Противофазе поршневой двигатель представляет собой поршневой двигатель , в котором каждый цилиндр имеет поршень на обоих концах, и никакой головки блока цилиндров . Бензиновые и дизельные двигатели с оппозитными поршнями используются в основном в крупномасштабных приложениях, таких как корабли, военные танки и заводы.
Дизайн [ править ]
1. Впуск топливно-воздушной смеси
2. Нагнетатель
3. Воздуховод
4. Предохранительный клапан наддува
5. Коленчатый вал на выходе
6. Кривошипный механизм
впуска 7. Цилиндр с впускными и выпускными пазами
8. Выхлоп
9. Вода рубашка охлаждения
10. Свеча зажигания
По сравнению с современными двухтактными двигателями, в которых использовалась обычная конструкция с одним поршнем на цилиндр, преимущества двигателя с оппозитными поршнями заключались в следующем:
- Отсутствие головки цилиндров и клапанного механизма, что снижает вес, сложность, стоимость, тепловые потери и потери на трение в двигателе. [1] [2] [3]
- Создание беспоточного продувочного движения газа через камеру сгорания [4] [5], что позволило избежать недостатков, связанных с современными конструкциями с продувкой поперечным потоком (однако более поздние достижения предоставили методы для достижения односторонней продувки в традиционных конструкциях поршневых двигателей).
- Уменьшенная высота двигателя
Главный недостаток заключался в том, что мощность двух противостоящих поршней приходилось согласовывать друг с другом. Это добавило веса и сложности по сравнению с обычными поршневыми двигателями, в которых в качестве выходной мощности используется один коленчатый вал .
Наиболее распространенной компоновкой было два коленчатых вала, причем коленчатые валы были соединены вместе (либо в одном направлении, либо в противоположных направлениях). [6]В двигателях Koreyvo, Jumo и Napier Deltic по одному поршню на цилиндр открывали впускной канал, а другим - выпускной канал. Каждый поршень называется впускным или выпускным поршнем, в зависимости от его функции в этом отношении. Такая компоновка обеспечивает превосходную продувку, поскольку поток газа через цилиндр является осевым, а не радиальным, и упрощает конструкцию головок поршня. В Jumo 205 и его вариантах верхний коленчатый вал обслуживает выпускные поршни, а нижний коленчатый вал - впускные поршни. В конструкциях, использующих несколько рядов цилиндров, каждый подшипник шатуна обслуживает один впускной и один выпускной поршень, используя раздвоенный шатун для выпускного поршня.
История [ править ]
1880-е по 1930-е годы [ править ]
Одним из первых двигателей с оппозитными поршнями был дифференциальный двигатель Аткинсона 1882 года [7], который имел рабочий ход при каждом обороте коленчатого вала (по сравнению с каждым вторым оборотом для современного двигателя с циклом Отто ), но он не имел коммерческого успеха. . [8]
В 1898 году на металлургическом заводе Хорде был установлен двухтактный двигатель Oechelhäuser с оппозитными поршнями мощностью 600 л.с. (447 кВт). [9] Двигатель этой конструкции также был произведен по лицензии такими производителями, как Deutsche Kraftgas Gesellschaft в Германии и William Beardmore & Sons Ltd в Соединенном Королевстве. [10]
В 1901 году газовые и бензиновые двигатели с балансировкой Lightning в Канзас-Сити представляли собой бензиновые двигатели мощностью 4–25 л.с. (3–19 кВт). [11]
Ранний автомобильный двигатель с оппозитными поршнями был произведен французской компанией Gobron-Brillié около 1900 года. В апреле 1904 года автомобиль Gobron-Brillié с оппозитным поршневым двигателем стал первым автомобилем, который когда-либо превысил 150 км / ч с «мировым рекордом». Рекордная скорость »152,5 км / ч (95 миль / ч). [12] 17 июля 1904 года автомобиль Gobron-Brillié стал первым, чей пролетный километр превысил 100 миль в час (161 км / ч). [13] В двигателе использовался один коленчатый вал на одном конце цилиндров и крейцкопф на противоположном поршне.
