Рукавный клапан - Sleeve valve - Wikipedia

Информацию о рукавном клапане, используемом в системах водоснабжения, см. Рукавный клапан (вода). Для футеровки цилиндра см. Цилиндр (двигатель) § Гильза цилиндра.
Крупный план втулочного клапана от Bristol Centaurus Mark 175.
Бристоль Персей

В рукавный клапан это тип клапан механизм для поршневые двигатели в отличие от обычного тарельчатый клапан. Двигатели с клапаном на втулку использовались в ряде предварительныхВторая Мировая Война роскошные автомобили и в США в Виллис-Найт легковой и легкий грузовик. 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 Аргайл Компания использовала в своих автомобилях собственную, гораздо более простую и эффективную систему с одной гильзой (Burt-McCollum), которая после обширных разработок нашла широкое применение в Великобритании. авиационные двигатели 1940-х годов, таких как Napier Sabre, Бристоль Геркулес, Центавр, и многообещающие, но никогда не выпускаемые серийно Роллс-Ройс Креси, только чтобы быть вытесненными реактивными двигателями.

Описание

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, идентичные двухтактный мотор. Порты (отверстия) на боковых сторонах втулок совпадают с впускным и выпускным отверстиями цилиндра на соответствующих этапах цикла двигателя.

Типы рукавных клапанов

A 4-cylinder car engine of 1919, sectioned through the cylinders to show the Knight sleeve valves.
Рыцарь рукавно-клапанный двигатель

Первый успешный рукавный клапан был запатентован Чарльз Йель Найт, и использовали сдвоенные чередующиеся скользящие втулки. Он использовался в некоторых роскошных автомобилях, в частности Виллис, Daimler, Мерседес Бенц, Минерва, Panhard, Пежо и Avions Voisin. Компания Mors приняла на вооружение двухклапанные двигатели производства Minerva. Более высокий расход масла[1] было сильно перевешено бесшумностью хода и очень большими пробегами без обслуживания. Ранние системы с тарельчатым клапаном требовали обезуглероживания на очень малых расстояниях.

Diagram of the Argyll single sleeve valve, showing the complex shape of the multiple ports and the semi-rotary actuation
Однорукавный клапан Argyll

В Берт-МакКоллум Втулочный клапан был назван в честь двух изобретателей, подавших заявки на аналогичные патенты с разницей в несколько недель. 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». Его использовала шотландская компания Argyll для своих автомобилей,[2] и позже был принят Бристоль 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 Burt-McCollum имел дополнительное преимущество, заключающееся в снижении расхода масла (по сравнению с другими конструкциями золотниковых клапанов), при сохранении камер сгорания и большой, незагроможденной площади отверстий, возможных в рыцарь система.

В небольшом количестве конструкций вместо самого цилиндра использовалась "манжета" в головке блока цилиндров.[3] обеспечивает 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

Преимущества

Основными преимуществами рукавно-клапанного двигателя являются:

  • Высоко объемная эффективность из-за очень больших отверстий портов. Сэр Гарри Рикардо также продемонстрировал лучшую механическую и тепловую эффективность.
  • Размер портов можно легко контролировать. Это важно, когда двигатель работает на широком Об / мин диапазон, поскольку скорость, с которой газ может входить и выходить из цилиндра, определяется размером канала, ведущего к цилиндру, и изменяется в зависимости от куба числа оборотов в минуту. 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 вихрь топливно-воздушной смеси верхняя мертвая точка (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.
  • В камера сгорания сформированный с гильзой в верхней части его хода, идеально подходит для полного, без детонационного сгорания заряда, поскольку он не должен бороться с компромиссной формой камеры и горячими выпускными (тарельчатыми) клапанами.
  • 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 оказаться не в состоянии закрыть клапан до следующего открытия, что приведет к невозможности полного закрытия. Этот эффект, названный клапан поплавок, 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 свинцовый бензины, 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 Берта-МакКоллума) 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 сильно упрощает конструкцию, так как 'мусорная голова 'больше не нужен.
  • 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 в конечном итоге они будут иметь 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 единого двигателя Continental -рукавно-клапанные двигатели, не поступающие в серийное производство. Книга (Континентальный! Его двигатели и его люди, В. Вагнер, 1983. ISBN  0-8168-4506-9) на двигателях Continental сообщает, что General Motors провела испытания двигателей с одним клапаном втулки, отказавшись от такой конструкции, и, по словам М. Hewland (Водитель машины, Июль 1974 г.) также Ford около 1959 г.

