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.

Аксиальные двигатели Э. Мичелла (Австралия)
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/
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 10

Информация

Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо зарегистрироваться.
Уже зарегистрированы? Войти
  1. qwert 30 июня 2015 06:48
    И все-таки не пойму как в нем поступательное движение во вращательное преобразуется.
    1. внук героя 30 июня 2015 07:12
      Принцип скольжения по наклонной поверзности. Только скользит сама наклонная поверхность в данном образце.
  2. Argon 30 июня 2015 08:26
    Заслуживает уважения теоретическая и технологическая проработанность конструкции,однако конструктору не удалось избежать сосредоточения концентрических нагрузок в одном узле,имею в виду вкладыши поршневого подшипника.Тут либо масло"розовое",либо фрикционный слой вкладыша с платиной.Учитывая довольно сложную форму деталей,их прецизионность,думаю,по тем временам,не дешево такой мотор обходился,что в изготовлении,что в эксплуатации.
  3. DP5A 30 июня 2015 09:31
    Без схем совершенно непонятно как все работает. Может я один такой тупой, что по чертежам в разрезе это не понимаю? Вроде когда-то инженерное образование получал, правда не в моторостроении. Старею....
    1. Atrix 30 июня 2015 20:55
      Автор мог бы и поискать видео
      1. Argon 30 июня 2015 21:47
        Это двигатель другой системы,да он аппозитный,аксиальный но механинизм трансформации более похожий на современный и к системе Мичелла отношения не имеет.Учитывая,что это серия статей,думаю рассказ о представленном на видео моторе еще впереди.
  4. kirgudu 30 июня 2015 09:52
    А чего у этих двигателей в плане ресурса и мощности?
    1. внук героя 30 июня 2015 10:27
      Судя по литературе, с характеристиками по мощности относительно габаритов всё очень не плохо. Серьёзный вопрос с ресурсом. В большей степени этот показатель зависит от специальных материаллов и точности изготовления. На тот момент или их не существовало (сталей, сплавов, композитных материалов), или технологически трудно достижимо (точностные параметры). Ремонтно пригодность не малую роль в этом играет. Как, в общем, и в случае с двигателе Ванкеля: всем хорош, но...
      А по принципу работы, очень наглядно для понимания рассмотреть обратную сторону работы. То есть, не двигатель, а насос. Моментально всё станет на свои места.
      П.С. есть задумка сделать самостоятельно низкотемпературный двигатель Стирлинга по этой схеме. Разумеется модель, но действующую. Пока всё в режиме процесса обкашливания.
  5. fktrcfylhn61 30 июня 2015 10:09
    Огромные потери на трение именно в преобразовании поступательного движения во вращательное. Отсюда и невелик ресурс и мощность! Кривошип намного более оптимален!
    1. внук героя 30 июня 2015 10:39
      Всё не так пессиместично. Есть варианты построения, где трение-скольжение заменено качением (по принципу работы подшипника или зубчатой передачи). Вопрос упирается в достижении требуемой точности и технологичности изготовления. Вопрос изучался давно, правда только с целью общей эрудиции и понятия проблем.
  6. Валерий Т. 30 июня 2015 22:52
    Скольжение? Скольжение - это плохо. Это - не наш метод.
  7. sap 4 июля 2015 00:14
    Тоже ни чего не понял как возвратно поступательное преобразуется во вращательное?
    sap
Картина дня