.jpg/1280px-Knight_sleeve-valve_engine_(Autocar_Handbook,_Ninth_edition).jpg)
Двигатель Найта — двигатель внутреннего сгорания, разработанный американцем Чарльзом Йелем Найтом (1868-1940), в котором вместо более распространённой конструкции тарельчатых клапанов используются золотниковые клапаны .
Хотя в конечном итоге эти двигатели производились в США в самых больших количествах, конструкция Найта получила коммерческий успех благодаря развитию в Англии. Французы дали двигателю Найта более интенсивную разработку, чем любая другая страна. В конечном итоге патенты Найта были выданы по крайней мере в восьми странах и фактически были построены примерно тридцатью фирмами. [1]
Сначала Найт попытался заставить весь цилиндр двигателя совершать возвратно-поступательные движения, чтобы открывать и закрывать выпускные и впускные отверстия. Хотя он запатентовал эту конструкцию, вскоре он отказался от нее в пользу принципа двойной скользящей втулки. При поддержке чикагского предпринимателя Л. Б. Килборна в 1903 году в Оук-Парке, штат Иллинойс, был построен экспериментальный двигатель . Исследования и разработки продолжались до 1905 года, когда прототип прошел строгие испытания в Элирии, штат Огайо . Разработав практически применимый двигатель (стоимостью около 150 000 долларов США), Найт и Килборн показали полный туристический автомобиль «Silent Knight» на Чикагском автосалоне 1906 года . Оснащенный 4-цилиндровым двигателем мощностью 40 л. с. (30 кВт), автомобиль стоил 3500 долларов США.
Конструкция Найта имеет две чугунные гильзы на цилиндр, бронзовые в некоторых моделях, скользящие внутри другой, с поршнем внутри внутренней гильзы. Гильзы приводятся в действие небольшими шатунами, приводимыми в действие эксцентриковым валом, и имеют вырезанные на их верхних концах отверстия. Головка цилиндра (известная как « мусорная головка ») похожа на фиксированный перевернутый поршень со своим собственным набором колец, выступающих вниз внутри внутренней гильзы. Головки снимаются индивидуально для каждого цилиндра. Конструкция удивительно тихая, а клапаны гильз не требуют особого внимания. Однако ее производство было более дорогим из-за точной шлифовки, необходимой для поверхностей гильз. Что касается двигателей Single Sleeve-valve, Continental заявила, что они дешевле и проще в производстве, чем двигатели с тарельчатыми клапанами. Кроме того, они потребляют больше масла на высоких скоростях и их сложнее запускать в холодную погоду. [2]
Конструкция двигателя позволяет расположить свечи зажигания более центрально, чтобы обеспечить лучший путь пламени, большие порты для улучшенного потока газа и полусферические камеры сгорания, что в свою очередь позволяет увеличить мощность. Кроме того, золотниковые клапаны требовали гораздо меньшего обслуживания, чем тарельчатые клапаны той эпохи, которые требовали регулировки, шлифовки и даже замены всего через несколько тысяч миль. Однако адиабатические и изотермические характеристики, сопровождающие повышенную мощность, обеспечиваемую большими (по сравнению с современными конструкциями тарельчатых клапанов) областями портов во втулках, оказались ахиллесовой пятой концепции двухвтулочного клапана. Большая часть преимуществ, которые можно было получить от повышения объемной эффективности, не могла быть реализована из-за невозможности передавать результирующее тепло в достаточно крутом градиенте, чтобы избежать чрезмерных внутренних температур, однако Гарри Рикардо указал на одновтулочный клапан типа Берта-МакКоллума, что до тех пор, пока масляная пленка между втулкой и стенкой цилиндра остается достаточно тонкой, втулки прозрачны для тепла. Вследствие этих тепловых условий и вопреки общепринятой практике площадь впускного отверстия была существенно уменьшена по сравнению с площадью выпускного отверстия. Более поздние двигатели с более тонкими стальными и покрытыми белым металлом гильзами обладают улучшенными уровнями рассеивания тепла, но проблемы теплопередачи остаются характерными для конструкции, что ограничивает развитие потенциала, заложенного в двухвальном клапанном двигателе.
