Zawór rękawowy - Sleeve valve

Zbliżenie zaworu rękawowego z Bristol Centaurus Mark 175.

Bristol Perseusz

Zawór tuleja jest typem zaworu mechanizmu silników tłokowych , który różni się od zwykłego zaworu grzybkowego . Silniki z zaworem tulejowym były stosowane w wielu luksusowych samochodach sprzed II wojny światowej, aw Stanach Zjednoczonych w samochodach Willys-Knight i lekkich ciężarówkach. Później wycofano je z użytku ze względu na postęp w technologii zaworów grzybkowych, w tym chłodzenie sodowe, oraz tendencję silników z podwójnym rękawem Knight do spalania dużej ilości oleju smarującego lub zacierania się z powodu jego braku. Szkocka firma Argyll zastosowała w swoich samochodach własny, znacznie prostszy i wydajniejszy system jednotulejowy (Burt-McCollum), który po intensywnym rozwoju znalazł szerokie zastosowanie w brytyjskich silnikach lotniczych lat 40., takich jak Napier Sabre. , Bristol Hercules , Centaurus , i obiecujący, ale nigdy nie produkowany masowo Rolls-Royce Crecy , tylko po to, by zostać wypartym przez silniki odrzutowe.

Opis

Zawór tulejowy ma postać jednej lub więcej obrobionych tulei. Pasuje pomiędzy tłok a ściankę cylindra w cylindrze silnika spalinowego, gdzie obraca się i/lub ślizga. Ściana cylindra ma otwory wlotowe i wylotowe, identyczne jak w silniku dwusuwowym . Otwory (otwory) z boku tulei dopasowują się do otworów wlotowych i wylotowych cylindra na odpowiednich etapach cyklu pracy silnika.

Rodzaje zaworu tulejowego

Rycerski silnik z zaworem tulejowym

Pierwszy udany zawór tulejowy został opatentowany przez Charlesa Yale Knighta i używał podwójnych naprzemiennych tulei przesuwnych. Był używany w niektórych luksusowych samochodach, w szczególności Willys , Daimler , Mercedes-Benz , Minerva , Panhard , Peugeot i Avions Voisin . Mors zastosował silniki z podwójnym tuleją zaworowe firmy Minerva. Większe zużycie oleju zostało mocno zrekompensowane cichą pracą i bardzo dużymi przebiegami bez serwisowania. Wczesne systemy zaworów grzybkowych wymagały dekarbonizacji przy bardzo małych przebiegach.

Zawór jednotulejowy Argyll

Nazwa zaworu tulejowego Burt-McCollum pochodzi od dwóch wynalazców, którzy w ciągu kilku tygodni złożyli wniosek o podobne patenty. System Burt był typem otwartej tulei, napędzanej od strony wału korbowego, podczas gdy konstrukcja McCollum miała tuleję w głowicy i górnej części cylindra oraz bardziej złożony układ portów (źródło: magazyn „Torque Meter”, AEHS). Projekt, który wszedł do produkcji, był bardziej „Burt” niż „McCollum”. Był używany przez szkocką firmę Argyll do swoich samochodów, a później został przyjęty przez Bristol do swoich radialnych silników lotniczych. Zastosowano pojedynczą tuleję napędzaną mimośrodem od osi rozrządu ustawionej pod kątem 90 stopni do osi cylindra. Mechanicznie prostszy i bardziej wytrzymały zawór Burt-McCollum miał dodatkową zaletę polegającą na zmniejszeniu zużycia oleju (w porównaniu z innymi konstrukcjami zaworów tulejowych), przy jednoczesnym zachowaniu komór spalania i dużej, czytelnej przestrzeni otworów możliwej w systemie Knight .

Niewielka liczba projektów wykorzystywała tuleję „mankietu” w głowicy cylindra zamiast samego cylindra, zapewniając bardziej „klasyczny” układ w porównaniu z tradycyjnymi silnikami z zaworem grzybkowym. Ten projekt miał również tę zaletę, że nie posiadał tłoka w tulei, chociaż w praktyce wydaje się to mieć niewielką wartość praktyczną. Wadą tego układu jest ograniczenie rozmiaru otworów do rozmiaru głowicy cylindra, podczas gdy tuleje w cylindrach mogą mieć znacznie większe otwory.

Zalety wady

Zalety

Główne zalety silnika z zaworem tulejowym to:

