DE3711603A1 - Vergasermotor mit verdichter, insbesondere fuer leichtflugzeuge - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Motoren, insbesondere für Leichtflugzeuge, wie Ultraleichtflugzeuge oder Motorsegler. Sie wird nachstehend daher für den Anwendungsfall der Leicht­ flugzeuge beschrieben, für andere Anwendungsfälle, wie z. B. für Sportbootmotoren gelten diese sinngemäß unter Beschrän­ kung auf die Leistungssteigerung am Boden.

Bei mit Vergasern ausgerüsteten Flugmotoren besteht ein Pro­ blem darin, daß mit zunehmender Flughöhe der Sauerstoffanteil in bezug auf die zugeführte Benzinmenge abnimmt, das Gemisch somit zu fett wird.

Eine gut bewährte Lösung dieses Problems besteht darin, das Gemisch im Verhältnis zur geflogenen atmosphärischen Dichte­ höhe zu regulieren, zu "leanen".

Eine Leanvorrichtung ist aufwendig in der Konstruktion und teuer in der Herstellung, so daß diese Lösung für Ultra­ leichtflugzeuge bisher nicht angewendet wurde, es wurde viel­ mehr der mit dem Sauerstoffunterschuß verbundene Leistungsab­ fall und auch die Belastung der Zündkerzen bei 4-Taktmotoren in Kauf genommen.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe ge­ stellt, eine einfache und damit kostengünstige Lösung zu finden, die darüber hinaus gewichtsmäßig die Zuladungsgrenzen nicht wesentlich einschränkt.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei Vergasermotoren da­ durch, daß diese einen von der Kurbelwelle vorzugsweise über einen Riementrieb angetriebenen Verdichter aufweist.

Derartige Verdichter sind von den Abgasturboladern her be­ kannt, wobei der Abgasantrieb erfindungsgemäß durch einen Leistungsabgriff von der Kurbelwelle des Motors ersetzt ist.

Vorzugsweise wird der Verdichter von einem Riementrieb ange­ trieben, der zwar den Nachteil eines durch den Schlupf be­ dingten geringeren Wirkungsgrads gegenüber einem Zahnradan­ trieb, jedoch hinsichtlich Wartung und Betriebssicherheit Vorteile aufweist.

Die genannten Verdichter werden mit hohen Umdrehungszahlen bis über 7000 angetrieben, so daß ein Übersetzungsverhalten von angetriebener Riemenscheibe zu antreibender Riemenschei­ be, wie 1:8 bis 1:18 vorzusehen ist.

Die Anordnung derartiger Verdichter an insbesondere Leicht­ flugzeugen, wie Ultraleichtflugzeuge (Trikes) und Motorsegler bringt noch den entscheidenden Vorteil mit sich, daß auch am Boden eine Leistungserhöhung zur Verkürzung von Start- bzw. Startrollstrecken bewirkt werden kann, was wegen der geringen Dichtehöhe höhergelegener Flugplätze an heißen Sommertagen einen entscheidenden Sicherheitszuwachs ermöglicht.

Der Verdichter wird hierbei vorzugsweise im unteren Bereich des Verdichterkennfeldes, d. h. zwischen etwa einem Total­ druckverhältnis P ₂:P ₁ von 1,1 bis 1,3 und einem Luft­ durchsatz von

von 0,02 bis 0,13 betrieben, was Drehzahlen zwischen 40 000 und etwa 80 000 gleich­ kommt.

Der Verdichter selbst ist vorteilhaft ein Schaufelradver­ dichter mit axialer Zuführung der Ansaugluft, der, wie oben angeführt, eine Leistung bis zu 0,3 bar Überdruck abgibt.

Um den Vergaserüberdruck durch die zugeführte verdichtete Luft auszugleichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den radialen Abluftkanal des Verdichters und die Schwimmerkammer des Vergasers über eine Ausgleichsleitung miteinander zu verbinden, um gleiche statische Drücke herzustellen.

Die Lagerung des Verdichters muß den geforderten hohen Dreh­ zahlen angepaßt werden. Es wird daher eine Lagerung mit Hilfe einer Welle vorgeschlagen, die beidendig in Schrägschulter­ kugellagern läuft, an der das Laufrad des Verdichters ange­ ordnet ist. Die Schmierung dieses auf Umdrehungszahlen bis zu 9000/Min. ausgelegten Lagers erfolgt vorzugsweise drucklos aus einem Vorratsbehälter. Die Welle ist dazu in zwei Kugel­ lagern über zwei Distanzbüchsen gelagert, die einen Durch­ bruch zur Welle aufweisen, die mit der Schmierölzuleitung in Verbindung stehen und das verbrauchte Schmiermittel über eine Ausgleichsbohrung im Gehäuse nach außen abgeben.

