Рукавный клапан

Крупный план втулочного клапана от Bristol Centaurus Mark 175.

Бристоль Персей

Втулка клапан представляет собой тип клапан механизма для поршневых двигателей , отличного от обычного тарельчатого клапана . Двигатели с втулочным клапаном использовались в ряде роскошных автомобилей до Второй мировой войны, а в Соединенных Штатах - в легковых и легких грузовиках Willys-Knight . Впоследствии они перестали использоваться из-за достижений в технологии тарельчатых клапанов, включая натриевое охлаждение, а также из-за тенденции двигателя с двойным рукавом системы Knight сжигать много смазочного масла или заедать из-за его отсутствия. Шотландский АргайлКомпания использовала в своих автомобилях собственную, гораздо более простую и эффективную систему с одной гильзой (Burt-McCollum), которая после обширных разработок нашла существенное применение в британских авиадвигателях 1940-х годов, таких как Napier Sabre , Bristol Hercules , Centaurus и многообещающий, но никогда не выпускавшийся серийно Rolls-Royce Crecy , который был вытеснен только реактивными двигателями.

Описание [ править ]

Муфтовый клапан имеет форму одной или нескольких обработанных гильз. Он устанавливается между поршнем и стенкой цилиндра в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, где он вращается и / или скользит. Стенка цилиндра имеет впускное и выпускное отверстия, как у двухтактного двигателя. Порты (отверстия) на боковых сторонах втулок совпадают с впускным и выпускным отверстиями цилиндра на соответствующих этапах цикла двигателя.

Типы рукавных клапанов [ править ]

Рыцарь рукавно-клапанный двигатель

Первый успешный рукавный клапан был запатентован Чарльзом Йельским Найтом и использовал двойные чередующиеся скользящие муфты. Он использовался в некоторых роскошных автомобилях, в частности, в Willys , Daimler , Mercedes-Benz , Minerva , Panhard , Peugeot и Avions Voisin . Компания Mors приняла на вооружение двухклапанные двигатели производства Minerva. Более высокий расход масла ^{[1] в} значительной степени перевешивался тихой работой и очень большим пробегом без обслуживания. Ранние системы с тарельчатым клапаном требовали обезуглероживания на очень малых расстояниях.

В Burt-McCollum рукава клапан был назван в честь двух изобретателей , которые применяются для подобных патентов в течение нескольких недель друг от друга. Система Burt представляла собой гильзу открытого типа, приводимую в движение со стороны коленчатого вала, в то время как конструкция McCollum имела втулку в головке и верхней части цилиндра и более сложное расположение портов (Источник: журнал Torque Meter, AEHS). Дизайн, который поступил в производство, был скорее «Бертом», чем «Макколлумом». Он использовался шотландской компанией Argyll для своих автомобилей ^[2], а позже был принят на вооружение Бристолем.для своих радиальных авиационных двигателей. В нем использовалась единственная втулка, которая вращалась вокруг оси привода ГРМ 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 золотникового клапана), при сохранении камер сгорания и большой, незагроможденной площади отверстий, возможных в системе Knight .

В небольшом количестве конструкций использовалась «манжета» в головке блока цилиндров вместо самого цилиндра ^[3], обеспечивая более «классическую» компоновку по сравнению с традиционными двигателями с тарельчатым клапаном. Эта конструкция также имела то преимущество, что поршень не находился внутри гильзы, хотя на практике это не имело большого практического значения. С другой стороны, такая компоновка ограничивала размер отверстий размером головки цилиндра, тогда как втулки цилиндров могли иметь отверстия гораздо большего размера.

Преимущества / недостатки [ править ]

Преимущества [ править ]

Основными преимуществами рукавно-клапанного двигателя являются:

