Рукавный клапан

Информацию о золотниковом клапане, используемом в системах водоснабжения, см. в разделе Регулировочный клапан (вода) . Информацию о гильзе цилиндра см. в разделе «Цилиндр (двигатель) § Гильза цилиндра» .

Рукавный клапан крупным планом от Bristol Centaurus Mark 175.

Бристоль Персей

Манжетный клапан — это тип клапанного механизма для поршневых двигателей , отличный от обычного тарельчатого клапана . Двигатели с золотниковыми клапанами использовались в ряде до Второй мировой войны роскошных автомобилей , а также в Соединенных Штатах в Willys-Knight легковых автомобилях и легких грузовиках . Впоследствии они вышли из употребления из-за достижений в технологии тарельчатых клапанов, включая натриевое охлаждение, а также из-за склонности двигателя с двойным рукавом системы Knight сжигать много смазочного масла или заедать из-за его отсутствия. Шотландская компания Argyll использовала в своих автомобилях собственную, гораздо более простую и эффективную одногильзовую систему (Burt-McCollum), систему, которая после обширных разработок нашла широкое применение в британских авиационных двигателях 1940-х годов, таких как Napier Sabre. , Bristol Hercules , Centaurus и многообещающий, но так и не производившийся серийно Rolls-Royce Crecy , который был вытеснен реактивными двигателями.

Описание

Рукавный клапан имеет форму одного (или в случае двухстворчатых клапанов двух) механически обработанных цилиндров, которые устанавливаются концентрично между поршнем и отверстием блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания с поперечным потоком впуска/выхлопа. Эти втулки имеют впускные и выпускные отверстия, обработанные по периферии, аналогично двухтактному двигателю. Порты (отверстия) по периферии гильз совпадают с впускными и выпускными отверстиями цилиндра на соответствующих этапах цикла двигателя.

Типы золотниковых клапанов

Рыцарский клапанный двигатель

Первый успешный золотниковый клапан был запатентован Чарльзом Йельским Найтом , и в нем использовались две поршневые втулки на цилиндр. Он использовался в некоторых роскошных автомобилях, особенно Willys , Stearns, Daimler , Mercedes-Benz , Minerva , Panhard , Peugeot и Avions Voisin . Морс принял на вооружение двигатели с двойным клапаном производства Минервы. Повышенный расход масла был сильно перевешен бесшумностью работы и очень большими пробегами без обслуживания. Ранние системы тарельчатого клапана требовали декарбонизации при очень небольших пробегах и были склонны к выходу из строя клапанной пружины до более поздних достижений в технологии пружин.

Однорычажный клапан Argyll

Рукавовый клапан Берта -МакКоллума был назван в честь двух изобретателей, которые подали заявки на аналогичные патенты с разницей в несколько недель. Система Берта представляла собой открытую гильзу с приводом со стороны коленчатого вала, в то время как конструкция Макколлума имела гильзу в головке и верхней части цилиндра, а также более сложное расположение портов (Источник: Журнал «Torque Meter», AEHS). Дизайн, поступивший в производство, был скорее «Бертом», чем «Макколлумом». Его использовала шотландская компания Argyll для своих автомобилей. и позже был принят на вооружение Бристоля для своих радиальных авиационных двигателей и разработанного Хэлфордом Napier Sabre. В нем использовалась единственная втулка, приводимая в движение эксцентриком от оси газораспределительного механизма, установленной под углом 90 градусов к оси цилиндра. Механически более простой и прочный, клапан Берта-МакКоллума имел дополнительное преимущество, заключающееся в снижении расхода масла (по сравнению с другими конструкциями золотниковых клапанов), сохраняя при этом камеры сгорания и большую, незагроможденную зону отверстий, установленную в системе Knight .

В небольшом количестве конструкций вместо самого цилиндра использовалась манжетная втулка в головке блока цилиндров. обеспечивающий более «классическую» компоновку по сравнению с традиционными тарельчатыми двигателями. Преимущество этой конструкции также заключалось в отсутствии поршня внутри гильзы, хотя на практике это, по-видимому, не имело большого практического значения. С другой стороны, такое расположение ограничивало размер отверстий головкой блока цилиндров, тогда как гильзы цилиндров могли иметь отверстия гораздо большего размера.

Преимущества/недостатки

Преимущества

Основными преимуществами золотникового двигателя являются:

