Двигатель с оппозитными поршнями — это поршневой двигатель, в котором каждый цилиндр имеет поршень на обоих концах и не имеет головки цилиндра . Бензиновые и дизельные двигатели с оппозитными поршнями в основном использовались в крупномасштабных приложениях, таких как корабли, военные танки и заводы. Текущие производители двигателей с оппозитными поршнями включают Cummins , Achates Power и Fairbanks-Morse Defense (FMDefense) .
По сравнению с современными двухтактными двигателями, в которых использовалась традиционная конструкция с одним поршнем на цилиндр, были признаны следующие преимущества двигателя с оппозитными поршнями:
Главным недостатком было то, что мощность от двух противоположных поршней должна была быть соединена вместе. Это добавляло вес и сложность по сравнению с обычными поршневыми двигателями, которые используют один коленчатый вал в качестве выходной мощности.
Наиболее распространенной компоновкой было два коленчатых вала, с коленчатыми валами, соединенными вместе (в одном направлении или в противоположных направлениях). [6] Двигатели Koreyvo, Jumo и Napier Deltic использовали один поршень на цилиндр для открытия впускного отверстия, а другой для открытия выпускного отверстия. Каждый поршень упоминается как впускной поршень или выпускной поршень, в зависимости от его функции в этом отношении. Такая компоновка обеспечивает превосходную продувку, поскольку поток газа через цилиндр является осевым, а не радиальным, и упрощает конструкцию головок поршней. В Jumo 205 и его модификациях верхний коленчатый вал обслуживает выпускные поршни, а нижний коленчатый вал — впускные поршни. В конструкциях, использующих несколько рядов цилиндров, каждый подшипник большой головки обслуживает один впускной и один выпускной поршень, используя вилочный шатун для выпускного поршня.
Одним из первых двигателей с оппозитным расположением поршней был дифференциальный двигатель Аткинсона 1882 года [7], в котором рабочий ход совершался при каждом обороте коленчатого вала (по сравнению с каждым вторым оборотом современного двигателя с циклом Отто ), но он не имел коммерческого успеха. [8]
В 1898 году на металлургическом заводе в Хёрде был установлен двухтактный двигатель Oechelhäuser с оппозитными поршнями мощностью 600 л. с. (447 кВт). [9] Эта конструкция двигателя также производилась по лицензии такими производителями, как Deutsche Kraftgas Gesellschaft в Германии и William Beardmore & Sons в Великобритании. [10]
В 1901 году двигатели Kansas City Lightning Balanced Gas and Gasoline Engines представляли собой бензиновые двигатели мощностью 4–25 л.с. (3–19 кВт). [11]
Один из первых двигателей для автомобилей с оппозитными поршнями был выпущен французской компанией Gobron-Brillié около 1900 года. 31 марта 1904 года [12] [13] автомобиль Gobron-Brillié, оснащенный двигателем с оппозитными поршнями, стал первым автомобилем, преодолевшим скорость в 150 км/ч, установив «мировой рекорд скорости» в 152,54 км/ч (95 миль/ч). [14] 17 июля 1904 года автомобиль Gobron-Brillié стал первым автомобилем, преодолевшим скорость в 100 миль/ч (161 км/ч) в пройденном километре. [15] Двигатель использовал один коленчатый вал на одном конце цилиндров и крейцкопф для оппозитного поршня.
Еще один ранний двигатель с оппозитными поршнями был в шотландском автомобиле Arrol-Johnston , который, по-видимому, был впервые установлен в их 10-сильном фургоне около 1900 года. Двигатель был описан и проиллюстрирован в некоторых подробностях в отчете об их 12-15-сильном автомобиле, представленном на Олимпийском автосалоне 1905 года. [16] [17] Двигатель был четырехтактным с двумя цилиндрами (с оппозитными поршнями в каждом) с коленчатым валом внизу и поршнями, соединенными рычагами с двухходовым коленчатым валом.
Первый дизельный двигатель с оппозитными поршнями был прототипом, построенным на Коломенском паровозостроительном заводе в России. Конструктор Раймонд А. Корейво запатентовал двигатель во Франции 6 ноября 1907 года и демонстрировал его на международных выставках, но в производство он не пошел. Коломенский проект использовал типичную компоновку из двух коленчатых валов, соединенных зубчатой передачей.
В 1914 году мотоциклетный двигатель Simpson's Balanced Two-Stroke был еще одним двигателем с оппозитными поршнями, использующим один коленчатый вал под центром цилиндров, при этом оба поршня были соединены рычагами. [18] Этот двигатель имел конструкцию сжатия картера, в которой один поршень использовался для открытия перепускного отверстия, а другой — для открытия выпускного отверстия. Преимущество этой конструкции состояло в том, что она позволяла избежать дефлекторных коронок для поршней, используемых в большинстве двухтактных двигателей того времени.