Другой ранний оппозиционный поршневой двигатель был в автомобиле Scottish Arrol-Johnston , который, по-видимому, впервые был установлен в их 10-сильный бакборд c1900. Двигатель был подробно описан и проиллюстрирован в отчете об их 12-15-сильном автомобиле, выставленном на автосалоне в Олимпии 1905 года. [14] Двигатель был 4-тактным 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 заводе в России. Конструктор Раймон А. Корейво запатентовал двигатель во Франции 6 ноября 1907 года и представил двигатель на международных выставках, но в производство он не поступил. В конструкции Коломны использовалась типовая схема из двух коленчатых валов, соединенных зубчатым зацеплением.
В 1914 году сбалансированный двухтактный мотоциклетный двигатель Симпсона был еще одним двигателем с оппозитными поршнями, в котором использовался единственный коленчатый вал под центром цилиндров, причем оба поршня были соединены рычагами. [15] Этот двигатель был конструкцией сжатия картера, с одним поршнем, используемым, чтобы открыть порт передачи, а другой, чтобы открыть порт выхлопа. Преимущество этой конструкции заключалось в том, что в то время в большинстве двухтактных двигателей не использовались коронки дефлектора для поршней.
Doxford Engine Works в Соединенном Королевстве построил большие двигатели с оппозитными поршнями для морского использования, первый двигатель Doxford был установлен на корабле в 1921 году. [16] В этом дизельном двигателе использовался один коленчатый вал на одном конце цилиндров и крейцкопф для противоположный поршень. [17] [18] После Первой мировой войны эти двигатели выпускались для ряда 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. [17] [19] [20]
Более поздние дизельные двигатели с оппозитными поршнями включают авиадвигатель Junkers Jumo 205 1932 года выпуска , построенный в Германии, с одним коленчатым валом, конструкция которого аналогична двигателям Gobron-Brillié 1900–1922 годов. [21]
1898 Газовый двигатель Oechelhäuser
Двигатель Gobron-Brillié 1900 года с оппозитным поршнем и консольной вилкой
Дизельный двигатель Fairbanks Morse 38 8-1 / 8 на подводной лодке USS Pampanito
Leyland L60 на танке Chieftain
1940-е годы по настоящее время [ править ]
38 8-1 / 8 дизельный двигатель Фэрбэнкс Морзе , первоначально разработан в Германии в 1930 - х годах, был использован в американских подводных лодок в 1940 - х и 1950 - х годов, и на лодках с 1930-настоящее время . [22] Он также использовался в локомотивах с 1944 года.
В Commer TS3 три-цилиндровых дизельных двигателей грузовых автомобилей, выпущенных в 1954 году, имеют один коленвал под центром цилиндров с обоих поршней , соединенных рычагов. [23]
Также в 1954 году был выпущен двигатель Napier Deltic для военных катеров. Он использует три коленчатых вала, по одному в каждом углу, чтобы сформировать три ряда двусторонних цилиндров, расположенных в равностороннем треугольнике. Двигатель Deltic позже стал локомотивом British Rail Class 55 и British Rail Class 23, а также для питания скоростных патрульных катеров и минных тралов Royal Navy. Начиная с 1962 года Гиббс пригласил Mack Trucks принять участие в разработке суперпампера FDNY и тендера на него. Компания DeLaval Turbine получила заказ на разработку многоступенчатого центробежного насоса с дизельным двигателем Naper-Deltic T18-37C для питания насосов. https://www.firerescue1.com/fire-products/fire-apparat/articles/the-greatest-fire-pumper-the-world-has-known-TrMsI86bXHcXv1iq/
В 1959 году был представлен шестицилиндровый дизельный двигатель Leyland L60 19 л (1159 куб. Дюймов). L60 производился в Великобритании для использования в танке Chieftain. На советском танке Т-64 , выпускавшемся с 1963 по 1987 год, также использовался оппозитный дизельный двигатель.
Volvo подала заявку на патент в 2017 году. [24]
Дизель воздух Дэйр 100 представляет собой двухцилиндровый 100 л.с. (75 кВт) дизельный двигатель самолета , разработанный и произведенный Diesel Air Ltd из Olney, Бакингемшир для использования в дирижаблях , домашние постройками kitplanes и легких самолетах . [25]
Свободнопоршневой двигатель [ править ]
Вариантом конструкции с оппозитными поршнями является двигатель со свободным поршнем, который был впервые запатентован в 1934 году. Двигатели со свободным поршнем не имеют коленчатого вала, и поршни возвращаются после каждого рабочего хода за счет сжатия и расширения воздуха в отдельном цилиндре. Ранние применения были для использования в качестве воздушного компрессора или газогенератора для газовой турбины .