• Высокая объемная эффективность благодаря очень большим отверстиям портов. Сэр Гарри Рикардо также продемонстрировал лучшую механическую и термическую эффективность .
• Размер портов можно легко контролировать. Это важно, когда двигатель работает в широком диапазоне оборотов , поскольку скорость, с которой газ может входить в цилиндр и выходить из него, определяется размером канала, ведущего к цилиндру, и варьируется в зависимости от куба оборотов в минуту. Другими словами, при более высоких оборотах двигателю обычно требуются отверстия большего размера, которые остаются открытыми в течение большей части цикла; этого довольно легко добиться с помощью золотниковых клапанов, но сложно в системе тарельчатых клапанов.
• Хорошая очистка выхлопных газов и контролируемое завихрение впускной топливовоздушной смеси в однорукавных конструкциях. Когда впускные каналы открываются, топливовоздушная смесь может попадать в цилиндр по касательной. Это помогает продувке, когда используется перекрытие времени выхлопа/впуска и требуется широкий диапазон скоростей, тогда как плохая продувка выхлопных клапанов тарельчатого клапана может в большей степени разбавлять впускную смесь свежего воздуха и топлива, поскольку в большей степени зависит от скорости (в основном полагаясь на систему выхлопа/впуска). резонансная настройка для разделения двух потоков). Большая свобода конструкции камеры сгорания (несколько ограничений, кроме расположения свечей зажигания) означает, что завихрение топливно-воздушной смеси в верхней мертвой точке (ВМТ) также можно лучше контролировать, что позволяет улучшить воспламенение и перемещение пламени, что, как продемонстрировал Х. Рикардо. , допускает как минимум одну дополнительную единицу степени сжатия до детонации по сравнению с двигателем с тарельчатым клапаном.
• Камера сгорания, выполненная с гильзой в верхней части ее хода, идеальна для полного, бездетонационного сгорания шихты, поскольку ей не приходится бороться с нарушенной формой камеры и горячими выхлопными (тарельчатыми) клапанами.
• В системе золотниковых клапанов не задействованы пружины, поэтому мощность, необходимая для работы клапана, остается в основном постоянной в зависимости от оборотов двигателя, а это означает, что систему можно использовать на очень высоких скоростях без каких-либо штрафов за это. Проблема высокоскоростных двигателей, в которых используются тарельчатые клапаны, заключается в том, что по мере увеличения частоты вращения двигателя скорость перемещения клапана также должна увеличиваться. Это, в свою очередь, увеличивает нагрузки из-за инерции клапана, который необходимо быстро открыть, остановить, затем изменить направление движения, закрыть и снова остановить. Большие тарельчатые клапаны, обеспечивающие хороший поток воздуха, имеют значительную массу и требуют сильной пружины для преодоления инерции при закрытии. На более высоких оборотах двигателя пружина клапана может оказаться неспособной эффективно закрыть клапан на требуемую величину поворота коленчатого вала перед следующим событием открытия, что приведет к невозможности полностью закрыть клапан и/или остаться закрытым. Вибрация гармонической частоты, возникающая при определенных оборотах, также может вызвать резонанс с пружиной тарельчатого клапана, что значительно снижает прочность ее пружины и способность быстро и поддерживать клапан закрытым, а также правильно синхронизироваться с возвратно-поступательной массой (этому явлению можно противостоять, используя двойные клапанные пружины в качестве вторичной пружины могут помочь первичной пружине в очень узком диапазоне оборотов, где может возникнуть такой гармонический отказ, позволяя двигателю продолжать наращивать обороты). Эти эффекты, называемые Плавание клапана и/или подпрыгивание клапана может привести к удару по клапану верхней частью поднимающегося поршня. Кроме того, в конструкции золотниковых клапанов можно исключить распределительные валы, толкатели и коромысла клапанов, поскольку золотниковые клапаны обычно приводятся в движение одной шестерней, приводимой в движение коленчатым валом. В авиационном двигателе это обеспечило желаемое снижение веса и сложности.
• Долговечность, продемонстрированная в первых автомобильных применениях двигателя Найта. До появления этилированного бензина тарельчатые двигатели обычно требовали шлифовки клапанов и седел клапанов после пробега от 20 000 до 30 000 миль (от 32 000 до 48 000 км). Рукавные клапаны не пострадали от износа и рецессии, вызванных повторяющимися ударами тарельчатого клапана о его седло. Рукавные клапаны также подвергались менее интенсивному нагреву, чем тарельчатые клапаны, из-за большей площади контакта с другими металлическими поверхностями. В двигателе Найта накопление нагара фактически помогло улучшить уплотнение гильз, причем двигатели, как говорят, «улучшаются по мере использования», в отличие от двигателей с тарельчатыми клапанами, которые теряют сжатие и мощность в виде клапанов, стержней клапанов и направляющих. носить. Из-за непрерывного движения втулки (типа Берта-МакКоллума) высокие точки износа, связанные с плохой смазкой в ​​ВМТ/НМТ ( нижней мертвой точке ) хода поршня внутри цилиндра, подавляются, поэтому кольца и цилиндры служат намного дольше.
• Головка блока цилиндров не требует наличия клапанов, что позволяет разместить свечу зажигания в наилучшем месте для эффективного воспламенения горючей смеси. Для очень больших двигателей, где скорость распространения пламени ограничивает как размер, так и скорость, завихрение, создаваемое портами, как описано Гарри Рикардо, может быть дополнительным преимуществом. В своих исследованиях двухтактных одноклапанных двигателей с воспламенением от сжатия Гарри Рикардо доказал, что открытая гильза возможна, действуя как второй кольцевой поршень с 10% площади центрального поршня, который передает 3% мощности на выходной вал. через приводной механизм втулки. Это значительно упрощает конструкцию, поскольку « мусорная голова » больше не нужна.
• Снижение рабочих температур всех силовых частей двигателя, цилиндров и поршней. Гарри Рикардо показал, что, пока зазор между гильзой и цилиндром достаточно выровнен, а пленка смазочного масла достаточно тонкая, гильзы «прозрачны для нагрева».
• Компания Continental в США провела обширные исследования двигателей с одним клапаном, отметив, что в конечном итоге они стали дешевле и проще в производстве. Однако их авиационные двигатели вскоре сравнялись по характеристикам с одноклапанными двигателями благодаря внедрению таких усовершенствований, как тарельчатые клапаны с натриевым охлаждением. Похоже также, что затраты на эти исследования, а также кризис октября 1929 года привели к созданию Continental одноклапанного двигателя. -гильзоклапанные двигатели не поступают в серийное производство. В книге о двигателях Continental сообщается, что General Motors проводила испытания двигателей с одним клапаном, отвергая такую ​​конструкцию. и, по словам М. Хьюленда ( Car & Driver , июль 1974 г.), также Ford примерно в 1959 г. .

