De nye retningslinjer inden automobil og flyvemotorteknikken

Indtil krigens begyndelse og lang tid under krigen var motorteknikken ikke bygget op paa et videnskapelig grundlag. Spørsmaal som: cylinderantall, kort eller langt slag, ventiler paa en eller begge sider osv. var for den storste del av fabrikanter og konstruktorer motespórsmaal, som blev tilpasset det kjépende publikums luner. Man próvet sig frem og tilbake og ændret hvert aar konstruksjonene ofte uten tek- nisk grund. Under krigen stillet imidlertid motorteknikken og særlig flyvemotorteknik- ken saa store krav til konstruktorene at disse blev tvunget til at beskjaftige sig sig med den videnskapelige utvikling av motorteknikken, og denne utvikles nu videre paa grundlag av de erfaringer som da blev vundet. Motorer med langt slag, smaa kom- presjonsrum ved anvendelse av ovenliggengende ventiler, anvendelse av godt ledende materialer, aluminiumsstempler, aluminiums- eylindre med indsatte eller indstopte forin- ger o.s.v. viser at der nu har fundet en nyorientering sted paa dette omraade.

Maalet er at frembringe stórst motor- ydelse pr. liter slagvolum under samtidig forbedring av den konomiske brandstofutnyttelse. Dette forutsatter fuldkommen forbranding, hoit tryk- og temperaturfald og minst mulig varmetap. Bensin antændes ved ca 460° C og bensol ved 520° C, og kompresjonstemperaturen maa derfor holdes lavere, da man av hensyn til driftssikkerheten maa undgaa ukontrollert selv- tanding. For de i motorer almindelig an- vendte brandstoffer vil selvtanding ikke finde sted uten forst at passere en fase av detonasjon. Detonasjonsfænomenet kan forklares paa folgende maate: Naar en blanding av kulvandstofgas og luft (surstof) komprimeres til et høit tryk og til en temperatur som narmer sig blandingens selvantændelsestemperatur, og blandingen antendes fra et bestemt punkt, vil flam- men forst spre sig fra dette punkt som ved normal forbrending og drive foran sig de uforbrandte deler av blandingen. Paa grund av denne kompresjonsstigning stiger temperaturen i de uforbrandte deler, og momentan tænding vil indtra, hvorved der dannes en eksplosionsbolge som paa kompresjonsrummets vagger vil virke som et slag. Likeledes vil trykket og derved temperaturen dkes for den fórste del som blev antandt, og dermed ogsaa tempera- turen i tandpunktene i en saadian grad at selvtanding vil finde sted.

Muligheten for detonasjon ahanger for- uten av kompresjonsforholdet av: kompre- sjonsrummets form, tandpluggenes antall og anbringelse, blandingens indlépstempe- ratur og til en viss grad av cylinderens temperatur, hvirveldannelsen og dens storrellse samt gasblandingens styrke. Ved an- vendelse av et kompakt kompresjonsrum d. v. s. en eylinder med ventiler i cylinder- hodet opnaaes en jevn forbranding og en storre hvirvelbevagelse av den indstrommende gasblanding, saaledes at muligheten min- skes for selvtanding foranlediget ved at en del av blandingen blir saa lange i beroring med de hete cylindervagger, tændplugger eller ekshaastventilen at den kan ophetes til selvantændelse. Anvendelsen av ceylindre med hangende ventiler medforer ogsaa anvendelsen av et avtagbart cylinderhode og muligheten av at stope den ovre halvdel av veivkassen og cylindrene i en blok. Derved opnaaes dels en minskelse av bearbeidelses- og monteringsomkostningene, dels den fordel at hver eylinders kraftydelse blir noiaktig utlignet i motoren.

