Monosoupape ( по - французски «одноклапанный ») — роторный двигатель , впервые представленный в 1913 году компанией Gnome Engine Company (переименованной в Gnome et Rhône в 1915 году). В нем использовалось продуманное расположение внутренних перепускных каналов и один выпускной клапан с толкателем, чтобы заменить множество движущихся частей, встречающихся в более традиционных роторных двигателях, и это сделало двигатели Monosoupape одними из самых надежных в то время. Британский авиаконструктор Томас Сопвит назвал Monosoupape «одним из величайших достижений в авиации». [1]
Двигатели Monosoupape производились по лицензии в больших количествах в Великобритании, России, Италии и США. Были произведены две разные девятицилиндровые версии: 9B-2 мощностью 100 л.с. (75 кВт) и 9N мощностью 160 л.с. (120 кВт) с разным рабочим объемом , что давало версии 9N с большим объемом двигателя почти цилиндрическую форму картера, а в 9N также использовался двойная система зажигания для повышения безопасности полета.
По лицензии в Великобритании было произведено 2188 единиц, причем модернизированная версия мощностью 120 л.с. (89 кВт) позже была построена в России и Советском Союзе, два из которых в 1931–32 годах летали на советском одновинтовом вертолете ЦАГИ -1ЭА . [2] [3]
В отличие от других роторных двигателей, ранние двигатели Gnome, такие как Gnome Omega , Lambda и Delta , использовали уникальное расположение клапанов, чтобы исключить толкатели , которые работали во время входной фазы цикла сгорания на более традиционных двигателях. Вместо этого единственный выпускной клапан на головке блока цилиндров приводился в действие толкателем, который открывал клапан, когда давление падало в конце рабочего такта. Впускной клапан, управляемый давлением, который уравновешивался противовесом для выравнивания центробежных сил, был расположен в центре головки поршня, где он открывался, позволяя топливно-воздушному заряду поступать из центрального картера двигателя.
Несмотря на свою изобретательность, система имела несколько недостатков: для обслуживания впускных клапанов и правильной регулировки фаз газораспределения приходилось снимать головки цилиндров. Экономия топлива пострадала по сравнению с другими роторными двигателями, потому что впускные клапаны не могли открываться и закрываться в идеальное время.
В 1913 году Луи Сеген и его брат Лоран (инженеры, основавшие Société Des Moteurs Gnome [автомобильная компания Gnome] в 1905 году) представили новую серию Monosoupape , в которой устранили впускной клапан, заменив его перекачивающими портами с поршневым управлением, подобными тем, что встречается в двухтактном двигателе . Начиная с рабочего такта, четырехтактный двигатель работал нормально до тех пор, пока поршень почти не достиг нижней мертвой точки (НМТ), когда выпускной клапан был открыт «рано». Это позволило еще горячим сгоревшим газам «выскочить» из двигателя, пока поршень все еще двигался вниз, сбрасывая давление выхлопных газов и предотвращая попадание выхлопных газов в картер. После небольшого дополнительного хода поршень открыл 36 небольших отверстий вокруг основания цилиндра, ведущих в картер, в котором содержалась дополнительная топливно-воздушная смесь (заряд ) . В этот момент никакой передачи не произошло, поскольку не было перепада давления; цилиндр все еще был открыт для воздуха и, следовательно, находился под давлением окружающей среды. Верхний клапан выпускал воздух непосредственно в спутный поток , поскольку выпускной коллектор практически не мог быть прикреплен к вращающемуся картеру и цилиндрам. Отсутствие выпускного коллектора также позволило сэкономить вес и предотвратить возникновение чрезмерных гироскопических сил в полете.
Во время такта выпуска продувка происходила, поскольку воздух, проходящий мимо внешней части цилиндра, снижал давление внутри из-за прямого воздействия выпускного отверстия на спутный поток. Поршень продолжал свой такт выпуска до достижения верхней мертвой точки (ВМТ), но клапан оставался открытым. Поршень начал двигаться вниз на такте впуска при все еще открытом клапане, втягивая в цилиндр новый воздух. Он оставался открытым до тех пор, пока не опустился на две трети, после чего клапан закрылся, и оставшаяся часть такта впуска значительно снизила давление воздуха. Когда поршень снова открыл передаточные каналы, низкое давление в цилиндре восполнило остаток заряда.
Заряд представлял собой слишком богатую смесь воздуха, который добывался через полый коленчатый вал , и топлива, непрерывно впрыскиваемого топливной форсункой на конце топливопровода, поступающего в картер через полый коленчатый вал. Сопло находилось вблизи внутреннего основания цилиндра, где располагались перепускные отверстия, и было направлено на него. Топливная форсунка была неподвижна вместе с коленчатым валом, а цилиндры поочередно вращались в нужное положение. Такт сжатия был обычным.