Улучшения в конструкции и материалах более обычного двигателя с тарельчатым клапаном устранили большинство преимуществ, изначально присущих варианту с золотниковым клапаном, поэтому к началу 1930-х годов производство Silent Knight прекратилось, и только несколько французских автопроизводителей продолжали его выпуск во время войны.
Найт и Килборн надеялись заинтересовать американских автопроизводителей в двигателе, чтобы они могли выдавать лицензии на его производство, но поначалу желающих не нашлось. Пирс-Эрроу из Буффало, штат Нью-Йорк, испытал двигатель против одного из своих и обнаружил, что он был более мощным на скорости выше 30 миль в час (48 км/ч) и также ехал быстрее. Однако они отклонили его как неподходящий для их линейки автомобилей, поскольку считали, что все, что превышает 55 миль в час (89 км/ч), было небезопасно. Они также посчитали расход масла (около 2 квартов на 70 миль) чрезмерным. Найт также получил некоторую плохую рекламу в то же время, когда прототип автомобиля был заявлен в Glidden Tour 1906 года , только чтобы сойти в первый же день из-за механической неисправности.
.jpg/1280px-Knight-Daimler_engine,_transverse_section_(Rankin_Kennedy,_Modern_Engines,_Vol_III).jpg){kind=spacer}
Фактически проигнорировав два письменных обращения инженера Эдварда Мэнвилла , директора Daimler , Найт изменил свое мнение и решил попытаться заинтересовать английских производителей своим двигателем. В 1907 году Найт отправился на одной из своих машин в Лондон, где ему удалось увидеться с соотечественником Перси Мартином , также директором Daimler. Инженеры Daimler испытали двигатель, и результаты оказались достаточно обнадеживающими для того, чтобы Daimler создал секретную группу для полной разработки концепции Найта. [4] Однако по завершении проекта это уже был не «Wholly Knight». 6 июня 1908 года Найт получил британский патент на свой модифицированный двигатель. В сентябре Daimler объявил, что двигатели «Silent Knight» [5] будут установлены на некоторых из его моделей 1909 года.
Чтобы бороться с критикой со стороны конкурентов, Daimler поручил RAC (Королевскому автомобильному клубу) провести собственные независимые испытания Daimler-Knight. Инженеры RAC взяли два двигателя Knight и запустили их под полной нагрузкой на 132 часа без остановок. Затем те же двигатели были установлены в туристическом автомобиле и проехали 2000 миль (3200 км) по гоночной трассе Brooklands , после чего их сняли и снова запустили на стенде на 5 часов. Инженеры RAC сообщили, что после разборки двигателей не было заметного износа, цилиндры и поршни были чистыми, а клапаны также не имели признаков износа. RAC был настолько впечатлен, что наградил Daimler кубком Дьюара 1909 года . [6]
Отчеты RAC привели к росту стоимости акций Daimler на 0,85 фунта стерлингов до 18,75 фунта стерлингов [1] , а конкуренты компании стали опасаться, что двигатель с тарельчатым клапаном скоро устареет. Уолтер Оуэн Бентли , основатель Bentley Motors , считал, что двигатель Daimler-Knight работает так же хорошо, как и сопоставимая силовая установка Rolls-Royce.
Двигатель Knight (значительно улучшенный инженерами Daimler) привлек внимание европейских производителей автомобилей. Daimler купил права у Knight «для Англии и колоний» и разделил право собственности на европейские права, в которых он получил 60%, с Minerva из Бельгии. [4] Европейские права были куплены у них и использовались Panhard et Levassor и Mercedes .