• Wysoka sprawność objętościowa dzięki bardzo dużym otworom portowym. Sir Harry Ricardo wykazał również lepszą sprawność mechaniczną i termiczną.
• Rozmiar portów można łatwo kontrolować. Jest to ważne, gdy silnik pracuje w szerokim zakresie obrotów , ponieważ prędkość, z jaką gaz może wchodzić i wychodzić z cylindra, jest określona przez rozmiar kanału prowadzącego do cylindra i zmienia się w zależności od sześcianu obrotów. Innymi słowy, przy wyższych obrotach silnik zazwyczaj wymaga większych portów, które pozostają otwarte przez większą część cyklu; jest to dość łatwe do osiągnięcia w przypadku zaworów tulejowych, ale trudne w systemie z zaworem grzybkowym.
• Dobre oczyszczanie spalin i kontrolowane zawirowanie mieszanki wlotowo-paliwowej w konstrukcjach z jednym rękawem. Gdy otwory wlotowe są otwarte, mieszanka paliwowo-powietrzna może wchodzić stycznie do cylindra. Pomaga to w oczyszczaniu, gdy stosowane jest nakładanie się rozrządu wydechu/wlotu i wymagany jest szeroki zakres prędkości, podczas gdy słabe oczyszczanie wydechu z zaworu grzybkowego może w większym stopniu rozcieńczyć wlot mieszanki świeżego powietrza/paliwa, ponieważ jest bardziej zależny od prędkości (opierając się głównie na układzie wydechowym/wlotowym). strojenie rezonansowe w celu oddzielenia dwóch strumieni). Większa swoboda konstrukcji komory spalania (niewiele ograniczeń innych niż umiejscowienie świecy zapłonowej) oznacza, że ​​wirowanie mieszanki paliwowo-powietrznej w górnym martwym punkcie (TDC) może być również bardziej kontrolowane, co pozwala na lepszy zapłon i przemieszczanie się płomienia, co, jak wykazał H. Ricardo , pozwala na co najmniej jedną dodatkową jednostkę stopnia sprężania przed detonacją w porównaniu z silnikiem z zaworem grzybkowym.
• Komora spalania utworzona z tulei na szczycie jego skoku jest idealny do pełnej detonacji, wolne spalania wsadu, jako że nie ma do czynienia z zaburzeniami kształtu komory i gorących gazów odlotowych (grzybkowe) zaworów.
• W układzie zaworów tulejowych nie występują sprężyny, dlatego moc potrzebna do obsługi zaworu pozostaje w dużej mierze stała w zależności od prędkości obrotowej silnika, co oznacza, że ​​system może być używany przy bardzo dużych prędkościach bez żadnych kar. Problem z silnikami o dużej prędkości, które wykorzystują zawory grzybkowe, polega na tym, że wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika prędkość, z jaką porusza się zawór, również musi wzrastać. To z kolei zwiększa obciążenia wynikające z bezwładności zaworu, który musi być szybko otwarty, zatrzymany, a następnie odwrócony w kierunku i zamknięty, a następnie ponownie zatrzymany. Duże zawory grzybkowe, które umożliwiają dobry przepływ powietrza, mają znaczną masę i wymagają silnej sprężyny, aby przezwyciężyć ich bezwładność podczas zamykania. Przy wyższych prędkościach obrotowych silnika sprężyna zaworowa może nie być w stanie skutecznie zamknąć zaworu przy wymaganym stopniu obrotu wału korbowego przed następnym otwarciem, co skutkuje niepowodzeniem całkowitego i/lub pozostawania zamkniętym. Wibracje o częstotliwości harmonicznych wytwarzane przy określonych obrotach mogą również powodować rezonans ze sprężyną zaworu grzybkowego, znacznie zmniejszając jej siłę sprężyny i zdolność do szybkiego i utrzymywania zaworu w stanie zamkniętym i prawidłowego zsynchronizowania się z poruszającą się masą (zjawisku temu można przeciwdziałać poprzez zastosowanie podwójne sprężyny zaworowe jako sprężyna wtórna mogą wspomagać pierwotną w bardzo wąskim zakresie obrotów, w którym może wystąpić taka awaria harmoniczna, umożliwiająca silnikowi kontynuowanie zwiększania obrotów). Efekty te, zwane pływaniem zaworu i/lub odbiciem zaworu, mogą spowodować uderzenie zaworu o górną część wznoszącego się tłoka. Ponadto w konstrukcji zaworu tulejowego można wyeliminować wałki rozrządu, popychacze i dźwignie zaworowe, ponieważ zawory tulejowe są na ogół napędzane przez jedno koło zębate napędzane z wału korbowego. W silniku lotniczym zapewniło to pożądane zmniejszenie masy i złożoności.
• Długowieczność, jak wykazano we wczesnych zastosowaniach motoryzacyjnych silnika Knight. Przed pojawieniem się benzyn ołowiowych silniki z zaworami grzybkowymi zwykle wymagały szlifowania zaworów i gniazd zaworów po przejechaniu 20 000 do 30 000 mil (32 000 do 48 000 km). Zawory tulejowe nie uległy zużyciu i recesji spowodowanej powtarzalnym uderzeniem zaworu grzybkowego w jego gniazdo. Zawory tulejowe były również narażone na mniej intensywne gromadzenie się ciepła niż zawory grzybkowe, ze względu na większy obszar kontaktu z innymi metalowymi powierzchniami. W silniku Knight nagromadzenie węgla faktycznie pomogło poprawić uszczelnienie tulei, o których mówi się, że silniki „poprawiają się w miarę użytkowania”, w przeciwieństwie do silników z zaworem grzybkowym, które tracą kompresję i moc jako zawory, trzonki zaworów i prowadnice nosić. Ze względu na ciągły ruch tulei (typu Burt-McCollum), wysokie punkty zużycia związane ze słabym smarowaniem w GMP/BDC ( dolny martwy punkt ) ruchu tłoka w cylindrze są stłumione, dzięki czemu pierścienie i cylindry wytrzymują znacznie dłużej.
• Głowica cylindra nie musi być wyposażona w zawory, co pozwala na umieszczenie świecy zapłonowej w najlepszym możliwym miejscu w celu efektywnego zapłonu mieszanki spalania. W przypadku bardzo dużych silników, w których prędkość rozprzestrzeniania się płomienia ogranicza zarówno wielkość, jak i prędkość, zawirowanie wywołane przez porty, opisane przez Harry'ego Ricardo, może być dodatkową zaletą. W swoich badaniach z dwusuwowymi jednotulejowymi silnikami o zapłonie samoczynnym Harry Ricardo dowiódł, że możliwa jest otwarta tuleja, działająca jako drugi tłok pierścieniowy z 10% powierzchni centralnej tłoka, który przenosi 3% mocy na wał wyjściowy. przez mechanizm napędowy tulei. To bardzo upraszcza konstrukcję, ponieważ „ śmieciowa głowa ” nie jest już potrzebna.
• Niższe temperatury robocze wszystkich podłączonych do zasilania części silnika, cylindrów i tłoków. Harry Ricardo wykazał, że tak długo, jak luz między tuleją a cylindrem jest odpowiednio ustawiony, a film smarujący jest wystarczająco cienki, tuleje są „przepuszczalne dla ciepła”.
• Continental w Stanach Zjednoczonych przeprowadził szeroko zakrojone badania nad silnikami jednotulejowymi zaworowymi, wskazując, że ostatecznie były one tańsze w produkcji i łatwiejsze w produkcji. Jednak ich silniki lotnicze wkrótce dorównały osiągom silników jednozaworowych, wprowadzając ulepszenia, takie jak zawory grzybkowe chłodzone sodem. Wydaje się również, że koszty tych badań, wraz z kryzysem w październiku 1929 r., doprowadziły do ​​powstania jednego -silniki tulejowe nie wchodzące do produkcji seryjnej. Książka ( Continental! Its Motors and Its People , W. Wagner, 1983. ISBN  0-8168-4506-9 ) na temat silników Continental donosi, że General Motors przeprowadził testy z silnikami z pojedynczym zaworem tulejowym, odrzucając tego rodzaju układy i, według M. Hewlanda ( Car & Driver , lipiec 1974) także Ford około 1959.

