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.

Аксиальные двигатели Э. Мичелла (Австралия)
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.

Аксиальные двигатели Э. Мичелла (Австралия)
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.

Аксиальные двигатели Э. Мичелла (Австралия)
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.

Аксиальные двигатели Э. Мичелла (Австралия)
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.

Аксиальные двигатели Э. Мичелла (Австралия)
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.

Аксиальные двигатели Э. Мичелла (Австралия)
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.

Аксиальные двигатели Э. Мичелла (Австралия)
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
  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

Информация

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