Protilehlý pístový motor - Opposed-piston engine

Ohledně horizontálně protilehlých motorů viz plochý motor.
Vyvážený dvoutaktní motor Simpson z roku 1914

An motor s protilehlými písty je pístový motor ve kterém každý válec má píst na obou koncích a ne hlava válce. Benzínové a naftové motory s protilehlými písty se používají většinou ve velkých aplikacích, jako jsou lodě, vojenské tanky a továrny.

Design

Schéma přeplňovaného motoru s protilehlými písty
1. Přívod směsi paliva a vzduchu
2. Přeplňování
3. Airbox
4. Přetlakový ventil
5. Výstupní klikový hřídel
6. Sací klikový mechanismus
7. Válec se vstupními a výstupními otvory
8. Výfuk
9. Vodní chladicí plášť
10. Zapalovací svíčka

Ve srovnání se současnými dvoutaktními motory, které používaly konvenční konstrukci jednoho pístu na válec, byly výhody motoru s protilehlými písty následující:

  • Odstranění hlava válce a valvetrain, což snižuje hmotnost, složitost, náklady, tepelné ztráty a ztráty třením motoru.[1][2][3]
  • Vytváření a uniflow-úklid pohyb plynu spalovací komorou,[4][5] které se vyhnuly nevýhodám spojeným se současností crossflow-scavenged konstrukce (avšak pozdější pokroky poskytly metody pro dosažení uniflow úklidu v konvenčních konstrukcích pístových motorů).
  • Snížená výška motoru

Hlavní nevýhodou bylo, že síla ze dvou protilehlých pístů musí být spojena společně. To ve srovnání s běžnými pístovými motory, které používají jediný, přidalo na hmotnosti a složitosti klikový hřídel jako výstupní výkon.

Nejběžnějším uspořádáním byly dva klikové hřídele, přičemž klikové hřídele byly spojeny dohromady (buď ve stejném směru, nebo v opačném směru).[6] Motory Koreyvo, Jumo a Napier Deltic používaly jeden píst na válec k odhalení sacího otvoru a druhý k odhalení výfukového otvoru. Každý píst se v závislosti na jeho funkci v tomto ohledu označuje jako píst sání nebo výfuk. Toto uspořádání poskytuje vynikající úklid, protože tok plynu válcem je spíše axiální než radiální, a zjednodušuje konstrukci pístních korunek. U modelu Jumo 205 a jeho variant slouží horní klikový hřídel výfukovým pístům a spodní klikový hřídel sacím pístům. U konstrukcí využívajících více řad válců slouží každé ojniční ložisko jednomu sacímu a jednomu výfukovému pístu pomocí vidlicové ojnice pro výfukový píst.

Dějiny

80. až 30. léta

Animace Atkinsonova diferenciálního motoru
1932 Junkers Jumo 205 vznětový letecký motor

Jedním z prvních motorů s protilehlými písty byl 1882 Atkinsonův diferenciální motor,[7] který má silový zdvih při každé rotaci klikového hřídele (ve srovnání s každou druhou rotací pro současníka Otto cyklus motor), ale nešlo o komerční úspěch.[8]

V roce 1898 byl v železárnách Hoerde instalován dvoutaktní motor Oechelhäuser s protiběžnými písty, který produkoval 600 hp (447 kW).[9] Tato konstrukce motoru byla také vyrobena na základě licence výrobci, včetně Deutsche Kraftgas Gesellschaft v Německu a William Beardmore & Sons Ltd. ve Velké Británii.[10]

V roce 1901 byly v Kansas City Lightning Balanced Gas and Gasoline Engines benzínové motory o výkonu 4–25 hp (3–19 kW).[11]

Francouzská společnost vyrobila motor s časným protilehlým pístem Gobron-Brillié kolem dubna 1900. V dubnu 1904 byl vůz Gobron-Brillié poháněný motorem s protiběžnými písty prvním automobilem, který kdy překročil 150 km / hs „světovou rekordní rychlostí“ 152,5 km / h (95 mph).[12] Dne 17. července 1904 se vůz Gobron-Brillié stal prvním, který na letový kilometr překonal rychlost 161 km / h.[13] Motor používal jediný klikový hřídel na jednom konci válců a příčnou hlavu pro protilehlý píst.