• Высокая объемная эффективность за счет очень больших отверстий портов. Сэр Гарри Рикардо также продемонстрировал лучшую механическую и тепловую эффективность.
• Размер портов можно легко контролировать. Это важно, когда двигатель работает в широком диапазоне оборотов , поскольку скорость, с которой газ может входить и выходить из цилиндра, определяется размером канала, ведущего к цилиндру, и изменяется в зависимости от куба оборотов. Другими словами, при более высоких оборотах двигателя обычно требуются отверстия большего размера, которые остаются открытыми в течение большей части цикла; Этого довольно легко добиться с помощью рукавных клапанов, но сложно сделать с системой тарельчатого клапана.
• Хорошая продувка выхлопных газов и контролируемая завихрение входящей воздушно-топливной смеси в конструкции с одним рукавом. Когда впускные отверстия открываются, смесь воздуха и топлива может поступать по касательной к цилиндру. Это помогает продувке, когда используется перекрытие времени выпуска / впуска и требуется широкий диапазон скоростей, в то время как плохая продувка выхлопных газов тарельчатым клапаном может в большей степени разбавить поступающую смесь свежего воздуха / топлива, поскольку в большей степени зависит от скорости (в основном зависит от системы выпуска / впуска. резонансная настройка для разделения двух потоков). Большая свобода конструкции камеры сгорания (несколько ограничений, кроме положения свечи зажигания) означает, что топливно-воздушная смесь закручивается в верхней мертвой точке (ВМТ) также может быть более управляемым, что позволяет улучшить воспламенение и движение пламени, что, как продемонстрировал Х. Рикардо, позволяет по крайней мере одну дополнительную единицу степени сжатия перед детонацией по сравнению с двигателем с тарельчатым клапаном.
• Камера сгорания, образованная гильзой в верхней части ее хода, идеальна для полного, без детонационного сгорания заряда, поскольку ей не нужно бороться с нарушением формы камеры и клапанами горячего выхлопа (тарельчатыми).
• В системе золотникового клапана не задействованы никакие пружины, поэтому мощность, необходимая для приведения в действие клапана, остается в основном постоянной с частотой вращения двигателя, а это означает, что систему можно использовать на очень высоких скоростях без каких-либо штрафов за это. Проблема с высокоскоростными двигателями, в которых используются тарельчатые клапаны, заключается в том, что по мере увеличения скорости двигателя скорость, с которой перемещается клапан, также должна увеличиваться. Это, в свою очередь, увеличивает нагрузки из-за инерции клапана, который необходимо быстро открыть, остановить, затем изменить направление, закрыть и снова остановить. Большие тарельчатые клапаны, обеспечивающие хороший воздушный поток, имеют значительную массу и требуют сильной пружины для преодоления их инерции при закрытии. При более высоких оборотах двигателя пружина клапана может быть не в состоянии закрыть клапан до следующего открытия,что приводит к невозможности полного закрытия. Этот эффект, названныйпоплавок клапана , может привести к удару клапана о верх поднимающегося поршня. Кроме того, распределительные валы, толкатели и коромысла клапанов могут быть исключены в конструкции с втулочным клапаном, поскольку втулочные клапаны обычно приводятся в движение одной шестерней, приводимой в действие от коленчатого вала. В авиационном двигателе это обеспечивало желаемое снижение веса и сложности.
• Долговечность, что было продемонстрировано на ранних этапах автомобильного применения двигателя Knight. До появления свинцовыхбензины, двигатели с тарельчатым клапаном обычно требовали шлифовки клапанов и седел клапанов после от 20 000 до 30 000 миль (от 32 000 до 48 000 км) эксплуатации. Втулочные клапаны не страдали от износа и рецессии, вызванных повторяющимися ударами тарельчатого клапана о его седло. Рукавные клапаны также подвергались менее интенсивному тепловыделению, чем тарельчатые клапаны, из-за большей площади их контакта с другими металлическими поверхностями. В двигателе Knight накопление углерода на самом деле помогло улучшить герметичность втулок, двигатели, как говорят, «улучшаются по мере использования», в отличие от двигателей с тарельчатым клапаном, которые теряют компрессию и мощность в виде клапанов, штоков клапанов и направляющих. носить. Из-за непрерывного движения втулки (типа Burt-McCollum) высокие точки износа связаны с плохой смазкой в ​​ВМТ / НМТ ( нижняя мертвая точка) хода поршня внутри цилиндра подавляются, поэтому кольца и цилиндры служат намного дольше.
• В головке блока цилиндров не обязательно размещать клапаны, что позволяет разместить свечу зажигания в наиболее удобном месте для эффективного воспламенения горючей смеси. Для очень больших двигателей, где скорость распространения пламени ограничивает как размер, так и скорость, завихрение, вызванное портами, как описано Гарри Рикардо, может быть дополнительным преимуществом. В своем исследовании двухтактных двигателей с воспламенением от сжатия с одним клапаном втулки Гарри Рикардо доказал, что открытая втулка возможна, действуя как второй кольцевой поршень с 10% площади центрального поршня, который передавал 3% мощности на выходной вал. через механизм привода рукава. Это значительно упрощает конструкцию, поскольку больше не требуется « барахло ».
• Более низкие рабочие температуры всех частей двигателя, цилиндров и поршней, подключенных к сети. Гарри Рикардо показал, что до тех пор, пока зазор между гильзой и цилиндром установлен надлежащим образом, а масляная пленка достаточно тонкая, гильзы «прозрачны для тепла».
• Компания Continental в Соединенных Штатах провела обширные исследования двигателей с одним клапаном втулки, указав, что они в конечном итоге имеют более низкую стоимость производства и более просты в производстве. Тем не менее, их авиационные двигатели вскоре сравнялись по характеристикам с двигателями с одним рукавом с одним клапаном за счет внедрения таких усовершенствований, как тарельчатые клапаны с натриевым охлаждением, и кажется также, что затраты на это исследование, наряду с кризисом октября 1929 года, привели к созданию сингла Continental. -рукавно-клапанные двигатели, не поступающие в серийное производство. В книге по двигателям Continental ( Continental! Its Motors and Its People , W. Wagner, 1983. ISBN  0-8168-4506-9 ) сообщается, что компания General Motors провела испытания двигателей с одним клапаном втулки, отказавшись от такой конструкции, и по словам М. Хьюленда( Car & Driver , июль 1974 г.) также Ford около 1959 г.

