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Sechstaktmaschine für Flugzeuge. Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren,
in welchen in bekannterWeise dieArbeitsseite des Motorzylinders auch zur Vorverdichtung
angesaugter Zusatzluft (oder Zusatzgemische) dient, die in einem Zwischenbehä4-ter
aufgespeichert wird. Die Zusatzladung wird dadurch erzeugt, daß der Motor bei jedem
Arbeitsgang außer den der normalen Taktzahl entsprechenden Hüben noch zwei weitere
Hübe ausführt, also anstatt der vier Hübe im ganzen sechs Hübe. Für jede Explosion
(oder Verbrennung) ergeben sich also statt eines Saughubes zwei Saughübe. Der zusätzliche
Saughub kann Luft (oder Getnisch) in einem Behälter aufspeichern, die man während
des Überganges vom normalen Saughub zum Kompressionshub in den Arbeitszylinder strömen
läßt.
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Die Zusatzladung wurde .bei bekannten Sechstaktmotoren bisher nur
dazu verwendet, um den mittleren Triebdruck des Verbrennungstaktes gegenüber dem
normaler Viertaktmotoren zu vergrößern.
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Im Sinne der Erfindung soll aber die zusätzliche Ladung bei dieser
Art von Maschinen nicht zur Erhöhung des mittlerenDruckes über den normalen verwendet
werden, sondern nur zu seiner Gleichhaltung, falls der Motor sich in höheren Luftschichten
befindet. Sobald der Motor sich etwa in Meereshöhe befindet, wird von jeder Zusatzfüllung
abgesehen, und diese wird schrittweise vergrößert, sobald mit denn Höhersteigen
des Flugzeuges die umgebende Luft sich verdünnt.
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Falls das normale und zusätzliche Ansaugen durch besondere Saugventile
erfolgt, kann bei Meereshöhe das -zusätzliche Saugventil entweder ganz offen oder
ganz geschlossen bleieben, damit keine Zusatzladung erfolgt. Die Übergangsstellungen
können dann in bekannter Weise, z. B. mittels veränderlicher Steuerung des Zusatzsaugventils
oder mittels einfacher Drosselung, erhalten werden.
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Sobald die gewöhnliche Luftmenge und die Zusatzmenge durch dasselbe
Ventil angesaugt wird, genügt gegebenenfalls eine Drosselvorrichtung, um die totale
Ladungsmenge nach Belieben zu regeln. Zweckmäßig ist der Motor sowohl für normalen
Betrieb als auch für Betrieb mit zwei Mehrhüben eingerichtet und dabei von der einen
auf die andere Betriebsweise umschaltbar, ohne daß er hierzu stillgesetzt zu werden
braucht.
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Ein solcher Motor ist besonders für den Antrieb von Luftfahrzeugen
geeignet. Wie ersichtlich, ist durch die Erfindung in einfacher Weise die Möglichkeit
gegeben, die Leistung des Motors ziemlich unabhängig von dem Druck der Außenluft
zu halten, insbesondere von den verschiedenen Luftdrücken, die in dem für das Fahrzeug
in Betracht kommenden Höhenbereich vorhanden sind. .
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Handelt es sich um einen Viertaktmotor. für welchen die Erfindung
hauptsächlich in Frage kommt, so werden die beiden Mehrhübe dem Saughube des Viertaktes
vorgeschaltet.
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Bei Einzylindermotoren muß ein ziemlich großer Zwischenbehälter verwendet
werden, da derselbe bei größter Flughöhe (las Lieferungsvolumen eines ganzen Pumphubes
aufzunehmen hat, bevor diese Luftmenge in den Arbeitszylinder überströmen kann.
Bei Mehrzylindermotoren (z. B. Siebenzylindermotoren) ist es aber möglich, mit kleineren
Zwischenbehältern auszukommen, wenn zur Ladungssteigerung eines gegebenen Zylinder
nicht der vorhergehende Zusatzsaughul) desselben Zylinders, sondern der Zusatzsaughub
eines anderen Zylinders gewählt wird, z. B. desjenigen, der in der Phase voreilt.
