Аксиальные двигатели Э. Мичелла (Австралия)
С момента появления бензиновых двигателей внутреннего сгорания постоянно предпринимались попытки уменьшить габариты таких изделий. Так, в последних годах XIX века Карл Бенц предложил т.н. оппозитный двигатель, в котором цилиндры располагались в одной плоскости, с разных сторон от коленчатого вала. Немного позже, в начале XX века, была предложена идея аксиального двигателя с расположением цилиндров вдоль главного вала. Рано или поздно кто-то должен был попытаться «скрестить» эти две идеи. Автором такого предложения в итоге стал австралийский инженер Энтони Мичелл.
Энтони Джордж Мелдон Мичелл (Anthony George Maldon Michell) с конца позапрошлого века занимался различными проектами в области механики. К примеру, он является автором широко распространенной конструкции подшипника скольжения, в которой смазка распределяется между деталями за счет их движения. В 1920 году Мичелл предпринял попытку создать собственный двигатель оригинальной нестандартной конструкции. Необходимо отметить, что австралийского изобретателя иногда путают с его немецким коллегой Германном Михелем (Hermann Michel), так же занимавшимся тематикой двигателей внутреннего сгорания, ввиду схожести написания фамилий.
Двигатель в сборе. Сверху видны вентиляционное окно и планшайба. Фото Douglas-self.com
Размышляя о возможности сокращения габаритов двигателя, Э. Мичелл пришел к выводу о необходимости отказа от коленчатого вала и связанных с ним агрегатов. В существующих двигателях подобные механизмы занимали не менее половины всего объема, что соответствующим образом сказывалось на габаритах. Отказ от коленвала, в свою очередь, позволял значительно уменьшить и облегчить двигатель. Тем не менее, в составе двигателя должен был присутствовать некий механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршней во вращение главного вала.
Вероятно, Мичелл был знаком с последними зарубежными разработками, что позволило найти ему оптимальное решение проблемы. Новый двигатель было предложено строить по аксиальной схеме. В таком случае цилиндры должны были размещаться параллельно валу, а для преобразования их перемещения во вращение последнего предлагалось использовать традиционный для таких силовых установок шайбовый механизм.
Аксиальная компоновка имеет специфическую особенность: при увеличении количества цилиндров, устанавливаемых по окружности с центром в виде вала, растет поперечник всего двигателя. Таким образом, рост мощности оказывается прямо связан с размерами двигателя. Э. Мичелл предложил довести мощность двигателя до требуемого значения без увеличения его поперечника. Для этого, по его мнению, следовало использовать оппозитное размещение цилиндров. Подобная компоновка уже использовалась в двигателестроении и показывала неплохие характеристики.
Разработка проекта нового двигателя велась сотрудниками фирмы Crankless Engine Company («Компания бескривошипных двигателей»). Среди сотрудников компании были Т.Л. Шермен, в будущем продолживший работу над двигателями, а также Филип Эдвард Ирвинг, позже прославившийся как конструктор гоночной техники. За несколько месяцев коллектив провел все необходимые исследовательские и проектные работы, результатом чего стало появление первого двигателя Crankless Engine.
Чертеж двигателя в разрезе. Рисунок Douglas-self.com
Общая компоновка двигателя, предложенная Э. Мичеллом, выглядела следующим образом. Внутри картера прямоугольной формы располагались несколько пар оппозитно расположенных цилиндров. В центральной части имелось место для шайбового механизма. По продольной оси двигателя проходи главный вал. Подобная компоновка позволяла строить двигатели с разным количеством цилиндров. К примеру, в 1927 году были получены патенты на моторы с восемью и десятью цилиндрами, собранными в два блока по бокам от центрального механизма.
Особый интерес представляет конструкция цилиндров, поршней и шайбового механизма, предложенная австралийскими конструкторами. В оппозитном двигателе традиционной конструкции поршни цилиндров, расположенных на одной линии, не имеют никакой непосредственной связи. Синхронизация работы каждой пары цилиндров обеспечивается за счет шатунов и коленчатого вала. Последний, в свою очередь, соединяется с другими агрегатами.
Двигатель Мичелла не имел коленвала, вместо которого использовался шайбовый механизм. Для упрощения конструкции цилиндры располагались на небольшом расстоянии друг от друга и соединялись элементами картера. При этом каждая пара цилиндров получала один сдвоенный поршень. Фактически он представлял собой два поршня «классической» конструкции, соединенные между собой дополнительной центральной секцией. В средней части, соединяющей крайние детали, предусматривался механизм для контакта с планшайбой.