Большинство из этих преимуществ были оценены и установлены в 1920-х годах Роем ​​Федденом и Гарри Рикардо, возможно, самыми большими сторонниками двигателя с клапаном на золотник. Он признал, что некоторые из этих преимуществ были значительно ослаблены по мере того, как топливо улучшалось до и во время Второй мировой войны, а выхлопные клапаны с натриевым охлаждением были введены в авиационные двигатели большой мощности.

Недостатки [ править ]

Однорычажный клапан преследовал ряд недостатков:

• Идеальной, даже очень хорошей герметизации добиться сложно. В двигателе с тарельчатым клапаном поршень имеет поршневые кольца.(минимум три, а иногда и восемь), образующих уплотнение с отверстием цилиндра. В течение периода «приработки» (известного как «приработка» в Великобритании) любые дефекты в одном нацарапываются 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 втулке. В 1940-х годах это не было серьезной проблемой, потому что в то время штоки тарельчатых клапанов обычно протекали значительно больше, чем сегодня, так что расход масла в любом случае был значительным. К одному из одноклапанных двигателей Argyll 1922–1928 годов 12,четырехцилиндровый 91 куб. дюйм (1491 куб. см), был отнесен к расходу масла в один галлон на 1 945 миль,^[4] и 1000 миль на галлон масла в 15/30 четырехцилиндровом двигателе 159 куб. дюймов (2610 куб. см). ^[5] Некоторые предложили добавить кольцо в основании гильзы между гильзой и стенкой цилиндра. Однорычажные клапанные двигатели имели репутацию гораздо менее дымных, чем Даймлер с двигателями аналогов двухвальных двигателей Knight.
• Проблема с высоким расходом масла, связанная с двойным клапаном Knight, была решена с помощью клапана с одним рукавом Burt-McCollum, усовершенствованного Bristol. На моделях со сложной « головкой-барахлом » на ней был установлен обратный продувочный клапан; поскольку жидкости нельзя сжимать, наличие масла в свободном пространстве может вызвать проблемы. В верхней мертвой точке (ВМТ) одноходовой клапан вращается по отношению к поршню. Это предотвращает проблемы с граничной смазкой, поскольку износ гребня поршневого кольца в ВМТ и нижней мертвой точке (НМТ) не происходит. Срок службы Bristol Hercules между капитальными ремонтами (TBO) оценивается в 3000 часов, что очень хорошо для авиационного двигателя, но не для автомобильных двигателей. ^[6] Изнашивание рукавов располагалось преимущественно в верхней части, внутри «утиля».
• Неотъемлемым недостатком является то, что поршень по ходу движения частично закрывает отверстия, тем самым затрудняя прохождение газов во время критического перекрытия фаз впускных и выпускных клапанов, обычного в современных двигателях. Тираж в 1954 году книги Гарри Рикардо «Высокоскоростной двигатель внутреннего сгорания»., а также в некоторых патентах на производство втулочных клапанов указывается, что доступная зона для отверстий в втулке зависит от типа привода втулки и соотношения диаметр / ход; Рикардо успешно испытал концепцию «открытой гильзы» в некоторых двухтактных двигателях с воспламенением от сжатия. Это не только устранило головные кольца, но также позволило уменьшить высоту двигателя и головки, тем самым уменьшив лобовую площадь в авиационном двигателе, поскольку вся окружность втулки была доступна для области выхлопного отверстия, а втулка действовала синхронно с Поршень, образующий кольцевой поршень с площадью около 10% площади поршня, вносит около 3% мощности, передаваемой через приводной механизм втулки на коленчатый вал. Инженер немецкого происхождения Макс БентелеПосле изучения британского авиадвигателя с гидрораспределителями (вероятно, Hercules ), пожаловался, что для этого двигателя требуется более 100 зубчатых колес, слишком много на его вкус. ^[7]
• Серьезная проблема больших однорукавных авиационных двигателей заключается в том, что их максимальная надежная частота вращения ограничена примерно 3000 об / мин, но автомобильный двигатель M Hewland без труда разгонялся до 10000 об / мин.
• Повышенное октановое число топлива с октановым числом выше 87 способствует большей выходной мощности тарельчатых двигателей, чем однорукавных двигателей. ^{[ необходима цитата ]}
• Сообщалось, что повышенная проблема с расходом масла и смазкой блока цилиндров никогда не решалась в серийных двигателях. Железнодорожные и другие крупные двигатели с одним рукавом с клапаном выделяют больше дыма при запуске; когда двигатель достигает рабочей температуры и допуски попадают в соответствующий диапазон, дымность значительно уменьшается. Для двухтактных двигателей трехкомпонентный катализатор с впрыском воздуха посередине был предложен как лучшее решение в статье журнала SAE около 2000 года.
• Некоторые (Wifredo Ricart, 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, движущиеся гильзы почти не работают. прозрачен для тепла, фактически передавая тепло от верхних частей системы к нижним.
• При хранении в горизонтальном положении рукава приобретают овальную форму, что вызывает несколько типов механических проблем. Чтобы этого избежать, были разработаны специальные шкафы для хранения рукавов вертикально.
• Эквивалентные реализации современных регулируемых фаз газораспределения и переменного подъема невозможны из-за фиксированных размеров отверстий портов и по существу фиксированной скорости вращения гильз. Теоретически возможно изменить скорость вращения с помощью 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 [ править ]

