Двигатель Мишеля представлял собой необычную форму двигателя с оппозитными поршнями . Он был уникален тем, что его цилиндры вместо цилиндров с открытым концом, содержащих два поршня, были соединены в Y-образной форме и внутри них работали три поршня.
Эти двигатели были произведены Германом Мишелем из компании Michel Engine из Киля , Германия, в 1920-х и 1930-х годах. Заявка на патент США была подана в 1921 году и удовлетворена в 1926 году. [1]
Этот двигатель Мишеля не следует путать с современным двигателем Мишеля II , [примечание 1] [примечание 2], который представлял собой двигатель с автоматом перекоса .
Двигатель Мишеля представлял собой двухтактный дизельный двигатель с оппозитными поршнями . Его необычной особенностью было то, что вместо двух поршней, делящих один цилиндр, цилиндры здесь имели Y-образную форму и содержали три поршня. Два верхних поршня управляли впускными отверстиями, а один нижний поршень - выпускными. [3] Наличие двух впускных (продувочных) поршней и одного выпускного поршня обеспечивало хорошую продувку и эффективное сгорание. Двигатель имел водяное охлаждение.
.jpg/1280px-Michel_engine,_longitudinal_section_from_above_(NACA_462).jpg)
Ранние версии двигателя Мишеля были кулачковыми . В них не используется коленчатый вал в обычном понимании, а имеется кулачок определенной формы. Поршни или их шатуны имеют толкатели кулачков, которые скользят по поверхности этого кулачка. Хотя большинство кулачков используют вращательное движение для создания линейного движения, возможно также использование «коленчатого вала», когда линейное движение поршней используется для привода вращательного движения кулачка и выходного вала двигателя. [4]
Все кулачковые двигатели до сих пор не увенчались успехом, хотя в середине 20-го века эта идея пользовалась некоторой популярностью среди изобретателей, если не среди инженеров. Аналогичной идеей был двигатель с автоматом перекоса , осевая форма кулачкового двигателя. Хотя силы в кулачковом двигателе часто выше, а потери на трение высоки, они также позволяют использовать большие поверхности подшипников, чем у обычного коленчатого вала. До разработки высокоэффективных материалов подшипников [примечание 3] двигатели с кулачком и автоматом перекоса имели некоторые преимущества. [4]
Кулачковые двигатели двухтактные, а не четырехтактные. В двухтактном двигателе силы на поршень действуют равномерно вниз на протяжении всего цикла. В четырехтактном двигателе эти силы циклически меняются местами: в фазе индукции поршень движется вверх , несмотря на уменьшенную индукционную депрессию. Простой кулачковый механизм работает только с силой в одном направлении. В первых двигателях Мишеля кулачок имел две поверхности: основную поверхность, на которой работали поршни при работе, и другое кольцо внутри нее, которое обеспечивало десмодромное действие для ограничения положения поршня во время запуска двигателя. [5]
Первая версия этого двигателя, описанная в первоначальном патенте [1] , была роторным двигателем : «кривошип» (в данном случае кулачковое кольцо) оставался неподвижным, а цилиндры вращались вокруг него. [5] Этот тип двигателя (хотя и представлял собой бензиновые двигатели с искровым зажиганием, а не дизели) был разработан перед Первой мировой войной как авиационный двигатель, его преимуществом было улучшение охлаждения цилиндров при их вращении потоком охлаждающего воздуха. Недостатком роторного двигателя была увеличенная вращающаяся масса, хотя в случае с Мишелем кулачковая направляющая сама по себе имела значительную массу, и поэтому ее значение было меньше, чем для авиационного двигателя.
Роторная версия двигателя имела топливный насос высокого давления , установленный на вращающейся части двигателя вместе с цилиндрами. [5] Топливо, смазочное масло и охлаждающая вода подавались через вращающиеся муфты.
О версии с роторным двигателем мало что известно. Он описан в двух ранних немецких источниках, [6] [7] , но, хотя и упоминается в отчете NACA 1928 года , [3] , похоже, к тому времени он был заменен. [8]
Вторая версия двигателя сохранила привод кулачков от поршней, но теперь блок цилиндров был зафиксирован на месте, а кулачковое кольцо вращалось, выполняя функцию коленчатого вала. Это проиллюстрировано в отчете NACA, но не описано в тексте. [8] [9] Оригинальные роликовые толкатели каждого поршня позже были заменены подшипниками скольжения . [10]
Двигатель был рассчитан на выходную мощность от 120 до 1000 л.с. [5] Диаметр цилиндра этих двигателей составлял 180 мм. [5] Как и во многих радиальных двигателях , ряды цилиндров [примечание 4] можно располагать друг над другом для большей мощности. В большинстве радиальных двигателей самолетов это ограничивается только одним или двумя рядами из-за необходимости воздушного охлаждения задних рядов. Двигатель Мишеля с водяным охлаждением не имел такого ограничения. [примечание 5] Еще одним преимуществом нескольких рядов был улучшенный динамический баланс.