Bei einer solchen Anordnung erfolgt das Füllen und Entleeren des Zwischenbehälters
teilweise gleichzeitig, so daß ein nur kleiner Zwischenbehälter den Zweck erfüllt.
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Es empfiehlt sich ferner, die Anzahl der Zylinder des Motors gleich
fünf oder einer höheren Primzahl, wie sieben, elf, dreizehn. . ., zu wählen; man
erhält dann einen, guten Massenausgleich und zugleich einen gleichmäßigen. Abstand
für die aufeinanderfolgenden Explosionen sowohl beim normalen Viertakt- als auch
beim Sechstaktbetrieb.
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Die Erfindung ist auf der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert,
für welches ein auf Viertakt- und Sechstaktbetrieb, umschaltbarer
Motor mit fünf Zylindern gewählt ist. Abb. i zeigt schematisch die Längsansicht
des Motors sowie einen Teil im Schnitt, Abb.2 die Seitenansicht. Abb. 3 ist ein
wagerechter Schnitt nach der Linie 3-3 der Abb.5. Abb. 4 eine Oberansicht bei abgenommenem
Deckel und Abb. 5 ein Teil eines Querschnitts nach der Linie 5-5 der Abb..I.
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Die fünf Zylinder a des Motors sind in Reihe nebeneinander angeordnet;
ihreKolbenb treiben die Kurbelwelle c an, die gleichmäßig gegeneiander versetzte
Kurbeln besitzt, ebenso wie wenn der Klotor ausschließlich imi-ieitakt arbeiten
würde.
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Jeder Zylinder a ist mit einem Einlaßventil cl, einem -oder mehreren
Auslaßventilen e, beispielsweise mit zwei Auslaßventilen entsprechend den --'#bb.
3 und .4, und außerdem mit einem besonderen Ventil f versehen. Letzteres dient dazu,
erstens die beim zu-#,ätzlichen Kompressionshub verdichtete Geinischfüllung auszulassen
und zweitens am Ende des zweiten Ansaugehubes eine entsprechende 'Menge des vorverdichteten
Geinisches wieder in den Zylinder einzulassen.
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Die Ventile d und e sind an die bei Viertaktmotoren
gebräuchlichen Leitungen angeschlossen, d. h. die Einlaßventile d an (las Saugrohr
a1 und die Auslaßventile e an das Auspuffrohr a2. Die zusätzlichen Ventile f sind
sämtlich untereinander durch eine Leitung a' verbunden, welche den Zwischenbehälter
für die Zusatzfüllungen darstellt.
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Diese Zusatzventile f werden nun von einer Steuerung bewegt, die gestattet,
daß der Motor im gleichen Drehsinn bald im Viertakt, bald im Sechstakt betrieben
wird.
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Parallel zur Kurbelwelle sind zwei finit passenden Nockenscheiben
versehene Steuerwellen g und h angeordnet, die je an einem Ellde ein zu ihrem Antrieb
dienendes Zahnrad g1 bzw. lax tragen. Beide Zahnräder sind zweckmäßig Schraubenräder
und stehen in Eingriff mit einem Schraubenrad i., Idas auf der senkrechten Welle
il sitzt, die ihrerseits von der Kurbelwelle cmittels der Kegelräder cl und r.2
in Drehung versetzt wird. Die Übersetzungsverhältnisse sind so gewählt, daß die
eine Steuerwelle g ein Drittel und die andere Steuerwelle h. die Hälfte der Umdrehungen
der Motorwelle ausführt.
