В период с 1903 по 1905 год американский изобретатель Чарльз Найт разработал радикальную альтернативу обычному двигателю внутреннего сгорания — ту, что впоследствии стала устанавливаться на одни из самых престижных автомобилей в мире. Вместо традиционных тарельчатых клапанов в двигателе Найта использовалась концентрическая пара скользящих гильз, установленных внутри рабочего цилиндра, а поршень двигался внутри них. Каждая гильза имела большие вырезанные окна, которые по мере движения гильз вверх и вниз периодически совмещались с впускными и выпускными каналами в стенке цилиндра. Гильзы приводились в движение кривошипным механизмом и специальным эксцентриковым валом, полностью заменяя традиционный распределительный вал.
Silent Knight: дебют на Чикагском автосалоне 1906 года
На Чикагском автосалоне 1906 года Найт и его деловой партнёр Лайман Килборн представили Silent Knight — автомобиль с четырёхцилиндровым бесклапанным двигателем мощностью 40 лошадиных сил. Оправдывая своё название, главным достоинством автомобиля был исключительно низкий уровень шума по сравнению с двигателями внутреннего сгорания того времени. Хотя поначалу покупатели не торопились обратить на него внимание, автомобильная промышленность была покорена. В последующие годы Silent Knight вызвал волну разработок двигателей с гильзовыми клапанами по обе стороны Атлантики — волну, которая не спала полностью вплоть до окончания Второй мировой войны.
Мировое распространение: кто использовал двигатели Найта с гильзовыми клапанами?
Конструкция гильзового клапана Найта была лицензирована и производилась в США, Великобритании и Франции. Сам Найт провёл несколько лет, работая непосредственно с европейскими производителями в конце 1900-х годов, прежде чем вернуться в Америку. Среди известных автопроизводителей, оснастивших свои автомобили двигателями с гильзовыми клапанами, были:
- Daimler
- Mercedes
- Willys
- Peugeot
- Voisin
- Panhard-Levassor
По мере распространения технологии инженеры начали совершенствовать оригинальную концепцию Найта. Примечательный пример — шотландский производитель Argyll, разработавший однощелевой вариант, в котором одна подвижная гильза одновременно смещалась в осевом направлении и частично вращалась вокруг продольной оси цилиндра — самостоятельно обеспечивая как впуск, так и выпуск, без второй гильзы.
Преимущества двигателя Найта с гильзовыми клапанами
По сравнению с традиционными четырёхтактными двигателями с клапанами того времени, двигатели Найта предлагали ряд значимых преимуществ в производительности и долговечности:
- Более крупные окна газообмена — просторные впускные и выпускные окна улучшали воздушный поток и «дыхание» двигателя.
- Лучшая производительность на высоких оборотах — традиционные тарельчатые клапаны требовали всё более жёстких пружин на высоких скоростях, увеличивая потери на трение; у гильз такого ограничения не было.
- Большая выходная мощность — сочетание улучшенного газообмена и сниженного трения позволяло двигателям Найта развивать большую мощность, чем сопоставимые клапанные двигатели того времени.
- Превосходная долговечность — вплоть до 1920-х и даже 1930-х годов гильзовые механизмы Найта превосходили по ресурсу обычные системы газораспределения с клапанами с большим отрывом.
Почему двигатели Найта вышли из употребления?
Несмотря на первоначальные перспективы, двигатели с гильзовыми клапанами имели ряд устойчивых недостатков, которые традиционные технологии двигателестроения постепенно преодолели. По мере того как конструкции с тарельчатыми клапанами стремительно совершенствовались на протяжении середины XX века, подход Найта с трудом поспевал за ними. Его основные недостатки включали:
- Проблемы с уплотнением цилиндра — обеспечение герметичного уплотнения при использовании подвижных гильз неизменно вызывало затруднения.
- Проблемы с приработкой — внутренняя гильза и поршневые кольца требовали длительного периода приработки и были склонны к преждевременному износу.
- Сложности со смазкой — обеспечение достаточного количества масла для всех движущихся поверхностей внутри цилиндра являлось постоянным инженерным препятствием.
- Чрезмерный расход масла — прямое следствие высоких требований к смазке, что делало эти двигатели дорогостоящими и непрактичными в эксплуатации.
Эти недостатки в конечном счёте вытеснили двигатели с гильзовыми клапанами из массового автомобильного производства. Хотя независимые изобретатели продолжали совершенствовать концепцию на протяжении всего XX века, конструкция так и не вернулась в коммерческое производство — её более поздние применения ограничились нишевыми областями, такими как миниатюрные моторы для моделей самолётов.
Это перевод. Оригинал можно прочитать здесь: https://www.drive.ru/technic/50a0d58ab721423821000055.html
Опубликовано Октябрь 14, 2021 • 4м на чтение