Преимущество кулачкового двигателя перед коленчатым валом заключается в том, что обеспечить кулачку несколько кулачков за один оборот, что обеспечивает большее количество ходов поршня при той же скорости выходного вала, является простой задачей. [10] Несколько лепестков, четыре или шесть, имеют тот же общий эффект, что и редуктор выходного вала . Это было особенно полезно для морских двигателей, приводящих в движение более эффективный тихоходный винт. Для двух двигателей с одинаковой частотой вращения вала это также можно рассматривать как работу поршней в шесть раз быстрее: по сути, это более крупный и мощный двигатель, но весящий примерно одинаково. Однако ограничением этого были бы металлургические пределы линейной скорости поршня. В то время максимальная скорость, с которой поршень и его кольца могли двигаться внутри цилиндра, была ограничена состоянием конструкции и методами смазки, чтобы обеспечить хорошее уплотнение и избежать заедания. Это было особенно сложно для двухтактных дизельных двигателей, поскольку постоянная направленная вниз сила, действующая на поршневое кольцо, а не циклические изменения четырехтактного двигателя, имела тенденцию заставлять его застревать в канавке. [11]
Несмотря на это, двигатель имел плохое соотношение мощности и веса даже для того времени, когда появились среднеоборотные дизельные двигатели. [8] Судовой двигатель Michel мощностью 1000 л.с., предназначенный для подводных лодок, [примечание 6] весил 42 000 кг по сравнению со 128 000 кг для сопоставимого четырехтактного дизельного двигателя с аналогичной скоростью и мощностью. Однако это также было противопоставлено другим разработкам в области дизельных двигателей. Старые тихоходные дизельные двигатели (100–150 об/мин, подходящие для прямого соединения с карданным валом) были заменены среднеоборотными двигателями со скоростью около 400 об/мин, а затем в 1930 году (по крайней мере, в меньших размерах) высокоскоростными двигателями более 1000 об/мин. Они имели даже лучшую удельную мощность, чем двигатель Мишеля. [примечание 7]
В 1930-х годах Мишель отказался от идеи кулачкового двигателя и использовал обычные коленчатые валы, хотя их требовалось три, по одному на цилиндр. [11] Другие дизельные двигатели с оппозитным расположением поршней в это время становились успешными, в частности, серия двигателей Junkers Jumo 205 , авиационный двигатель , также использующий один коленчатый вал на поршень, а не один коленчатый вал на цилиндр. [примечание 8]
Двигатель теперь был намного меньше, легче и имел большую удельную мощность как по массе, так и по объему. Он был предназначен для растущего рынка дизельных грузовиков. Двигатель имел один цилиндр и три поршня, диаметр цилиндра и ход поршня 67 × 116 мм, что давало рабочий объем 1200 куб.см. [11] Удельная мощность составляет 40 л.с./литр и 3,5 кг/л.с., [11] подразумевает общую мощность около 50 л.с. и вес 175 кг.
Привод между коленчатыми валами был необычным. Вместо типичного зубчатого привода, который использовался в Jumo, использовалась треугольная рама соединительной тяги , приводимая в движение выступающим кривошипом на конце каждого коленчатого вала. [11] Эта рама, в свою очередь, приводила в движение маховик и выходной вал. Рама также приводила в движение топливный насос высокого давления, установленный в верхнем пазу между цилиндрами.
Поскольку двигатель был двухтактным, имелся также продувочный вентилятор , работавший при давлении 21–25 фунтов на квадратный дюйм. Это была нестандартная конструкция: прямоугольная насосная камера, образованная на треугольной соединительной раме. Вертикальная перегородка внутри могла свободно перемещаться вертикально, но удерживалась на месте из стороны в сторону. Поскольку камера перемещалась вместе с круговым движением рамы, эта перегородка эффективно перемещалась из стороны в сторону внутри камеры, обеспечивая насосное действие для продувочного воздуха. [11]
Двигатель прошел дорожные испытания на легких грузовиках, но после 1937 года о нем, похоже, ничего не было слышно. Заявленным преимуществом было отсутствие прокладки головки блока цилиндров , что в то время было проблемой надежности для ранних дизелей. Возможно, он был успешным, но просто его необычный характер привел к тому, что во время Второй мировой войны его игнорировали в пользу концентрации на более устоявшихся конструкциях. [11]