Większość z tych zalet została oceniona i ustalona w latach dwudziestych przez Roya Feddena i Harry'ego Ricardo, prawdopodobnie największego zwolennika silników zaworowych. Przyznał, że niektóre z tych zalet uległy znacznej erozji w miarę ulepszania paliw do i podczas II wojny światowej oraz wprowadzania zaworów wydechowych chłodzonych sodem w wysokowydajnych silnikach lotniczych.

Niedogodności

Wiele wad nękało zawór z pojedynczą tuleją:

• Doskonałe, a nawet bardzo dobre uszczelnienie jest trudne do osiągnięcia. W silniku z zaworem grzybkowym tłok posiada pierścienie tłokowe (co najmniej trzy, a czasem nawet osiem), które tworzą uszczelnienie z otworem cylindra. W okresie „włamywania się” (znanym jako „docieranie” w Wielkiej Brytanii) wszelkie niedoskonałości jednego z nich są zacierane w drugim, co skutkuje dobrym dopasowaniem. Ten rodzaj „docierania” nie jest jednak możliwy w silniku tulejowo-zaworowym, ponieważ tłok i tuleja poruszają się w różnych kierunkach, a w niektórych układach nawet obracają się względem siebie. W przeciwieństwie do tradycyjnej konstrukcji, niedoskonałości tłoka nie zawsze pokrywają się z tym samym punktem na tulei. W latach czterdziestych nie stanowiło to większego problemu, ponieważ ówczesne trzpienie zaworów grzybkowych zwykle przeciekały znacznie bardziej niż obecnie, więc zużycie oleju w obu przypadkach było znaczne. Do jednego z silników jednotulejowych Argyll z lat 1922-1928, 12, czterocylindrowy silnik o pojemności 91 cu. cal. (1491 cm3), zużycie oleju wynosiło jeden galon na 1945 mil i 1000 mil na galon oleju w czterocylindrowym silniku 15/30 o pojemności 159 cu. cale (2610 cm3). Niektórzy proponowali dodanie pierścienia w podstawie tulei, między tuleją a ścianą cylindra. Silniki z pojedynczą tuleją miały reputację znacznie mniej zadymionych niż Daimler z silnikami odpowiedników z podwójnymi tulejami Knight.
• Problem wysokiego zużycia oleju związany z zaworem z podwójną tuleją Knight został rozwiązany za pomocą zaworu z pojedynczą tuleją Burt-McCollum, udoskonalonego przez firmę Bristol. Modele, które miały złożoną „ głowicę śmieciową ”, zainstalowały na niej jednokierunkowy zawór oczyszczający; ponieważ płynów nie można skompresować, obecność oleju w górnej przestrzeni mogłaby spowodować problemy. W górnym martwym punkcie (TDC) zawór z jedną tuleją obraca się w stosunku do tłoka. Zapobiega to problemom ze smarowaniem granicznym, ponieważ nie występuje zużycie grzbietu pierścienia tłokowego w GMP i dolnym martwym punkcie (BDC). Czas eksploatacji Bristol Hercules między remontami (TBO) został oceniony na 3000 godzin, co jest bardzo dobrym wynikiem dla silnika lotniczego, ale nie dla silników samochodowych. Odzież rękawów znajdowała się przede wszystkim w górnej części, wewnątrz „śmieciowej głowy”.
• Nieodłączną wadą jest to, że tłok w swoim przebiegu częściowo zasłania otwory, co utrudnia przepływ gazów podczas krytycznego nakładania się rozrządu zaworów dolotowych i wydechowych, typowych w nowoczesnych silnikach. Druk książki Harry'ego Ricardo z 1954 r. The High-Speed ​​Internal Combustion Engine , a także niektóre patenty na produkcję zaworów tulejowych, wskazują, że dostępna strefa dla portów w tulei zależy od typu napędu tulei i stosunku otworu do skoku; Ricardo z powodzeniem przetestował koncepcję „otwartej tulei” w niektórych dwusuwowych silnikach o zapłonie samoczynnym. Nie tylko wyeliminował pierścienie głowicy, ale także pozwolił na zmniejszenie wysokości silnika i głowicy, zmniejszając tym samym powierzchnię czołową w silniku lotniczym, przy czym cały obwód tulei jest dostępny dla obszaru otworu wydechowego, a tuleja działa w fazie z tłok tworzący tłok pierścieniowy o powierzchni około 10% powierzchni tłoka, co przyczyniło się do około 3% mocy wyjściowej przez mechanizm napędowy tulei na wał korbowy. Urodzony w Niemczech inżynier Max Bentele , po przestudiowaniu brytyjskiego silnika lotniczego z zaworami tulejowymi (prawdopodobnie Hercules ), narzekał, że układ wymaga ponad 100 kół zębatych dla silnika, zbyt wiele jak na jego gust.