Пара цилиндров и шайбовый механизм в разрезе. Рисунок Douglas-self.com
Планшайба представляла собой сравнительно толстый металлический диск нужного диаметра, установленный на валу под углом к его оси. Угол установки этой детали влиял на ход поршня, объем камеры сгорания и иные параметры двигателя. Контакт между поршнями и планшайбой обеспечивался при помощи конструкции, основанной на принципах работы подшипника Мичелла. В боковой поверхности сдвоенного поршня имелась крупная прорезь, в которой предусматривались крепления для установки двух вкладышей. Каждый такой вкладыш представлял собой плоскую металлическую пластинку с полусферическим утолщением. Полусферой деталь входила в крепления поршня, а плоская поверхность должна была скользить по планшайбе. За счет шарнирного крепления обеспечивался постоянный контакт поршня с планшайбой. В составе двигателя имелась система постоянной подачи смазки на вкладыши поршней во избежание перегрева или разрушения деталей.
Вкладыши сдвоенных поршней
Двигатели Мичелла предлагалось оснащать клапанными системами газораспределения и выхлопа. Отверстия клапанов располагались в головной части цилиндров. Механизмы управления клапанами через различные передачи связывались с главным валом. Предусматривались выхлопные коллекторы, выводящие газы в общую трубу. Двигатель мог оснащаться жидкостной системой охлаждения. Кроме того, с главным валом был связан привод вентилятора, расположенного в отверстии дна картера. Он должен был продувать воздух через механизмы двигателя и тем самым дополнительно охлаждать детали, подвергающиеся наибольшей тепловой нагрузке. Подшипники конструкции Э. Мичелла, несмотря на свою эффективность, все же не исключали выработку тепла. В боковой части двигателя следовало размещать привод и механизмы масляного насоса. Его задачей было постоянное снабжение вкладышей и планшайбы смазкой.
Главный вал, планшайба и сдвоенный поршень
Один из упоминавшихся двигателей, являвшийся предметом патента 1927 года, имел восемь цилиндров с внутренним диаметром 84 мм. Ход поршня составлял 90 мм. Расстояние между осью главного вала и продольной осью поршней составляло 214 мм, радиус планшайбы был чуть больше. Планшайба устанавливалась под углом 22,5° к оси вала. Общая длина блока оппозитно расположенных цилиндров не превышала 435 мм. Полная длина двигателя составляла 730 мм.
Разработка основной концепции заняла несколько лет. Формирование общей компоновки и характерных черт конструкции позволило начать разработку полноценных проектов двигателей, пригодных для серийного производства. Уже в 1923 году фирма Crankless Engine Company представила сразу несколько двигателей с разным количеством цилиндров и различными характеристиками. Двигатели с восемью и десятью цилиндрами могли развивать мощность, по разным данным, до 70-100 л.с.
Двигатель в моторном отделении автомобиля
Известно о проведении испытаний двигателя Мичелла на автомобиле. В качестве платформы для такой проверки был взят легковой автомобиль компании Buick. Восьмицилиндровый двигатель достаточной мощности поместился в моторном отделении машины, а из-за его небольшой высоты под капотом осталась масса свободного места. Таким образом, предложенные двигатели заметно превосходили существующие по соотношению габаритов и мощности.
Имеются сведения о существовании проекта упрощенного двигателя. Такой мотор имел только один боковой блок с цилиндрами и соответствующую конструкцию поршней, картера и т.д. Такая конструкция обеспечивала дополнительное сокращение габаритов с сохранением мощности на требуемом уровне.
Вскоре после завершения испытаний и официальной «премьеры» двигателями Э. Мичелла заинтересовались потенциальные заказчики. Достаточно широкая номенклатура продукции позволила получить контракты на поставку полусотни двигателей различных типов с разной мощностью. Как минимум, 45 моторов было построено и отгружено заказчикам. По имеющимся данным, среди этих серийных двигателей присутствовали силовые установки для самоходной техники, плавсредств и промышленного оборудования.
Чертеж упрощенного двигателя с одним блоком цилиндров. Рисунок Douglas-self.com[/center]
Всего 50 двигателей, поставленных заказчиком, внесли фирму Crankless Engine Company в список самых успешных производителей аксиальных моторов. Подобное оборудование никогда не пользовалось большим спросом, из-за чего даже несколько десятков выпущенных моторов делали производителя рекордсменом. Текущие успехи были поводом для оптимизма. На практике хорошее настроение инженеров-двигателестроителей выливалось в создание новых проектов. В 1927 году клиентам предлагалось восемь типов двигателей, основанных на общих идеях и решениях.
Тем не менее, разработка новых двигателей не привела к повышению спроса на них. Продукция компании продавалась все хуже и хуже. В 1928 году был выполнен последний полученный заказ. Новые австралийские клиенты не появлялись, из-за чего Э. Мичелл был вынужден прекратить сборку двигателей собственной конструкции. Проданные моторы использовались в различных сферах до выработки ресурса.
К этому времени идеей Мичелла заинтересовались некоторые зарубежные компании. Ряд организаций из США и Великобритании купили лицензию на производство аксиальных «Бескривошипных двигателей». Насколько известно, американское производство просуществовало лишь несколько лет, после чего закрылось. Причины были те же, что и в случае с Crankless Engine Company: появившиеся к этому времени двигатели внутреннего сгорания традиционных схем представляли больший интерес для эксплуатантов и, как следствие, для производителей.
Автомобильный вариант двигателя Мичелла с агрегатами трансмиссии
Тем не менее, разработка Мичелла нашла свою нишу. Одним из покупателей лицензии была британская компания George Waller & Sons из г. Страуд. Эта фирма не предлагала свою продукцию автомобильной промышленности и сосредоточилась на производстве оборудования для промышленности. На базе конструкции австралийской разработки были созданы новые модификации специального назначения. К примеру, достаточно большой популярностью среди заказчиков пользовались насосы для перекачки природного газа с модернизированными двигателями Мичелла. Самые мощные из таких моторов работали на газе, отбираемом из трубопровода, и могли перекачивать до 500 тыс. куб. футов в час (более 14 куб. м).
Ввиду ограниченности рынка подобной продукции британское предприятие не могло похвастать особо большими объемами продаж. Тем не менее, производство газовых насосов и другого оборудования с двигателями Мичелла, пользовавшегося определенным спросом, продолжалось до 1971 года. За это время было построено 116 двигателей.
В общей сложности было произведено более 150-160 двигателей конструкции Энтони Мичелла, которые использовались в составе автомобильной и другой техники. Эксплуатация последних двигателей британского производства продолжалась до восьмидесятых годов. Нельзя не признать, что по объемам производства и успеху среди заказчиков двигатели Мичелла проигрывают большому количеству других мотором, созданных в конце двадцатых годов. Тем не менее, они оказались одними из самых успешных представителей семейства аксиальных двигателей за все время их существования. Подтверждением тому являются количество выпущенных двигателей и продолжительность их эксплуатации.
По материалам сайтов:
http://theoldmotor.com/
http://douglas-self.com/
http://museumvictoria.com.au/
http://adb.anu.edu.au/
Энтони Джордж Мелдон Мичелл (Anthony George Maldon Michell) с конца позапрошлого века занимался различными проектами в области механики. К примеру, он является автором широко распространенной конструкции подшипника скольжения, в которой смазка распределяется между деталями за счет их движения. В 1920 году Мичелл предпринял попытку создать собственный двигатель оригинальной нестандартной конструкции. Необходимо отметить, что австралийского изобретателя иногда путают с его немецким коллегой Германном Михелем (Hermann Michel), так же занимавшимся тематикой двигателей внутреннего сгорания, ввиду схожести написания фамилий.
Двигатель в сборе. Сверху видны вентиляционное окно и планшайба. Фото Douglas-self.com
Размышляя о возможности сокращения габаритов двигателя, Э. Мичелл пришел к выводу о необходимости отказа от коленчатого вала и связанных с ним агрегатов. В существующих двигателях подобные механизмы занимали не менее половины всего объема, что соответствующим образом сказывалось на габаритах. Отказ от коленвала, в свою очередь, позволял значительно уменьшить и облегчить двигатель. Тем не менее, в составе двигателя должен был присутствовать некий механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршней во вращение главного вала.
Вероятно, Мичелл был знаком с последними зарубежными разработками, что позволило найти ему оптимальное решение проблемы. Новый двигатель было предложено строить по аксиальной схеме. В таком случае цилиндры должны были размещаться параллельно валу, а для преобразования их перемещения во вращение последнего предлагалось использовать традиционный для таких силовых установок шайбовый механизм.
Аксиальная компоновка имеет специфическую особенность: при увеличении количества цилиндров, устанавливаемых по окружности с центром в виде вала, растет поперечник всего двигателя. Таким образом, рост мощности оказывается прямо связан с размерами двигателя. Э. Мичелл предложил довести мощность двигателя до требуемого значения без увеличения его поперечника. Для этого, по его мнению, следовало использовать оппозитное размещение цилиндров. Подобная компоновка уже использовалась в двигателестроении и показывала неплохие характеристики.
