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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung ist an Hand der vorläufigen Zeichnungen i bis 5 dargestellt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Zeichnungen zeigen nur Ausführungsbeispiele.