Большинство из этих преимуществ были оценены и установлены в 1920-х гг. Рой Федден и Гарри Рикардо, возможно, величайшего защитника двигателя с клапаном на впрыск. 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

Однорычажный клапан преследовал ряд недостатков:

  • Идеальной, даже очень хорошей герметизации добиться сложно. В двигателе с тарельчатым клапаном поршень обладает 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, четырехцилиндровому двигателю 91 куб. дюйм (1491 куб. см), был приписан расход масла в один галлон на 1 945 миль,[4] и 1000 миль на галлон масла в 15/30 четырехцилиндровом 159 куб. дюймов (2610 куб. см).[5] Некоторые предлагали 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 однорукавного клапана Burt-McCollum, усовершенствованного Bristol. Модели, имевшие комплекс 'мусорная голова 'установил на нем обратный продувочный клапан; поскольку жидкости нельзя сжимать, наличие масла в свободном пространстве может вызвать проблемы. В верхняя мертвая точка (ВМТ) одноручный клапан вращается относительно поршня. 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. Печать книги Гарри Рикардо в 1954 году 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 площадь лобовой части 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 Бентеле, изучив британский авиадвигатель с гидрораспределителями (вероятно, Геркулес ), жаловался, что для компоновки двигателя требуется более 100 шестерен, на его вкус слишком много.[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.[нужна 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 выходят на адекватный 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

Чарльз Йель Найт

Основная статья: Рыцарский двигатель
Daimler 22 л.с.[8] открытый 2-х местный (образец 1909 г.). Хорошо заметный талисман на крышке радиатора - Рыцарь (C.Y.).
Реплика 1912 г. Stearns реклама в центре города Бойсе, Айдахо рекламируя мотор Knight-type

В 1901 году Найт купил одноцилиндровый трехколесный автомобиль с воздушным охлаждением, шум клапанов которого раздражал его. Он считал, что может спроектировать более совершенный двигатель, и сделал это, изобретя свой принцип двойного рукава в 1904 году. При поддержке чикагского предпринимателя Л.Б. В Килборне было построено несколько двигателей, а затем последовал туристический автомобиль «Silent Knight», который был показан на Чикагском автосалоне 1906 года.

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]

Хотя изначально он не мог продать свой Knight Engine в Соединенных Штатах, долгое пребывание в Англии, предполагающее обширное дальнейшее развитие и усовершенствование Daimler под наблюдением их консультанта Доктор Фредерик Ланчестер,[10] в конце концов привлек Даймлера и несколько фирм по производству роскошных автомобилей в качестве клиентов, готовых платить его дорогие премии. Впервые он запатентовал дизайн в Англии в 1908 году. Патент для США был получен в 1910 году.[11] В рамках лицензионного соглашения в названии автомобиля должно было быть указано «Рыцарь».

Шестицилиндровые клапанные двигатели Daimler использовались в первых британских танках в Первой мировой войне, вплоть до Марк IV. Из-за того, что двигатели дымят и, следовательно, выдают позиции танка, Гарри Рикардо был доставлен и разработал новый двигатель, который заменил золотник, начиная с Танк Mark V.

Среди компаний, использующих технологию Найта, были Avions Voisin, Daimler (1909–1930-е гг.), Включая их V12 двойная шестерка, Panhard (1911–39), Мерседес (1909–24), Виллис (как Виллис-Найт, плюс связанный с ним Сокол-Рыцарь), Stearns, Морс, Пежо, и Бельгии Компания Минерва компания была вынуждена остановить свою линейку двигателей с клапаном-втулкой из-за ограничений, наложенных на них победителями Второй мировой войны, всего около тридцати компаний.[12] Itala также экспериментировал с вращающийся и клапаны в их автомобилях «Авальве».[13]

По возвращении Найта в Америку он смог убедить некоторые фирмы использовать его дизайн; вот его торговая марка "Безмолвный рыцарь "(1905–1907) - его коммерческая выгода заключалась в том, что его двигатели были тише, чем двигатели со стандартными тарельчатыми клапанами. Самыми известными из них были двигатели F.B. Stearns Компания Кливленда, которая продала автомобиль под названием Stearns-Knight, а Виллис фирма, которая предложила автомобиль под названием Виллис-Найт, который был произведен в гораздо большем количестве, чем любой другой рукав с клапаном.

