Проект аксиального двигателя Г.И. Смоллбоуна

Известно, что повышение мощности двигателя внутреннего сгорания связано с ростом габаритов и веса конструкции. К подобным результатам приводит как увеличение количества цилиндров, так и увеличение их внутреннего объема. По этой причине для сохранения массы и габаритов на приемлемом уровне требуется искать различные оригинальные компоновочные решения. К примеру, именно из-за требований по повышению мощности с сохранением приемлемой массы появились радиальные, в том числе ротативные, двигатели. В начале прошлого века было предложено еще одно решение проблемы – т.н. аксиальный двигатель.

В июле 1903 года инженер Гарри Илс Смоллбоун (Harry Eales Smallbone) получил канадский патент на новую конструкцию двигателя внутреннего сгорания. Весной 1905 года Смоллбоун подал заявку в американское патентное бюро, результатом чего стал патент, полученный 22 мая 1906 года. Инженер предложил «многоцилиндровый двигатель» (Multiple cylinder engine) оригинальной конструкции. Главной идеей проекта было максимально возможное сокращение габаритов двигателя с сохранением сравнительно большого числа цилиндров. Немного позже предложенная конструкция двигателя получила название аксиальной.

Аксиальный двигатель Смоллбоуна имел четыре цилиндра и должен был потреблять бензин. Главной целью разработки было сокращение габаритов изделия, для чего автор применил оригинальное компоновочное решение. Картер нового двигателя состоял из трех основных частей. В первой располагался блок цилиндров с системой клапанов и зажигания, вторая предназначалась для соединения агрегатов, а третья вмещала механизм привода основного вала.


Проект аксиального двигателя Г.И. Смоллбоуна
Чертеж двигателя Смоллбоуна из патента


Четыре цилиндра располагались по углам условного квадрата, параллельно друг другу. В центре блока цилиндров имелся канал для вала. Параллельное размещение цилиндров и вала позволило уменьшить общее сечение двигателя, хотя привело к необходимости использования специального механизма, приводящего вал в движение. Несмотря на это, Г.И. Смоллбоун счел подобные трудности приемлемой платой за уменьшение размеров.

В донной части картера располагался шайбовый механизм, отвечавший за преобразование поступательного движения цилиндров во вращательное движение вала. Дно картера имело специальный выступ, на котором укреплялась качающаяся деталь сложной формы. Подобная «планшайба» была образована центральным конусом и несколькими боковыми выступами. Ввиду необходимости качания в разных направлениях планшайба закреплялась на шарнире: в ее центральной части имелся канал для стержня с шаровой опорой на конце, входившей в соответствующую выемку дна картера.

На концевой части четырех боковых выступов предусматривались узлы крепления для шатунов с шаровыми наконечниками. Для обеспечения свободного перемещения в пределах необходимых секторов шатуны шарнирно закреплялись в поршнях. Боковые выступы планшайбы перемещались по специальным рельсам, предусмотренным на внутренней поверхности картера.

Во время работы по четырехтактной схеме поршни двигателя должны были поочередно качать планшайбу основного механизма. Качаясь на своем опорном стержне, планшайба должна была вести его по круговой траектории. Хвостовая часть стержня входила в отверстие маховика основного вала. Двигаясь по кругу, стержень должен был вращать маховик и приводить в движение основной вал двигателя и связанные механизмы.

Система подачи бензовоздушной смеси, зажигания и выпуска выхлопных газов не имели серьезных нововведений. Тем не менее, автор применил интересное размещение ее деталей. В верхней стенке цилиндра предусматривалось отверстие с небольшой трубкой на конце. В стенках этой трубки предусматривались клапаны подачи и выпуска, а в дне помещалась свеча зажигания. Такая компоновка была связана с необходимостью сокращения габаритов всего двигателя. К примеру, удалось максимально упростить кулачковый механизм открытия клапанов, поскольку толкатели последних находились в непосредственной близости от основного вала.

Двигатель Смоллбоуна должен был оснащаться системой водяного охлаждения. Для отбора лишнего тепла в блоке цилиндров предусматривались специальные полости, по которым должна была циркулировать охлаждающая жидкость. Необходимо отметить, что на имеющемся чертеже двигателя отсутствуют какие-либо намеки на агрегаты системы охлаждения. Это можно объяснить тем, что автор собирался патентовать только саму конструкцию двигателя, а не полноценное изделие, готовое к серийному производству.