Свеча зажигания устанавливалась горизонтально в задней части цилиндра вверху, но не имела соединительного высоковольтного провода. Кольцевая шестерня с внутренними зубьями, установленная на двигателе, приводила в движение стационарное магнето, установленное на брандмауэре, выходная клемма которого высокого напряжения находилась в непосредственной близости от клемм свечей зажигания, когда они проходили мимо. Такое расположение устранило необходимость в распределителе и высоковольтной проводке, которые имеются в обычных системах зажигания с механическим синхронизатором . Эта кольцевая шестерня также приводила в движение масляный насос, который подавал масло ко всем подшипникам , и через полые толкатели к коромыслам и клапанам, а также приводила в действие воздушный насос, который создавал давление в топливном баке. Более поздние двигатели Gnome 9N мощностью 160 л.с. (120 кВт) имели двойную систему зажигания для обеспечения безопасности: две свечи зажигания на цилиндр, которые были электрически подключены, провода проложены к картеру, а центральная пара магнето приводилась в движение вращающимся картером двигателя.
Таким образом, у моносупапов был единственный регулятор бензина, используемый для ограниченной степени регулирования скорости. В ранних примерах частотой вращения двигателя можно было управлять, изменяя время открытия и степень открытия выпускных клапанов с помощью рычагов, воздействующих на толкатели клапанов, но позже от этого отказались из-за того, что они вызывали возгорание клапанов. Вместо этого использовался сигнальный переключатель, который при нажатии отключал зажигание. Его использовали экономно, чтобы избежать загрязнения свечей зажигания, поскольку его можно было безопасно использовать только тогда, когда подача топлива также была отключена. Более поздний подтип 9N с выходной мощностью 160 л.с. также отличался необычным методом функционирования со встроенной установкой двойного зажигания, которая позволяла достигать выходных значений мощности в половину, четверть и одну восьмую за счет использования переключателя-купе. и специальный пятипозиционный поворотный переключатель, который выбирал, какой из трех альтернативных уровней мощности будет выбран при нажатии переключателя купе, позволяя ему отключать все искровое напряжение на всех девяти цилиндрах через равные промежутки времени для достижения многократного уровни снижения мощности. [4] Годная к полетам копия истребителя-моноплана Fokker D.VIII с зонтиком на аэродроме Олд-Райнбек, оснащенная уникальным двигателем Gnome 9N, часто демонстрирует использование четырехуровневой выходной мощности своего Gnome 9N как при наземных полетах [5], так и в полете.
Система смазки, как и во всех роторных двигателях, была полнопоточной, в которой в топливно-воздушную смесь закачивалось касторовое масло . Касторовое масло использовалось потому, что оно плохо растворялось в топливе и обладало смазывающими свойствами, превосходящими другие доступные масла. За каждый час работы двигателя в воздух распылялось более двух галлонов касторового масла. Это объясняет, почему большинство роторных двигателей были оснащены кожухами, при этом нижняя часть отсутствовала, чтобы направлять брызги касторового масла в сторону от пилота. [6] Несгоревшее касторовое масло из двигателя при попадании в организм оказывало слабительное действие на пилота. [7]
Поскольку весь двигатель вращался, его необходимо было точно балансировать, что требовало точной обработки всех деталей. В результате производство Monosoupape было чрезвычайно дорогим: модели мощностью 100 л.с. (75 кВт) стоили 4000 долларов в 1916 году (около 89 000 долларов в долларах 2017 года). Однако они использовали меньше смазочного масла и весили немного меньше, чем более ранние двухклапанные двигатели. [8]
Список из Ламсдена.
Данные Ламсдена .
Сопоставимые двигатели
Связанные списки
Чтобы двигатель работал плавно на пониженных режимах мощности, селекторный переключатель должен был отключать все цилиндры через равные промежутки времени. Также было полезно периодически зажигать все цилиндры, чтобы поддерживать их в тепле и предотвращать загрязнение свечей зажигания маслом. Селекторный переключатель имеет пять положений: нулевое (0) для выключения и четыре рабочих положения, с первого по четвертое (1-4) (см. Фото 5). У Gnôme 9N было два магнето (и две свечи зажигания на цилиндр), а селекторный переключатель был подключен только к правому магнето, поэтому пилоту было необходимо выключить левое магнето, если он хотел изменить скорость двигателя.
{{cite AV media}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )