Двигатель Мишеля был необычной формой двигателя с оппозитными поршнями . Он был уникален тем, что его цилиндры, вместо того, чтобы быть открытыми цилиндрами, содержащими два поршня, были соединены в форме буквы Y и имели три поршня, работающих внутри них.
Эти двигатели были произведены Германом Михелем из компании Michel Engine Company 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 ему двигателем Мишеля II , [примечание 1] [примечание 2], который был двигателем с наклонной шайбой .
Двигатель Michel был двухтактным дизельным двигателем , с поршневыми каналами и оппозитными поршнями . Его необычной особенностью было то, что вместо двух поршней, разделяющих цилиндр, цилиндры здесь были Y-образными и содержали три поршня. Два верхних поршня управляли впускными портами, а один нижний поршень управлял выпускными портами. [3] Наличие двух впускных (продувочного воздуха) поршней на один выпускной поршень 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 двигателями . Они не используют коленчатый вал в обычном смысле, а вместо этого имеют профилированный кулачок. Поршни или их шатуны имеют толкатели кулачка, которые скользят по поверхности этого кулачка. Хотя большинство кулачков используют вращательное движение для создания линейного движения, это использование «коленчатого вала» также возможно, когда линейное движение поршней используется для приведения в действие вращательного движения кулачка и выходного вала двигателя. [4]
Все двигатели с кулачками до сих пор не увенчались успехом, хотя эта идея пользовалась некоторой популярностью в середине 20-го века среди изобретателей, если не инженеров. Похожая идея была в двигателе с наклонной шайбой , осевой форме двигателя с кулачком. Хотя силы в двигателе с кулачком часто больше, а потери на трение высоки, они также могут позволить использовать большие поверхности подшипников, чем обычный коленчатый вал. До разработки высокопроизводительных материалов подшипников [примечание 3] двигатели с кулачком и наклонной шайбой, казалось, имели некоторые преимущества. [4]
Кулачковые двигатели являются двухтактными, а не четырехтактными. В двухтактном двигателе силы на поршне действуют равномерно вниз, на протяжении всего цикла. В четырехтактном двигателе эти силы циклически меняются местами: в фазе впуска поршень принудительно поднимается вверх , против уменьшенного впуска. Простой кулачковый механизм работает только с силой в одном направлении. В первых двигателях Michel кулачок имел две поверхности, главную поверхность, на которой поршни работали при работе, и еще одно кольцо внутри нее, которое давало десмодромное действие для ограничения положения поршня во время запуска двигателя. [5]
Первая версия этого двигателя, как описано в первоначальном патенте, [1] была роторным двигателем : «кривошип» (в данном случае кулачковое кольцо) оставалось неподвижным, а цилиндры вращались вокруг него. [5] Этот тип двигателя (хотя и как бензиновые двигатели с искровым зажиганием, а не дизели) был разработан до Первой мировой войны как авиационный двигатель, его преимуществом было улучшенное охлаждение цилиндров, поскольку они вращались через поток охлаждающего воздуха. Недостатком роторного двигателя была увеличенная вращающаяся масса, хотя в случае Мишеля кулачковая дорожка сама по себе имела значительную массу, и поэтому ее значение было меньше, чем для авиационного двигателя.
В роторной версии двигателя топливный насос высокого давления был установлен на вращающейся части двигателя вместе с цилиндрами. [5] Топливо, смазочное масло и охлаждающая вода подавались через вращающиеся муфты.