Проект аксиального двигателя Г.И. Смоллбоуна
Шайбовый механизм современного двигателя компании Duke Engines, созданного на основе идей Смоллбоуна


Из имеющегося чертежа можно сделать выводы о габаритах двигателя предложенной конструкции. Такой агрегат вписывался в цилиндр диаметром не более 3-4 диаметров поршня. Таким образом, с точки зрения плотности компоновки предложенный аксиальный двигатель представлял большой интерес. Общая длина двигателя находилась в прямой зависимости от различных параметров использованных механизмов. К примеру, размеры механизма преобразования движения поршней во вращение вала зависели от диаметра поршней и длины их хода.

Любопытной особенностью проекта Г.И. Смоллбоуна был определенный модернизационный потенциал. При правильном подходе к конструированию увеличение мощности двигателя было связано только с ростом длины конструкции. Необходимость в существенном увеличении диаметра отсутствовала. Кроме того, имелась возможность увеличения количества цилиндров при сравнительно небольшом росте габаритов.

В 1903-1906 годах автор оригинального двигателя получил два патента, в Канаде и США. Как следует из имеющихся источников, на этом история любопытного проекта закончилась. Аксиальный двигатель внутреннего сгорания конструкции Смоллбоуна не заинтересовал потенциальных заказчиков. Вероятно, отсутствие интереса было связано с ситуацией в двигателестроении и смежных отраслях. В начале двадцатого века автомобильная промышленность еще не нуждалась в оптимизации соотношения мощности и габаритов двигателей. Авиация, в свою очередь, делала первые шаги и решала более важные вопросы, чем соотношение характеристик двигателя.

Проект Смоллбоуна не привлек внимания и оказался забыт. В течение нескольких следующих лет никто не возвращался к идее аксиальной компоновки двигателя. Следующая попытка внедрить оригинальную идею произошла в 1911 году, и была куда более удачной. Новые аксиальные двигатели даже дошли до малосерийного производства, но это уже совсем другая история.


По материалам сайтов:
http://douglas-self.com/
http://cynthiashidesertblog.blogspot.ru/
http://theoldmotor.com/
Автор: Рябов Кирилл


Мнение редакции "Военного обозрения" может не совпадать с точкой зрения авторов публикаций

CtrlEnter
Если вы заметили ошибку в тексте, выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter
Читайте также
Комментарии 28
  1. Майор_Вихрь 22 июня 2015 06:23
    Давно про такие двигатели читал. Еще в советских журналах "За рулем" писали, как проектировали у нас гоночный автомобиль с 5-ти цилиндровым аксиальным двигателем. Заявляли, что это самая компактная схема среди поршневых ДВС. В Японии в те годы двигатели Ванкеля развивали. Я даже видел спортивную мазду с двигателем Ванкеля. А аксиальных не встречал.
    1. inkass_98 22 июня 2015 07:47
      Цитата: Майор_Вихрь Я даже видел спортивную мазду с двигателем Ванкеля. А аксиальных не встречал.[/quote


      Любители роторных двигателей только в "Мазде" и остались, у нас уже перевелись. RX-8 еще много катается, до первой капиталки, потом в утиль можно сдавать.
      А вот про аксиальные двигатели я тоже только читал, причем достаточно давно, как бы не в той же "Технике-молодежи".
    2. Bersaglieri 22 июня 2015 13:12
      Вот,как раз,о нем- концпет-кар "Экстремист":
      http://www.zr.ru/archive/zr/1993/05/s-chiegho-nachinaietsia-ekstriemist
    3. 4-тыйПарасенок 23 июня 2015 00:48
      Цитата: Майор_Вихрь
      В Японии в те годы двигатели Ванкеля развивали. Я даже видел спортивную мазду с двигателем Ванкеля. А аксиальных не встречал.