См. Также [ править ]
- Мусорная голова
- Двигатель Michel
- Сплит-одиночный двигатель
Ссылки [ править ]
- ^ Пиро, Жан-Пьер; Флинт, Мартин (2010). Оппозиционные поршневые двигатели: эволюция, использование и будущее применение . SAE International. ISBN 9780768018004. Проверено 20 ноября 2019 года .
- ^ Фостер, D .; Herold, R .; Lemke, J .; Регнер, G .; Валь, М. (2011). «Термодинамические преимущества двухтактных двигателей с оппозитными поршнями» . Серия технических статей SAE . 1 . PA: SAE International. DOI : 10.4271 / 2011-01-2216 .
- ^ «Стартовые работы, чтобы заново изобрести двигатель внутреннего сгорания» . www.nytimes.com . 30 марта 2011 . Проверено 29 ноября 2019 года .
- ^ "Противоположный поршень" . www.achatespower.com . Проверено 29 ноября 2019 года .
- ^ "TROPE: Тороидальный оппозитный поршневой двигатель" . www.youtube.com . frankydevaere . Проверено 29 ноября 2019 года .
- ^ "OPRE: оппозитный поршневой двигатель с тяговым стержнем" . www.pattakon.com . Проверено 29 ноября 2019 года .
- ^ Gingery, Винсент (2000). Создание дифференциального двигателя Аткинсона . Дэвид Дж. Джингери Паблишинг, ООО. ISBN 1878087231.
- ^ "Реплика дифференциального двигателя Аткинсона - газовые двигатели" . www.gasenginemagazine.com . Проверено 22 ноября 2019 .
- ^ "Большие газовые двигатели на континенте". Еженедельник Пейджа (23 июня 1905 г.): 1336–1337.
- ^ Стокс, Джейсон У. Б.; Каннингем, Джейсон (1909). «Газовый двигатель Oechelhauser в Великобритании: статья, прочитанная перед Инженерным обществом Университета Глазго, 11 ноября 1909 года» . Уильям Бирдмор и компания с ограниченной ответственностью. Cite journal requires
|journal=(help) - ^ "Удар молнии: Kansas City Hay Press Co. - Газовые двигатели" . www.farmcollector.com . Проверено 26 ноября 2019 года .
- ^ "Автомоторный журнал" (9 апреля 1904 г.): 421. Cite journal requires
|journal=(help) - ^ "История Гоброна-Брилли" . www.uniquecarsandparts.com.au . Архивировано из оригинального 25 августа 2013 года .
- ↑ New Arrol-Johnston Petrol Car - Часть II, The Automotor Journal, 25 ноября 1905 г., стр. 1467-1469, также Часть III, 2 декабря 1905 г., стр. 1495-1496.
- ^ "Горизонтально оппозитный двухтактный двигатель". Мотоцикл (6 августа 1914 г.): 204.
- ^ "Индекс Доксфордского сайта" . www.telenet.be . Проверено 26 ноября 2019 года .
- ^ а б "Морские двигатели - Доксфорд" . www.OldEngine.org . Архивировано из оригинального 2 -го декабря 2013 года .
- ^ "PatOP: Двигатель с оппозитным поршнем с одним коленчатым валом" . www.pattakon.com . Проверено 29 ноября 2019 года .
- ^ «Доксфордские двигатели 1878–1980» . www.doxford-engine.com . Архивировано из оригинального 24 декабря 2016 года . Проверено 28 марта 2006 года .
- ^ "Двигатели корабля Юнкерс" . www.geocities.com . Архивировано из оригинального 25 октября 2009 года.
- ^ Setright, LJK (1975). Какие-то необычные двигатели . Публикации по машиностроению для института инженеров-механиков. ISBN 9780852982082. Проверено 20 ноября 2019 года .
- ^ "Дизельный двигатель Fairbanks-Morse 38D8" . www.psrm.org . Архивировано из оригинального 26 мая 2006 года.
- ^ "Rootes-Lister - TS3 горизонтально оппозитный поршневой двигатель" . www.OldEngine.org . Архивировано из оригинального 25 февраля 2008 года.
- ^ "Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с оппозитным поршнем" . www.espacenet.com . Проверено 20 ноября 2019 года .
- ^ "Брошюра Diesel Air" (пресс-релиз). Олни, Бакингемшир, Соединенное Королевство: Diesel Air Ltd. 2002.