• Poważnym problemem w przypadku dużych silników lotniczych z pojedynczą tuleją jest to, że ich maksymalna niezawodna prędkość obrotowa jest ograniczona do około 3000 obr./min, ale silnik samochodu M Hewland pracował bez trudu z prędkością powyżej 10 000 obr./min.
• Ulepszone oktany paliwa, powyżej około 87 RON, zwiększyły moc wyjściową silników z zaworem grzybkowym bardziej niż silników z pojedynczą tuleją.
• Podano, że zwiększona trudność w zużyciu oleju i smarowaniu zespołu cylindrów nigdy nie została rozwiązana w silnikach produkowanych seryjnie. Koleje i inne duże silniki z pojedynczym zaworem tulejowym emitują więcej dymu podczas rozruchu; gdy silnik osiąga temperaturę roboczą, a tolerancje wchodzą w odpowiedni zakres, dym jest znacznie zmniejszony. W przypadku silników dwusuwowych jako najlepsze rozwiązanie zaproponowano w artykule SAE Journal około 2000 roku katalizator trójdrożny z wtryskiem powietrza pośrodku.
• Niektórzy (Wifredo Ricart, Alfa-Romeo) obawiali się nagromadzenia ciepła wewnątrz cylindra, jednak Ricardo udowodnił, że jeśli tylko cienka warstwa oleju zostanie zachowana, a luz roboczy między tuleją a beczką cylindra będzie mały, to ruchome tuleje będą prawie przezroczysty dla ciepła, faktycznie przenoszący ciepło z górnych do dolnych części systemu.
• W przypadku przechowywania w pozycji poziomej, rękawy mają tendencję do skręcania się, co powoduje kilka rodzajów problemów mechanicznych. Aby tego uniknąć, opracowano specjalne szafki do przechowywania rękawów w pionie.
• Równoważne implementacje nowoczesnych zmiennych faz rozrządu i zmiennego skoku są niemożliwe ze względu na stałe rozmiary otworów przelotowych i zasadniczo stałą prędkość obrotową tulei. Teoretycznie może być możliwa zmiana prędkości obrotowej poprzez przekładnię, która nie jest liniowo związana z prędkością obrotową silnika, jednak wydaje się, że byłoby to niepraktycznie skomplikowane nawet w porównaniu ze złożonością nowoczesnych systemów sterowania zaworami.

Historia

Rycerz Karola Yale

Daimler 22 KM otwarty 2-miejscowy (przykład 1909). Wyraźnie widoczna maskotka na korku chłodnicy to Rycerz (CY)

Replikowana reklama Stearns z 1912 r. w centrum Boise w stanie Idaho reklamująca silnik typu Knight

W 1901 Knight kupił chłodzony powietrzem, jednocylindrowy trójkołowiec, którego hałaśliwe zawory go irytowały. Wierzył, że może zaprojektować lepszy silnik i zrobił to, wymyślając zasadę podwójnej tulei w 1904 roku. Wspierany przez chicagowskiego przedsiębiorcę LB Kilbourne'a, skonstruowano szereg silników, a następnie samochód turystyczny „Silent Knight”, który został pokazany na wystawie 1906 Chicago Auto Show.

Konstrukcja Knighta miała dwie żeliwne tuleje na cylinder, jedną wsuwającą się w drugą z tłokiem wewnątrz wewnętrznej tulei. Tuleje były obsługiwane przez małe połączone pręty uruchamiane przez wał mimośrodowy. Mieli wycięte porty na ich górnych końcach. Konstrukcja była wyjątkowo cicha, a zawory tulejowe nie wymagały zbytniej uwagi. Był jednak droższy w produkcji ze względu na precyzyjne szlifowanie wymagane na powierzchniach tulei. Zużywał również więcej oleju przy dużych prędkościach i był trudniejszy do uruchomienia w chłodne dni.

Chociaż początkowo nie był w stanie sprzedać swojego Knight Engine w Stanach Zjednoczonych, długi pobyt w Anglii, obejmujący szeroko zakrojony dalszy rozwój i udoskonalanie przez Daimlera nadzorowany przez ich konsultanta, dr Fredericka Lanchestera , ostatecznie zapewnił Daimlerowi i kilku luksusowym firmom samochodowym klientów gotowych zapłacić. jego drogie składki. Po raz pierwszy opatentował projekt w Anglii w 1908 roku. Patent dla USA został przyznany w 1910 roku. W ramach umowy licencyjnej w nazwie samochodu miał znaleźć się „Knight”.