Большинство этих преимуществ были оценены и установлены в 1920-х годах Роем Федденом и Гарри Рикардо, возможно, величайшими сторонниками двигателей с золотниковыми клапанами. Он признал, что некоторые из этих преимуществ были значительно подорваны по мере улучшения качества топлива до и во время Второй мировой войны, а также по мере того, как выпускные клапаны с натриевым охлаждением были внедрены в авиационные двигатели высокой мощности.

Недостатки

Одномуфтовый клапан имел ряд недостатков:

• Идеальной, даже очень хорошей, герметизации добиться сложно. В тарельчатом двигателе поршень имеет поршневые кольца (не менее трех, а иногда и восьми), которые образуют уплотнение с отверстием цилиндра. Во время периода «обкатки» (известного в Великобритании как «обкатка») любые недостатки одного зачищаются на другом, что приводит к хорошей подгонке. Однако этот тип «обкатки» невозможен в двигателе с золотниковым клапаном, поскольку поршень и втулка движутся в разных направлениях, а в некоторых системах даже вращаются относительно друг друга. В отличие от традиционной конструкции, дефекты поршня не всегда совпадают с одной и той же точкой на гильзе. В 1940-х годах это не вызывало серьезного беспокойства, поскольку стержни тарельчатых клапанов того времени обычно протекали значительно сильнее, чем сегодня, так что в любом случае расход масла был значительным. К одному из одноклапанных двигателей Argyll 1922–1928 годов, 12, четырехцилиндровому двигателю объемом 91 куб.см. дюймов (1491 куб.см), расход масла составил один галлон на 1945 миль, и 1000 миль на галлон масла в четырехцилиндровом двигателе 15/30 объемом 159 куб. дюймов (2610 куб.см). Некоторые предлагали добавить кольцо в основание гильзы, между гильзой и стенкой цилиндра, или кольцо Дайкса на «мусорную головку». Одноклапанные двигатели имели репутацию гораздо менее дымных, чем двигатели Daimler с двигателями аналогов двигателей Knight с двумя рукавами.
• Проблема высокого расхода масла, связанная с двухмуфтовым клапаном Knight, была решена с помощью однорукавного клапана Burt-McCollum, усовершенствованного компанией Bristol. Модели, имевшие сложную « мусорную головку », устанавливали на нее обратный продувочный клапан; поскольку жидкости не могут быть сжаты, присутствие масла в свободном пространстве может привести к проблемам. В верхней мертвой точке (ВМТ) однорукавный клапан вращается относительно поршня. Это предотвращает проблемы с граничной смазкой, поскольку износ гребней поршневых колец в ВМТ и нижней мертвой точке (НМТ) не происходит. Срок службы Bristol Hercules между капитальными ремонтами (TBO) оценивался в 3000 часов, что очень хорошо для авиационного двигателя, но не для автомобильных двигателей. Износ гильзы располагался преимущественно в верхней части, внутри «барахловой головки».
• Неотъемлемым недостатком является то, что поршень на своем пути частично закрывает каналы, что затрудняет прохождение газов во время критического перекрытия фаз впускного и выпускного клапанов, обычного в современных двигателях. Издание в 1954 году книги Гарри Рикардо «Высокоскоростной двигатель внутреннего сгорания» , а также некоторые патенты на производство золотниковых клапанов указывают на то, что доступная зона для отверстий во втулке зависит от типа привода втулки и соотношения диаметр/ход поршня; Рикардо успешно протестировал концепцию «открытой гильзы» в некоторых двухтактных двигателях с воспламенением от сжатия. Это не только устранило кольца головки, но также позволило уменьшить высоту двигателя и головки, тем самым уменьшив лобовую площадь авиационного двигателя, при этом вся окружность гильзы была доступна для зоны выпускного отверстия, а втулка действовала синхронно с поршень образует кольцевой поршень площадью около 10% площади поршня, что обеспечивает около 3% мощности, передаваемой через механизм привода втулки на коленчатый вал. Инженер немецкого происхождения Макс Бентеле , изучив британский золотниковый авиационный двигатель (вероятно, « Геркулес» ), жаловался, что для этого двигателя требуется более 100 шестерен, слишком много, на его вкус.
• Серьезная проблема с большими однорукавными авиационными двигателями заключается в том, что их максимальная надежная скорость вращения ограничена примерно 3000 об/мин, но автомобильный двигатель M Hewland без труда разогнался до 10 000 об/мин.
• Повышенное октановое число топлива, превышающее примерно 87 RON, способствовало повышению выходной мощности тарельчатых двигателей больше, чем двигателей с одним рукавом.
• Сообщалось, что повышенные проблемы с расходом масла и смазкой цилиндров никогда не были решены в серийных двигателях. Железнодорожные и другие большие одноклапанные двигатели при запуске выделяют больше дыма; Когда двигатель достигает рабочей температуры и допуски входят в адекватный диапазон, дымность значительно снижается. Для двухтактных двигателей трехходовой катализатор с впрыском воздуха посередине был предложен как лучшее решение в статье журнала SAE Journal примерно в 2000 году.
• Некоторые (Вифредо Рикарт, Alfa-Romeo) опасались накопления тепла внутри цилиндра, однако Рикардо доказал, что если сохраняется только тонкая масляная пленка и рабочий зазор между гильзой и цилиндром остается небольшим, перемещение гильз практически невозможно. прозрачный для тепла, фактически переносящий тепло от верхних частей системы к нижним.
• При хранении в горизонтальном положении гильзы имеют тенденцию становиться овальными, что приводит к различным механическим проблемам. Чтобы этого избежать, были разработаны специальные шкафы для хранения гильз вертикально.
• Эквивалентные реализации современных систем регулирования фаз газораспределения и регулируемого подъема невозможны из-за фиксированных размеров иллюминаторов и, по существу, фиксированной скорости вращения втулок. Это может быть теоретически

