Gestaltung und Konstruktion
Die grundlegenden Hauptkomponenten eines Hubkolbenmotors sind Kurbelgehäuse, Zylinder, Kolben, Pleuelstangen, Ventile, Ventilbetätigungsmechanismus und Kurbelwelle. Im Kopf jedes Zylinders befinden sich die Ventile und Zündkerzen. Eines der Ventile befindet sich in einem Durchgang, der vom Ansaugsystem wegführt; der andere befindet sich in einem Durchgang, der zum Abgassystem führt. In jedem Zylinder befindet sich ein beweglicher Kolben, der über eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle verbunden ist.
Kurbelgehäuseabschnitte
Das Fundament eines Motors ist das Kurbelgehäuse. Es enthält die Lager und Lagerböcke, in denen sich die Kurbelwelle dreht. Abgesehen davon, dass es sich selbst trägt, muss das Kurbelgehäuse eine dichte Einschließung für das Schmieröl bereitstellen und muss verschiedene äußere und innere Mechanismen des Motors stützen. Es bietet auch Unterstützung für die Befestigung der Zylinderanordnungen und des Triebwerks am Flugzeug. Sie muss ausreichend steif und stark sein, um eine Fehlausrichtung der Kurbelwelle und ihrer Lager zu verhindern. Gegossene oder geschmiedete Aluminiumlegierungen werden im Allgemeinen für die Konstruktion von Kurbelgehäusen verwendet, da sie leicht und fest sind. Das Kurbelgehäuse ist vielen Variationen von mechanischen Belastungen und anderen Kräften ausgesetzt. Da die Zylinder an dem Kurbelgehäuse befestigt sind, neigen die auf den Zylinder wirkenden enormen Kräfte dazu, den Zylinder aus dem Kurbelgehäuse zu ziehen. Die unausgeglichenen Flieh- und Trägheitskräfte der Kurbelwelle, die über die Hauptlager wirken, beaufschlagen das Kurbelgehäuse mit Biegemomenten, die sich ständig in Richtung und Größe ändern. Das Kurbelgehäuse muss eine ausreichende Steifigkeit aufweisen, um diesen Biegemomenten ohne größere Durchbiegungen standzuhalten.
Wenn der Motor mit einem Propeller-Untersetzungsgetriebe ausgestattet ist, werden die Vorder- oder Antriebsseite zusätzlichen Kräften ausgesetzt. Zusätzlich zu den Schubkräften, die der Propeller bei hoher Ausgangsleistung entwickelt, wirken starke Zentrifugal- und Kreiselkräfte auf das Kurbelgehäuse ein aufgrund plötzlicher Änderungen der Flugrichtung, wie sie beispielsweise während Manövern des Flugzeugs auftreten. Kreiselkräfte sind besonders stark, wenn ein schwerer Propeller installiert ist. Zur Aufnahme von Fliehkräften wird im Nasenbereich ein großes Fliehkraftlager eingesetzt.
Die Form der Nase oder Vorderseite des Kurbelgehäuseabschnitts variiert beträchtlich. Im Allgemeinen ist es entweder konisch oder rund. Je nach Art des Hubkolbenmotors variiert der Nasen- oder Frontbereich des Kurbelgehäuses etwas. Wenn der Propeller direkt von der Kurbelwelle angetrieben wird, wird weniger Fläche für dieses Bauteil des Motors benötigt. Die Kurbelgehäuse, die bei Motoren mit gegenüberliegenden oder Reihenzylinderanordnungen verwendet werden, variieren in der Form für die verschiedenen Motortypen, aber im Allgemeinen sind sie ungefähr zylindrisch. Eine oder mehrere Seiten sind mit einer Oberfläche versehen, um als Basis zu dienen, an der die Zylinder mittels Kopfschrauben, Bolzen oder Stehbolzen befestigt werden. Diese genau bearbeiteten Oberflächen werden häufig als Zylinderklötze bezeichnet.
Wenn der Propeller von einem Untersetzungsgetriebe angetrieben wird (Zahnräder, die die Geschwindigkeit des Propellers weniger verlangsamen als der Motor), wird mehr Platz benötigt, um die Untersetzungsgetriebe unterzubringen. Ein verjüngter Nasenabschnitt wird ziemlich häufig bei Direktantriebsmotoren mit geringer Leistung verwendet, da kein zusätzlicher Platz benötigt wird, um die Propelleruntersetzungsgetriebe unterzubringen. Kurbelgehäuse-Nasenabschnitte werden normalerweise entweder aus einer Aluminiumlegierung oder aus Magnesium gegossen. Der Kurbelgehäuse-Nasenabschnitt bei Motoren mit einer Leistung von 1.000 bis 2.500 PS ist normalerweise größer, um Untersetzungsgetriebe aufzunehmen, und manchmal gerippt, um so viel Festigkeit wie möglich zu erzielen.