Берт-МакКоллум

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. Аргайл машина. Первоначальные инвестиции в Аргайл в 1900 году составили 15 000 фунтов стерлингов, а в 1920 году строительство великолепного завода в Шотландии обошлось в 500 000 фунтов стерлингов. Сообщается, что судебные тяжбы владельцев патентов Knight обошлись Аргайллу в 50 000 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); Основание Луи Шевроле и других 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 одноходовых клапанов (SSV) был в больших авиационных двигателях Бристоля, он также использовался в Napier Sabre и Роллс-Ройс Игл двигатели. Система SSV также снизила высокий расход масла, связанный с двухвальным клапаном Knight.[14]

Барр и Страуд Ltd из Anniesland, Глазго, также лицензировала конструкцию SSV и делала небольшие версии двигателей, которые они продавали мотоциклетным компаниям. В рекламе журнала Motor Cycle в 1922 г.[15] Barr & Stroud представили свой двигатель с цилиндрическим клапаном объемом 350 куб. Beardmore-Precision, Diamond, Edmund и Royal Scot как производители мотоциклов, предлагающие его. Этот двигатель был описан в мартовском выпуске как «двигатель Берта».[16] Grindlay-Peerless начал производство 999-кубового V-твин SSV Barr & Stroud с двигателем 999 куб.см. 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 плодотворной исследовательской работы 1927 г. RAE к 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 Бристоль начал разработку двигателей с клапаном на впрысках, что в конечном итоге привело к ограниченному производству двух самых мощных поршневых двигателей в мире: Napier Sabre и Бристоль Центавр. В 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 моторы и его люди», Уильям Вагнер, Armed Forces Journal International и Aero Publishers, 1983 г., ISBN  0-8168-4506-9)

Потенциально самым мощным из всех поршневых двигателей (хотя он так и не поступил в производство) был Роллс-Ройс Креси V-12 (как ни странно, с V-образным углом 90 градусов), двухтактный, с прямым впрыском, с турбонаддувом (с продувкой под давлением), объемом 26,1 литра. 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 разочаровывался во время войны с Rolls-Royce (RR) усилия. Крапивница & RR были очень сосредоточены на своих Мерлин, Грифон затем Орел и наконец Whittle реактивные самолеты, которые все имели четко определенное производственное назначение. Рикардо и Тизард в конце концов понял, что Crecy никогда не получит того внимания, которого заслуживает, если только он не будет предназначен для установки на конкретный самолет, но к 1945 году их "Спитфайр на стероидах »концепция быстро набирающего высоты перехватчика с легким двигателем Crecy превратилась в бесполезный самолет.

После Второй мировой войны золотниковые клапаны стали использоваться реже. Рой Федден, очень рано участвовавший в исследованиях S-V, построил около 1947 года несколько плоских шестицилиндровых двигателей с одним клапаном, предназначенных для авиации общего назначения; после этого только французы SNECMA произвел несколько двигателей SSV по лицензии Bristol, которые были установлены в Норатлас транспортный самолет, а также еще один транспортный самолет, Азор построенный испанцами CASA Установлены двигатели SSV Bristol после Второй мировой войны. Однако во время послевоенного бума авиатранспорта в Виккерс Викинг и связанные с ним военные Университетская и Валетта, Посол воздушной скорости, используется на BEA европейские маршруты, и Хэндли Пейдж Гермес (и связанные военные Гастингс ), и Короткий Солент авиалайнеры и Бристольское грузовое судно и Суперфрахтовщик. Центавр также использовался в армии. Hawker Sea Fury, Блэкберн Firebrand, Бристольский разбойник, Блэкберн Беверли и Фейри Спирфиш. Предыдущие проблемы тарельчатого клапана с уплотнением и износом были устранены за счет использования более качественных материалов и инерция 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 у тарельчатого клапана по сравнению 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

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 процесса двигатель был построен в соответствии со спецификацией 1905 года и развил не более доли номинальной мощности. RAC лошадиные силы. 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

Муфтовый клапан начал возвращаться, благодаря современным материалам, значительно лучше инженерные допуски и современные методы строительства, которые позволяют производить клапан с очень малой утечкой масла. Однако самые передовые исследования двигателей сосредоточены на улучшении других конструкций двигателей внутреннего сгорания, таких как Ванкель.

Майк Хьюленд со своим помощником Джоном Логаном, а также независимо Кейт Дакворт, экспериментировал с одноцилиндровым двигателем с клапаном-втулкой, глядя на Cosworth DFV замены. Hewland утверждал, что получил 72 л.с. (54 кВт) от одноцилиндрового двигателя объемом 500 куб. удельный расход топлива 177-205 г / л.с. / ч (0,39 - 0,45 фунта / л.с. / ч), двигатель может работать на креозот, и без специальной подачи смазки для втулки.