Чарльз Йель Найт [ править ]

В 1901 году Найт купил одноцилиндровый трехколесный автомобиль с воздушным охлаждением, шум клапанов которого раздражал его. Он считал, что может спроектировать лучший двигатель, и сделал это, изобретя свой принцип двойного рукава в 1904 году. При поддержке чикагского предпринимателя Л. Б. Килбурна было построено несколько двигателей, за которыми последовал туристический автомобиль Silent Knight, который был показан на выставке 1906 Чикагский автосалон.

В конструкции Найта было по две чугунных гильзы на цилиндр, одна скользила внутри другой, а поршень находился внутри внутренней гильзы. Втулки приводились в действие небольшими соединенными стержнями, приводимыми в действие эксцентриковым валом. На их верхних концах были вырезаны порты. Конструкция была на удивление тихой, и клапаны втулки не требовали особого внимания. Однако его производство было более дорогим из-за необходимости точного шлифования поверхностей гильз. Он также потреблял больше масла на высоких скоростях, и его было труднее запустить в холодную погоду. ^[9]

Несмотря на то, что он изначально был не в состоянии продать свою Knight Engine в Соединенных Штатах, долгое пребывание в Англии, с широким участием дальнейшего развития и уточнением Даймлером под руководством своего консультантом д - р Фредерик Ланчестера , ^[10] в конечном счете , обеспеченный Daimler и несколько роскошных автомобилей фирма в качестве клиентов готов платить свои дорогие премии. Впервые он запатентовал дизайн в Англии в 1908 году. Патент для США был предоставлен в 1910 году. ^[11] В рамках лицензионного соглашения «Рыцарь» должен был быть включен в название автомобиля.

Шестицилиндровые клапанные двигатели Daimler использовались на первых британских танках времен Первой мировой войны, вплоть до Mark IV . В результате тенденции двигателей курить и , следовательно , отдать позиции танка, Гарри Рикардо был введен, и разработал новый двигатель , который заменил втулку клапан , начиная с Mark V баком .