I de ældre av en blok bestaaende moto- rer forbruktes en betydelig ydelse, fordi kompresjonsforholdene eller storrelsen av kompresjonsrummene var forskjellige. Det handte saaledes ofte at eylindrene i en stor motor kunde opvise indtil et par millimeters differanse i boringen, hvorved motoren hvor utbalansert den end blev gjort, fikk en haard og bankende gang. I motsætning hertil har motorer med avtagbart eylinderhode som overalt kan bearbeides med maskiner, noiaktig like store kompresjonsrum, saale- des at det er mulig at faa motoren noiaktig avbalansert. For at lette stopningen blir likeledes gasledninger og aapninger lagt i det mindre kompliserte eylinderhode. Ved hangende ventiler vil ogsaa aapningsarealet kunne gjores storre.end ved ventiller som er anbragt paa sidene, da ventilslaget kan gjóres storre og ventildiameteren blir storre, særlig hvis ventilene anbringes paa skraa i eylinderhodet.

Av stor betydning for en riktig forbran- ding er ogsaa tandpluggenes antall og stilling i cylinderen. Jo narmere tandplug- gen er forbrandingsrummets midte, desto hurtigere kan den hele blanding antandes, og desto jevnere blir trykket paa stemplel. Er avstanden mellem tandpluggen og den motstaaende eylindervag for stor, kan det forekomme at den storste del av gassen all- lerede driver stemplet ned, mens der i et avsides liggende hjorne ennu befinder sig uforbrandt gas. Denne kan da under ind- virkning av den hete gas antændes deto- rasjonsaktig og virker forstyrrende paa motorens jevne gang. Av forsok har det vist sig at detonasjonen var ved et minimum, naar to diametralt motsat, anbragte plugger anvendtes og ved et maksimum, naar der kun blev anvendt én plug paa samme side som indlopsventilen. Grunden herfor er at muligheten for detonasion av- hanger av den langde som flammen skal passere fra tandpunktet, og denne langde er praktisk talt den halve, naar to plugger paa diametralt motsatte sider av forbrendingsrummet anvendes. Av storst indflydelse paa varmetapet er foruten kompresjonsrummets form forholdet mellem dets volum og overflate. Den minste overflate i forhold til volumet har

kulen, og derefter kommer den eylinder hvis hpide er lik diameteren. For en eylin- der hvis hoide minst er lik eylinderens halve diameter er overflaten 6% stórre end over- flaten for en cylinder av samme rolum med hoide lik diameteren, men stiger derpaa raskt med avtagende hoide. Et eylindrisk forbrandingsrum hvis hoide minst er lik dets halve diameter, bor derfor tilstrabes og blir sammen med kompresjonsgraden be- stemmende for dimensjonering av boring og slag. Dette er narmere behandlet av prof. G. Becker i hans interessante arbeide «Vervollkommnung der Kraftfahrzeugmotoren durch, Leichtmetallkolben». Resultatet ar hans undersøkelser er, at jo større kompresjon der anvendes, desto stórre slag- langde maa motoren ha.

Forholdet mellem den utnyttede og den i brandstoffet indeholdte varmemangde, altsaa den termiske virkningsgrad, stiger med kompresjonsgraden. Ved en riktig konstruktiv utformning og anvendelse av hoit kompresjonstryk skulde en termisk virkningsgrad paa mellem 40-50% kunne opnaaes istedetfor nu maks. ea 32%. Imidlertid er kompresjonsgraden begranset av hensyn til blandingens selvantandelsestem- peratur eller motorens ophetningstempera- tur. Skal man kunne anvende hoi kompresjonsgrad uten fare for selvtanding, maa brandstofblandingen indfpres saa kold som mulig i cylinderne, saaledes at kompresjons- endetemperaturen holdes under brandstoffets antandelsestemperatur. Vanskeligere er det at undgaa selvtanding som folge av at motoren overhetes, da dette arhanger av de anvendte materialers termiske egenskaper og den konstruktive utformning. Under drift særlig ved fuld belastning i langere tid vil nemlig ekshaastventilen, stemplets midte, tandpluggene m. m. naa en meget hợi temperatur, og disse deler vil overfóre sine varmemangder til den del av blandin- gen som de er i kontakt med, hvorved der kan dannes lokale soner som kan ha sad hoi temperatur, at selvtanding vil finde sted. Der maa derfor sorges for en jevn og lav varmetilstand for alle de til kompresjonsrummet gransende deler ved anvendelse av