      А Волгу или Жигули с ротором не видал? Выпускали роторы трех типов: для жигуля, для волги и для легкомоторных самолетов. Наши до сих пор роторы штучно выпускают, можно даже купить.
      1. Майор_Вихрь 23 июня 2015 04:19
        Цитата: 4-тыйПарасенок
        А Волгу или Жигули с ротором не видал? Выпускали роторы трех типов: для жигуля, для волги и для легкомоторных самолетов. Наши до сих пор роторы штучно выпускают, можно даже купить.


        Не уверен про типы, в различных источниках пишут лишь о разнице советских Ванкелей по мощности (от 40 до 400 л/с в зависимости от числа секций), а тип не указывается. Но произошел советский Ванкель, от роторника фирмы Мазда:

        В 1974 г. решением правительства дальнейшие работы по РПД были поручены Волжскому автозаводу, где развертывалось специальное конструкторское бюро (СКБ РПД). Это решение, с одной стороны, придало новый импульс разработке отечественного варианта РПД (начались, в частности, проектные работы по строительству цехов для серийного производства "ванкелей"), а с другой - привело к фактической утрате многого из того, что наработали институты, поскольку в качестве прототипа специалисты ВАЗа решили ориентироваться на двигатель фирмы Mazda и опыт его массового производства.
  2. Malkor 22 июня 2015 06:58
    С роторным двигателем (Ванкеля) даже десятки выпускали.
  3. Майор_Вихрь 22 июня 2015 07:22
    Цитата: Malkor
    С роторным двигателем (Ванкеля) даже десятки выпускали.


    Вазы были с роторными двигателями, но простым смертым такие авто не полагались: http://www.drive2.ru/b/288230376151772644/

    А мазды, хоть и спортивные, но с двигателем Ванкеля продавались свободно. Двигатель маленький, легкий и мощный. А в остальном - хлам.
    1. АлНиколаич 22 июня 2015 07:36
      Цитата: Майор_Вихрь
      Цитата: Malkor
      С роторным двигателем (Ванкеля) даже десятки выпускали.


      Вазы были с роторными двигателями, но простым смертым такие авто не полагались: http://www.drive2.ru/b/288230376151772644/

      А мазды, хоть и спортивные, но с двигателем Ванкеля продавались свободно. Двигатель маленький, легкий и мощный. А в остальном - хлам.

      Почему хлам то? Нормальный мотор. Только ресурс около 100тыс. км. И сложность в производстве.
      Очень важна точность в геометрии деталей. Из за этого двигатель неиемонтопригоден.
      А удельные характеристики у него- хорошие...
      1. qwert 22 июня 2015 15:16
        Цитата: АлНиколаич
        Почему хлам то? Нормальный мотор. Только ресурс около 100тыс. км. И сложность в производстве.

        На самом деле 200 000 км., после чего рекомендуют менять движок. Но в остальном движок великолепный hi
        1. Майор_Вихрь 22 июня 2015 16:03
          Цитата: АлНиколаич
          Почему хлам то? Нормальный мотор. Только ресурс около 100тыс. км. И сложность в производстве.
          Очень важна точность в геометрии деталей. Из за этого двигатель неиемонтопригоден.
          А удельные характеристики у него- хорошие...


          Такой двигатель годиться только для спортивных автомобилей. В городском цикле эксплуатации двигатель Ванкеля уступает обычному ДВС. У двигателя Ванкеля повышенный износ внутренних уплотнителей. Капризный двигатель, требующий своевременного обслуживания и замены изношенных деталей. Но в обычном автосервисе увидев такой двигатель покрутят пальцем у виска. Даже оппозитные двигатели (Субару) далеко не каждый автомеханик умеет чинить, а тут ротор. Выходит одноразовая игрушка: покатался и выкинул. Поэтому автомобилей с такими двигателями практически нигде не встретишь. Покупают либо безголовые, либо энтузиасты, готовые возиться с таким движком и терпеть дополнительные издержки.