Für Ultraleichtflugzeuge werden üblicherweise Zweitaktomoto­ ren verwendet, die über ein externes Ölgefäß verfügen, an das die Lagerschmierung angeschlossen sein kann.

Der Riementrieb, d. h. die große Riemenscheibe, ist erfin­ dungsgemäß in leichter Weise auf dem Starterkranz anzuordnen, wobei der Verdichter entsprechend ausgerichtet am Motorge­ häuse angeschraubt wird.

Als Riementrieb hat sich ein Flachriemen aus Polyurethange­ webe besonders bewährt. Insbesondere gefährdet dieser den Flugbetrieb bei Ausfall nicht, da beim Reißen des Bandes eine vollständige Trennung des Verdichters vom Motor erfolgt.

Die Versorgung des Vergasers mit vorverdichteter Luft kann in einfacher Weise durch eine Steuerklappe erfolgen, die im Ladedruckkanal zwischen Verdichter und Vergaseransaugstutzen anzuordnen ist. Die Klappe kann vom Piloten in Abhängigkeit vom angezeigten Luftdruck, d. h. vom Höhenmesser mit Hilfe eines Stellmechanismus den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden.

Um Leistungsverluste, die durch einständiges Mitlaufen des Verdichters entstehen, zu vermeiden, ist es im Sinne der vorliegenden Erfindung auch ohne weiteres möglich, zwischen der angetriebenen Scheibe des Riemenbetriebes und dem Ver­ dichterrad eine Kupplung vorzusehen, die nur bei Bedarf den Verdichter zuschaltet.

Die hohe Zeitstandfestigkeit bekannter Verdichter bzw. deren Lager läßt jedoch einen störungsfreien Betrieb auf Dauer zu. Insbesondere ist es durch eine einfache druckabhängige Mecha­ nik möglich, die Steuerklappe im Verdichterkanal druckab­ hängig, d. h. dichtehöhenabhängig automatisch zu betätigen.

Die Anordnung des erfindungsgemäßen Verdichters ist sowohl bei Zweitakt, als auch bei Viertaktmotoren mit Vorteil mög­ lich.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die vorliegende Erfin­ dung beispielhaft erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Motor mit Verdichter in Frontansicht.

Fig. 2 zeigt diesen in Seitenansicht.

Fig. 3 zeigt die Lagerung des Verdichters.

Fig. 4 zeigt den Druckausgleich des Vergasers.

In Fig. 1 ist der Motor 1 dargestellt, der vorne den Starter­ kranz 16 trägt. Mit dem Starterkranz 16 fest verbunden ist darauf die große Riemenscheibe 2 befestigt, die über den Flachriemen 4 die kleine Riemenscheibe 3 antreibt. Das Über­ setzungsverhältnis bzw. die geforderte Umdrehungszahl ist für das Verdichterrad relativ hoch, so daß zur Vergrößerung des Umschlingungswinkels zwischen den Riemenscheiben eine Umlenk­ rolle 18 angeordnet ist.

In Blickrichtung hinter der Riemenscheibe 3 ist das Gehäuse des Verdichters 5 dargestellt, zwischen denen der Lager­ bock 19 liegt, der das schnell laufende Verdichterlager be­ herbergt. Über den Lagerbock 19 kann der Verdichter und der Riementrieb am Motorblock befestigt werden.

Der Motor selbst besitzt für dessen Schmierung einen externen Ölbehälter 15 mit Zu- und Rücklaufleitungen 20, 21, an die (21) über ein T-Stück und eine Schlauchleitung 24 auch das Verdichterwellenlager versorgt werden kann. Mit 17 ist der Ladedruckkanal zwischen Verdichterausgang und Vergaser be­ zeichnet.

Fig. 2 zeigt diese Anordnung in Seitenansicht mit dem Starterkranz 16 und einem Distanzstück 22, auf dem die große Riemenscheibe 2 ruht und an die die Propellerwelle 23 für ein Flugzeug anschließt. Die kleine Riemenscheibe ist hier wegge­ lassen, sie ist an der im Lagerbock 19 gelagerten Verdichter­ welle befestigt bzw. über eine nicht dargestellte Rutsch­ kupplung lösbar mit dieser verbunden. Oben mündet die Schlauchleitung 24 in den Lagerbock 19 der über den Stutzen 25 entlüftet bzw. von Ölüberschuß befreit wird. Die Ölleitungen 20, 21 sind an den Ölvorratsbehälter 15 ange­ schlossen.

Das Verdichterlaufrad befindet sich in dem Verdichter 5, der axial mit Luftfilter versorgt wird und verdichtete Luft radial über den Ladedruckkanal 17 an den Vergaser abgibt.

Fig. 3 zeigt den Verdichter 5 mit einem axialen Anschluß 27, über den die angesaugte Luft dem Verdichterrad im Inneren des Verdichtergehäuses zugeführt wird.