de riktige materialer og ved effektiv varme- avledning. Dette opnaaes forst og fremst ved anven- delse av aluminium. og magnesiumlegeringer til cylindre og stempler. Aluminium og magnesium har en varmeledningsevne som er 3-3½ ganger saa stor som for stopejern og staal. Desuten er det en anden egenskap som gjor disse lettmetaller specielt egnet som materiale i stemplet, nemlig liten varme- optagelse, ca 30% lavere end ved stópejern. Paa grund av den jevne og samtidig lave driftstemperatur og derav folgende mindre varmetap ved kjdling som opnaaes ved an- vendelse av lettmetallegeringer, har disse

fundet en utstrakt anvendelse i flyvemotor- teknikken og i de siste aar ogsaa i automo- bilteknikken, og man kan med god grund paastaa at motorer som ihvertfald ikke har lettmetalstempler, er mindreværdige. En videre fordel ved lettmetalstempler er den

bedre kjsling av oljen, hvilket er av særlig betydning ved flyvemotorer, og endelig den lavere vekt hvorved opnaaes en mere vibra- #jonsfri gang og derav folgende formin1- skelse av lagertrykkene, altsaa forhpielse av motorens levetid, storre omdreiningstall og kompresjonsmulighet. Ved at de svingende masser faar en mindre vekt opnaaes en smidigere gang, eller med andre ord omdrei- ningstallet kan varieres hurtigere hvilket ved automobiler gir en okning i giennemsnitshastigheten. 1 flyvemotorteknikkens forste aar blev

flyvemotorene konstruert og fabrikert paa grundlag av de erfaringer man hadde fra automobilmotorteknikken. Kravel var da

at opnaa stórst mulig ydelse: forhold til konstruksjonsvekten. Liten konstruksjons- vekt opnaaddes ved utelukkende anvendelse av materialer som tillot store paakjendinger. Flyvemotorkonstruktorene har imidlertid i de siste aar slaat ind paa nye veier og soker nu at opnaa en liten konstruksjonsvekt og samtidig stor driftssikkerhet ikke bare ved anvendelse av de beste materialer, men ogsaa ved den beste utnyttelse av materialet. Jo storre del av motorens totale konstruksjonsvekt der staar under stadig paakjending (belastning), desto lettere blir motoren. Et for flyvemotorkonstruktorene viktig moment er opfyldelsen av de Wöhlerske lover. Efter disses punkt 1 skaanes materialet mest naar der anvendes hvilende, konstant belastning Dette kan imidlertid ikke komme til anven- delse ved motorer, men man maa tilstrabe at bringe til anvendelse punkt 2 i de Wöhler- ske lover efter hvilke de maksimale belast- ninger veksler med nulbelastninger, saaledes at de belastede faser avlastes til nul, men aldrig faar motsat paakjending. Derved kan hoiere materialpaakjendinger anvendes uten at driftssikkerheten minskes. Efter

punkt 3 i de navnte lover blir materialet i en retning maks. belastet, hvorpaa det av- lastes til nul og derpaa belastet i motsat

retning. Derved paakjendes materialfasene snart paa tryk og snart paa strak, hvorved den tilladelige materialpaakjending selv ved de beste materialer maa holdes relativt lavt. Disse forhold er sammen med hensynet til

en fuldkommen masseutligning uten kipp- momenter og anvendelsen av store omdrei- ningstall avgiprende for valg av eylinder- anordning, cylinderantall, ventilstyring osv.