Doxford Engine Works в Великобритании построила большие двигатели с оппозитными поршнями для морского использования, первый двигатель Doxford был установлен на судне в 1921 году. [19] Этот дизельный двигатель использовал один коленчатый вал на одном конце цилиндров и крейцкопф для оппозитного поршня. [20] [21] После Первой мировой войны эти двигатели выпускались в нескольких моделях, таких как серии P и J, с выходной мощностью до 20 000 л. с. (14 914 кВт). Производство двигателей Doxford в Великобритании прекратилось в 1980 году. [20] [22]
Более поздние дизельные двигатели с оппозитными поршнями включают авиационный двигатель Junkers Jumo 205 1932 года , построенный в Германии, который имел два коленчатых вала, а не использовал конструкцию, похожую на двигатели Gobron-Brillié 1900–1922 годов. [23]
Дизельный двигатель Fairbanks Morse 38 8-1/8 , первоначально разработанный в Германии в 1930-х годах, использовался на подводных лодках США в 1940-х и 1950-х годах, а также на лодках с 1930-х годов по настоящее время. [24] Он также использовался в локомотивах с 1944 года.
Последняя (ноябрь 2021 г.) версия Fairbanks-Morse 38 8-1/8 известна как FM 38D 8-1/8 Diesel and Dual Fuel. Этот двухтактный оппозитный поршневой двигатель сохраняет ту же сверхпрочную конструкцию и имеет номинальный срок службы более 40 лет, но теперь доступна дополнительная возможность сжигания двух видов топлива (газообразного и жидкого топлива с автоматическим переключением на полностью дизельное, если заканчивается подача газа). [25]
Трёхцилиндровые дизельные двигатели грузовых автомобилей Commer TS3, выпущенные в 1954 году, имеют один коленчатый вал под центром цилиндров, а оба поршня соединены рычагами. [ 26 ]
Также в 1954 году был выпущен двигатель Napier Deltic для военных катеров. Он использовал три коленчатых вала, по одному на каждом углу, для формирования трех рядов двухсторонних цилиндров, расположенных в равностороннем треугольнике. Двигатель Deltic использовался в локомотивах British Rail Class 55 и British Rail Class 23 , а также для питания быстрых патрульных катеров и минных тральщиков Королевского флота . Начиная с 1962 года, Гиббс пригласил Mack Trucks принять участие в проектировании супернасоса FDNY и его сопутствующего тендера. DeLaval Turbine было поручено разработать многоступенчатый центробежный насос с дизельным двигателем Napier-Deltic T18-37C для питания насосов. [27]
В 1959 году был представлен шестицилиндровый дизельный двигатель Leyland L60 19 л (1159 куб. дюймов). L60 производился в Великобритании для использования в танке Chieftain. [28]
Советский танк Т-64 , выпускавшийся с 1963 по 1987 год, также использовал дизельный двигатель с оппозитными поршнями 5ТД разработанный Харьковским заводом имени Малышева . После распада Советского Союза завод имени Малышева продолжил разработку и производство двигателей с оппозитными поршнями для бронетехники, таких как трехцилиндровый 3ТД используемый в БТР-4 «Буцефал» , различные модификации 5ТД и шестицилиндровый 6ТД для Т-64БМ2, БМ «Оплот» и т. д.
В 2014 году компания Achates Power опубликовала технический документ, в котором говорилось об улучшении экономии топлива на 30 % при сравнении ее двигателя с дизельным двигателем следующего поколения, оснащенным передовыми технологиями. [28]
Volvo подала заявку на патент в 2017 году. [29]
Diesel Air Dair 100 — двухцилиндровый дизельный авиационный двигатель мощностью 100 л. с. (75 кВт) , разработанный и производимый компанией Diesel Air Ltd из Олни, Бакингемшир, для использования в дирижаблях , самодельных самолетах-комплектах и легких самолетах . [30]
В июле 2021 года компания Cummins получила от армии США контракт на сумму 87 миллионов долларов на завершение разработки усовершенствованного боевого двигателя (ACE) — модульного и масштабируемого дизельного двигателя, в котором используется технология оппозитных поршней. [31]
Разновидностью конструкции с оппозитными поршнями является двигатель со свободным поршнем, который был впервые запатентован в 1934 году. Двигатели со свободным поршнем не имеют коленчатого вала, а поршни возвращаются после каждого такта сгорания путем сжатия и расширения воздуха в отдельном цилиндре. Ранние приложения были для использования в качестве воздушного компрессора или в качестве газогенератора для газовой турбины . [ необходима цитата ]
.jpg/1280px-Gobron_engine_(Autocar_Handbook,_Ninth_edition).jpg)
.jpg/1280px-The_Tank_Museum_(2383).jpg)