Silnik z tłokiem przeciwstawnym - Opposed-piston engine
Silnik z tłokami przeciwbieżnymi to silnik tłokowy, w którym każdy cylinder ma tłok na obu końcach i nie ma głowicy cylindra . Silniki benzynowe i wysokoprężne z tłokami przeciwstawnymi były używane głównie w zastosowaniach na dużą skalę, takich jak statki, czołgi wojskowe i fabryki.
Projekt
1. Wlot mieszanki paliwowo-powietrznej
2.
Sprężarka 3. Skrzynia powietrzna
4. Zawór nadmiarowy doładowania
5. Wylotowy wał korbowy
6.
Wlotowy mechanizm korbowy 7. Cylinder ze szczelinami wlotowymi i wylotowymi
8. Wylot
9. Woda płaszcz chłodzący
10. Świeca zapłonowa
W porównaniu ze współczesnymi silnikami dwusuwowymi, które wykorzystywały konwencjonalną konstrukcję jednego tłoka na cylinder, zalety silnika z tłokami przeciwległymi były następujące:
- Eliminacja głowicy cylindrów i układu zaworów, co zmniejsza wagę, złożoność, koszty, utratę ciepła i utratę tarcia silnika.
- Stworzenie jednokierunkowego przedmuchu gazu przez komorę spalania, co pozwoliło uniknąć wad związanych ze współczesnymi konstrukcjami z przedmuchem krzyżowym (jednak późniejsze postępy zapewniły metody uzyskiwania jednokierunkowego przedmuchu w konwencjonalnych konstrukcjach silników tłokowych).
- Zmniejszona wysokość silnika
Główną wadą było to, że moc z dwóch przeciwstawnych tłoków musi być ze sobą sprzężona. Zwiększyło to wagę i złożoność w porównaniu z konwencjonalnymi silnikami tłokowymi, które wykorzystują pojedynczy wał korbowy jako moc wyjściową.
Najpopularniejszym układem były dwa wały korbowe, z wałami korbowymi uzębionymi razem (w tym samym kierunku lub w przeciwnych kierunkach). Silniki Koreyvo, Jumo i Napier Deltic wykorzystywały jeden tłok na cylinder do odsłonięcia portu wlotowego, a drugi do odsłonięcia portu wydechowego. Każdy tłok jest określany jako tłok wlotowy lub tłok wydechowy, w zależności od jego funkcji w tym zakresie. Taki układ zapewnia lepsze oczyszczanie, ponieważ przepływ gazu przez cylinder jest osiowy, a nie promieniowy, i upraszcza konstrukcję koron tłoków. W Jumo 205 i jego wariantach górny wał korbowy obsługuje tłoki wydechowe, a dolny wał korbowy tłoki wlotowe. W konstrukcjach z wieloma rzędami cylindrów każde łożysko z dużym końcem obsługuje jeden tłok wlotowy i jeden tłok wydechowy, wykorzystując rozwidlony korbowód dla tłoka wydechowego.
Historia
1880 do 1930
Jednym z pierwszych silników z tłokiem przeciwbieżnym był mechanizm różnicowy Atkinsona z 1882 r. , który ma skok mocy przy każdym obrocie wału korbowego (w porównaniu z co drugim obrotem współczesnego silnika z cyklem Otto ), ale nie był to sukces komercyjny.
W 1898 roku w hucie Hoerde zainstalowano dwusuwowy silnik z tłokami przeciwbieżnymi Oechelhäuser o mocy 600 KM (447 kW). Ten projekt silnika był również produkowany na licencji przez producentów, w tym Deutsche Kraftgas Gesellschaft w Niemczech i William Beardmore & Sons Ltd w Wielkiej Brytanii.
W 1901 roku Kansas City Lightning Balanced Gas and Gasoline Engines były silnikami benzynowymi o mocy 4-25 KM (3-19 kW).
Wczesny silnik do samochodów z tłokami przeciwległymi został wyprodukowany przez francuską firmę Gobron-Brillié około 1900 roku. Rekordowa prędkość” 152,5 km/h (95 mph). 17 lipca 1904 r. samochód Gobron-Brillié jako pierwszy przekroczył 100 mph (161 km/h) na dystansie przelatującego kilometra. Silnik wykorzystywał pojedynczy wał korbowy na jednym końcu cylindrów i poprzeczkę dla przeciwstawnego tłoka.
Kolejny wczesny przeciwny silnik tłokowy był w szkockim samochodzie Arrol-Johnston , który po raz pierwszy został zainstalowany w ich 10-konnej buckboard c1900. Silnik został szczegółowo opisany i zilustrowany w relacji z ich 12-15-konnego samochodu wystawionego na wystawie motoryzacyjnej Olympia w 1905 roku. Silnik był czterosuwowy z dwoma cylindrami (z przeciwstawnymi tłokami w każdym) z wałem korbowym pod spodem i tłokami połączonymi ramionami dźwigni z dwusuwowym wałem korbowym.
Pierwszy silnik wysokoprężny z przeciwstawnymi tłokami był prototypem zbudowanym w zakładach Kolomna w Rosji. Konstruktor Raymond A. Koreyvo opatentował silnik we Francji 6 listopada 1907 roku i wystawiał go na międzynarodowych wystawach, ale nie wszedł do produkcji. W projekcie Kolomna zastosowano typowy układ dwóch wałów korbowych połączonych za pomocą przekładni.