          В Союзе такие двигатели так и не получили зеленый свет на серийный выпуск. Мазда выпускала автомобили с роторными двигателями в ограниченном объеме. Сейчас - не скажу.
          1. Майор_Вихрь 22 июня 2015 23:00
            Балбес минус поставил.
      2. zubkoff46 22 июня 2015 21:37
        Выпускались у нас с роторным двигателем ВАЗ-314 в кузове ВАЗ-21011. Движок очень компактный, мощностью под 140 л.с., очень резвый, но масло кушал литрами. Особенность двигателя: при запуске зимой нужно было впрыснуть в камеры сгорания "Тосол" из специального бачка. В начале 90-х такие машины продавали всем желающим. Желающих было мало в виду малого ресурса двигателя и отсутствия ремонтной базы - помимо автосервисов ВАЗ, - куда мало желающих обращаться во все времена.
        1. Майор_Вихрь 22 июня 2015 23:45
          Цитата: zubkoff46
          Выпускались у нас с роторным двигателем ВАЗ-314 в кузове ВАЗ-21011. Движок очень компактный, мощностью под 140 л.с., очень резвый, но масло кушал литрами. Особенность двигателя: при запуске зимой нужно было впрыснуть в камеры сгорания "Тосол" из специального бачка. В начале 90-х такие машины продавали всем желающим. Желающих было мало в виду малого ресурса двигателя и отсутствия ремонтной базы - помимо автосервисов ВАЗ, - куда мало желающих обращаться во все времена.


          Даже японские имеют малый ресурс и повышенную прожорливость. Про 200 тыс., как писали выше, это скорее всего неправда. Вазовский двигатель против японского еще более древний. Ваз делал двигатели Ванкеля не для автомомобилей, а для авиатехники. Автомобилей с двигателем Ванкеля ВАЗ выпустил лишь пробную серию.
          На малых оборотах двигатель Ванкеля отличается прожорливостью вследствие особенностей его конструкции: один оборот ротора у двигателя Ванкеля соответствует трем оборотам вала, из-за чего возникают проблемы со смесеобразованием на малых оборотах, а сама камера сгорания неоптимальной-вытянутой формы, корпус двигателя Ванкеля деформируется в работе из-за неравномерного нагрева ....

          На лодочные моторы, небольшие самолеты и вертолеты такой двигатель, в теории, больше подходит, чем для легкового автомобиля.

          Пик популярности в научно-популярной литературе у двигателя Ванкеля был в 70-е годы. Когда бензин стоил 7 коп/л. и его было валом. 0,5 л газированной воды стоило дороже, если кто помнит. Но, уже тогда отмечали повышенную прожорливость этого двигателя и малый ресурс, кучу проблем конструктивного плана.

          Помимо повышенного расхода масла и бензина у двигателя Ванкеля ротор имеет много уплотнителей, которые сложнее и дороже поршневых колец обычного ДВС и имеют малый ресурс. У двигателя Ванкеля много трущихся поверхностей, часть из которых сложной формы. Детали к двигателю Ванкеля дороги, редки и неремонтопригодны.

          Японцы пыжились довести этот двигатель до ума, так как конструкция такого двигателя имеет меньше деталей, чем поршневой, а сам двигатель легче и компактней поршневого при сопоставимой мощности, но дальше штучных спортивных автомобилей у японцев не пошло.

          Количество спортивных мазд с роторными двигателями ничтожно даже в сравнении со спортивными автомобилями с поршневыми двигателями.

          Что тут комментировать еще? Экспериментальные двигатели к автомобилям могут быть любой конструкции, хоть газотурбиннные, но в серию они всё равно не пойдут.
          1. 4-тыйПарасенок 23 июня 2015 00:58
            Цитата: Майор_Вихрь
            На малых оборотах двигатель Ванкеля отличается прожорливостью вследствие особенностей его конструкции: один оборот ротора у двигателя Ванкеля соответствует трем оборотам вала, из-за чего возникают проблемы со смесеобразованием на малых оборотах, а сама камера сгорания неоптимальной-вытянутой формы, корпус двигателя Ванкеля деформируется в работе из-за неравномерного нагрева ....

            характеристики движка сильно меняются от места расположения выпускного и впускного патрубка. Поэтому не проблема слелать движок именно для городской эксплуатации.
            1. Майор_Вихрь 23 июня 2015 01:19
              Цитата: 4-тыйПарасенок
              характеристики движка сильно меняются от места расположения выпускного и впускного патрубка. Поэтому не проблема слелать движок именно для городской эксплуатации.