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 прекратить производство своей линейки двигателей с клапаном на втулку из-за ограничений, наложенных на них победителями Второй мировой войны, всего около тридцати компаний. ^[12] Itala также экспериментировала с поворотными и золотниковыми клапанами в своих автомобилях Avalve.^[13]

По возвращении Найта в Америку он смог убедить некоторые фирмы использовать его дизайн; здесь его торговая марка была « Безмолвный рыцарь » (1905–1907) - его коммерческим аргументом было то, что его двигатели были более тихими, 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, предлагавшая автомобиль под названием Willys-Knight , который был произведен в гораздо большем количестве, чем любой другой клапан с клапаном. машина.

Берт-МакКоллум [ править ]

Муфтовый клапан Берта-МакКоллума, получивший свое название от фамилий двух инженеров, запатентовавших ту же концепцию с разницей в несколько недель, Питера Берта и Джеймса Гарри Кейли МакКоллума, патентные заявки поданы 6 августа и 22 июня 1909 года соответственно. Инженеры, нанятые шотландским автопроизводителем Argyll, состояли из единой втулки, которой было придано сочетание движения вверх-вниз и частичного вращения. Он был разработан примерно в 1909 году и впервые был использован в 1911 году в Argyll.машина. Первоначальные инвестиции в Аргайл в 1900 году составили 15000 фунтов стерлингов, а в 1920 году строительство великолепного завода в Шотландии обошлось в 500000 фунтов стерлингов. Сообщается, что судебный процесс владельцев патентов Knight обошелся Аргайллу в 50000 фунтов стерлингов, что, возможно, является одной из причин временной остановки их завода. . Еще одним производителем автомобилей, который использовал патенты Argyll SSV и другие собственные патенты (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 патентов Argyll в США. Наибольший успех для клапанов с одним рукавом (SSV) был в больших авиационных двигателях Бристоля, он также использовался в Napier Sabre иДвигатели Rolls-Royce Eagle . Система SSV также снизила высокий расход масла, связанный с двухвальным клапаном Knight. ^[14]

Компания Barr and Stroud Ltd из Аннисленда, Глазго, также получила лицензию на разработку SSV и изготовила небольшие версии двигателей, которые они продавали мотоциклетным компаниям. В рекламе в журнале Motor Cycle в 1922 году ^[15] Barr & Stroud рекламировал свой двигатель с цилиндрическим клапаном объемом 350 куб. См и перечислил Beardmore-Precision , Diamond, Edmund и Royal Scot в качестве производителей мотоциклов, предлагающих его. Этот двигатель был описан в мартовском выпуске как «двигатель Берта». ^[16] Grindlay-Peerless начал производство SSV Barr & Stroud с 999-кубовым V-образным твином в 1923 году. [1]и позже добавил одиночный SSV 499cc, а также 350cc. Вард Уоллес, известный своими послепродажными вилками для мотоциклов, представил в 1947 году чертежи одноцилиндрового двигателя SSV объемом 250 куб. См с воздушным охлаждением. Некоторые небольшие вспомогательные лодочные двигатели SSV и электрические генераторы были построены в Великобритании, подготовленные для сжигания «парафина» с самого начала или после небольшого разогрева с более сложными видами топлива. (Братство Петтера, Уоллес. «Инженер», 9 декабря 1921 г., стр. 618)

Ряд авиационных двигателей с золотниковыми клапанами был разработан после основополагающей исследовательской работы RAE 1927 года Гарри Рикардо . В этом документе описаны преимущества золотникового клапана и высказано предположение, что двигатели с тарельчатым клапаном не смогут обеспечивать выходную мощность, намного превышающую 1500 л.с. (1100 кВт). Napier и Bristol приступили к разработке двигателей с золотником, 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, разработал прототипы двигателей с одним клапаном и одним клапаном для широкого диапазона применений, от автомобилей до поездов и самолетов, и думал, что производство будет проще, а затраты будут ниже, чем у аналогичных двигателей с тарельчатым клапаном. . 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 клапанных двигателей (хотя он так и не был запущен в производство) был Rolls-Royce Crecy V-12 (как ни странно, с углом поворота 90 градусов), двухтактный, с прямым впрыском, с турбонаддувом (сила -прочищенный) 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) выдавал при впрыске воды мощность, эквивалентную 5000 л.с. (192 л.с. / литр), ^[17] хотя полный V12, вероятно, изначально был рассчитан примерно на 2500 л.с. (1900 кВт). ). Сэр Гарри Рикардо, который определил макет и цели дизайна, считал, что надежный военный рейтинг в 4000 л.с. возможен. Рикардо постоянно расстраивался во время войны с Rolls-Royce.(RR) усилия. Hives & RR были очень сосредоточены на своих самолетах Merlin , Griffon, затем Eagle и, наконец, на самолетах Whittle , которые имели четко определенную цель производства. Рикардо и Тизард в конце концов поняли, что Crecy никогда не получит того внимания, которого он заслуживает, если только он не будет предназначен для установки на конкретный самолет, но к 1945 году их концепция « Спитфайр на стероидах» - быстро набирающий высоту перехватчик с легким двигателем Crecy стала самолет без цели.