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Zwischen den beiden Steuerwellen und parallel zu diesen ist eine Schaltwelle
j angeordnet und 1n mehreren Exzentern jl gelagert. Durch Drehung dieser Exzenter,
von denen (las eine zu diesem Zweck mit einem Hebel j2 versehen ist, kann die Schaltwelle
j parallel lllit sich selbst verschoben werden, derart, daß sie einmal der Steuerwelle
h, das andere Mal der Steuerwelle g genähert ist. Auf der Schaltweile sind für die
beiden Zylinder drei Antriebshebel drehbar gelagert, ein Hebel dl für das Ventil
d, ein beispielsweise gabelförmig gestalteter Hebel el für die beiden Ventile c
und ein Hebel f1 für das Ventil f. Die beiden ersteren Hebel können entweder von
der Steuerwelle h oder von der Steuerwelle g angetrieben werden, je nach der Lage
der Schaltwelle j, während der Hebel f nur von der Steuerwelle g bewegt
werden kann. Befindet sich also die '\`'elle j in derjenigen der beiden Schaltstellungen,
bei welcher sie der Welle da näher liegt, so treiben die Nockenscheiben der letzteren
die beiden Hebel dl und ex und mittels dieser das Ansaugventil d und die Auslaßventile
e so an, daß die Maschine im normalen Viertakt arbeitet. Ist die Welle j jedoch
in die Nähe der Steuerwelle g verlegt (in die Schaltstellung, die in Abb. 5 dargestellt
ist), so wirken die gleichen Hebel auf die zugehörigenVentile und außerdem der Hebel
f' auf das zur Ladungsvergrößerung dienende Ventil f; der Antrieb erfolgt nunmehr
von der Steuerwelle g aus, derart, (Maß die Maschine im Sechstakt arbeitet.
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Man unterscheidet hierbei erstens die vier normalen Arbeitstakte und
zweitens die zwei Zusatzpumptakte. Die Hübe des Viertaktes ändern sich nur wenig
gegenüber dem gewöhnlichen Viertaktverfahren.
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Im einzelnen ist die Arbeitsweise folgende: Erster Takt: Ansaugen
von Gemisch durch das Saugrohr a1 und das Ansaugventil d. Ganz am Ende dieses Saugtaktes
wird das zusätzliche Ventil f durch seine Nockenscheibe geöffnet und läßt die Zusatzfüllung
von dein Zwischenbehälter a" in den Arbeitszylinderraum eintreten.
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Zweiter Takt: Verdichten des Gemisches in dem Arbeitsraum des Zylinders.
Kurz nach dem Anfang dieses Taktes wird das zusätzliche '\-entil f geschlossen.
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Dritter Takt: Explosion und Expansion (alle Ventile geschlossen).
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Vierter Takt: Ausschub der verbrannten Gase durch die zwei Auspuffventile
e. FünfterTakt (zusätzlicher Pumpsaugtakt) Ansaugen des Zusatzluftgelnisches durch
das normale Ansaugventil d. (Die Nockenscheibe für das Ventil d trägt zwei Höcker.)
Sechster Takt (Pumpdrucktalzt) : Überdrücken des angesaugten Zusatzgemisches in
den Zwischenbehälter a'. Durchtritt des Zusatzgemisches durch das zusätzliche Ventil
f, welcher durch seine zweihöckerige N ockenscheibe entsprechend gesteuert wird.
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An geeigneten Stellen der beiden Steuerwellen sind Zündverteiler angebracht,
voll denen der auf der Welle g sitzende in Abb. i hei g= dargestellt ist. An den
Zündverteilern
und an der .exzentrisch gelagerten Schaltwelle j
befinden sich zusammenwirkende elektrische Einrichtungen, mittels deren in der einen
oder der anderen der beiden Schaltstellungen jeweils der Strom desjenigen Verteilers,
der nicht zur Wirkung kommen soll, durch Körperschluß ausgeschaltet wird.