Sześciocylindrowe silniki zaworowe Daimlera były używane w pierwszych brytyjskich czołgach podczas I wojny światowej, aż do Mark IV włącznie . Wskutek skłonności silników odymiania, a zatem oddać pozycji zbiornika, Harry Ricardo przyniesiono i opracował nowy silnik którym wymieniony zawór tulei wychodząc z Mark V .

Wśród firm korzystających z technologii Knighta znalazły się Avions Voisin , Daimler (1909-1930), w tym ich V12 Double Six , Panhard (1911-39), Mercedes (1909-24), Willys (jako Willys-Knight , plus powiązany Falcon-Knight ), Stearns , Mors , Peugeot i belgijska firma Minerva, która została zmuszona do zaprzestania produkcji silników z tulejami zaworowymi w wyniku ograniczeń nałożonych na nich przez zwycięzców II wojny światowej, w sumie około trzydziestu firm. Itala eksperymentowała również z zaworami obrotowymi i tulejowymi w swoich samochodach „Avalve”.

Po powrocie Knighta do Ameryki udało mu się nakłonić kilka firm do wykorzystania jego projektu; tutaj jego marka brzmiała „ Cichy Rycerz ” (1905-1907) — zaletą było to, że jego silniki były cichsze niż te ze standardowymi zaworami grzybkowymi. Najbardziej znaną z nich była firma FB Stearns z Cleveland, która sprzedawała samochód o nazwie Stearns-Knight oraz firma Willys , która oferowała samochód o nazwie Willys-Knight , który był produkowany w znacznie większej liczbie niż jakikolwiek inny zawór tulejowy. samochód.

Burt-McCollum

Zawór tulejowy Burt-McCollum, którego nazwa pochodzi od nazwisk dwóch inżynierów, którzy opatentowali tę samą koncepcję z tygodniową różnicą, Petera Burta i Jamesa Harry'ego Keighly McCollum, wnioski patentowe zgłoszono odpowiednio 6 sierpnia i 22 czerwca 1909 r. Inżynierowie zatrudnieni przez szkockiego producenta samochodów Argyll składali się z pojedynczej tulei, której nadano kombinację ruchu w górę iw dół oraz częściowego ruchu obrotowego. Został opracowany około 1909 roku i został po raz pierwszy użyty w samochodzie Argyll z 1911 roku . Początkowa inwestycja w Argyll w 1900 r. wyniosła 15 000 funtów, a budowa wspaniałej fabryki w Szkocji kosztowała 500 000 funtów w 1920 r. Podobno spory sądowe właścicieli patentów Knight kosztowały Argyll 50 000 funtów, co być może jest jednym z powodów tymczasowego zamknięcia ich zakładu . Innym producentem samochodów, który korzystał z patentów Argyll SSV i innych własnych (patent GB118407), był Piccard-Pictet (Pic-Pic); Louis Chevrolet i inni założyli Frontenac Motors w 1923 roku w celu wyprodukowania luksusowego samochodu z silnikiem 8-L SSV, ale nigdy nie trafił on do produkcji z powodów związanych z ograniczeniami czasowymi patentów Argyll w USA. Największy sukces odniosły zawory jednotulejowe (SSV) w dużych silnikach lotniczych Bristolu, zastosowano je również w silnikach Napier Sabre i Rolls-Royce Eagle . System SSV obniżył również wysokie zużycie oleju związane z zaworem z podwójną tuleją Knight.

Barr and Stroud Ltd z Anniesland w Glasgow również udzielił licencji na projekt SSV i wykonał małe wersje silników, które sprzedawali firmom motocyklowym. W ogłoszeniu w magazynie Motor Cycle w 1922 roku firma Barr & Stroud promowała swój silnik tulejowy o pojemności 350 cm3 i wymieniła Beardmore-Precision , Diamond, Edmund i Royal Scot jako oferujących go producentów motocykli. Silnik ten został opisany w marcowym wydaniu jako silnik „Burt”. Grindlay-Peerless rozpoczął produkcję dwucylindrowego silnika SSV Barr & Stroud z silnikiem V-twin o pojemności 999 cm3 w 1923 r. [1], a później dodał pojedynczy SSV o pojemności 499 cm3 oraz 350 cm3. Vard Wallace, znany ze swoich wtórnych widelców do motocykli, zaprezentował w 1947 r. rysunki jednocylindrowego, chłodzonego powietrzem silnika SSV o pojemności 250 cm3. W Wielkiej Brytanii zbudowano kilka małych pomocniczych silników łodzi SSV i generatorów elektrycznych, przygotowanych do spalania „parafiny” od początku lub po lekkim podgrzaniu bardziej złożonymi paliwami. (Petter Brotherhood, Wallace. „Inżynier”, 9 grudnia 1921, str. 618)

Szereg silników lotniczych z zaworami tulejowymi zostało opracowanych w oparciu o przełomowy artykuł badawczy RAE z 1927 r. autorstwa Harry'ego Ricardo . W artykule przedstawiono zalety zaworu tulejowego i zasugerowano, że silniki z zaworem grzybkowym nie będą w stanie zapewnić mocy znacznie przekraczającej 1500 KM (1100 kW). Napier i Bristol rozpoczęli prace nad silnikami z zaworem tulejowym, które ostatecznie doprowadziły do ​​ograniczenia produkcji dwóch najpotężniejszych silników tłokowych na świecie: Napier Sabre i Bristol Centaurus . Firma Continental Motors Company około lat Wielkiego Kryzysu opracowała prototypy silników z pojedynczym zaworem tulejowym do różnych zastosowań, od samochodów przez pociągi po samoloty, i pomyślała, że ​​produkcja będzie łatwiejsza, a koszty niższe niż jej odpowiedniki silników z zaworami grzybkowymi. Ze względu na problemy finansowe Continentala ta linia silników nigdy nie weszła do produkcji. („Kontynentalny! Jego silniki i jego ludzie”, William Wagner, Armed Forces Journal International i Aero Publishers, 1983, ISBN  0-8168-4506-9 )

Potencjalnie najmocniejszym ze wszystkich silników z zaworem tulejowym (chociaż nigdy nie wszedł do produkcji) był Rolls-Royce Crecy V-12 (co dziwne, używając kąta 90 stopni), dwusuwowy, z bezpośrednim wtryskiem, z turbodoładowaniem (siła -scavenged) silnik lotniczy o pojemności 26,1 litra. Osiągnął bardzo wysoką moc właściwą i zaskakująco dobre jednostkowe zużycie paliwa (SFC). W 1945 roku jednocylindrowy silnik testowy (Ricardo E65) po wtryśnięciu wody wytwarzał równowartość 5000 KM (192 KM/litr), chociaż pełna V12 prawdopodobnie miałaby początkowo moc około 2500 KM (1900 kW). Sir Harry Ricardo, który określił układ i cele projektowe, uważał, że możliwa będzie wiarygodna ocena wojskowa 4000 KM. Ricardo był stale sfrustrowany podczas wojny wysiłkiem Rolls-Royce'a (RR). Hives i RR były bardzo skoncentrowane na swoich Merlinach , Griffon, potem Eagle i wreszcie Whittle 's, które miały jasno określony cel produkcyjny. Ricardo i Tizard w końcu zdali sobie sprawę, że Crecy nigdy nie przyciągnie uwagi rozwojowej, na jaką zasługuje, jeśli nie zostanie przeznaczony do instalacji w konkretnym samolocie, ale do 1945 r. ich koncepcja „ Spitfire on steroids” szybko wznoszącego się myśliwca przechwytującego napędzanego lekkim silnikiem Crecy stała się samolot bez celu.

Po II wojnie światowej zawór tulejowy stał się mniej używany, Roy Fedden, bardzo wcześnie zaangażowany w badania nad pojazdami SV, zbudował około 1947 kilka płaskich silników z pojedynczym zaworem tulejowym, przeznaczonych dla lotnictwa ogólnego; potem tylko francuska SNECMA wyprodukowała kilka silników SSV na licencji Bristol, które zostały zainstalowane w samolocie transportowym Noratlas , a także inny samolot transportowy, Azor zbudowany przez hiszpańską CASA, zainstalował silniki SSV Bristol po II wojnie światowej. Jednak silniki zaworowe Bristol były używane podczas powojennego boomu transportu lotniczego, w Vickers Viking i pokrewnych wojskowych Varsity i Valetta , Airspeed Ambassador , używanym na europejskich trasach BEA oraz Handley Page Hermes (i pokrewnych wojskowych Hastings ) i Samoloty Short Solent oraz Bristol Freighter i Superfreighter . Centaurus był również używany w wojskowych Hawker Sea Fury , Blackburn Firebrand , Bristol Brigand , Blackburn Beverly i Fairey Spearfish . Wcześniejsze problemy zaworu grzybkowego z uszczelnieniem i zużyciem zostały rozwiązane przez zastosowanie lepszych materiałów, a problemy z bezwładnością przy stosowaniu dużych zaworów zostały zredukowane przez zastosowanie zamiast tego kilku mniejszych zaworów, co dało zwiększoną powierzchnię przepływu i zmniejszoną masę, a zawór wydechowy był gorący spot przez zawory chłodzone sodem. Do tego momentu zawór z pojedynczą tuleją wygrywał każdy konkurs z zaworem grzybkowym w porównaniu mocy do przemieszczenia. Trudność hartowania azotkiem, a następnie szlifowania końcowego zaworu tulejowego w celu wyrównania kołowości, mogła być czynnikiem braku bardziej komercyjnych zastosowań.

Sprawa patentowa Knight-Argyll

Kiedy samochód Argyll został wprowadzony na rynek w 1911 roku, Knight and Kilbourne Company natychmiast wniosła sprawę przeciwko Argyllowi o naruszenie oryginalnego patentu z 1905 roku. Patent ten opisywał silnik z pojedynczą ruchomą tuleją, podczas gdy budowane wówczas silniki Daimlera były oparte na patencie Knighta z 1908 r., który miał silniki z dwoma ruchomymi tulejami. W ramach sporu zbudowano silnik zgodnie ze specyfikacją z 1905 r. i opracowano nie więcej niż ułamek mocy znamionowej RAC . Ten fakt w połączeniu z innymi argumentami prawnymi i technicznymi doprowadził sędziego do orzeczenia pod koniec lipca 1912 r., że posiadacze oryginalnego patentu Knight nie mogą być poparte twierdzeniem, że przyznał im prawa główne obejmujące projekt Argyll. Wydaje się, że koszty postępowania sądowego przeciwko roszczeniom posiadaczy patentów Knight znacząco przyczyniły się do bankructwa Argyll w Szkocji.

Nowoczesne zastosowanie

Zawór tulejowy zaczął powracać dzięki nowoczesnym materiałom, znacznie lepszym tolerancjom technicznym i nowoczesnym technikom konstrukcyjnym, które powodują, że zawór tulejowy przecieka bardzo mało oleju. Jednak najbardziej zaawansowane badania nad silnikami koncentrują się na ulepszaniu innych konstrukcji silników spalinowych, takich jak Wankel .

Mike Hewland ze swoim asystentem Johnem Loganem, a także niezależnie Keithem Duckworthem , eksperymentowali z jednocylindrowym silnikiem testowym z zaworem tulejowym, patrząc na zamienniki Cosworth DFV . Hewland twierdził, że uzyskał 72 KM (54 kW) z jednocylindrowego silnika o pojemności 500 cm3, przy określonym zużyciu paliwa 177-205 g/KM/godz. (0,39-0,45 lb/KM/godz.), przy czym silnik był w stanie pracować na kreozocie i bez specjalnego smarowania tulei.

Model silnika z tuleją wyporową serii RCV „SP” o pojemności 20 cm3 (1,20 cala sześciennego)

Niezwykłą formą czterosuwowego silnika modelowego, który wykorzystuje zasadniczo format zaworu tulejowego, jest brytyjska seria silników RCV modeli „SP”, które wykorzystują obrotową tuleję cylindrową napędzaną przez przekładnię stożkową na „dnie” tulei cylindrowej , który w rzeczywistości znajduje się na tylnym końcu cylindra; i, co jeszcze bardziej nietypowe, wał napędowy — jako integralnie obrobiona część obracającej się tulei cylindrowej — wyłania się z tego, co normalnie byłoby głowicą cylindrów , która w tym projekcie jest umieszczona na samym końcu silnika, osiągając 2: Przełożenie o 1 przełożenie w porównaniu z prędkością obrotową wału korbowego ustawionego pionowo. Seria modeli silników „CD” tej samej firmy wykorzystuje konwencjonalny pionowy pojedynczy cylinder z wałem korbowym używanym do bezpośredniego obracania śmigła, a także wykorzystuje obracający się zawór cylindra. Podobnie jak w przypadku wcześniejszych samochodowych zespołów napędowych z zaworami tulejowymi, zaprojektowanymi przez Charlesa Knighta, każdy model silnika z zaworami tulejowymi RCV, który jest zasilany paliwem do modelu żarowego silnika przy użyciu oleju rycynowego (zawartość około 2% do 4%) o maksymalnej zawartości 15% środek smarny w paliwie umożliwia „lakierowi” powstałemu podczas pracy silnika zapewnienie lepszego uszczelnienia pneumatycznego między obracającym się zaworem cylindra a zespolonymi odlewami cylindra/głowicy silnika, początkowo formowanym podczas docierania silnika.

Inna koncepcja, Rotating Liner Engine, została opracowana, w której korzyści związane ze zużyciem i tarciem zaworu tulejowego są wykorzystywane w konwencjonalnym układzie silnika. W przypadku silnika wysokoprężnego Heavy Duty odnotowano zmniejszenie tarcia rzędu 40%.

Ta sama firma może również dostarczyć nieco większe silniki do użytku w dronach wojskowych, przenośne generatory i sprzęt, taki jak kosiarki do trawy. Są to „wielopaliwowe”, o ile mogą być skonfigurowane do zasilania benzyną, naftą, w tym paliwami lotniczymi i olejem napędowym.

Ze względu na niemożność zastosowania konwencjonalnych zaworów grzybkowych w silnikach z przeciwbieżnymi tłokami , amerykańska firma Pinnacle Engines promuje również układ zaworów tulejowych w swoich czterosuwowych silnikach z przeciwbieżnymi tłokami. Zmienne rozrządy zaworów zostały również zaproponowane w 3-cylindrowej wersji 1.5L od Pinnacle Engines, ale od grudnia 2016 nie ma tak wielu szczegółów dostępnych dla ogółu społeczeństwa.

Silnik parowy

Zawory tulejowe były okazjonalnie, ale bezskutecznie, stosowane w silnikach parowych, np . klasy SR Leader .

Zobacz też

• Kategoria: Silniki z zaworami tulejowymi
• Zawór suwakowy
• Zawór tłokowy
• Zawór Corliss