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

Необычная форма четырехтактного модель двигателя в котором используется то, что, по сути, является форматом клапана-втулки, - это двигатели модели "SP" британской серии RCV, в которых используется вращающаяся гильза цилиндра, приводимая в движение через коническую шестерню на "дне" гильзы цилиндра, которая фактически находится в кормовой части цилиндр; и, что еще более необычно, карданный вал - как неотъемлемая часть вращающейся гильзы цилиндра - выходит из того, что обычно крышка цилиндра, 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 втулочным клапаном, разработанными Чарльзом Найтом, любая модель двигателя RCV с втулочным клапаном, работающая на модели двигатель накала топливо с использованием касторовое масло (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]

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 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

Рукавные клапаны иногда, но безуспешно, использовались в паровых двигателях, например Класс SR Leader.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Справочник Autocar (Девятое изд.). Автокар. c. 1919. С. 36–38.
  2. ^ Справочник Autocar (Девятое изд.). Автокар. c. 1919. С. 37–39.
  3. ^ «Манжетные клапаны, описание». Автокар. 19 декабря 1914 г.
  4. ^ В. А. Фредерик, журнал SAE, май 1927 г.
  5. ^ Джордж А. Оливер, Аргайлс с одинарным клапаном, Profile Publications Number 67 - Cars -, Лондон 1967
  6. ^ LJK Setright, Некоторые необычные двигатели, Лондон, 1979, стр.62.
  7. ^ Бентеле, Макс (1991). Революции двигателя: автобиография Макса Бентеле. Уоррендейл, Пенсильвания: SAE. п. 5. ISBN  978-1-56091-081-7. Во время Второй мировой войны мой первоначальный энтузиазм по поводу простоты газораспределительного двигателя оказался основан на сомнительных предпосылках. Мой осмотр трофейного бристольского двухрядного радиальный двигатель обнаружил ведро с шестернями для втулочного привода. Я считаю, что шестеренок было более 100!
  8. ^ Рейтинг RAC
  9. ^ Петришин, Ярослав (2000). Соответствие стандарту: Томас Александр Рассел и Russell Motor Car. Издательство Универсальный Магазин. стр.65–66. ISBN  1-894263-25-1.
  10. ^ Лорд Монтегю и Дэвид Берджесс-Уайз Daimler Century ; Стивенс 1995 ISBN  1-85260-494-8
  11. ^ "Двигатель внутреннего сгорания".
  12. ^ Г. Георгано, Г. (1985). Автомобили: ранние и винтажные, 1886–1930 гг.. Лондон: Grange-Universal.
  13. ^ "Потерянный маркиз: Италия".
  14. ^ Hillier, Victor A.W .; Ф. В. Питтак (1991). Основы автомобильной техники. Нельсон Торнс. п. 36. ISBN  0-7487-0531-7.
  15. ^ Мотоцикл, 20 апреля 1922 года, страница iv.
  16. ^ «Современная практика проектирования двигателей», Motor Cycle, 16 марта 1922 г., стр. 325
  17. ^ Хиетт, Г.Ф., Робсон, Дж.В.Б. Мощный двухтактный двухтактный двигатель с клапаном на цилиндр для самолетов: описание разработки исследовательских установок с двухтактным впрыском бензина, созданных и испытанных в лаборатории компании Messrs Ricardo & Co. Ltd. Журнал: Aircraft Engineering and Aerospace Technology . Год: 1950 Том: 22 Выпуск: 1 Стр .: 21 - 23. ISSN  0002-2667
  18. ^ "Дело о патенте Knight-Argll", журнал "Автомотор", 3 августа 1912 г., стр. 919-920.
  19. ^ Кейт Лоз. «4-тактный двигатель с вращающимся цилиндром и клапаном (документ SAE 2002-32-1828)» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 12 ноября 2011 г.. Получено 2012-01-03.
  20. ^ "Веб-сайт RCV Engines".
  • Рикардо, сэр Гарри Р.; Хемпсон, Дж. Г. Дж. (1968). Высокоскоростной двигатель внутреннего сгорания (Пятое изд.). Лондон и Глазго: Блэки и сын. С. 290–322.
  • «Гильзовые двигатели». Инженерный факультет Кембриджского университета.
  • Х. Э. Кэрролл: 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)