Мало что известно о версии с роторным двигателем. Она описана в двух ранних немецких источниках, [6] [7], но хотя и упоминается в отчете NACA 1928 года , [3] она, по-видимому, была заменена к тому времени. [8]
Вторая версия двигателя сохранила кулачковый привод от поршней, но теперь имела блок цилиндров, закрепленный на месте, с кулачковым кольцом, вращающимся в функции коленчатого вала. Это проиллюстрировано в отчете NACA, но не описано в тексте. [8] [9] Оригинальные роликовые толкатели для каждого поршня были позже заменены подшипниками скольжения . [10]
Двигатель был нацелен на выходную мощность от 120 до 1000 л. с. [5] Диаметр цилиндра для этих двигателей составлял 180 мм. [5] Как и для многих радиальных двигателей , ряды цилиндров [примечание 4] могли быть сложены для большей мощности. В большинстве радиальных двигателей самолетов это ограничено только одним или двумя рядами из-за необходимости воздушного охлаждения задних рядов. Двигатель Michel, будучи охлаждаемым водой, 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 снабдить кулачок несколькими кулачками за один оборот, что обеспечивает больше ходов поршня при той же скорости выходного вала, является простой задачей. [10] Несколько кулачков, четыре или шесть из них, имеют тот же общий эффект, что и редуктор выходного вала . Это было особенно полезно для морских двигателей, приводя в движение более эффективный низкоскоростной гребной винт. Для двух двигателей с одинаковой скоростью вала это также можно рассматривать как то, что поршни работают в шесть раз быстрее: фактически более крупный и мощный двигатель, но при этом весящий примерно тот же. Ограничением для этого, однако, были бы металлургические пределы линейной скорости поршня. В то время максимальная скорость, с которой поршень и его кольца могли перемещаться внутри цилиндра, ограничивалась состоянием конструкции и методами смазки для поддержания хорошего уплотнения и предотвращения заклинивания. Это было особенно сложно для двухтактных дизельных двигателей, так как постоянная направленная вниз сила на поршневом кольце, а не циклическое изменение четырехтактного двигателя, как правило, заставляло его застревать в своей канавке. [11]
Несмотря на это, двигатель имел плохое соотношение мощности к весу , даже для этих ранних дней среднескоростных дизельных двигателей. [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 противопоставлялось другим разработкам в области дизельных двигателей. Старые низкоскоростные дизельные двигатели (100–150 об/мин, подходящие для прямого соединения с гребным валом) были заменены среднескоростными двигателями около 400 об/мин, а затем к 1930 году (по крайней мере, в меньших размерах) высокоскоростными двигателями более 1000 об/мин. Они имели даже лучшие удельные выходы, чем двигатель Michel. [примечание 7]
В 1930-х годах Мишель отказался от идеи кулачкового двигателя и использовал обычные коленчатые валы, хотя и требовалось три из них, по одному на цилиндр. [11] В это время другие дизельные двигатели с оппозитными поршнями 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 весу, так и по объему. Он был предназначен для растущего рынка дизельных грузовиков. Двигатель имел один цилиндр и три поршня, с диаметром и ходом поршня 67 мм × 116 мм, что давало рабочий объем 1200 куб. см. [11] Удельная мощность указана как 40 л. с./литр и 3,5 кг/л. с., [11] подразумевая общую мощность около 50 л. с. и вес 175 кг.
Привод между коленчатыми валами был необычным. Вместо типичного зубчатого привода, который использовался в Jumo, была треугольная рама соединительной тяги , приводимая в движение нависающим кривошипом на конце каждого коленчатого вала. [11] Эта рама, в свою очередь, приводила в движение маховик и выходной вал. Рама также приводила в действие топливный насос высокого давления, установленный в верхнем V-образном развале между цилиндрами.
Будучи двухтактным двигателем, также имелся продувочный воздуходув , работающий при давлении 21–25 фунтов на квадратный дюйм. Он имел нетрадиционную конструкцию: прямоугольная насосная камера, образованная на треугольной раме сцепления. Вертикальная перегородка внутри нее могла свободно перемещаться по вертикали, но удерживалась на месте из стороны в сторону. Когда камера двигалась с круговым движением рамы, эта перегородка эффективно перемещалась из стороны в сторону внутри камеры, обеспечивая насосное действие для продувочного воздуха. [11]
Двигатель испытывался на дороге в легких грузовиках, но, похоже, о нем ничего не было слышно после 1937 года. Заявленным преимуществом было отсутствие прокладки головки блока цилиндров , что было проблемой надежности для ранних дизелей в то время. Возможно, он был успешным, но просто его необычная природа привела к тому, что его проигнорировали во время Второй мировой войны в пользу сосредоточения на более устоявшихся конструкциях. [11]
