Картер туннеля - Tunnel crankcase

А картер туннеля, туннельный коленчатый вал или же коленчатый вал с дисковыми перепонками[1] двигатель дизель где коленчатый вал спроектирован так, что коренные подшипники (подшипники, которые поддерживают коленчатый вал в пределах картер ) увеличены в диаметре, так что теперь они больше, чем шатуны кривошипа (радиальные рычаги, которые соединяют большой конец подшипники к коренным подшипникам). Таким образом, они образуют самый большой диаметр из всех частей коленчатого вала. Вместо обычного картера, который имеет перемычки для поддержки узких подшипников обычного картера, картер теперь имеет большой туннель, проходящий через него, отсюда и название.

Туннельные картеры появились в 1930-х годах с первыми быстроходные дизельные двигатели. Некоторые производители предпочитали их больше, чем другие, особенно Заурер в Швейцарии[2] и Maybach-Motorenbau GmbH (сейчас же MTU ) Фридрихсхафен. Их описывают как «туннельные картеры» и «роликовый подшипник шатуны ';[2] эти два аспекта связаны, и неясно, что привело к возникновению другого.

Происхождение

Полутоннельный коленчатый вал от a Татра Т27
Это сборный коленчатый вал с перемычками на болтах. Подшипники кривошипа (без учета обоймы подшипников) меньше перемычек.
Концевые подшипники этого полутоннельного коленчатого вала (не показаны) также имеют обычные небольшие размеры.

С развитием быстроходный дизельный двигатель около 1930 года стали доступны мощные дизельные двигатели размеров, ранее использовавшихся для бензиновых двигателей меньшей мощности. В частности, их высокий BMEP а высокий крутящий момент приводил к высоким нагрузкам на подшипники коленчатого вала. Эти силы были больше, чем могли выдержать небольшие подшипники из белого металла используется для бензиновых двигателей. Хотя в 1920-х годах двигатели самолетов и спортивных автомобилей развивались так, чтобы иметь значительную мощность на небольшом пространстве, это были машины, требующие регулярного технического обслуживания. Новые дизели предназначались для длительной коммерческой эксплуатации, когда ключевую роль в сокращении затрат входило техническое обслуживание.

Потребность в улучшенной технологии подшипников привела к принятию роликовые подшипники, а не whitemetal. Хотя сегодня они могут считаться эзотерическими, шариковые и роликовые подшипники коленчатого вала уже использовались в 1920-х годах для таких обычных двигателей, как Остин 7.

Роликовые подшипники требуют неразъемного скачки как для внутренней, так и для внешней направляющей. Хотя сплит-гонки возможны, они дороги и их сложно разместить.[примечание 1] Более простым способом установки роликовых подшипников является увеличение диаметра подшипника так, чтобы он стал больше, чем вся стенка коленчатого вала. Теперь сборка выполняется путем установки внешнего кольца подшипника на коленчатый вал в осевом направлении с одного конца, а не путем сборки двух частей в радиальном направлении.

Ранней разработкой был полутоннельный коленчатый вал. В них использовались большие шариковые или роликовые подшипники туннельного типа для их центральных подшипников, но концевые подшипники (несущие нагрузку поршней только с одной стороны) остались с подшипниками малого диаметра обычного типа. Это снизило стоимость подшипников, а также уменьшило линейную скорость этих меньших подшипников. Это было важно, так как это также снизило скорость сальников картера рядом с ними.

Коленчатые валы с роликовыми подшипниками пользовались популярностью в Центральной Европе: Германии, Швейцарии и Чехословакии из-за местного развития и преобладания подшипники качения, в отличие от улучшенной металлургии, разрабатываемой для подшипник скольжения материалы в англоязычном мире.

Бензиновые двигатели Maybach

Туннельные коленчатые валы применялись редко. бензиновые двигатели. Разработка больших мощных двигателей, за пределами разреженных аэрокосмические материалы из авиационные двигатели, совпало с разработкой практичных легких дизельных двигателей, которые имели тенденцию вытеснять бензин.

Одним из рынков сбыта бензина оставался рынок двигателей для дирижабли, рынок, на котором Maybach был преобладающим.[3] Хотя дизельные двигатели были разработаны для использования на дирижаблях, они, как правило, не имели успеха. Британский Бирдмор Торнадо был основан на практике использования среднеоборотных дизельных двигателей и был одновременно тяжелым, маломощным и ненадежным.[4] Только Maybach широко использовала туннельные коленчатые валы для бензиновых двигателей, как с двигателями дирижаблей, так и с рядом Вторая Мировая Война танковые двигатели, такие как Майбах HL210 и HL230.[5] Эти двигатели использовались на всех немецких средних и тяжелых танках.[6][7][8] Были произведены тысячи таких двигателей, хотя сохранившиеся экземпляры сейчас крайне редки, особенно в рабочем состоянии.[9]

