die Erfindung vereinigt, wie schon eingangs erwähnt, die Vorteile des Sternmotors, Verwendbarkeit des Kugelkopfes mit großen Ventilen und bester Kühlung, mit denen des Reihenmotors, geringer Stirnwiderstand, gute Sicht, und stellt damit eine wesentliche Verbesserung des an sich hoch entwickelten luftgekühlten Flugmotors mit reihenförmiger Zylinderanordnung dar.As already mentioned, the invention combines the advantages the radial engine, usability of the ball head with large valves and the best cooling, with those of the in-line engine, low forehead resistance, good visibility, and thus poses a major improvement in itself high developed air-cooled Aero engine with a row-shaped cylinder arrangement.

Die Erfindung ist an Hand der vorläufigen Zeichnungen i bis 5 dargestellt.The invention is illustrated with reference to the provisional drawings i to 5.

In Abb. i ist i ein Flugmotor mit reihenförmiger Zylinderanordnung mit den Zylinderreihen 2 und 3. Die mit 4 bezeichneten Zylinderköpfe weisen einen kugelabschnittförmigen Verbrennungsraum auf und sind mit den Ventilgehäusen 5 und 6 sowie den zugehörigen Gasleitungsanschlüssen 7 bzw. 8 versehen. Die im Innern,der Ventilgehäuse 5 und 6 liegenden Ventile sind nicht besonders dargestellt. Sie sind mittels der Gehäuse 9 und io eingekapselt. Die Schäfte sind entsprechend der Kugelform des Verbrennungsraumes stark zueinander geneigt. Eine durch die Schäfte gelegte Ebene schneidet die Kurbelwelle nicht senkrecht, sondern unter einem anderen Winkel, vorzugsweise zwischen 5° und 850. In Fig. I i is an aircraft engine with a row-shaped cylinder arrangement with the cylinder rows 2 and 3. The cylinder heads labeled 4 have a spherical segment-shaped combustion chamber and are provided with the valve housings 5 and 6 and the associated gas line connections 7 and 8, respectively. The valves located in the interior of the valve housing 5 and 6 are not shown in particular. They are encapsulated by means of the housing 9 and io. The shafts are strongly inclined to one another in accordance with the spherical shape of the combustion chamber. A plane laid through the shafts does not intersect the crankshaft perpendicularly, but at a different angle, preferably between 5 ° and 850.

Die Gehäuse 9 und io umschließen die Ventilfederung und die zu den Kipphebeln gehörigen Teile. Sie sind senkrecht zueinander angeordnet, so,daß die für den Angriff der Stoßstangen bestimmten Hebelenden, vorzugsweise im Bereich der äußeren Begrenzung der Zylindereihe, nahe beieinander liegen. Bei dieser Stellung ergeben sich zwischen den Gehäusen die Kanäle 12 für die Kühlluft. Wird innerhalb des dem Motor umkleidenden Gehäuses der Kühlluftstrom zwischen den Zylinderreihen eingeführt, so zweigen sich über den Zylinderköpfen schräg nach hinten und auswärts gerichtete Einzelströme ab, die zwischen den Ventilgehäusen 5, 6 hindurchfließen. Noch weiter läßt sich die Kühlung verbessern, indem man gleichlaufend zu der Strömung Kühlrippen zwischen den Ventilgehäusen anordnet.The housing 9 and io enclose the valve suspension and to the Rocker arms related parts. They are arranged perpendicular to each other so that the for the attack of the bumpers specific lever ends, preferably in the area of the outer limit of the cylinder row, are close to each other. In this position the channels 12 for the cooling air result between the housings. Will be within of the engine casing, the flow of cooling air between the rows of cylinders introduced, so branch obliquely backwards and outwards above the cylinder heads directed individual currents which flow through between the valve housings 5, 6. The cooling can be improved even further by running concurrently with the flow Arranges cooling fins between the valve housings.

Abb. 2 zeigt die Zylinderreihe 2 in Ansicht von oben. Es ist wiederum 4 der kugelabschnittförmige Zylinderkopf, io ein querstehendes und 9 ein längsgerichtetes Kipphebelgehäuse. Es ist zu erkennen, daß diese Gehäuse ungefähr senkrecht zueinander stehen. Ferner kann aus der Abbildung ersehen werden, daß die durch die Ventilachsen gelegten Ebenen die Kurbelwelle unter einem spitzen Winkel schneiden.Fig. 2 shows the cylinder bank 2 in a view from above. It is turn 4 the spherical segment-shaped cylinder head, io a transverse and 9 a longitudinal one Rocker arm housing. It can be seen that these housings are approximately perpendicular to one another stand. It can also be seen from the figure that the valve axes cut the crankshaft at an acute angle.

