Оппозитно-поршневой двигатель
Оппозитный двигатель — это поршневой двигатель , в котором каждый цилиндр имеет поршень на обоих концах и не имеет головки цилиндра . Бензиновые и дизельные оппозитные двигатели используются в основном в крупномасштабных установках, таких как корабли, военные танки и заводы. В настоящее время производители двигателей с оппозитным расположением поршней включают Cummins , Achates Power и Fairbanks-Morse Defense (FMDefense) .
Дизайн
[ редактировать ]
1. Впуск топливно-воздушной смеси
2. Нагнетатель
3. Аирбокс
4. Предохранительный клапан наддува.
5. Выходной коленчатый вал
6. Впускной кривошипный механизм
7. Цилиндр с входными и выходными прорезями.
8. Выхлоп
9. Рубашка водяного охлаждения.
10. Свеча зажигания
По сравнению с современными двухтактными двигателями, в которых использовалась традиционная конструкция с одним поршнем на цилиндр, преимущества двигателя с оппозитным расположением поршней были признаны следующими:
- Устранение головки блока цилиндров и клапанного механизма, что снижает вес, сложность, стоимость, потери тепла и потери на трение двигателя. [1] [2] [3]
- Создание прямоточного продувочного движения газа через камеру сгорания, [4] [5] что позволило избежать недостатков, связанных с современными конструкциями с поперечной продувкой (однако более поздние достижения предоставили методы достижения прямоточной продувки в обычных конструкциях поршневых двигателей).
- Уменьшенная высота двигателя.
Основным недостатком было то, что мощность двух противоположных поршней должна быть согласована. используется один коленчатый вал Это увеличило вес и сложность по сравнению с обычными поршневыми двигателями, в которых в качестве выходной мощности .
Наиболее распространенной компоновкой были два коленчатых вала, при этом коленчатые валы были сцеплены друг с другом (в одном или противоположных направлениях). [6] В двигателях Koreyvo, Jumo и Napier Deltic использовался один поршень на цилиндр для открытия впускного отверстия, а другой - для открытия выпускного отверстия. Каждый поршень называется либо впускным поршнем, либо выпускным поршнем, в зависимости от его функции в этом отношении. Такая компоновка обеспечивает превосходную продувку, поскольку поток газа через цилиндр является аксиальным, а не радиальным, и упрощает конструкцию днищ поршней. В Jumo 205 и его вариантах верхний коленчатый вал обслуживает поршни выпускных клапанов, а нижний коленчатый вал — впускные поршни. В конструкциях с несколькими рядами цилиндров каждый подшипник большой головки обслуживает один впускной и один выпускной поршень, а в качестве выпускного поршня используется раздвоенный шатун.
История
[ редактировать ]1880-1930-е годы
[ редактировать ]
Одним из первых двигателей с оппозитными поршнями был дифференциальный двигатель Аткинсона 1882 года . [7] который имеет рабочий ход при каждом обороте коленчатого вала (по сравнению с каждым вторым оборотом современного двигателя с циклом Отто ), но не имел коммерческого успеха. [8]
В 1898 году на металлургическом заводе Херде был установлен двухтактный оппозитный двигатель Oechelhäuser мощностью 600 л.с. (447 кВт). [9] Двигатель этой конструкции также производился по лицензии такими производителями, как Deutsche Kraftgas Gesellschaft в Германии и William Beardmore & Sons в Великобритании. [10]
В 1901 году сбалансированные газовые и бензиновые двигатели Kansas City Lightning представляли собой бензиновые двигатели мощностью 4–25 л.с. (3–19 кВт). [11]
Первый автомобильный двигатель с оппозитным поршнем был произведен французской компанией Gobron-Brillié примерно в 1900 году. В апреле 1904 года автомобиль Gobron-Brillié с оппозитным двигателем стал первым автомобилем, когда-либо разогнавшимся до скорости 150 км/ч с «мировым рекордом». Рекордная скорость» — 152,5 км/ч (95 миль в час). [12] 17 июля 1904 года автомобиль Гоброн-Брийе стал первым автомобилем, преодолевшим скорость полета 100 миль в час (161 км/ч). [13] В двигателе использовался один коленчатый вал на одном конце цилиндров и крейцкопф для противоположного поршня.