Дизельные двигатели Maybach

После войны Maybach применил свои знания о компактных высокоскоростных двигателях к дизельным двигателям для развивающегося рынка тепловозов. Эти двигатели отличались от двигателей других производителей тем, что были особенно мощными как по массе, так и по объему. Это особенно касалось длины, поскольку двигатели Maybach использовали компактную V-образную компоновку в то время, когда большинство производителей все еще строили длинные однорядные рядные двигатели.[10] Имя Maybach стало особенно ассоциироваться с туннельной конструкцией картера, и эти двигатели до сих пор являются наиболее известным применением туннельного коленчатого вала.[11][12][13] Эти двигатели широко использовались в Германии для локомотивов, таких как V200 учебный класс. В Великобритании они оба были импортированы, а также построены на местном уровне по лицензии. Следуя немецкой практике, эти высокоскоростные двигатели использовались вместе с гидравлическая трансмиссия, чтобы создать мощный, но легкий локомотив по сравнению с конкурирующими дизель-электрический конструкции.[14] Двигатели также продавались в США, хотя там они использовались в более устоявшихся дизель-электрических конструкциях.[15]

Шатуны сборные и неразъемные

Первые туннельные коленчатые валы были построены с перемычками, прикрученными болтами к сторонам коренных подшипников, как и для обычного коленчатого вала, только большего размера (см. Поперечное сечение двигателя Saurer). Примеры их также были построены Джон Фаулер и Ко. в Англии.[16]

Туннельный коленчатый вал, сломанный через одну шатунную шейку

Более поздняя разработка заключалась в том, чтобы увеличить коренные подшипники настолько, чтобы они были больше, чем вся шейка кривошипа. Теперь это позволило использовать цельный коленчатый вал.

Туннельный коленчатый вал считается туннелем, если наружный диаметр над наружным кольцом установленных подшипников больше максимального размера полотна. Ранние или меньшие двигатели могли иметь коленчатые валы с шейками подшипников.[заметка 2] меньше, чем это, но по-прежнему считались таковыми, потому что они были больше, когда устанавливались подшипники.

Чтобы избежать прохождения всего коленчатого вала через подшипники, диаметры подшипников обычно увеличивались по размеру в конической прогрессии. Теперь каждый подшипник нужно было продеть только по длине, равной его собственной ширине, поскольку он достаточно мал, чтобы легко проходить через любые предыдущие корпуса. Это означало, что коленчатый вал можно было вставить только с одного конца картера.[15]

Преимущества

Относительные длины коленчатых валов
Туннельный картерный двигатель V8
6-цилиндровый двигатель с обычным кривошипом
Прямой 8-цилиндровый двигатель с обычным кривошипом
Диаметр подшипника

Подшипники большего размера могут выдерживать нагрузки этих более мощных двигателей.

Использование роликовых подшипников

Они могут справиться с большей силой и более высокими скоростями новых высокоскоростных двигателей.

сборка

Коленчатый вал может быть вставлен в собранный картер, а не крышки подшипников, собираемые вокруг него. Обычно это делается путем вращения конца картера вверх, а затем опускания коленчатого вала в него вертикально.[15]

Это была особенность 1960-х годов. Двигатели Maybach, используется для тепловозов.

Уменьшенная длина коленчатого вала

Длина, ранее требовавшаяся для одной группы стенка + подшипник + стенка, теперь заменена длиной одной несущей, которая также действует как обе стенки.

Поскольку эта уменьшенная длина коленчатого вала также уменьшает расстояние между цилиндрами, это было одним из факторов, способствующих использованию туннельных коленчатых валов в V двигатели, где между соседними цилиндрами имеется большее осевое расстояние. Это дополнительно уменьшает общую длину туннельных двигателей с коленчатым валом.

Повышенная жесткость коленчатого вала

Коленчатый вал, особенно вдоль перемычек, становится шире и жестче.

Недостатки

Повышенная линейная скорость подшипника

Благодаря простой геометрии с увеличением диаметра подшипника увеличивается и линейная скорость на поверхности подшипника. Это больше, чем возможно для подшипников из белого металла. Таким образом, роликовые подшипники были не только одной из причин увеличенного туннельного коленчатого вала, но и были им необходимы.

Производство коленчатого вала

Диаметр и масса коленчатого вала увеличиваются, так что он больше не подходит для стандартных станков для шлифования коленчатого вала и может потребовать специального оборудования для их изготовления. Хотя уменьшенная длина коленчатого вала позволяет создавать большие двигатели с более коротким оборудованием.

Инерция коленчатого вала

Увеличенные полотна имеют большую массу, следовательно, больше инерция вращения, особенно потому, что они размещают эту массу на наибольшем радиусе от оси коленчатого вала. Это позволяет двигателю медленнее разгоняться, хотя это также означает, что двигатель легче поддерживает постоянную скорость при быстро меняющейся нагрузке.