Další časně protichůdný pístový motor automobilu byl ve skotštině Arrol-Johnston automobil, který se zdá být poprvé nainstalován do jejich 10hp buckboardu c1900. Motor byl popsán a do určité míry ilustrován v souvislosti s jejich vozem s výkonem 12–15 k vystaveným na autosalonu Olympia v roce 1905.[14] Motor byl čtyřtaktní se dvěma válci (s protilehlými písty v každém) s klikovým hřídelem pod ním a písty spojenými rameny páky s klikovým hřídelem se dvěma vřeteny.

První vznětový motor s protilehlými písty byl prototyp postavený na Kolomna funguje v Rusku. Konstruktér Raymond A. Koreyvo patentoval motor ve Francii dne 6. listopadu 1907 a vystavil jej na mezinárodních výstavách, ale nedosáhl výroby. Konstrukce Kolomna používala typické uspořádání dvou klikových hřídelí spojených ozubením.

V roce 1914 byl Simpsonův vyvážený dvoutaktní motocyklový motor dalším protilehlým pístovým motorem, který používal jediný klikový hřídel pod středem válců s oběma písty spojenými pákami.[15] Tento motor měl konstrukci komprese klikové skříně, přičemž jeden píst se používal k odkrytí přenosového portu a druhý k otevření výfukového kanálu. Výhodou tohoto designu bylo vyhnout se deflektorové korunky pro písty používané většinou dvoudobých motorů v té době.

Doxford Engine funguje ve Spojeném království postavil velké protilehlé pístové motory pro námořní použití, přičemž první motor Doxford byl instalován na lodi v roce 1921.[16] Tento vznětový motor používal jediný klikový hřídel na jednom konci válců a křížovou hlavu pro protilehlý píst.[17][18] Po první světové válce byly tyto motory vyráběny v řadě modelů, jako jsou řady P a J, s výkony až 20 000 hp (14 914 kW). Výroba motorů Doxford ve Velké Británii skončila v roce 1980.[17][19][20]

Pozdější vznětové motory s protilehlými písty zahrnují 1932 Junkers Jumo 205 letecký motor postavený v Německu, který měl jeden klikový hřídel, s konstrukcí podobnou motorům Gobron-Brillié z let 1900–1922.[21]

1940 do současnosti

The Naftový motor Fairbanks Morse 38 8-1 / 8, původně navržený v Německu ve 30. letech, byl používán v amerických ponorkách ve 40. a 50. letech a na lodích od 30. let do současnosti.[22] To bylo také používáno v lokomotivách od roku 1944.

The Commer TS3 tříválcové vznětové motory nákladních vozidel, vydané v roce 1954, mají jediný klikový hřídel pod středem válců s oběma písty spojenými pákami.[23]

Také povolený v roce 1954 byl Napier Deltic motor pro vojenské čluny. Využívá tři klikové hřídele, jeden v každém rohu, k vytvoření tří břehů válců s dvojitým koncem uspořádaných do rovnostranného trojúhelníku. Delticský motor byl později Britská železniční třída 55 a British Rail Class 23 lokomotivy a k pohonu rychlých hlídkových člunů a zametačů min. Počínaje rokem 1962 pozval Gibbs společnost Mack Trucks, aby se podílela na konstrukci superpumperu FDNY a jeho doprovodného tendru. Společnost DeLaval Turbine byla pověřena konstrukcí vícestupňového odstředivého čerpadla s naftou Naper-Deltic T18-37C pro pohon těchto čerpadel. https://www.firerescue1.com/fire-products/fire-apparatus/articles/the-greatest-fire-pumper-the-world-has-known-TrMsI86bXHcXv1iq/

V roce 1959 Leyland L60 Byl představen šestiválcový vznětový motor o objemu 19 litrů. L60 byl vyroben ve Velké Británii pro použití v tanku Chieftain. The Sovětský tank T-64, vyrobený v letech 1963-1987, používal také vznětový motor s protiběžnými písty.

Volvo požádal o patent v roce 2017.[24]

The Diesel Air Dair 100 je dvouválcový 100 hp (75 kW) nafta letecký motor, navržený a vyrobený společností Diesel Air Ltd z Olney, Buckinghamshire pro použití v vzducholodi, domácí kitplanes, a lehké letadlo.[25]

Motor s volným pístem

Hlavní článek: Motor s volným pístem

Variancí konstrukce s protilehlými písty je motor s volnými písty, který byl poprvé patentován v roce 1934. Motory s volnými písty nemají klikový hřídel a písty se vracejí po každém vypalovacím zdvihu kompresí a expanzí vzduchu v samostatném válci. Rané aplikace byly pro použití jako vzduchový kompresor nebo jako generátor plynu pro plynová turbína.