Bibliografia

• HE Carroll: Patent GB 24.232; 1908
• JB Hull: „Silniki z zaworami bez grzybka na pokazie Olimpii w 1911”, dokument SAE 120011.
• Ateliers Piccard, Pictet & Cie: Patent GB 118.407; 1917
• Harry Ricardo: „Ostatnie prace badawcze nad silnikiem spalinowym”, SAE Journal, maj 1922, s. 305-336 (kończy się na s. 347)
• R Abell: „Single Valve Internal Combustion Engine Design and Operation”, SAE Journal, październik 1923, s. 301–309 (inny typ zaworu bez grzybka, używany również przez Lotus w silniku 2-suwowym – dokument SAE 920779)
• PM Heldt: „Sleeve-Valve Engines”, SAE Journal, marzec 1926, s. 303-314
• WA Frederick: „Silnik z pojedynczym rękawem-zaworem”, SAE Journal, maj 1927, s. 661-678 (obliczenia).
• GL Ensor: „Niektóre uwagi dotyczące zaworu z jednym rękawem”, The Institution of Automobile Engineers (Londyn) Proceedings, tom XXII, sesja 1927-28, s. 651-719.
• AM Niven: „Silnik spalinowy”, patent US 1739255, 1929.
• Frank Jardine: „Rozszerzenie termiczne w projektowaniu silników samochodowych”, SAE Journal, wrzesień 1930, s. 311-318 i papier SAE 300010.
• AM Niven: „Mechanizm uruchamiający zawór tulejowy”, patent US 1764972, 1930.
• AM NIven: „Silnik spalinowy”, patent US 1778911, 1930.
• AM Niven: „Głowica cylindra z zaworem tulejowym”, patent US 1780763, 1930.
• AM Niven: „Mechanizm napędowy zaworu tulei”, patent US 1789341, 1931.
• R Fedden: Patenty GB425060, GB584525 i CA353554 dotyczące materiałów, produkcji i utwardzania tulei.
• AM Niven: „Zawór tulejowy i sposób jego wykonania”, Patent nr US1814764A; 1931
• AM Niven: „Zawór tulejowy i sposób jego wykonania”, patent USA nr 1.820.629; 1931
• AHR Fedden: „Pojedyncza tuleja jako mechanizm zaworowy w silniku lotniczym”, dokument SAE 380161.
• Ashley C Hewitt: „Small High-Speed ​​Single Sleeve Valve Engine”, dokument SAE 390049 (jednocylindrowy, chłodzony powietrzem silnik 4,21 ci., 70 cm3).
• WP Ricart: „Niektóre komentarze europejskie na temat samochodów o dużej mocy i silników lotniczych”, dokument SAE 390099.
• PV Lamarque, „Projektowanie żeberek chłodzących do silników motocyklowych”, Raport Komitetu Badań Samochodowych, Institution of Automobile Engineers Magazine, wydanie z marca 1943 r., a także w „The Institution of Automobile Engineers Proceedings-Londyn-”, tom. XXXVII, Sesja 1942-43, s. 99-134 i 309-312.
• Robert Insley & Arthur W. Green: „Sposób wytwarzania tulei zaworów”, patent USA nr 2,319,546; 1943
• Marcus C Inman Hunter: „Rotary Valve Engines”, Hutchinson, 1946 (w Scribd)
• GF Hiett i J VB Robson: „A High-Power Two-Cycle Sleeve-Valve Engine for Aircraft”, Inżynieria lotnicza i technologia kosmiczna (1950), tom 22, Iss 1, s. 21-23, ci sami autorzy, magazyn i tytuł , część II, w t. 22, Iz 2, s. 32–45
• Harry Ricardo: „Silnik wysokoprężny z zaworem tulejowym”, „19 Andrew Laing Lecture”, Instytut Północno-Wschodniego Wybrzeża. Inżynierów i Stoczniowców, transakcja 67 Sesja, 1950–51, s. 69-88.
• Harry Ricardo: Szybki silnik o spalaniu wewnętrznym , Londyn, 1953 wyd. (Materiały, patrz także w rozmowie)
• 'Nieortodoksyjne silniki IC - Rotary and Sleeve-Valve Types', Model Engineer, tom 122, nr 3056, 4 lutego 1960, strony 136-138
• Peter R. March: „Silnik z zaworem tulejowym”, airextra, nr 27, 1977, strony 11-19
• William Wagner: Kontynentalny! Its Motors and Its People , Aero Publishers, CA, 1983.
• Strictly IC Magazine, Vol 14, Numbers 83 i 84 (Konstrukcja modelu silnika motocyklowego Barr & Stroud SSV w skali 1/3).
• Michael Worthington-Williams: „Coś w rękawie”, The Automobile (Wielka Brytania), tom 21 nr 3, maj 2003, strony 48-51
• Robert J. Raymond: „Porównanie silników tłokowych z tuleją i zaworem grzybkowym”, AEHS, kwiecień 2005. [2]
• Kimble D. McCutcheon: „Silniki chłodzone cieczą Pratt & Whitney”, AEHS, 2006. [3]
• Muhammad Hafdiz Rahmat i in. (PETRONAS): "Symulacja i walidacja strategii wlotu bocznego otwierania i walidacji aplikacji portu rękawowo-zaworowego", dokument SAE 2009-32-0130/20097130
• Anish Gokhale i in.: „Optymalizacja chłodzenia silnika poprzez symulację wymiany ciepła sprzężonego i analizę płetw”, SAE Paper 2012-32-0054
• YouTube: Filmy autorstwa ChargerMiles007, Anson Engine Museum i innych, słowo kluczowe wyszukiwania: Sleeve Valve.
• Anson Engine Museum: Film na YouTube o silniku Petter Brotherhood, jednozaworowym silniku kolejowym zaprojektowanym około 1930 roku w firmie, w którym uczestniczył JB Mirrlees.
• Podręczniki silników Bristol [4]
• Nahum, Foster-Pegg i Birch: „The Rolls-Royce Crecy”, The Rolls-Royce Heritage Trust, 2013. ISBN  978-1-872922-44-7
• K McCutcheon: 'American Sleeve-Valve Aircraft Engines', Weak Force Press, Hunstville, AL; 2020. ISBN  978-0-9710847-8-0

Zewnętrzne linki

• Film przedstawiający wycięty silnik Knight Sleeve-Valve Engine
• [5] Silnik do kosiarki Briggs & Stratton zmodyfikowany do typu Single-Sleeve-Valve Distribution
• [6] Wydanie Harry'ego Ricardo z 1931 r.: „Szybki silnik spalinowy wewnętrznego spalania”
• [7] Strona Douglas Self: „Zawory obrotowe w silnikach spalinowych”