  • П. М. Хельдт: «Двигатели с втулкой и клапаном», журнал SAE, март 1926 г., стр. 303–314.
  • W.A. Frederick: "Двигатель с одним клапаном", журнал SAE, май 1927 г., стр. 661–678 (расчеты).
  • Дж. Л. Энсор: "Некоторые заметки о клапане с одним рукавом", Институт автомобильных инженеров (Лондон), Труды, 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 документ SAE 300010.
  • А. М. Нивен: "Привод клапана с рукавами", Патент США 1764972, 1930.
  • А. М. Нивен: «Двигатель внутреннего сгорания», Патент США 1778911, 1930.
  • A M Niven: "Гильза клапана головки цилиндров", Патент США 1780763, 1930.
  • А. М. Нивен: «Механизм привода втулочного клапана», патент США 1789341, 1931 г.
  • Р. Федден: Патенты GB425060, GB584525 и CA353554 на материалы, производство и упрочнение рукавов.
  • A M Niven: «Рукавный клапан и способ его изготовления», Патент № US1814764A; 1931 г.
  • А. М. Нивен: «Муфтовый клапан и способ его изготовления», патент США № 1820 629; 1931 г.
  • А. Х. Р. Федден: «Одинарная втулка как клапанный механизм для авиационного двигателя», документ SAE 380161.
  • Эшли К. 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).
  • В. П. Рикарт: «Некоторые европейские комментарии о высокомощных автомобилях и авиационных двигателях», документ SAE 390099.
  • P V Lamarque, "The design of Cooling Fins for Motor-Cycle Engines", Report of the Automobile Research Committee, Institution of Automobile Engineers Magazine, March 1943 issue, and also in "The Institution of Automobile Engineers Proceedings-London-", Vol. XXXVII, Session 1942-43, pp 99–134 and 309-312.
  • Robert Insley & Arthur W. Green: "Method for making valve sleeves", U.S. Patent Nº 2,319,546; 1943 г.
  • Marcus C Inman Hunter: "Rotary Valve Engines', Hutchinson, 1946 (In Scribd)
  • G F Hiett and J VB Robson: "A High-Power Two-Cycle Sleeve-Valve Engine for Aircraft", Aircraft Engineering and Aerospace Technology (1950), Vol 22, Iss 1, pp. 21–23, same authors, magazine and title, 2nd part, in Vol 22, Iss 2, pp. 32–45
  • Harry Ricardo: "The Sleeve-Valve Diesel Engine", '19 Andrew Laing Lecture', North East Coast Instit. of Engineers and Shipbuilders, transact 67 Session, 1950–51, p. 69-88.
  • Harry Ricardo: Высокоскоростной двигатель внутреннего сгорания, London, 1953 ed. (Materials, see also in talk)
  • 'Unorthodox I.C. Engines -Rotary and Sleeve-Valve Types', Model Engineer, Vol 122, nº 3056, 4 February 1960, pags 136-138
  • Peter R. March: 'The Sleeve-Valve Engine', airextra, nº 27, 1977, pags 11-19
  • William Wagner: Continental! Its Motors and Its People, Aero Publishers, CA, 1983.
  • Strictly I.C. Magazine, Vol 14, Numbers 83 & 84 (Construction of a 1/3 scale model of a Barr & Stroud SSV Motorcycle Engine).
  • Michael Worthington-Williams: 'Something Up their Sleeve', The Automobile (UK), Vol 21 Nº 3, May 2003, pags 48-51
  • Robert J. Raymond: "Comparison of Sleeve and Poppet-Valve Aircraft Piston Engines", AEHS, April 2005. [2]
  • Kimble D. McCutcheon: "The Liquid-Cooled Engines of Pratt & Whitney", AEHS, 2006. [3]
  • Muhammad Hafdiz Rahmat et al. (PETRONAS): "Side Opening Intake Strategy Simulation and Validation of a Sleeve-Valve Port Application", SAE paper 2009-32-0130/20097130
  • Anish Gokhale et al.: "Optimization of Engine Cooling through Conjugate Heat Transfer Simulation and Analysis of Fins", SAE Paper 2012-32-0054
  • YouTube: Videos by ChargerMiles007, Anson Engine Museum and others, search keyword: Sleeve Valve.
  • Anson Engine Museum: YouTube video on the Petter Brotherhood engine, a railroad single-sleeve-valve engine designed around 1930 in the company participated by J. B. Mirrlees.
  • Bristol Engines' Manuals [4]
  • Nahum, Foster-Pegg, and Birch: 'The Rolls-Royce Crecy, The Rolls-Royce Heritage Trust, 2013. ISBN  978-1-872922-44-7

внешняя ссылка