              Сделайте, раз для вас это не проблема. Японцы не смогли. Вазовский вообще авиационным считается.
        2. Argon 23 июня 2015 00:00
          Да были и 8ки,9ки,99е.Наиболее интересные,на мой взгляд,были КГБ-ешные "Волги".Двигатель у них ставился в багажнике.Были даже опыты с "КрАЗ"ами.Но самой перспективной была проработка замены поршневых моторов роторными на Ка-26.В общем развитие роторно-поршневых двигателей(как их тогда называли)в СССР шло довольно планомерно.Считаю,дело было перспективное,но тут грянули лихие 90е.Не до двигателей стало.
          1. 4-тыйПарасенок 23 июня 2015 01:02
            Цитата: Argon
            Считаю,дело было перспективное,но тут грянули лихие 90е.Не до двигателей стало.

            Так не только роторы пострадали.
            Завод дизелей для ВАЗа закрылся сразу после сдачи. ВАЗ последний момент испугался что дизельные жигули не будут покупать. А ведь завод с нуля создавали.
          2. Майор_Вихрь 23 июня 2015 01:12
            Цитата: Argon
            Да были и 8ки,9ки,99е.Наиболее интересные,на мой взгляд,были КГБ-ешные "Волги".Двигатель у них ставился в багажнике.Были даже опыты с "КрАЗ"ами.Но самой перспективной была проработка замены поршневых моторов роторными на Ка-26.В общем развитие роторно-поршневых двигателей(как их тогда называли)в СССР шло довольно планомерно.Считаю,дело было перспективное,но тут грянули лихие 90е.Не до двигателей стало.


            Если они такие хорошие, то почему в Японии не получили распространения? Япония - столица мирового автопрома. Мазда же выпускала такие двигатели. Но только для некоторых спортивных моделей, под заказ. Это о чем-нибудь говорит?

            Посмотрим современные спортивные автомобили: Даже если мы посмотрим современные состязания спортивных автомобилей: Формула-1, Ралли, Ле-Ман-24, Картинг, 1/4-мили, кузовных автомобилей, грузовиков и т.д. , много там автомобилей с двигателями Ванкеля? Сомневаюсь.

            Вазовские роторные двигатели идут по описанию вообще как авиационные. Много серийных автомобилей комплектуется авиационными двигателями? По экономичности будучи установленными на автомобиль эти роторники уступают более мощным поршневым. То есть, за меньшую скорость и ускорение отдаем больше денег за бензин и ремонтонепригодность двигателя, малый ресурс двигателя на отказ. Смысл в таком автомобиле? Поэтому и нету таких автомобилей у простых смертных.

            Может, когда-нибудь что-нибудь достойное и изобретут на этом принципе. Обещают, что двигатель Ванкеля будет хорош под водород, например ... laughing
            1. Argon 23 июня 2015 04:14
              Ну вы прям таки мне,вопросы глобального масштаба задаете.Почему Марк Шагал это искусство,а маляр дядя Миша Шагалов,который с бодуна еще не такие"шедевры"пишет просто алкоголик?Ну или(ближе к теме)почему"Феррари"это чудо дизайна и мировой эталон\фетиш технических решений,а"Ламборджини"просто хороший суперкар,хотя в принципе последний не в чем не уступает.К стати Мазда строит автомобили с роторами серийно(RX-8,последняя которую смотрел была 2010г),да и машины вполне дорожные,во всяком случае не более"спортивные"чем Субару"Импрэза".Про соревнования-в тех регламенте посмотрите,четко прописанно-"Поршневые ДВС,от Vраб класс в гонке"-.Достоинство"роторника" даже не в его высокой удельной мощности,а в,на порядок(чем у поршневого),большем и"пологом"крутящем моменте.При,по сути одном хроническом недостатке-расходе масла(у RX-8 от 1 до 2л.на бак сожженного топлива).Я всегда рассматривал двигатель Ванкеля как более дешевую и простую альтернативу ГТД.Другое дело,что поршневые ДВС далеко не так универсальны,и на мой взгляд,их широкое распространение,далеко не всегда вызванно технической\экономической целесообразностью.Честно говоря,я не знаю,какие описания вы читали.Но было бы странно,согласитесь,если бы авиационные двигатели разрабатывались на заводе с аббревеатурой-ВАЗ?В советское то время?
              1. Майор_Вихрь 23 июня 2015 05:53
                Да ладно выкручиваться. Эти ваши роторники давно не секрет для интересующихся людей.
                Кстати, Ламборгини и Ферарри гораздо большим спросом в мире пользуются, чем роторные Мазды. Это ведь тоже не случайно? laughing