Привлеченный возможностями двигателя «Silent Knight», председатель Daimler связался с Найтом в Чикаго, и Найт обосновался в Англии недалеко от Ковентри в 1907 году. Daimler заключил контракт с доктором Фредериком Ланчестером в качестве своего консультанта для этой цели, и крупная переделка и усовершенствование конструкции Найта прошли в большой тайне. Конструкция Найта была сделана практическим предложением. [4] Когда новый двигатель был представлен в сентябре 1908 года, он произвел сенсацию. «Достаточно сказать, что грибовидные клапаны, пружины и кулачки, а также множество мелких деталей полностью уничтожены, и у нас есть почти идеально сферическая взрывная камера и чугунная гильза или трубка в качестве той части камеры сгорания, в которой движется поршень». [7] Daimler полностью отказался от двигателей с тарельчатым клапаном и сохранил свои бесшумные двигатели с втулочным клапаном до середины 1930-х годов. [4]
Многие транспортные средства были описаны как подверженные отказам из-за смазки контактных поверхностей цилиндра и гильзы. Часто правильная смазка не могла быть гарантирована с помощью смазочных материалов, доступных в то время, особенно при ненадлежащем обслуживании. Эта проблема увеличивалась при оборотах двигателя свыше 1600 об/мин, в этот момент двигатель с золотниковым клапаном переставал обеспечивать превосходную мощность. При максимально достижимой скорости двигателя около 1750 об/мин долгосрочный потенциал развития двигателя был ограничен. [8]
Томас Рассел из Canada Cycle & Motor Co. Ltd. с интересом следил за Найтом, и когда он прочитал об испытаниях RAC, он отправился в Англию в 1909 году, чтобы получить лицензию от Найта. Рассел также заключил соглашение с Daimler, по которому компания поставляла двигатели Daimler-Knight в течение двух лет. Рассел продолжил производство нескольких моделей роскошных автомобилей Russell-Knight в Канаде.
В августе 1911 года двигатель был лицензирован американскими автопроизводителями Columbia , Stearns и Stoddard-Dayton . Лицензию также приобрела компания Atlas Engineering Company из Индианаполиса для производства двигателей, которые появились в 1914 году как Lyons-Knight .
Columbia, Stoddard-Dayton и Atlas вскоре обанкротились, и их лицензии были переданы другим компаниям. Edwards-Knight получила одну, которую передала Willys , в то время как Moline приобрела другую, которую они сохранили до 1920-х годов.
В 1913 году автомобиль Mercedes-Knight под управлением Теодора Пилетта принял участие в гонке «Индианаполис 500» , где, несмотря на самый маленький двигатель, занял пятое место со средней скоростью 68,148 миль/ч (109,674 км/ч) на дистанции 500 миль (800 км).
Willys внесли улучшения в двигатель Knight, которые были запатентованы, и в 1916 году объявили о выпуске Willys-Knight 88-4. Затем они открыли канадский завод в Торонто для производства экспортных моделей.
К 1925 году в США было пять предприятий, производящих шасси с двигателями Knight, так что производство Willys-Knight работало на уровне 250 автомобилей в день. В том же году Willys объявила, что во всем мире используется более 180 000 двигателей Willys-Knight. В том же году Willys также поглотила Stearns, образовав для этой цели отдельный синдикат (компании не были объединены).
Продажи автомобилей Willys-Knight снизились к концу 1920-х годов. Благодаря работе Гарри Рикардо и Чарльза Ф. Кеттеринга , более простые двигатели с тарельчатыми клапанами стали очень эффективными, их первое появление состоялось в Chrysler 1924 года, и высокая стоимость производства двигателя Knight начала сказываться против него. В то время как Willys строил модели Knight в 1930-х годах, работы по разработке прекратились. Патенты Knight истекли в 1932 году. Хотя Willys-Knight Streamline Six 1933 года был анонсирован в июне того же года, сомнительно, что производство продолжалось в 1933 году. Это были последние автомобили с золотниковым клапаном, произведенные в США.
Двигатель Knight, хотя и был создан в США, был разработан и реализован в Англии [9], получив более ранний старт в Европе, где он также прослужил дольше. Mercedes выпускал свой 4-литровый Knight 16/50 до 1924 года, в то время как Simson Supra Knight 1925-26 годов, вероятно, был последним немецким автомобилем с двигателем Knight. Во Франции, помимо Peugeot и Mors , два бренда автомобилей класса люкс использовали двигатель Knight в качестве стандартного оборудования между 1923 и 1940 годами: Avions Voisin и Panhard et Levassor . Voisin также построил радиальный двигатель с воздушным охлаждением, используя принцип Knight в 1935 году, что стало их последним использованием технологии Knight. Panhard et Levassor Dynamic , выпускавшийся до лета 1940 года [10], был последним легковым автомобилем с двигателем Knight, который был построен серийно.