После Второй мировой войны золотниковые клапаны стали меньше использоваться. Рой Федден, очень рано участвовавший в исследованиях SV, построил около 1947 года несколько плоских шестицилиндровых двигателей с одним клапаном, предназначенных для авиации общего назначения; после этого только французская SNECMA произвела несколько двигателей SSV по лицензии Bristol, которые были установлены на транспортном самолете Noratlas , а также на другом транспортном самолете, Azor, построенном испанским CASA, на котором были установлены двигатели SSV Bristol после Второй мировой войны. Однако во время послевоенного бума в авиатранспорте двигатели Bristol использовались в Vickers Viking и связанных с ним военных университетах, а Valetta , Airspeed Ambassador использовалась наЕвропейские маршруты BEA , и Handley Page Hermes (и связанный с ним военный Hastings ), и авиалайнеры Short Solent, а также Bristol Freighter и Superfreighter . Centaurus также использовался в военных Hawker Sea Fury , Blackburn Firebrand , Bristol Brigand , Blackburn Beverly и Fairey Spearfish . Предыдущие проблемы тарельчатого клапана с уплотнением и износом были решены за счет использования более качественных материалов и инерции.Проблемы с использованием 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 с помощью клапанов с натриевым охлаждением. До этого момента односторонний клапан выигрывал все соревнования с тарельчатым клапаном в сравнении мощности с рабочим объемом. Трудность отверждения нитридов с последующей чистовой шлифовкой золотникового клапана для корректировки округлости, возможно, была причиной отсутствия более широкого коммерческого применения.

Патентное дело компании Knight-Argyll [ править ]

Когда в 1911 году был выпущен автомобиль Argyll, компания Knight and Kilbourne немедленно возбудила дело против Argyll за нарушение их оригинального патента 1905 года. В этом патенте описан двигатель с одной движущейся гильзой, тогда как двигатели Daimler, построенные в то время, были основаны на патенте Knight 1908 года, который имел двигатели с двумя движущимися гильзами. В рамках судебного разбирательства двигатель был построен в соответствии со спецификацией 1905 года и развивал не более доли номинальной мощности RAC . Этот факт вкупе с другими юридическими и техническими аргументами ^[18]побудил судью в конце июля 1912 года постановить, что владельцы оригинального патента Найта не могут быть поддержаны в их иске о том, что он дает им основные права, охватывающие дизайн Аргайл. Судебные издержки против требований владельцев патентов Knight, похоже, в значительной степени способствовали банкротству компании Argyll в Шотландии.

Современное использование [ править ]

Втулочные клапаны начали возвращаться благодаря современным материалам, значительно лучшим инженерным допускам и современным технологиям строительства, которые позволяют производить клапаны с очень малой утечкой масла. Однако самые передовые исследования двигателей сосредоточены на улучшении других конструкций двигателей внутреннего сгорания, таких как двигатель Ванкеля .

Майк Хьюланд со своим помощником Джоном Логаном, а также независимо Кейт Дакворт , экспериментировали с одноцилиндровым двигателем для испытаний с гильзой и клапаном, рассматривая замену Cosworth DFV . Hewland утверждал, что получил 72 л.с. (54 кВт) от одноцилиндрового двигателя объемом 500 куб. См с удельным расходом топлива 177-205 г / л.с. / ч (0,39 - 0,45 фунта / л.с. / ч), причем двигатель мог работать с креозотом и без специальной смазки для рукава.