                В начале 90-х роторная мазда побеждала в Ле-Ман 24. А в 70-е роторниками вообще было повальное увлечение. И Мерс, и Тойота, и Корвет испытывали подобные движки. Были и джипы, и микроавтобусы роторные, причем серийные. В СССР как раз на этой волне и заразились идеей роторного двигателя и сделали свою копию немецкого или японского двигателя. Наибольшего успеха с роторными двигателями достигла Мазда. Пока не разразился топливный кризис. После кризиса остались только спортивные модели у Мазда. Остальные производители разработки роторных двигателей свернули.

                А про вазовские роторники сами почитайте. Те, что были разработаны в 90-е годы, либо для легкомоторных самолетов, либо для мотодельтапланов, либо для вертолетов.

                Роторники в СССР примерно с середины 70-х пробовали ставить на некоторые автомобили ГАИ, КГБ и МВД, чтобы иметь преимущество перед преступниками по динамике. Расход топлива заоблачный, ресурс никакой. До 50 тыс. не могли дотянуть. А в 90-е, когда наконец дотянули ресурс, эти двигатели уже в экономические/экологические показатели не вписывались и оказались невостребованными. Мазда получше, но деньги владельца жрет как не в себя в процессе эксплуатации. Тема разжеванная и сколько этих мазд роторных стоит и ржавеет по всему миру... Их было произведено за все годы под 2 млн. шт. Но, если человек фанат, то кто мешает купить?! Бугатти отделанные кристалами сваровски тоже покупают некоторые laughing
  4. АлНиколаич 22 июня 2015 07:31
    Да, аксиальный двигатель не состоялся... А вот идеи не умерли! Сейчас на таком принципе работают...
    компрессора автомобильных кондиционеров! А ещё- гидронасосы переменного потока, с качающейся планшайбой!
    Так что принцип аксиальника очень широко используется в технике.
    1. Argon 22 июня 2015 15:08
      Ну почему же?Просто в виду,его особенностей-сложности и нагруженности механизма трансформации возвратно-поступательного движения шатунов во вращательное движение выходного вала,подобные ДВС получили широкое распространение в узких"направлениях".Например,лишь сравнительно недавно аксиальные поршневые моторы перестали быть основными в торпедном оружии,уступив позиции электроприводам(что оценивается специалистами крайне не однозначно).Что касается двигателя Смоллбоуна,то во первых;систему охлаждения он все-таки имел,на эскизе явно видны полости"водянной рубашки"(в статье утверждается обратное).Во вторых;конструкция его Механизма Трансформации хотя и более сложная,чем у Стирлинга,зато дает возможность(как бы это по проще сказать?)"повыпендреваться"с порядком работы цилиндров,что является основой динамической баллансировки дв-ля.И может быть крайне полезно при уравновешевании различных крутильных колебаний,борьбы с вибрациями.
  5. sub307 22 июня 2015 10:06
    Существует также аксиальный двигатель Стирлинга с качающеся шайбой.
  6. Вальга 22 июня 2015 10:25
    В "Техника Молодежи" читал, что НАМИ (Научный автомоторный институт) спроектировал и выпустил малую серию аксиальных двигателей для "Зил" и даже провели испытания. Но в производство не пошли из-за развала СССР.
  7. perepilka 22 июня 2015 11:48
    Дорогие сильно (ДВС), но сам принцип не умер. В гидроприводах очень широко используют и как насосы, и как моторы. Вкусняшка, в широком диапазоне частот вращения.
  8. Вадим237 22 июня 2015 12:58
    Кажись такие двигатели в торпедах применяют.
  9. Штык 22 июня 2015 15:18
    Давно выпускается множество гидравлических двигателей и насосов, работающих по этому принципу!
    1. oldzek 23 июня 2015 00:04
      совершенно верно я с такими встречался на нашем производстве германского изготовления они

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гость, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Картина дня