Еще один ранний автомобильный двигатель с оппозитным поршнем был в шотландском автомобиле Arrol-Johnston , который, по-видимому, впервые был установлен на их бакборде мощностью 10 л.с. в 1900 году. Двигатель был довольно подробно описан и проиллюстрирован в отчете об их автомобиле мощностью 12–15 л.с., выставленном на автосалоне в Олимпии 1905 года. [14] [15] Двигатель был четырехтактный, с двумя цилиндрами (с противоположными поршнями в каждом) с коленчатым валом внизу и поршнями, соединенными рычагами с двухходовым коленчатым валом.
Первый дизельный двигатель с оппозитными поршнями был прототипом, построенным на Коломенском локомотивном заводе в России. Конструктор Раймон А. Корейво запатентовал двигатель во Франции 6 ноября 1907 года и демонстрировал его на международных выставках, но в производство он так и не поступил. В конструкции «Коломны» использовалась типовая компоновка двух коленчатых валов, соединенных зубчатой передачей.
В 1914 году сбалансированный двухтактный мотоциклетный двигатель Симпсона представлял собой еще один оппозитный двигатель, в котором использовался один коленчатый вал под центром цилиндров, причем оба поршня были соединены рычагами. [16] Этот двигатель имел конструкцию сжатия картера, в которой один поршень использовался для открытия перепускного отверстия, а другой - для открытия выпускного отверстия. Преимущество этой конструкции заключалось в отсутствии дефлекторных головок поршней, которые использовались в большинстве двухтактных двигателей того времени.
Компания Doxford Engine Works в Соединенном Королевстве производила большие оппозитные двигатели для морского использования, причем первый двигатель Doxford был установлен на корабле в 1921 году. [17] В этом дизельном двигателе использовался один коленчатый вал на одном конце цилиндров и крейцкопф для противоположного поршня. [18] [19] После Первой мировой войны эти двигатели производились в ряде моделей, таких как серии P и J, мощностью до 20 000 л.с. (14 914 кВт). Производство двигателей Doxford в Великобритании прекратилось в 1980 году. [18] [20]
Более поздние дизельные двигатели с оппозитными поршнями включают построенный в Германии авиационный двигатель Junkers Jumo 205 1932 года , который имел два коленчатых вала и не использовал конструкцию, аналогичную двигателям Gobron-Brillié 1900–1922 годов. [21]
-
1898 г. Газовый двигатель Oechelhäuser -
1900 г. Gobron-Brillié с консольной траверсой. Оппозитный двигатель -
Дизельный двигатель Fairbanks Morse 38 8-1/8 на USS Pampanito подводной лодке -
Leyland L60 , используемый в танке Chieftain
1940-е годы по настоящее время
[ редактировать ]Дизельный двигатель Fairbanks Morse 38 8-1/8 , первоначально разработанный в Германии в 1930-х годах, использовался на подводных лодках США в 1940-х и 1950-х годах, а также на лодках с 1930-х годов по настоящее время. [22] Он также использовался в локомотивах с 1944 года.
Последняя (ноябрь 2021 г.) версия Fairbanks-Morse 38 8-1/8 известна как FM 38D 8-1/8 Diesel and Dual Fuel. Этот двухтактный оппозитный двигатель сохранил ту же сверхтяжелую конструкцию и номинальный срок службы более 40 лет, но теперь в качестве опции появилась возможность сжигания двух видов топлива (газообразное и жидкое топливо) с автоматическим переключением на полный дизель, если запасы газа иссякнут). [23]
Трехцилиндровые дизельные двигатели грузовых автомобилей Commer TS3 , выпущенные в 1954 году, имеют один коленчатый вал под центром цилиндров, причем оба поршня соединены рычагами. [24]
Также в 1954 году был выпущен двигатель Napier Deltic для военных катеров. В нем используются три коленчатых вала, по одному на каждом углу, для формирования трех рядов двусторонних цилиндров, расположенных в равностороннем треугольнике. Двигатель Deltic использовался в локомотивах British Rail Class 55 и British Rail Class 23, а также в быстроходных патрульных катерах и Королевского флота тральщиках . Начиная с 1962 года Гиббс пригласил Mack Trucks принять участие в разработке супернасоса FDNY и сопутствующего тендера. Компании DeLaval Turbine было поручено разработать многоступенчатый центробежный насос с дизельным двигателем Napier-Deltic T18-37C для привода насосов. [25]
В 1959 году Leyland L60 был представлен шестицилиндровый дизельный двигатель объемом 19 л (1159 куб. Дюймов). L60 производился в Великобритании для использования в танке Chieftain. [26]
Советский танк Т-64 , выпускавшийся в 1963–1987 годах, также использовал оппозитный дизельный двигатель 5ТД разработки завода имени Малышева харьковского . После распада Советского Союза Завод Малышева продолжил разработку и производство оппозитно-поршневых двигателей для бронетехники, таких как трехцилиндровый 3ТД используемый в БТР-4 «Буцефаль» , различные модификации 5ТД и шестицилиндровый 6ТД. для Т-64БМ2, БМ Оплот и т. д.
В 2014 году компания Achates Power опубликовала технический документ, в котором говорилось об улучшении экономии топлива на 30% после сравнения ее двигателя с дизельным двигателем следующего поколения, оснащенным передовыми технологиями. [26]
Volvo подала заявку на патент в 2017 году. [27]
Diesel Air Dair 100 — это двухцилиндровый дизельный авиационный двигатель мощностью 100 л.с. (75 кВт) , разработанный и произведенный компанией Diesel Air Ltd из Олни, Бакингемшир, для использования в дирижаблях , самодельных китпланах и легких самолетах . [28]
В июле 2021 года Cummins заключила с армия США контракт на сумму 87 миллионов долларов на завершение разработки Advanced Combat Engine (ACE), модульного и масштабируемого дизельного двигателя, в котором используется технология оппозитных поршней. [29]
Свободнопоршневой двигатель
[ редактировать ]Разновидностью оппозитной конструкции является свободнопоршневой двигатель, который был впервые запатентован в 1934 году. Свободнопоршневые двигатели не имеют коленчатого вала, и поршни возвращаются после каждого рабочего такта за счет сжатия и расширения воздуха в отдельном цилиндре. Ранние применения были для использования в качестве воздушного компрессора или газогенератора для газовой турбины . [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Пиро, Жан-Пьер; Флинт, Мартин (2010). Оппозитные поршневые двигатели: эволюция, использование и будущее применение . САЭ Интернешнл . ISBN 9780768018004 . Проверено 20 ноября 2019 г.
- ^ Фостер, Д.; Герольд, Р.; Лемке, Дж.; Регнер, Г.; Валь, М. (2011). «Термодинамические преимущества двухтактных двигателей с оппозитными поршнями» . Серия технических документов SAE . Том. 1. ПА: САЭ Интернэшнл. дои : 10.4271/2011-01-2216 .
- ^ «Стартапы работают над изобретением двигателя внутреннего сгорания» . Нью-Йорк Таймс . 30 марта 2011 года . Проверено 29 ноября 2019 г.
- ^ «Оппозитивный поршень» . AchatesPower.com . 22 июля 2018 года . Проверено 29 ноября 2019 г.
- ^ «ТРОП: Тороидальный оппозитно-поршневой двигатель» . YouTube.com . Фрэнкидеваэре. Архивировано из оригинала 21 декабря 2021 года . Проверено 29 ноября 2019 г.
- ^ «OPRE: Двигатель с оппозитным поршнем и тягой» . Паттакон.com . Проверено 29 ноября 2019 г.
- ^ Джинджери, Винсент (2000). Создание дифференциального двигателя Аткинсона . Издательство Дэвида Дж. Джинджери. ISBN 1878087231 .
- ^ «Точная копия дифференциального двигателя Аткинсона — газовые двигатели» . GasEngineMagazine.com . 13 марта 2018 года . Проверено 22 ноября 2019 г.
- ^ «Большие газовые двигатели на континенте». Еженедельник Пейджа : 1336–1337. 23 июня 1905 г.
- ^ Стоукс, Джейсон ВБ; Каннингем, Джейсон (11 ноября 1909 г.). Газовый двигатель Oechelhauser в Великобритании: доклад, прочитанный перед Инженерным обществом Университета Глазго . Уильям Бердмор и компания .
- ^ «Удар молнии: The Kansas City Hay Press Co. — Газовые двигатели» . FarmCollector.com . Апрель 1999 года . Проверено 26 ноября 2019 г. .
- ^ Автомобильный журнал : 421. 9 апреля 1904 г.
{{cite journal}}: Отсутствует или пусто|title=( помощь ) [ название отсутствует ] - ^ «История Гоброн-Брилли» . UniqueCarsAndParts.com.au . Архивировано из оригинала 25 августа 2013 года.
- ^ «Новый нефтяной автомобиль Аррол-Джонстон - Часть II». Автомобильный журнал : 1467–1469. 25 ноября 1905 года.
- ^ «Новый бензиновый автомобиль Arrol-Johnston - Часть III». Автомобильный журнал : 1495–1496. 2 декабря 1905 г.
- ^ «Горизонтально-оппозитный двухтактный двигатель». Мотоцикл : 204. 6 августа 1914 г.
- ^ «Индексный сайт Доксфорда» . Telenet.be . Проверено 26 ноября 2019 г. .
- ^ Перейти обратно: а б «Морские двигатели – Доксфорд» . OldEngine.org . Архивировано из оригинала 2 декабря 2013 года.
- ^ «PatOP: Одноколенчатый двигатель с оппозитным поршнем» . Паттакон.com . Проверено 29 ноября 2019 г.
- ^ «Доксфордские двигатели 1878–1980» . Doxford-Engine.com . Архивировано из оригинала 24 декабря 2016 года . Проверено 28 марта 2006 г.
- ^ Сетрайт, LJK (1975). Какие-то необычные двигатели . Публикации по машиностроению для института инженеров-механиков . ISBN 9780852982082 . Проверено 20 ноября 2019 г.
- ^ «Дизельный двигатель Фэрбенкс-Морс 38D8» . ПСРМ.орг . Архивировано из оригинала 26 мая 2006 года.
- ^ «Фэрбенкс-Морс FM 38D 8-1/8, дизельный и двухтопливный» .
- ^ «Рутес-Листер - Горизонтально-оппозитный поршневой двигатель TS3» . OldEngine.org . Архивировано из оригинала 25 февраля 2008 года.
- ^ «Величайший пожарный насос, которого знал мир (Пожарное спасение 1)» .
- ^ Перейти обратно: а б «Хронология проектирования двигателя» . AchatesPower.com . Архивировано из оригинала 13 мая 2013 года.
- ^ «Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с оппозитным поршнем» . Эспеснет . Проверено 20 ноября 2019 г.
- ^ «Брошюра «Дизель Эйр» (Пресс-релиз). Олни, Бакингемшир, Великобритания: Diesel Air. 2002.
- ^ «Армия США заключила с Cummins Inc. контракт на сумму 87 миллионов долларов на поставку усовершенствованного боевого двигателя» . Камминс .
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