Den store utvikling som flyvemotorene har gjennemgaat, sarlig den gruppe av disse som gaar under navn av hoidemotorer, har frembragt nye tanker og angit nye veier for motorteknikken. Under krigen blev der

stillet overordentlig store krav til flyvemotorkonstruktorene. Der blev forlangt sta- dig stórre og storre ydelser. Ydelsen pr cy- linder blev stadig oket enten ved forokelse ay omdreiningstallet eller ved at oke det midlere tryk, altsaa ved anvendelsen av bpiere kompresjonstryk. Nu er imidlertid som nævnt kompresjonen begrenset av hensyn til selvtanding. Man kan dog ved strupning sœnke cylinderens varmetilstand saa meget at selvtanding ikke indtrar. Kom- presjonsgraden blev derfor valgt saa hoi at selvtanding saavidt blev undgaat, naar mo- toren blev regulert ned paa normal ydelse, og med stigende hoide blev forgasseren efterhvert aapnet. Paa denre maate kunne indtil en bestemt hoide motorens ydelse ved likeholdes. Motorydelsen avhanger nemlig

av luftens specifike vekt, og denne avtar med stigende hoide, saaledes at fyldningen og likeledes kompresjonen blir mindre. Skal derfor motorens ydelse vedlikeholdes til en• bestemt hoide, maa der sorges for at motoren indtil denne hoide tilfpres luft av samme tryk. Dette kan man opnaa enten ved at motoren under denne hoide kun arbeider med luft av en til bpiden svarende tathet,

eller man tilforer den forkomprimert luft,

hvis tathet kan vedlikeholdes til denne hoide ved regulering. I det folgende skal disse metoder narmere omtales.

Overdimensjonerte motorer med hoi kompresjonsgrad.

Den enkleste form for en motor med kon- stant ydelse opviser motorer med overdi- mensjonert slagvolum, de saakaldte overdi- mensjonerte motorer. Da cylinderindholdet

vokser kvadratisk med stempeldiameteren, men ladevekten er proporsjonal med luftens tathet, maa stempeldiameteren for en saadan motor tilta proporsjonalt med kva- dratroten av forholdet mellem luftens tæthet i vedkommende hpide og luftens tathet nede ved jorden. Skal f. eks. motoren be- holde samme ydelse i ca 6000 m hpide, hvil- ket svarer omtrent til en tathet lik den halve av luftens tæthet nede ved jorden,

saa maa stempeldiameteren vare ⁠<math> \sqrt{1/1/2} </math>⁠. 1

1 V2

ganger den normale stempeldiameter. I vir- keligheten strakker ikke denne forhpielse av stempeldiameteren til for at vedlikeholde motorens ydelse til denne hfide, da indsug- ningen i den tynde luft blir daarhgere. Stempeldiameteren maa derfor i praksis okes

ennu mere.

Paa samme maate som stempeldiameteren kan naturligvis ogsaa slaget forpkes. Da

imidlertid eylinderindholdet tiltar proporsionalt med slaglangden, saa maatte en

hoidemotor med forlanget slag for at kunne vedlikeholde sin ydelse i en hoide hvor luf- tens tathet var den halve av luftens tathet ned ved jorden, behóve en dobbelt saa stor slaglangde. Forgkelsen av slagvolumet kan naturligvis ogsaa muliggjores ved samtidig fordkelse av stempelflaten og slaget. Ved maskiner av denne art indtrar der

imidlertid mange vanskeligheter. Ved for- okelse av stempeldiameteren i motorer av normal konstruksjon blir stempelbunden

paa grund av den store diameter lett gló- dende. Ved motorer med forgket slaglangde

blir maskinens hoide betydelig foroket og dermed ogsaa dens vekt. Samtidig med fore gkelsen av slagvolumet maa ogsaa ventiltvert snittene forgkes, og der indtrar derfor lett

V vanskeligheter med ventilene. Desuten ard beider disse motorer ikke skonomisk. For

at undgaa disse vanskeligheter og særlig for

d at opnaa storst mulig momentan og vidtgaad ende overbelastning ved lavest mulig vekt,

kan man i forbindelse med overdimensjoit nering ogsaa anvende overkompresjon, hvor-

)- ved det nodvendige slagvolum forminskes

е, tilsvarende. Derved blir eylinderens byggen hoide mindre. Den herav resulterende vekt-.

le besparelse virker i flere retninger. I sar- deleshet blir enhetsvekten kg/HK for hpide-