Разработка проекта нового двигателя велась сотрудниками фирмы Crankless Engine Company («Компания бескривошипных двигателей»). Среди сотрудников компании были Т.Л. Шермен, в будущем продолживший работу над двигателями, а также Филип Эдвард Ирвинг, позже прославившийся как конструктор гоночной техники. За несколько месяцев коллектив провел все необходимые исследовательские и проектные работы, результатом чего стало появление первого двигателя Crankless Engine.
Чертеж двигателя в разрезе. Рисунок Douglas-self.com
Общая компоновка двигателя, предложенная Э. Мичеллом, выглядела следующим образом. Внутри картера прямоугольной формы располагались несколько пар оппозитно расположенных цилиндров. В центральной части имелось место для шайбового механизма. По продольной оси двигателя проходи главный вал. Подобная компоновка позволяла строить двигатели с разным количеством цилиндров. К примеру, в 1927 году были получены патенты на моторы с восемью и десятью цилиндрами, собранными в два блока по бокам от центрального механизма.
Особый интерес представляет конструкция цилиндров, поршней и шайбового механизма, предложенная австралийскими конструкторами. В оппозитном двигателе традиционной конструкции поршни цилиндров, расположенных на одной линии, не имеют никакой непосредственной связи. Синхронизация работы каждой пары цилиндров обеспечивается за счет шатунов и коленчатого вала. Последний, в свою очередь, соединяется с другими агрегатами.
Двигатель Мичелла не имел коленвала, вместо которого использовался шайбовый механизм. Для упрощения конструкции цилиндры располагались на небольшом расстоянии друг от друга и соединялись элементами картера. При этом каждая пара цилиндров получала один сдвоенный поршень. Фактически он представлял собой два поршня «классической» конструкции, соединенные между собой дополнительной центральной секцией. В средней части, соединяющей крайние детали, предусматривался механизм для контакта с планшайбой.
Пара цилиндров и шайбовый механизм в разрезе. Рисунок Douglas-self.com
Планшайба представляла собой сравнительно толстый металлический диск нужного диаметра, установленный на валу под углом к его оси. Угол установки этой детали влиял на ход поршня, объем камеры сгорания и иные параметры двигателя. Контакт между поршнями и планшайбой обеспечивался при помощи конструкции, основанной на принципах работы подшипника Мичелла. В боковой поверхности сдвоенного поршня имелась крупная прорезь, в которой предусматривались крепления для установки двух вкладышей. Каждый такой вкладыш представлял собой плоскую металлическую пластинку с полусферическим утолщением. Полусферой деталь входила в крепления поршня, а плоская поверхность должна была скользить по планшайбе. За счет шарнирного крепления обеспечивался постоянный контакт поршня с планшайбой. В составе двигателя имелась система постоянной подачи смазки на вкладыши поршней во избежание перегрева или разрушения деталей.
Вкладыши сдвоенных поршней
Двигатели Мичелла предлагалось оснащать клапанными системами газораспределения и выхлопа. Отверстия клапанов располагались в головной части цилиндров. Механизмы управления клапанами через различные передачи связывались с главным валом. Предусматривались выхлопные коллекторы, выводящие газы в общую трубу. Двигатель мог оснащаться жидкостной системой охлаждения. Кроме того, с главным валом был связан привод вентилятора, расположенного в отверстии дна картера. Он должен был продувать воздух через механизмы двигателя и тем самым дополнительно охлаждать детали, подвергающиеся наибольшей тепловой нагрузке. Подшипники конструкции Э. Мичелла, несмотря на свою эффективность, все же не исключали выработку тепла. В боковой части двигателя следовало размещать привод и механизмы масляного насоса. Его задачей было постоянное снабжение вкладышей и планшайбы смазкой.
Главный вал, планшайба и сдвоенный поршень
Один из упоминавшихся двигателей, являвшийся предметом патента 1927 года, имел восемь цилиндров с внутренним диаметром 84 мм. Ход поршня составлял 90 мм. Расстояние между осью главного вала и продольной осью поршней составляло 214 мм, радиус планшайбы был чуть больше. Планшайба устанавливалась под углом 22,5° к оси вала. Общая длина блока оппозитно расположенных цилиндров не превышала 435 мм. Полная длина двигателя составляла 730 мм.
Разработка основной концепции заняла несколько лет. Формирование общей компоновки и характерных черт конструкции позволило начать разработку полноценных проектов двигателей, пригодных для серийного производства. Уже в 1923 году фирма Crankless Engine Company представила сразу несколько двигателей с разным количеством цилиндров и различными характеристиками. Двигатели с восемью и десятью цилиндрами могли развивать мощность, по разным данным, до 70-100 л.с.