Viz také

Reference

  1. ^ Pirault, Jean-Pierre; Flint, Martin (2010). Protichůdné pístové motory: vývoj, použití a budoucí aplikace. SAE International. ISBN  9780768018004. Citováno 20. listopadu 2019.
  2. ^ Foster, D .; Herold, R .; Lemke, J .; Regner, G .; Wahl, M. (2011). „Termodynamické výhody dvoutaktních motorů s protiběžnými písty“. Série technických papírů SAE. 1. PA: SAE International. doi:10.4271/2011-01-2216.
  3. ^ „Start-Ups Work to Reinvent the Internal Combustion Engine“. www.nytimes.com. 30. března 2011. Citováno 29. listopadu 2019.
  4. ^ "Protilehlý píst". www.achatespower.com. Citováno 29. listopadu 2019.
  5. ^ "TROPE: Toroidní protilehlý pístový motor". www.youtube.com. frankydevaere. Citováno 29. listopadu 2019.
  6. ^ „OPRE: Protilehlý pístový motor tažné tyče“. www.pattakon.com. Citováno 29. listopadu 2019.
  7. ^ Gingery, Vincent (2000). Stavba Atkinsonova diferenciálního motoru. David J. Gingery Publishing, LLC. ISBN  1878087231.
  8. ^ „Atkinsonova diferenciální motorová replika - plynové motory“. www.gasenginemagazine.com. Citováno 22. listopadu 2019.
  9. ^ „Velké plynové motory na kontinentu“. Page's Weekly (23. června 1905): 1336–1337.
  10. ^ Stokes, Jason W. B .; Cunningham, Jason (1909). „Oechelhauser Gas Engine in Great Britain: Paper Read Before the Glasgow University Engineering Society, 11. listopadu 1909“. William Beardmore & Company Limited. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  11. ^ „Zasažen bleskem: Kansas City Hay Press Co. - plynové motory“. www.farmcollector.com. Citováno 26. listopadu 2019.
  12. ^ „The Automotor Journal“ (9. dubna 1904): 421. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  13. ^ "Historie Gobron-Brillie". www.uniquecarsandparts.com.au. Archivovány od originál dne 25. srpna 2013.
  14. ^ The New Arrol-Johnston Petrol Car - Part II, The Automotor Journal, 25. listopadu 1905, pp1467-1469, also Part III, 2nd Dec 1905, pp1495-1496
  15. ^ „Horizontálně protilehlý dvoutaktní motor“. Motorka (6. srpna 1914): 204.
  16. ^ „Index Doxford site“. www.telenet.be. Citováno 26. listopadu 2019.
  17. ^ A b „Marine Engines - Doxford“. www.OldEngine.org. Archivovány od originál dne 2. prosince 2013.
  18. ^ "PatOP: Motor s jedním klikovým hřídelem a protilehlým pístem". www.pattakon.com. Citováno 29. listopadu 2019.
  19. ^ „Doxford Engines 1878–1980“. www.doxford-engine.com. Archivovány od originál dne 24. prosince 2016. Citováno 28. března 2006.
  20. ^ „Junkers Ship Engines“. www.geocities.com. Archivovány od originál dne 25. října 2009.
  21. ^ Setright, L. J. K. (1975). Některé neobvyklé motory. Publikace o strojírenství pro instituce strojních inženýrů. ISBN  9780852982082. Citováno 20. listopadu 2019.
  22. ^ „Vznětový motor Fairbanks-Morse 38D8“. www.psrm.org. Archivovány od originál dne 26. května 2006.
  23. ^ "Rootes-Lister - TS3 horizontálně protilehlý pístový motor". www.OldEngine.org. Archivovány od originál dne 25. února 2008.
  24. ^ „Dvoutaktní motor s vnitřním spalováním proti pístu“. www.espacenet.com. Citováno 20. listopadu 2019.
  25. ^ „Brožura Diesel Air“ (tisková zpráva). Olney, Buckinghamshire, United Kingdm: Diesel Air Ltd. 2002.