In Abb. 3 ist eine Zylinderreihe in Schrägansicht von außendargestellt. Es ist zu. erkennen, daß das Ende i3 ,des längsgerichteten Kipphebelgehäuses g und das Ende 14 des quergerichteten Gehäuses io nahe beieinander liegen und daß die Kipphebel durch gekreuzte Stoßstangen 15, 16. bedient werden, deren Antrieb durch eine außerhalb der Zylinderreihe liegende gemeinsame Nockenwelle erfolgt. Die Längsstellung des Gehäuses 9 bringt den Vorteil mit sich, :daß die Motor-und entsprechend die Rumpfverkleidung an dieser Stelle eine strömungstechnisch sehr günstige Form erhalten kann.In Fig. 3 a row of cylinders is shown in an oblique view from the outside. It's closed. recognize that the end i3, the longitudinal rocker arm housing g and the end 14 of the transverse housing io are close to each other and that the Rocker arms can be operated by crossed bumpers 15, 16., driven by a common camshaft located outside the cylinder bank takes place. The longitudinal position of the housing 9 has the advantage that: that the motor and accordingly the At this point, the fuselage fairing is given a very favorable aerodynamic shape can.

Abb. 4 zeigt in Ansicht schräg von oben zwei nebeneinanderliegende Zylinder und läßt erkennen, wie die schräg zueinander stehenden Kipphebelgehäuse einen Kanal 12 umschließen, der den den Zylinderkopf schräg anströmenden Kühlluftstrom frei durchströmen läßt, wobei die Stoßstangen auf der Abströmseite liegen.Fig. 4 shows two side by side in a view obliquely from above Cylinder and reveals how the rocker arm housings are at an angle to one another enclose a channel 12, which the the cylinder head flowing obliquely cooling air flow can flow freely through, the bumpers are on the downstream side.

Abb.5 zeigt schematisch die beiden Zylinderreihen, die Anordnung der Ventile und die Aufteilung des Kühlluftstromes bei einem Zweireihenmotor. Die Zylinderköpfe sind mit 4. bezeichnet. Die Ventile 18, i9 liegen in Ebenen, die zu der Längsachse des Motors um den Winkel a geneigt sind. Die durch ihre Mittellinien 2o angedeuteten Teilströme der Kühlluft fließen schräg zwischen den Ventilkammern hindurch. Die nicht dargestellten Kühlrippen zwischen den Ventilen jedes Zylinders sind in der gleichen Richtung angeordnet, die die Teilluftströme an dieser Stelle einnehmen.Fig.5 shows schematically the two rows of cylinders, the arrangement of the Valves and the distribution of the cooling air flow in a two-row engine. The cylinder heads are marked with 4. The valves 18, 19 lie in planes that correspond to the longitudinal axis of the motor are inclined by the angle α. Those indicated by their center lines 2o Partial flows of the cooling air flow at an angle between the valve chambers. the cooling fins, not shown, between the valves of each cylinder are in FIG arranged in the same direction that the partial air flows take at this point.

Die bauliche Anordnung nach der Erfindung ist von hervorragender Bedeutung bei luftgekühlten Flugzeugtriebwerken, kann aber auch bei beliebigen anderen Motoren angewendet werden. Sie kann auch bei Motoren benutzt werden, denen die Kühlluft durch ein besonderes Gebläse zugeführt wird.The structural arrangement according to the invention is of outstanding importance with air-cooled aircraft engines, but can also be used with any other engine be applied. It can also be used with engines that require cooling air is fed by a special fan.

Die Zeichnungen zeigen nur Ausführungsbeispiele.The drawings show only exemplary embodiments.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Air-cooled in-line engine with combustion chambers of, approximately in the shape of a segment of a sphere, with the inlet and outlet valve of each cylinder an angle greater than 35 ° and one through the two valve axes of each cylinder laid plane with the crank shaft axis an angle of at least 5 ° and at most Include 85 °.

2. Air-cooled in-line engine according to claim i, characterized in that that the rocker arm longitudinal axes are at right angles to each other.

3, Air-cooled in-line motor according to claim i, characterized in that the for the actuation of the valves any bumpers that may be present are located on the outflow side of the cooling air.