Der Regler wird verwendet, um die Propellerdrehzahl und den Blattwinkel zu steuern. Die Montage des Propellerreglers variiert. Bei manchen Motoren befindet er sich am hinteren Teil, was jedoch aufgrund des Abstands zwischen Regler und Propeller den Einbau erschwert, insbesondere wenn der Propeller mit Öldruck betrieben oder gesteuert wird. Wenn hydraulisch betriebene Propeller verwendet werden, empfiehlt es sich, den Regler am Bugteil so nah wie möglich am Propeller zu montieren, um die Länge der Ölkanäle zu reduzieren. Der Regler wird dann entweder von Zahnradzähnen am Umfang des Glockenrads oder durch andere geeignete Mittel angetrieben. Diese Grundanordnung wird auch für Turboprops verwendet.
Bei einigen der größeren Sternmotoren befindet sich am unteren Ende des Nasenabschnitts eine kleine Kammer zum Sammeln des Öls. Dies wird als Ölsumpf des Nasenabschnitts bezeichnet. Da der Nasenabschnitt viele unterschiedliche Kräfte auf das Hauptkurbelgehäuse oder den Leistungsabschnitt überträgt, muss er richtig befestigt werden, um die Lasten effizient zu übertragen.
Die bearbeiteten Oberflächen, auf denen die Zylinder montiert sind, werden als Zylinderauflagen bezeichnet. Sie sind mit einem geeigneten Mittel zum Halten oder Befestigen der Zylinder am Kurbelgehäuse versehen. Die allgemeine Praxis beim Befestigen des Zylinderflansches an der Unterlage besteht darin, Stehbolzen in Gewindelöchern im Kurbelgehäuse zu montieren. Der innere Teil der Zylinderbeläge ist manchmal abgeschrägt oder verjüngt, um die Installation eines großen Gummi-O-Rings um den Zylindermantel herum zu ermöglichen, der die Verbindung zwischen dem Zylinder und den Kurbelgehäusebelägen wirksam gegen Ölleckage abdichtet.
Da Öl um das Kurbelgehäuse geschleudert wird, insbesondere bei umgekehrten Reihen- und Sternmotoren, erstrecken sich die Zylindermäntel über eine beträchtliche Strecke in die Kurbelgehäuseabschnitte, um den Ölstrom in die umgekehrten Zylinder zu verringern. Die Kolben- und Ringbaugruppen müssen so angeordnet sein, dass sie das direkt hineinspritzende Öl wegschleudern.
Befestigungsansätze sind um den Umfang der Rückseite des Kurbelgehäuses oder des Diffusorabschnitts eines Sternmotors herum beabstandet. Diese werden verwendet, um die Triebwerksanordnung an der Triebwerkshalterung oder dem Rahmen zu befestigen, der zum Befestigen des Triebwerks am Rumpf eines einmotorigen Flugzeugs oder an der Flügelgondelstruktur eines mehrmotorigen Flugzeugs vorgesehen ist. Die Befestigungslaschen können entweder in das Kurbelgehäuse oder den Diffusorabschnitt integriert oder abnehmbar sein, wie im Fall von flexiblen oder dynamischen Motorhalterungen.
Die Montageanordnung trägt das gesamte Triebwerk einschließlich des Propellers und ist daher so ausgelegt, dass es ausreichend Kraft für schnelle Manöver oder andere Belastungen bietet. Aufgrund der Ausdehnung und Kontraktion der Zylinder sind die Ansaugrohre, die das Gemisch von der Diffusorkammer durch die Einlassventilöffnungen befördern, so angeordnet, dass sie eine Gleitverbindung bilden, die lecksicher sein muss. Der atmosphärische Druck an der Außenseite des Gehäuses eines nicht aufgeladenen Motors ist höher als an der Innenseite, insbesondere wenn der Motor im Leerlauf läuft. Wenn der Motor mit einem Kompressor ausgestattet ist und auf Vollgas betrieben wird, ist der Druck im Inneren des Gehäuses erheblich höher als außerhalb des Gehäuses. Wenn die Slip-Joint-Verbindung leicht undicht ist, kann der Motor aufgrund einer leichten Abmagerung des Gemischs schnell im Leerlauf laufen. Wenn das Leck ziemlich groß ist, kann es sein, dass es überhaupt nicht im Leerlauf läuft.