Двигатель в моторном отделении автомобиля
Известно о проведении испытаний двигателя Мичелла на автомобиле. В качестве платформы для такой проверки был взят легковой автомобиль компании Buick. Восьмицилиндровый двигатель достаточной мощности поместился в моторном отделении машины, а из-за его небольшой высоты под капотом осталась масса свободного места. Таким образом, предложенные двигатели заметно превосходили существующие по соотношению габаритов и мощности.
Имеются сведения о существовании проекта упрощенного двигателя. Такой мотор имел только один боковой блок с цилиндрами и соответствующую конструкцию поршней, картера и т.д. Такая конструкция обеспечивала дополнительное сокращение габаритов с сохранением мощности на требуемом уровне.
Вскоре после завершения испытаний и официальной «премьеры» двигателями Э. Мичелла заинтересовались потенциальные заказчики. Достаточно широкая номенклатура продукции позволила получить контракты на поставку полусотни двигателей различных типов с разной мощностью. Как минимум, 45 моторов было построено и отгружено заказчикам. По имеющимся данным, среди этих серийных двигателей присутствовали силовые установки для самоходной техники, плавсредств и промышленного оборудования.
Чертеж упрощенного двигателя с одним блоком цилиндров. Рисунок Douglas-self.com
Всего 50 двигателей, поставленных заказчиком, внесли фирму Crankless Engine Company в список самых успешных производителей аксиальных моторов. Подобное оборудование никогда не пользовалось большим спросом, из-за чего даже несколько десятков выпущенных моторов делали производителя рекордсменом. Текущие успехи были поводом для оптимизма. На практике хорошее настроение инженеров-двигателестроителей выливалось в создание новых проектов. В 1927 году клиентам предлагалось восемь типов двигателей, основанных на общих идеях и решениях.
Тем не менее, разработка новых двигателей не привела к повышению спроса на них. Продукция компании продавалась все хуже и хуже. В 1928 году был выполнен последний полученный заказ. Новые австралийские клиенты не появлялись, из-за чего Э. Мичелл был вынужден прекратить сборку двигателей собственной конструкции. Проданные моторы использовались в различных сферах до выработки ресурса.
К этому времени идеей Мичелла заинтересовались некоторые зарубежные компании. Ряд организаций из США и Великобритании купили лицензию на производство аксиальных «Бескривошипных двигателей». Насколько известно, американское производство просуществовало лишь несколько лет, после чего закрылось. Причины были те же, что и в случае с Crankless Engine Company: появившиеся к этому времени двигатели внутреннего сгорания традиционных схем представляли больший интерес для эксплуатантов и, как следствие, для производителей.
Автомобильный вариант двигателя Мичелла с агрегатами трансмиссии
Тем не менее, разработка Мичелла нашла свою нишу. Одним из покупателей лицензии была британская компания George Waller & Sons из г. Страуд. Эта фирма не предлагала свою продукцию автомобильной промышленности и сосредоточилась на производстве оборудования для промышленности. На базе конструкции австралийской разработки были созданы новые модификации специального назначения. К примеру, достаточно большой популярностью среди заказчиков пользовались насосы для перекачки природного газа с модернизированными двигателями Мичелла. Самые мощные из таких моторов работали на газе, отбираемом из трубопровода, и могли перекачивать до 500 тыс. куб. футов в час (более 14 куб. м).
Ввиду ограниченности рынка подобной продукции британское предприятие не могло похвастать особо большими объемами продаж. Тем не менее, производство газовых насосов и другого оборудования с двигателями Мичелла, пользовавшегося определенным спросом, продолжалось до 1971 года. За это время было построено 116 двигателей.
В общей сложности было произведено более 150-160 двигателей конструкции Энтони Мичелла, которые использовались в составе автомобильной и другой техники. Эксплуатация последних двигателей британского производства продолжалась до восьмидесятых годов. Нельзя не признать, что по объемам производства и успеху среди заказчиков двигатели Мичелла проигрывают большому количеству других мотором, созданных в конце двадцатых годов. Тем не менее, они оказались одними из самых успешных представителей семейства аксиальных двигателей за все время их существования. Подтверждением тому являются количество выпущенных двигателей и продолжительность их эксплуатации.
По материалам сайтов:
http://theoldmotor.com/
http://douglas-self.com/
http://museumvictoria.com.au/
http://adb.anu.edu.au/
Информация