Необычной формой четырехтактного модельного двигателя, в котором используется то, что по сути является гильзо-клапанным форматом, является серия британских двигателей RCV модели "SP", в которых используется вращающаяся гильза цилиндра, приводимая в движение через коническую шестерню на "дне" гильзы цилиндра. , который фактически находится в кормовой части цилиндра; и, что еще более необычно, карданный вал - как неотъемлемая часть вращающейся гильзы цилиндра - выходит из того, что обычно является головкой блока цилиндров., который в этой конструкции размещен в крайней передней части двигателя, обеспечивая передаточное число 2: 1 по сравнению со скоростью вращения коленчатого вала, ориентированного вертикально. В модельных двигателях той же фирмы "CD" используется обычный вертикальный одноцилиндровый двигатель с коленчатым валом, используемым для прямого вращения гребного винта, а также используется клапан вращающегося цилиндра. В качестве параллели с более ранними автомобильными силовыми установками с втулочными клапанами, разработанными Чарльзом Найтом, любые модели двигателей RCV с втулочными клапанами, работающие на модельном топливе для двигателей накаливания с использованием касторового масла(содержание примерно от 2% до 4%) смазочного материала с максимальным содержанием 15% в топливе позволяет образовавшемуся в процессе работы двигателя «налету» обеспечить лучшее пневматическое уплотнение между клапаном вращающегося цилиндра и отливками блока цилиндров / головки блока двигателя, первоначально формируется при обкатке двигателя. ^[19]

Другая концепция, двигатель с вращающейся гильзой, была разработана, в которой преимущества износа и трения золотникового клапана используются в традиционной компоновке двигателя. Сообщается о снижении трения примерно на 40% для дизельного двигателя Heavy Duty.

Эта же компания может также поставить несколько более мощные двигатели для использования в военных беспилотных летательных аппаратах, портативных генераторах и таком оборудовании, как газонокосилки. ^[20] Они являются «многотопливными», поскольку они могут быть настроены для работы на бензине, керосине, включая авиационное топливо, и дизельном топливе.

Из-за невозможности использования обычных тарельчатых клапанов в двигателях с оппозитными поршнями американская компания Pinnacle Engines также продвигает расположение клапанов втулки в своих разработках 4-тактных двигателей с оппозитными поршнями. Система изменения фаз газораспределения также была предложена в разработке 3-цилиндрового двигателя объемом 1,5 л от компании Pinnacle Engines, но по состоянию на декабрь 2016 года для широкой публики не так много подробностей.

Паровой двигатель [ править ]

Рукавные клапаны изредка, но безуспешно, использовались в паровых двигателях, например в классах SR Leader .

См. Также [ править ]

• Категория: Гильотинные двигатели
• Слайд клапан
• Поршневой клапан
• Клапан Корлисс

Ссылки [ править ]