Можно изменить скорость вращения с помощью зубчатой ​​передачи, которая не связана линейно с частотой вращения двигателя, однако кажется, что это было бы непрактично сложно даже по сравнению со сложностями современных систем управления клапанами.

История

Чарльз Йель Найт

Основная статья: Двигатель Найт

Даймлер 22 л.с. открытый 2-местный (образец 1909 г.). Хорошо видимый талисман на крышке радиатора - Рыцарь (CY's).

Копия рекламы Stearns 1912 года в центре Бойсе, штат Айдахо, рекламирующая двигатель типа Knight.

В 1901 году Найт купил одноцилиндровый трехколесный автомобиль с воздушным охлаждением, шумные клапаны которого его раздражали. Он верил, что сможет сконструировать двигатель получше, и сделал это, изобрел принцип двойной гильзы в 1904 году. При поддержке чикагского предпринимателя Л. Б. Килбурна было построено несколько двигателей, а затем появился туристический автомобиль «Silent Knight», который был показан на выставке 1906 Чикагский автосалон.

Конструкция Найта имела две чугунные гильзы на цилиндр, одна скользила внутри другой, а поршень находился внутри внутренней гильзы. Втулки приводились в движение небольшими шатунами, приводимыми в действие эксцентриковым валом. На верхних концах у них были вырезаны порты. Конструкция была удивительно тихой, а золотниковые клапаны не требовали особого внимания. Однако его производство было дороже из-за необходимости точного шлифования поверхностей втулок. Он также потреблял больше масла на высоких скоростях, и его было труднее запустить в холодную погоду.

Хотя изначально он не смог продать свой Knight Engine в Соединенных Штатах, долгое время находился в Англии, предполагая обширную дальнейшую разработку и усовершенствование компанией Daimler под руководством их консультанта доктора Фредерика Ланчестера . в конечном итоге он привлек Даймлера и несколько фирм по производству роскошных автомобилей в качестве клиентов, готовых платить ему дорогие премии. Впервые он запатентовал конструкцию в Англии в 1908 году. Патент в США был выдан в 1910 году. В рамках лицензионного соглашения в название автомобиля должно было быть включено слово «Витязь».

Шестицилиндровые золотниковые двигатели Daimler использовались в первых британских танках Первой мировой войны, вплоть до Mark IV . Из-за склонности двигателей дымить и, следовательно, выдавать позиции танка, Гарри Рикардо был привлечен начиная с танка Mark V. , который разработал новый двигатель, который заменил золотниковый клапан ,

Среди компаний, использующих технологию Найта, были Avions Voisin , Daimler (1909–1930-е годы), включая их V12 Double Six , Panhard (1911–39), Mercedes (1909–24), Willys (как Willys-Knight , а также связанный с ним Falcon-Knight). ), Stearns , Mors , Peugeot и бельгийской компании Minerva , которая была вынуждена остановить выпуск своей линейки двигателей с золотниковыми клапанами из-за ограничений, наложенных на них победителями Второй мировой войны, всего около тридцати компаний. Itala также экспериментировала с поворотными и золотниковыми клапанами в своих автомобилях Avalve.

По возвращении Найта в Америку ему удалось привлечь несколько фирм к использованию его разработки; здесь его торговая марка была « Тихий рыцарь » (1905–1907) - преимуществом было то, что его двигатели были тише, чем двигатели со стандартными тарельчатыми клапанами. Самыми известными из них были компания FB Stearns из Кливленда, которая продавала автомобиль под названием Stearns-Knight , и фирма Willys , которая предлагала автомобиль под названием Willys-Knight , который производился в гораздо большем количестве, чем любой другой клапан с золотниковым клапаном. машина.

Берт-МакКоллум

Муфтовой клапан Берта-МакКоллума, получивший свое название от фамилий двух инженеров, запатентовавших одну и ту же концепцию с разницей в несколько недель, Питера Берта и Джеймса Гарри Кейли МакКоллума, патентные заявки датированы 6 августа и 22 июня 1909 года соответственно, оба Инженеры, нанятые шотландским автопроизводителем Argyll, представляли собой единственную втулку, которой придавалось сочетание движения вверх-вниз и частичного вращательного движения. Он был разработан примерно в 1909 году и впервые был использован в автомобиле Argyll 1911 года . Первоначальные инвестиции в Аргайл в 1900 году составили 15 000 фунтов стерлингов, а строительство великолепного завода в Шотландии в 1920 году обошлось в 500 000 фунтов стерлингов. Сообщается, что судебные разбирательства владельцев патентов Найта обошлись Аргайлу в 50 000 фунтов стерлингов, что, возможно, стало одной из причин временного закрытия их завода. . Еще одним производителем автомобилей, который использовал патенты Argyll SSV и другие свои собственные (патент GB118407), был Piccard-Pictet (Pic-Pic); Луи Шевроле и другие основали Frontenac Motors в 1923 году с целью производства роскошного автомобиля с 8-литровым двигателем SSV, но он так и не был запущен в производство по причинам, связанным с ограничениями по времени действия патентов Argyll в США. Наибольший успех одномуфтовые клапаны (SSV) имели в больших авиационных двигателях Бристоля, они также использовались в Napier Sabre и Rolls-Royce Eagle Двигатели . Система SSV также снизила высокий расход масла, связанный с двойным золотниковым клапаном Knight.

Barr and Stroud Ltd из Аннисленда, Глазго, также лицензировала конструкцию SSV и производила небольшие версии двигателей, которые они продавали мотоциклетным компаниям. В рекламе журнала Motor Cycle в 1922 году. Компания Barr & Stroud продвигала свой двигатель с клапанным клапаном объемом 350 куб.см и перечисляла Beardmore-Precision , Diamond, Edmund и Royal Scot в качестве производителей мотоциклов, предлагающих его. Этот двигатель был описан в мартовском выпуске как двигатель «Берта». Grindlay-Peerless начала производство SSV Barr & Stroud с V-образным двухцилиндровым двигателем объемом 999 куб.см в 1923 году. [1] Архивировано 27 мая 2013 г. в Wayback Machine , а позже добавила одноместный SSV объемом 499 куб.см, а также 350 куб.см. Вард Уоллес, известный своими вилками для вторичного рынка мотоциклов, представил в 1947 году чертежи одноцилиндрового двигателя SSV объемом 250 куб.см с воздушным охлаждением. Некоторые небольшие вспомогательные лодочные двигатели и электрогенераторы SSV были построены в Великобритании и подготовлены к сжиганию «парафина» с самого начала или после небольшого нагрева на более сложном топливе.

Ряд авиационных двигателей с золотниковыми клапанами был разработан после плодотворной исследовательской работы Гарри Рикардо, опубликованной в 1927 RAE году в . В этом документе изложены преимущества золотникового клапана и высказано предположение, что двигатели с тарельчатым клапаном не смогут обеспечить выходную мощность, намного превышающую 1500 л.с. (1100 кВт). Napier и Bristol начали разработку двигателей с золотниковым клапаном, что в конечном итоге привело к ограниченному производству двух самых мощных поршневых двигателей в мире: Napier Sabre и Bristol Centaurus . Компания Continental Motors примерно в годы Великой депрессии разработала прототипы одноклапанных двигателей для широкого спектра применений, от автомобилей до поездов и самолетов, и считала, что производство будет проще, а затраты будут ниже, чем его производство. аналоги тарельчатых двигателей. Из-за финансовых проблем Continental эта линейка двигателей так и не поступила в производство. («Continental! Его двигатели и его люди», Уильям Вагнер, Armed Forces Journal International и Aero Publishers, 1983, ISBN   0-8168-4506-9 )

Потенциально самым мощным из всех золотниковых двигателей (хотя он так и не был запущен в производство) был Rolls-Royce Crecy V-12 (как ни странно, с V-образным углом 90 градусов), двухтактный, с непосредственным впрыском топлива и турбонаддувом (сила -убран) авиадвигатель объемом 26,1 л. Он достиг очень высокой удельной мощности и удивительно хорошего удельного расхода топлива (SFC). В 1945 году одноцилиндровый испытательный двигатель (Ricardo E65) при впрыске воды выдавал мощность, эквивалентную 5000 л.с. (192 л.с./литр). хотя полный двигатель V12, вероятно, изначально имел мощность около 2500 л.с. (1900 кВт). Сэр Гарри Рикардо, который определил компоновку и цели проектирования, считал, что надежная военная мощность в 4000 л.с. вполне возможна. Во время войны Рикардо постоянно разочаровывался в усилиях Rolls-Royce (RR). Hives & RR были очень сосредоточены на своих самолетах Merlin , Griffon , Eagle и, наконец, Whittle , которые имели четко определенную производственную цель. Рикардо и Тизард в конце концов поняли, что Crecy никогда не получит должного внимания при разработке, если он не будет предназначен для установки на конкретный самолет, но к 1945 году их концепция « Спитфайра на стероидах» — быстро набирающего высоту перехватчика с легким двигателем Crecy — стала самолет без цели.

После Второй мировой войны золотниковые клапаны стали использоваться реже. Рой Федден, очень рано участвовавший в исследованиях SV, примерно в 1947 году построил несколько шестицилиндровых одноклапанных двигателей, предназначенных для авиации общего назначения; после этого только французская SNECMA произвела несколько двигателей SSV по Бристольской лицензии, которые были установлены на транспортном самолете Норатлас , а также на другом транспортном самолете, Азоре , построенном испанской CASA, после Второй мировой войны были установлены двигатели SSV Bristol. Однако двигатели с золотниковыми клапанами Bristol использовались во время послевоенного бума воздушного транспорта, в Vickers Viking и связанных с ним военных Varsity и Valetta , Airspeed Ambassador , используемых на Handley европейских маршрутах BEA, и Page Hermes (и связанных с ним военных Hastings ), а также Solent Короткие авиалайнеры , а также Bristol Freighter и Superfreighter . Centaurus также использовался в военных самолетах Hawker Sea Fury , Blackburn Firebrand , Bristol Brigand , Blackburn Beverly и Fairey Spearfish . Предыдущие проблемы тарельчатого клапана с уплотнением и износом были устранены за счет использования более качественных материалов и Проблемы инерции при использовании больших клапанов были уменьшены за счет использования вместо них нескольких клапанов меньшего размера, что дало увеличенное проходное сечение и уменьшенную массу, а также горячую точку выпускного клапана за счет клапанов с натриевым охлаждением. До этого момента однорычажный клапан выигрывал все соревнования у тарельчатого клапана по сравнению мощности с рабочим объемом. Сложность нитридной закалки, а затем окончательной шлифовки золотника для придания круглой формы, возможно, была одной из причин отсутствия более широкого коммерческого применения.

Патентное дело Найт-Аргайл

Когда в 1911 году был выпущен автомобиль Argyll, компания Knight and Kilbourne немедленно возбудила против Аргайла иск за нарушение их первоначального патента 1905 года. В этом патенте описывался двигатель с одной подвижной гильзой, тогда как двигатели Daimler, строившиеся в то время, были основаны на патенте Найта 1908 года, в котором были двигатели с двумя подвижными гильзами. В рамках судебного разбирательства двигатель был построен в соответствии со спецификацией 1905 года и развивал не более доли номинальной мощности RAC . Этот факт в сочетании с другими юридическими и техническими аргументами побудило судью в конце июля 1912 года постановить, что владельцы оригинального патента Найта не могут быть поддержаны в их утверждении о том, что он дает им основные права, охватывающие конструкцию Аргайла. Судебные издержки по искам владельцев патентов Knight, похоже, существенно способствовали банкротству компании Argyll в Шотландии.

Современное использование

Муфтовый клапан начал набирать популярность благодаря современным материалам, значительно улучшенным техническим допускам и современным технологиям строительства, которые позволяют создать золотниковый клапан, который пропускает очень мало масла. Однако большинство передовых исследований двигателей сосредоточено на совершенствовании других типов конструкций двигателей внутреннего сгорания, таких как двигатель Ванкеля .

Майк Хьюленд со своим помощником Джоном Логаном, а также независимо Китом Даквортом экспериментировали с одноцилиндровым испытательным двигателем с гидрораспределителем, рассматривая замену Cosworth DFV . Хьюленд утверждал, что получил 72 л.с. (54 кВт) от одноцилиндрового двигателя объемом 500 куб.см с удельным расходом топлива 177–205 г/л.с./час (0,39–0,45 фунта/л.с./час), причем двигатель мог работа на креозоте , причем без специальной подачи смазки на втулку.

Модель двигателя с золотниковым клапаном объемом 20 см3 (1,20 куб. дюйма) серии RCV "SP".

Необычной формой четырехтактного модельного двигателя , в котором используется, по сути, формат золотникового клапана, является британская серия моделей двигателей RCV «SP», в которых используется вращающаяся гильза цилиндра, приводимая в движение конической шестерней в «низу» гильзы цилиндра. , который фактически находится на заднем конце цилиндра; и, что еще более необычно, карданный вал — как неотъемлемая часть вращающейся гильзы цилиндра — выходит из того, что обычно является головкой блока цилиндров , которая в этой конструкции расположена в крайней передней части двигателя, достигая 2: 1 передаточное число редуктора по сравнению со скоростью вращения вертикально ориентированного коленчатого вала. В моделях двигателей серии «CD» той же фирмы используется обычный вертикальный одноцилиндровый двигатель с коленчатым валом, который используется для непосредственного вращения гребного винта, а также используется вращающийся клапан цилиндра. В качестве параллели с более ранними автомобильными силовыми установками с золотниковыми клапанами, разработанными Чарльзом Найтом, любая модель двигателя RCV с золотниковым клапаном, работающая на модельном для калильных двигателей топливе с использованием касторового масла. (содержание от 2% до 4%) с максимальным содержанием смазочного материала в топливе, составляющим 15%, позволяет «лаку», образующемуся в процессе работы двигателя, обеспечить лучшее пневматическое уплотнение между вращающимся клапаном цилиндра и унифицированными отливками цилиндра/головки двигателя на начальном этапе. образуются во время обкатки двигателя.

Была разработана еще одна концепция, двигатель с вращающейся гильзой, в которой преимущества золотникового клапана от износа и трения используются в традиционной компоновке двигателя. Сообщается о снижении трения порядка 40% для дизельного двигателя большой мощности.

Эта же компания может также поставлять более мощные двигатели для использования в военных дронах, портативных генераторах и оборудовании, таком как газонокосилки.

Паровой двигатель

Рукавные клапаны иногда, но безуспешно, использовались на паровых двигателях, например класса SR Leader .

См. также

• Категория:Двигатели с клапанами
• Корлисс клапан
• Поршневой клапан
• золотниковый клапан

Ссылки

• Рикардо, сэр Гарри Р .; Хемпсон, JGG (1968). Высокоскоростной двигатель внутреннего сгорания (Пятое изд.). Лондон и Глазго: Блэки и сын. стр. 290–322.
• «Рукавальные двигатели» . Инженерный факультет Кембриджского университета.

• Историческое общество авиационных двигателей www.enginehistory.org -AEHS-публикация: «Измеритель крутящего момента», том 7, выпуски 2, 3, 4.
• Роберт Дж. Рэймонд: «Сравнение гильзовых и тарельчато-клапанных авиационных поршневых двигателей», AEHS, 2005 г.
• Car&Driver, июль 1974 г., стр. 26–29, 112–114 (на обложке изображен автомобиль Bricklin): «Козырь в рукаве», Чарльз Фокс берет интервью у Майка Хьюленда.
• Уолдрон, компакт-диск (1941). «Коэффициенты расхода однорукавных клапанов» (pdf) . Отчет № 717 . НАКА .
• Бирманн, А.Э. (1941). «Проектирование ребер цилиндров воздушного охлаждения» . Отчет № 726 . НАКА . Архивировано из оригинала (pdf) 2 февраля 2012 года . Проверено 11 декабря 2011 г.

• Х.Э. Кэрролл: патент Великобритании 24.232; 1908 год
• Дж. Б. Халл: «Двигатели без тарельчатого клапана на выставке в Олимпии 1911 года», документ SAE 120011.
• «Патентное дело Найта-Аргайла», The Automotor Journal, 3 августа 1912 г., стр. 919–920.
• Ателье Piccard, Pictet & Cie: патент Великобритании 118.407; 1917 год
• Гарри Рикардо: «Недавние исследовательские работы по двигателю внутреннего сгорания», журнал SAE, май 1922 г., стр. 305–336 (оканчивается на стр. 347).
• Р. Абелл: «Проектирование и эксплуатация одноклапанного двигателя внутреннего сгорания», журнал SAE, октябрь 1923 г., стр. 301–309 (еще один тип безтарельчатого клапана, также используемый Lotus в 2-тактном двигателе - документ SAE 920779)
• П. М. Хельдт: «Двигатели с втулочными клапанами», журнал SAE, март 1926 г., стр. 303–314.
• В. А. Фредерик: «Двигатель с одним рукавом», журнал SAE, май 1927 г., стр. 661–678 (расчеты).
• GL Ensor: «Некоторые заметки об одномуфтовом клапане», Труды Института автомобильных инженеров (Лондон), том XXII, сессия 1927–28, стр. 651–719.
• А. М. Нивен: «Двигатель внутреннего сгорания», патент США 1739255, 1929 г.
• Фрэнк Джардин: «Тепловое расширение в конструкции автомобильных двигателей», журнал SAE, сентябрь 1930 г., стр. 311–318, и статья SAE 300010.
• А.М. Нивен: «Приводной механизм муфтового клапана», патент США 1764972, 1930 г.
• А. М. Нивен: «Двигатель внутреннего сгорания», патент США 1778911, 1930 г.
• А. М. Нивен: «Головка цилиндра с втулочным клапаном», патент США 1780763, 1930 г.
• А. М. Нивен: «Приводной механизм муфтового клапана», патент США 1789341, 1931 г.
• Р. Федден: Патенты GB425060, GB584525 и CA353554 на материалы, производство и закалку гильз.
• А. М. Нивен: «Руфтовой клапан и способ его изготовления», патент № US1814764A; 1931 год
• А.М. Нивен: «Втулочный клапан и способ его изготовления», патент США № 1820629; 1931 год
• АХР Федден: «Одинарный рукав как клапанный механизм авиационного двигателя», документ SAE 380161.
• Эшли С. Хьюитт: «Малый высокоскоростной одноклапанный двигатель», документ SAE 390049 (Одноцилиндровый двигатель с воздушным охлаждением, 4,21 куб.см, 70 куб.см).
• WP Ricart: «Некоторые европейские комментарии по высокопроизводительным автомобильным и авиационным двигателям», документ SAE 390099.
• П. В. Ламарк, «Дизайн охлаждающих ребер для мотоциклетных двигателей», отчет Комитета автомобильных исследований, журнал Institution of Automobile Engineers Magazine, март 1943 г., а также в «The Institution of Automobile Engineers Proceedings-London-», Vol. XXXVII, сессия 1942–43, стр. 99–134 и 309–312.
• Роберт Инсли и Артур В. Грин: «Способ изготовления втулок клапана», патент США № 2 319 546; 1943 год
• Маркус С. Инман Хантер: «Двигатели с вращающимся клапаном», Хатчинсон, 1946 (в Scribd)
• Г.Ф. Хиетт и Дж. В.Б. Робсон: «Мощный двухтактный двигатель с рукавным клапаном для самолетов», Aircraft Engineering and Aerospace Technology (1950), том 22, выпуск 1, стр. 21–23, те же авторы, журнал и название. , 2-я часть, в том 22, вып. 2, стр. 32–45.
• Гарри Рикардо: «Дизельный двигатель с рукавным клапаном», «19 лекция Эндрю Лэнга», Институт Северо-Восточного побережья. инженеров и судостроителей, сделка 67-й сессии, 1950–51, с. 69-88.
• Гарри Рикардо: Высокоскоростной двигатель внутреннего сгорания , Лондон, изд. 1953 г. (Материалы смотрите также в беседе)
• «Неортодоксальные двигатели внутреннего сгорания — роторные и манжетные клапаны», инженер-модельер, том 122, № 3056, 4 февраля 1960 г., стр. 136–138.
• Питер Р. Марч: «Двигатель с рукавным клапаном», airextra, № 27, 1977 г., стр. 11–19.
• Вильям Вагнер: Континенталь! Его моторы и его люди , Aero Publishers, Калифорния, 1983.
• Строго IC Magazine, том 14, номера 83 и 84 (построение модели мотоциклетного двигателя Barr&Stroud SSV в масштабе 1/3).
• Майкл Уортингтон-Уильямс: «Что-то в рукаве», The Automobile (Великобритания), том 21, № 3, май 2003 г., страницы 48–51.
• Роберт Дж. Рэймонд: «Сравнение гильзовых и тарельчато-клапанных авиационных поршневых двигателей», AEHS, апрель 2005 г. [2]
• Кимбл Д. Маккатчеон: «Двигатели с жидкостным охлаждением Pratt & Whitney», AEHS, 2006. [3]
• Мухаммад Хафдиз Рахмат и др. (PETRONAS): «Моделирование стратегии впуска с боковым открытием и проверка применения порта с рукавным клапаном», документ SAE 2009-32-0130/20097130
• Аниш Гокхале и др.: «Оптимизация охлаждения двигателя посредством моделирования сопряженной теплопередачи и анализа ребер», документ SAE, 2012-32-0054.
• YouTube: Видео ChargerMiles007, Anson Engine Museum и других, ключевое слово для поиска: Рукавный клапан.
• Музей двигателей Энсона: видео на YouTube о двигателе Petter Brotherhood, железнодорожном однорукавном двигателе, разработанном примерно в 1930 году в компании, в которой участвовал Дж. Б. Миррлис.
• Руководства по эксплуатации двигателей Bristol [4]
• Нахум, Фостер-Пегг и Берч: «Роллс-Ройс Креси», The Rolls-Royce Heritage Trust, 2013. ISBN   978-1-872922-44-7
• К. Маккатчеон: «Американские авиационные двигатели с рукавным клапаном», Weak Force Press, Ханствилл, Алабама; 2020. ISBN   978-0-9710847-8-0
• «Революция поршневых двигателей»; NEWCOMEN.com, Текст конференции 2011 года. Патрик Хассел, Rolls-Royce Heritage Trust: «Аэродвигатели с рукавным клапаном Bristol», стр. 112–132. Включает описания материалов и обработки втулок.

Внешние ссылки

• Видео, демонстрирующее двигатель Knight с рукавным клапаном в разрезе
• [5] Двигатель газонокосилки Briggs & Stratton, модифицированный до типа распределения с одним клапаном.
• [6] Книга Гарри Рикардо, издание 1931 года: «Высокоскоростной двигатель внутреннего сгорания».
• [7] Сайт Дугласа Селфа: «Поворотные клапаны в двигателях внутреннего сгорания».