Bei offener Drosselklappe würde ein kleines Leck beim Betrieb des Motors wahrscheinlich nicht wahrnehmbar sein, aber die leichte Abmagerung des Kraftstoff/Luft-Gemisches könnte ein Klopfen oder eine Beschädigung der Ventile und Ventilsitze verursachen. Bei einigen Sternmotoren hat das Ansaugrohr eine beträchtliche Länge und bei einigen Reihenmotoren steht das Ansaugrohr im rechten Winkel zu den Zylindern. In diesen Fällen eliminiert die Flexibilität des Ansaugrohrs oder seiner Anordnung die Notwendigkeit einer Gleitverbindung. In jedem Fall muss das Ansaugsystem des Motors so angeordnet sein, dass es keine Luft entweichen lässt und das gewünschte Kraftstoff/Luft-Verhältnis ändert. Die leichte Neigung des Kraftstoff-Luft-Gemisches kann jedoch zu Detonationen oder Schäden an den Ventilen und Ventilsitzen führen. Bei einigen Sternmotoren hat das Ansaugrohr eine beträchtliche Länge und bei einigen Reihenmotoren steht das Ansaugrohr im rechten Winkel zu den Zylindern. In diesen Fällen eliminiert die Flexibilität des Ansaugrohrs oder seiner Anordnung die Notwendigkeit einer Gleitverbindung.
In jedem Fall muss das Ansaugsystem des Motors so angeordnet sein, dass es keine Luft entweichen lässt und das gewünschte Kraftstoff/Luft-Verhältnis ändert. Die leichte Neigung des Kraftstoff-Luft-Gemisches kann jedoch zu Detonationen oder Schäden an den Ventilen und Ventilsitzen führen. Bei einigen Sternmotoren hat das Ansaugrohr eine beträchtliche Länge und bei einigen Reihenmotoren steht das Ansaugrohr im rechten Winkel zu den Zylindern. In diesen Fällen eliminiert die Flexibilität des Ansaugrohrs oder seiner Anordnung die Notwendigkeit einer Gleitverbindung. In jedem Fall muss das Ansaugsystem des Motors so angeordnet sein, dass es keine Luft entweichen lässt und das gewünschte Kraftstoff/Luft-Verhältnis ändert.
Zubehörbereich
Der (hintere) Zubehörabschnitt ist normalerweise eine Gusskonstruktion, und das Material kann entweder eine Aluminiumlegierung sein, die am häufigsten verwendet wird, oder Magnesium, das bis zu einem gewissen Grad verwendet wurde. Bei manchen Motoren ist es in einem Stück gegossen und mit Vorrichtungen zum Anbringen des Zubehörs wie Zündmagnete, Vergaser, Kraftstoff, Öl, Vakuumpumpen, Anlasser, Lichtmaschine, Drehzahlmesserantrieb usw. an den verschiedenen erforderlichen Stellen versehen, um die Zugänglichkeit zu erleichtern . Weitere Adaptionen bestehen aus einem Gussteil aus einer Aluminiumlegierung und einer separaten Abdeckplatte aus Magnesiumguss, auf der die Zubehöraufnahmen angeordnet sind. Zubehör-Antriebswellen werden in geeigneten Antriebsanordnungen montiert, die zu den Zubehör-Montagepads geführt werden. Auf diese Weise können die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse angeordnet werden, um Magnetzündern, Pumpen,
Zubehör-Zahnradzüge
Getriebezüge, die sowohl Stirnrad- als auch Kegelradgetriebe enthalten, werden in den verschiedenen Motortypen zum Antrieb von Motorkomponenten und Zubehör verwendet. Stirnradgetriebe werden im Allgemeinen verwendet, um die schwerer belasteten Zubehörteile oder solche anzutreiben, die das geringste Spiel oder Spiel im Getriebezug erfordern. Kegelräder ermöglichen eine winklige Positionierung von kurzen Stummelwellen, die zu den verschiedenen Zubehör-Montagepads führen. Bei gegenläufigen Hubkolbenmotoren sind die Zubehör-Getriebezüge normalerweise einfache Anordnungen. Viele dieser Motoren verwenden einfache Getriebezüge, um das Zubehör des Motors mit der richtigen Geschwindigkeit anzutreiben.