• HE Carroll: патент Великобритании 24.232; 1908 г.
• Дж. Б. Халл: «Двигатели без тарельчатых клапанов на выставке в Олимпии 1911 года», документ SAE 120011.
• Ателье Piccard, Pictet & Cie: патент Великобритании 118.407; 1917 г.
• Гарри Рикардо: «Недавние исследования двигателя внутреннего сгорания», журнал SAE, май 1922 г., стр. 305–336 (заканчивается на стр. 347).
• Р. Абелл: «Конструкция и работа двигателя внутреннего сгорания с одним клапаном», журнал SAE, октябрь 1923 г., стр. 301–309 (Другой тип тарельчатого клапана, также используемый Lotus в 2-тактном двигателе - документ SAE 920779)
• PM Heldt: «Двигатели с втулкой и клапаном», журнал SAE, март 1926 г., стр. 303–314.
• У. А. Фредерик: «Двигатель с одним клапаном», журнал SAE, май 1927 г., стр. 661–678 (Расчеты).
• Г.Л. Энсор: "Некоторые заметки о клапане с одной втулкой", Труды Института автомобильных инженеров (Лондон), Том XXII, сессия 1927-28, стр. 651-719.
• AM Niven: «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 документ SAE 300010.
• AM Niven: «Привод клапана с рукавами», Патент США 1764972, 1930.
• AM NIven: «Двигатель внутреннего сгорания», Патент US 1778911, 1930.
• AM Niven: "Гильза клапана головки цилиндров", Патент США 1780763, 1930.
• AM Niven: "Приводной механизм втулочного клапана", Патент США 1789341, 1931 г.
• Р. Федден: Патенты GB425060, GB584525 и CA353554 на материалы, производство и упрочнение рукавов.
• AM Niven: «Рукавный клапан и способ его изготовления», Патент № US1814764A; 1931 г.
• AM Niven: «Рукавный клапан и способ его изготовления», патент США № 1,820,629; 1931 г.
• AHR Fedden: «Одинарная втулка как клапанный механизм для авиационного двигателя», документ SAE 380161.
• Эшли С. Хьюитт: «Малый высокоскоростной двигатель с одним рукавом с одним клапаном», документ SAE 390049 (одноцилиндровый двигатель объемом 4,21 куб. См, с воздушным охлаждением, 70 куб. См).
• WP Ricart: "Некоторые европейские комментарии о высокомощных автомобилях и авиационных двигателях", документ SAE 390099.
• П.В. Ламарк, "Конструкция ребер охлаждения для мотоциклетных двигателей", Отчет Комитета автомобильных исследований, Журнал Института автомобильных инженеров, выпуск за 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 гильз клапана», патент США № 2319,546; 1943 г.
• Маркус К. Инман Хантер: "Rotary Valve Engines", Hutchinson, 1946 (In Scribd)
• Г.Ф. Хиетт и Дж. В.Б. Робсон: "Двухтактный двухтактный двигатель с клапаном на рукаве для самолетов", "Авиастроение и аэрокосмические технологии" (1950), том 22, выпуск 1, стр. 21–23, те же авторы, журнал и название , Часть 2, в том 22, вып. 2, стр. 32–45
• Гарри Рикардо: «Дизельный двигатель с клапаном на рукаве», '19 Лекция Эндрю Лэйнга ', Институт Северо-Восточного побережья. инженеров и корабелов, сделка 67-я сессия, 1950–51, с. 69-88.
• Гарри Рикардо: Высокоскоростной двигатель внутреннего сгорания , Лондон, изд. 1953 г. (Материалы см. Также в разговоре)
• «Неортодоксальные двигатели внутреннего сгорания - поворотные и втулочные клапаны», Model Engineer, Том 122, № 3056, 4 февраля 1960 г., стр. 136-138.
• Питер Р. Марч: «Двигатель с клапаном на рукава», Airextra, № 27, 1977 г., стр. 11-19
• Уильям Вагнер: Континентальный! Его моторы и его люди , Aero Publishers, Калифорния, 1983.
• Строго IC Magazine, том 14, номера 83 и 84 (Построение модели мотоциклетного двигателя SSV Barr & Stroud в масштабе 1/3).
• Майкл Уортингтон-Уильямс: «Что-то в рукаве», «Автомобиль» (Великобритания), том 21 № 3, май 2003 г., стр. 48-51
• Роберт Дж. Раймонд: «Сравнение поршневых двигателей с гильзой и тарельчатым клапаном», AEHS, апрель 2005 г. [2]
• Кимбл Д. Маккатчеон: «Двигатели с жидкостным охлаждением компании Pratt & Whitney», AEHS, 2006. [3]
• Мухаммад Хафдиз Рахмат и др. (PETRONAS): «Моделирование стратегии забора с боковым открыванием и проверка применения порта втулки с клапаном», документ SAE 2009-32-0130 / 20097130
• Аниш Гохале и др.: «Оптимизация охлаждения двигателя посредством моделирования сопряженной теплопередачи и анализа ребер», SAE Paper 2012-32-0054
• YouTube: видео ChargerMiles007, Anson Engine Museum и др., Ключевое слово для поиска: Sleeve Valve.
• Музей двигателей Энсона: видео на YouTube о двигателе Petter Brotherhood, железнодорожном двигателе с одним рукавом с клапаном, разработанном около 1930 года в компании, в которой участвовал Дж. Б. Миррлис.
• Руководства Bristol Engines [4]
• Наум, Фостер-Пегг и Берч: «Rolls-Royce Crecy», The Rolls-Royce Heritage Trust, 2013. ISBN 978-1-872922-44-7 
• К. Маккатчеон: «Американские авиационные двигатели с клапаном на рукавах», Weak Force Press, Ханствилл, Алабама; 2020. ISBN 978-0-9710847-8-0 

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы, связанные с двигателями с втулочными клапанами .

• Видео, показывающее двигатель Knight Sleeve-Valve в разрезе
• [5] Двигатель газонокосилки Briggs & Stratton модифицирован до распределительного типа с одинарным клапаном.
• [6] Гарри Рикардо, издание 1931 года: «Высокоскоростной двигатель внутреннего сгорания»
• [7] Сайт Дугласа Селф: «Поворотные клапаны в двигателях внутреннего сгорания»