Über das Verdichterrad gelangt die verdichtete Luft über die radiale Öffnung 28 letztlich in den Vergaser.

Das Verdichterrad ist über eine Welle 12 in einem Lager 13 mit Montagebohrungen 26 gelagert. Dieses besteht aus dem Lagerbock 19, den beiden Schrägschulterkugellagern 11 sowie den Distanzbüchsen 29. Die Distanzbüchsen weisen Durch­ brüche 30 auf, die einem Ölanschluß 31 zugeordnet sind, der wiederum über die Leitung 24 mit einem Ölvorratsbehälter für die Schmierung des schnell laufenden Lagers verbunden ist. Etwaiger Luftüberdruck oder abzuführendes Öl können das Lager über die Ausgleichsbohrung 14 veranlassen.

Auf der Welle 12 ist die kleine Flachriemenscheibe 3 befes­ tigt, die von dem PU-Gewebeflächenriemen 4 angetrieben wird.

Fig. 4 zeigt die Zuordnung von Verdichter 5 zum Vergaser 9.

An der radialen Öffnung 28 des Verdichters 5 ist der Lade­ druckkanal 17 befestigt, der wiederum an die Ausgangs­ öffnung 32 des Vergasers 9 angeschlossen ist.

Eine Druckausgleichsleitung 10 gleicht den Vergasersteuer­ druck aus, in dem sie den Schwimmerkammervordruck an den statischen Druck des Verdichterausgangs angleicht.

Im Ladedruckkanal bzw. am Verdichterausgang oder am Vergaser­ eingang ist eine an sich bekannte Drosselklappe angeordnet, wodurch dem Vergaser die gerade benötigte Luftmenge zugeführt werden kann.

Letztere kann auch beispielsweise dichtehöhenabhängig auto­ matisch gesteuert werden. Mit 33 ist die Benzin- oder bei Zweitaktmotoren die Gemischzuführung bezeichnet.

• Bezugszeichenliste:  1 Motor
   2, 3, 4 Riementrieb
   5 Verdichter
   6 axiale Luftzuführung
   7 radialer Abluftkanal
   8 Schwimmerkammer
   9 Vergaser
  10 Druckausgleichsleitung
  11 Schrägschulterkugellager
  12 Welle
  13 Lager
  14 Ausgleichsbohrung
  15 Ölvorratsbehälter
  16 Starterkranz
  17 Ladedruckkanal
  18 Umlenkrolle
  19 Lagerbock
  20 Zulauf
  21 Rücklauf
  22 Distanzstück
  23 Propellerwelle
  24 Schlauchleitung
  25 Stutzen
  26 Montagebohrungen
  27 Anschluß
  28 Öffnung
  29 Distanzbüchsen
  30 Durchbrüche
  31 Ölanschluß
  32 Ausgangsöffnung
  33 Benzinzufuhr

Claims (13)

1. Vergasermotor, insbesondere für Leichtflugzeuge, wie Ultraleichtflugzeuge und Motorsegler, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er einen von der Kurbelwelle des Motors (1) über vorzugsweise einen Riementrieb (2, 3, 4) angetriebenen Verdichter (5) aufweist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Riementrieb (2, 3, 4) ein Übersetzungsverhältnis von 1:8 bis 1:18 aufweist.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (5) ein Schaufelradverdichter mit axialer Zuführung (6) der Ansaugluft mit einer Leistung von etwa bis zu 0,3 bar Überdruck ist.

4. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abluftkanal (7) des Ver­ dichters (5) und die Schwimmerkammer (8) des Ver­ gasers (9) über eine Druckausgleichsleitung (10) mitein­ ander verbunden sind.

5. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (5) stirnseitig an einer für Drehzahlen bis 90 000 U/Min. geeigneten auf Schrägschulterkugellagern (11) laufender Welle (12) gelagert ist.

6. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (13) mit einer vorzugs­ weise drucklosen Ölschmierung verbunden ist und eine Ausgleichsbohrung (14) aufweist.

7. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (13) mit dem Ölvorratsbe­ hälter (15) des Motors (1) für dessen Wellenschmierung verbunden ist.

8. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe (2) für den Riementrieb auf dem Starterkranz (16) angeordnet ist.

9. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Riementrieb ein Flachriemen­ trieb, vorzugsweise mit einem Polyurethan-Geweberiemen (4) ist.

10. Motor nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß im Ladedruckkanal (17) zwischen Ver­ dichter (5) und Vergaser (9) eine Steuerklappe angeord­ net ist.

11. Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerklappe mit einem druckabhängigen Antrieb versehen ist.

12. Flugzeug mit Vergasermotor, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Verdichter nach Ansprüchen 1-14 ausgestattet ist.

13. Verwendung eines Verdichters zur Leistungserhöhung von Leichtflugzeugmotoren.