По этой причине туннельный коленчатый вал наиболее подходит для двигателей, работающих в течение длительного времени с постоянной скоростью, таких как генераторные установки, железнодорожные локомотивы и лодки. Они не используются для автомобилей, где требуется быстрое ускорение и замедление.

Жесткость картера

Большое количество материала, удаленного из картера для создания туннеля, не дает достаточно места для ребер жесткости поперек картера, поэтому общая жесткость картера может быть меньше.

Двухтактные двигатели

Малый двухтактный коленчатый вал с перемычками дисков, но не туннельный коленчатый вал

Многие маленькие компрессионные двухтактные двигатели коленчатый вал с большими круговыми перемычками,[17] аналог туннельного коленвала. Однако эти перемычки представляют собой просто перемычки, а не подшипники, и их подшипники обычно имеют небольшой диаметр наряду с перемычками. Эти увеличенные полотна используются вместо этого для увеличения коэффициент сжатия двигателя. При заполнении большей части «мертвого» объема картера соотношение между Рабочий объем цилиндра и оставшийся объем картера увеличивается.[17]

В некоторых многоцилиндровых двухтактных двигателях также используется компрессия картера, почти все они судовые. лодочные моторы. В этих двигателях отдельный объем картера для каждого цилиндра должен быть отдельным. Таким образом, перемычки делают круглыми, большими и герметизируются газовыми уплотнениями по их внешней окружности.[18] Опять же, они не считаются туннельными коленчатыми валами, если на перемычках имеется только уплотнение, но может быть так, если большая перемычка также образует подшипник.

Смотрите также

  • Эксцентричный, аналогичный подход для шатунов, которые которую вел ось, особенно для клапанного механизма паровоза. Диаметр эксцентрика увеличивается до тех пор, пока он не станет больше, чем общий диаметр шейки кривошипа.
  • Подрезанный коленчатый вал, способ уменьшения общей длины коленчатого вала за счет перекрытия подшипников.

Рекомендации

  1. ^ Роликовые подшипники с разъемным кольцом использовались для центрального подшипника шатуна в шатуне некоторых трехцилиндровых двигателей. паровозы. Поскольку ось кривошипа сложна и включает в себя колеса, невозможно установить роликовые подшипники в центр каким-либо другим способом. Подшипники из белого металла были гораздо более распространенными, но были признанным слабым местом некоторых классов, таких как ЛНЕР А4
  2. ^ «Журнал» - это часть вал формируя подшипник, подшипники являются отдельным компонентом, который подходит к этому.
  1. ^ Болтон, Уильям Ф. (1963). Руководство железнодорожника по дизелю (4-е изд.). п. 77.
  2. ^ а б Чепмен, Г. (1949). «19: Коленчатые валы и коренные подшипники». Современные высокоскоростные масляные двигатели. Vol. II (2 июня 1956 г. ред.). Кэкстон. С. 279–280.
  3. ^ Дэвид Лашанс (сентябрь 2006 г.). «Когда Maybachs бродили по небу: дирижабли ВМФ взлетели на немецких двигателях V-12». Hemmings.
  4. ^ "Дирижабль HM R101". Полет: 1094.11 октября 1929 г.
  5. ^ Алан Хэмби (2003). "Двигатель Maybach". Информационный центр "Тигр I".
  6. ^ «Страница 25 - Заключительный этап!». Танковый музей Бовингтона.
  7. ^ «Стр. 28 - Прогресс над двигателем Tiger». Танковый музей Бовингтона.
  8. ^ «Пришло время сообщить о ситуации с двигателем». Танковый музей Бовингтона. 2002.
  9. ^ «Почему мы используем двигатель HL230». Танковый музей Бовингтона. 2003. Архивировано с оригинал 26 июля 2016 г. Компактный блок-картер V12 HL210
  10. ^ Дизель Механическая 1963, стр. 75–78
  11. ^ Клаф, Дэвид Н. (2011). «8: Контраст в дизайне». Гидравлический против электрического: битва за дизельный парк BR. Ян Аллан. С. 78–79. ISBN  978-0-7110-3550-8.
  12. ^ Льюис, Дж. (2006) [1977]. Гидравлика вестерна. Ноттингем: публикации закона о книге. п. 25. ISBN  1-901945-54-5.
  13. ^ «Maybach MD870». Южный Тихоокеанский проект 9010.
  14. ^ Клаф, Дэвид Н. (2011). Гидравлический против электрического: битва за дизельный парк BR. Ян Аллан. ISBN  978-0-7110-3550-8.
  15. ^ а б c «Механическая работа». Южный Тихоокеанский проект 9010.
  16. ^ Х. Керр Томас, изд. (1939). Автомобильная техника. Лондон: Исаак Питман. стр.143.
  17. ^ а б Ирвинг, П. (1967). Двухтактные силовые агрегаты. Newnes. С. 61–63.CS1 maint: ref = harv (связь)
  18. ^ Ирвинг 1967, п. 257