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Der Drehsinn des Motors sei in Abb.2 durch die Pfeilrichtung angegeben;
die Zylinder seien der Reihe nach entsprechend Abb. r mit den Zahlen i, 2, 3, 4,
5 und die zugehörigen Kurbeln in Abb.2 ebenso bezeichnet. Die Reihenfolge der in
den Zylindern stattfindenden Zündungen ist dann für den Viertaktbetrieb i, 3, 5,
2, 4 und für den Sechstaktbetrieb 1,4,2,5,3- Es ist nun ohne weiteres zu übersehen,
daß man je nach der Lage der Welle j gegenüber den beiden Steuerwellen bald mit
Viertakt-, bald mit Sechstaktbetrieb arbeiten kann. In dem letzteren Falle wird
das in jedem Zylinder währen. des zusätzlichen Kompressionshubes verdichtete Geinisch
durch das zugehörige Ventil f gegen Ende dieses Kompressionshubes in die gemeinsame
Leitung a3 hinübergedrückt, um (mittels des gleichen und gleich angeordneten Ventils)
zwecks Ladungssteigerung gegen Ende des Saughubes denjenigen Zylinder stärker aufzufüllen,
der in der Arbeitsreihenfolge i, 4,:2, 5, 3 vorangeht, unbeschadet der Behälterwirkung
der gemeinsamen Leitung.
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Der die Erfindung bildende Motor kann also bei Anordnung in einem
Luftfahrzeug zunächst als Viertaktmotor vom Erdboden ab bis zu einer gewissen Höhe
und von dieser ab als Sechstaktmotor mit zusätzlicher Ladung der Zylinder arbeiten.
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Selbstverständlich kann man den Motor auch in einer anderen Form als
angegeben, beispielsweise in Sternform mit fünf, sieben ... Zylindern, ausbilden.
Will man eine besonders große Zylinderzahl anwenden, indein man beispielsweise in
jeder Strahlenrichtung des Sterns eine Gruppe nebeneinander angeordneter Zylinder
einbaut, so empfiehlt sich insbesondere eine Bauart mit 35 Zylindern, von denen
je sieben in Sternform und je fünf in Reihe nebeneinander angeordnet sind.
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Hervorzuheben ist, daß der Motor, wenn er gemäß einer anderen Ausführungsform
der Erfindung lediglich für Sechstaktbetrieb eingerichtet wäre, in Höhe des Erdbodens
zwar eine etwas geringere Leistung, etwa zwei Drittel, ergeben würde, als -wenn
er bei gleicher Hublänge und Zylinderbohrung lediglich für X'iertaktbetrieb eingerichtet
wäre, daß ur aber dieseLeistung bis zu einer Höhenlage beibehalten würde, wo der
Viertaktmotor nur noch :die Hälfte seiner ursprünglichen Leistung entwickeln würde.
Auch könnte man ihn leichter bauen und dies ,mit besserem Wirkungsgrad, denn man
könnte ihn mit Überkompression betreiben, da er ja von selbst besser gekühlt ist.
Da bei Sechstaktmotoren eine Kühlung auch in Erdbodennähe, wo sie bei Viertaktmotoren
nicht vorhanden ist, erreicht wird, so kann man wesentlich größere Motoren mit einfachen
Kühlrippen ausstatten.
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In denRahmen der Erfindung fallen selbstverständlich auch solche Motoren,
bei denen mehr als zwei zusätzliche Hübe bei jedem Arbeitszyklus ausgeführt werden.
So kann man beispielsweise einen Viertaktmotor im Achttakt betreiben; in diesem
Falle werden durch die vier Mehrhübe zwei zusätzliche Zylinderfüllungen erzeugt.
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Die Ladungssteigerung mit Hilfe von Mehrhüben kann schließlich auch
in Verbindung mit anderen bekannten Mitteln zur Vergrößerung der Zylinderladung
Anwendung finden, beispielsweise inVerbindung mit einer Vorverdichtung, die durch
Turbokompressoren bewirkt wird. Zufolge der Ver-Einigung beider Wirkungen ist man
dann in der Lage, wesentlich über die Grenze hinaus-' zugehen, die sonst der Verwendungsmöglichkeit
durch die Luftverdünnung gezogen ist.