W 1914 roku zbalansowany dwusuwowy silnik Simpsona był kolejnym silnikiem z przeciwbieżnymi tłokami, wykorzystującym pojedynczy wał korbowy poniżej środka cylindrów, z dwoma tłokami połączonymi dźwigniami. Ten silnik był konstrukcją sprężania skrzyni korbowej, z jednym tłokiem używanym do odsłaniania portu transferowego, a drugim do otwierania portu wydechowego. Zaletą tej konstrukcji było uniknięcie koronek deflektorów tłoków stosowanych w większości silników dwusuwowych w tamtym czasie.
Doxford Engine Works w Wielkiej Brytanii zbudowało duże silniki z przeciwbieżnym tłokiem do użytku morskiego, przy czym pierwszy silnik Doxford został zainstalowany na statku w 1921 roku. Ten silnik wysokoprężny wykorzystywał pojedynczy wał korbowy na jednym końcu cylindrów i poprzeczkę dla przeciwległego tłoka . Po I wojnie światowej silniki te były produkowane w wielu modelach, takich jak seria P i J, o mocy sięgającej 20 000 KM (14 914 kW). Produkcja silników Doxford w Wielkiej Brytanii została wstrzymana w 1980 roku.
Późniejsze silniki wysokoprężne z tłokami przeciwstawnymi obejmują zbudowany w Niemczech silnik lotniczy Junkers Jumo 205 z 1932 r. , który miał jeden wał korbowy, wykorzystując konstrukcję podobną do silników Gobron-Brillié z lat 1900-1922.
1898 Silnik gazowy Oechelhäuser
1900 Gobron-Brillié z przeciwbieżnym silnikiem tłokowym z wywiniętym jarzmem
Silnik Diesla Fairbanks Morse 38 8-1/8 na łodzi podwodnej USS Pampanito
Leyland L60 stosowany w czołgu Chieftain
.jpg)
.jpg)
1940 do chwili obecnej
Fairbanks Morse 38 8-1 / 8 silnik wysokoprężny , pierwotnie zaprojektowany w Niemczech w 1930 roku, była używana w amerykańskich okrętów podwodnych w latach 1940 i 1950, aw łodzi od 1930 roku do chwili obecnej. Stosowano go również w lokomotywach od 1944 roku.
W Commer TS3 trzy-cylindrowe silniki Diesla samochodów ciężarowych, wydany w 1954 roku, posiada pojedynczy wał korbowy pod centrum cylindrów z obu tłoków połączonych za pomocą dźwigni.
W 1954 r. wypuszczono również silnik Napier Deltic do łodzi wojskowych. Wykorzystuje trzy wały korbowe, po jednym w każdym rogu, tworząc trzy rzędy cylindrów o podwójnym zakończeniu, ułożonych w trójkąt równoboczny. Silnik Deltic był później lokomotywami British Rail Class 55 i British Rail Class 23 i służył do napędzania szybkich łodzi patrolowych i zamiatarek min Royal Navy. Od 1962 roku Gibbs zaprosił firmę Mack Trucks do wzięcia udziału w projektowaniu superpompowca FDNY i towarzyszącego mu przetargu. DeLaval Turbine zlecono zaprojektowanie wielostopniowej pompy odśrodkowej z silnikiem wysokoprężnym Naper-Deltic T18-37C do zasilania pomp. https://www.firerescue1.com/fire-products/fire-apparatus/articles/the-greatest-fire-pumper-the-world-has-known-TrMsI86bXHcXv1iq/
W 1959 roku wprowadzono sześciocylindrowy silnik wysokoprężny Leyland L60 19 L (1159 CU). L60 został wyprodukowany w Wielkiej Brytanii do użytku w czołgu Chieftain. W radzieckim czołgu T-64 , produkowanym w latach 1963-1987, zastosowano również silnik wysokoprężny z przeciwbieżnym tłokiem.
Volvo złożyło wniosek o patent w 2017 roku.
Diesel Air Dair 100 jest dwucylindrowy 100 KM (75 kW) diesel silnik lotniczy , zaprojektowany i wyprodukowany przez Diesel Air Ltd z Olney, Buckinghamshire do stosowania w sterowców , w domu zbudowanym kitplanes i lekkich samolotów .
W lipcu 2021 r. firma Cummins Inc. otrzymała od Armii Stanów Zjednoczonych kontrakt o wartości 87 mln USD na ukończenie opracowania Advanced Combat Engine (ACE), modułowego i skalowalnego silnika wysokoprężnego, który wykorzystuje technologię tłoków przeciwstawnych.
Silnik z wolnym tłokiem
Odmianą konstrukcji z tłokami przeciwległymi jest silnik z tłokiem swobodnym, który został po raz pierwszy opatentowany w 1934 roku. Silniki z tłokami swobodnymi nie mają wału korbowego, a tłoki powracają po każdym suwie zapłonu poprzez sprężanie i rozprężanie powietrza w oddzielnym cylindrze. Wczesne zastosowania miały zastosowanie jako sprężarka powietrza lub jako generator gazu do turbiny gazowej .