1903年至1905年间，美国发明家查尔斯·奈特研发出一种传统内燃机的革命性替代方案——这种发动机后来为世界上一些最顶级的豪华汽车提供动力。奈特发动机摒弃了传统的提升气门，转而在工作气缸内安装一对同心滑动套筒，活塞在套筒内部运动。每个套筒上开有较大的窗口，随着套筒上下滑动，这些窗口会周期性地与气缸壁上的进气口和排气口对齐。套筒由曲柄机构和专用偏心轴驱动，完全取代了传统的凸轮轴。
寂静骑士：1906年芝加哥车展首秀
在1906年芝加哥车展上，奈特与其商业伙伴莱曼·基尔伯恩联合发布了寂静骑士（Silent Knight）——一款搭载四缸40马力无气门发动机的汽车。正如其名，这款车最突出的特点是与同时代内燃机相比极为低沉的噪音水平。尽管购车者起初反应冷淡，但汽车行业却为之倾倒。此后数年间，寂静骑士在大西洋两岸掀起了套筒气门发动机研发的浪潮——这股浪潮直到第二次世界大战结束后才逐渐平息。
全球推广：哪些厂商使用了奈特套筒气门发动机？
奈特的套筒气门设计获得授权并在美国、英国和法国广泛生产。奈特本人曾于20世纪初直接与欧洲制造商合作数年，随后才返回美国。采用套筒气门发动机的知名汽车制造商包括：
- 戴姆勒（Daimler）
- 梅赛德斯（Mercedes）
- 威利斯（Willys）
- 标致（Peugeot）
- 瓦赞（Voisin）
- 潘哈德-勒瓦索（Panhard-Levassor）
随着这项技术的推广，工程师们开始对奈特的原始设计进行改进迭代。一个典型案例来自苏格兰制造商阿盖尔（Argyll），该公司研发了一种单套筒变体，其中一个可动套筒在沿气缸纵轴轴向移动的同时，还能绕该轴部分旋转——单独承担进气和排气功能，无需第二个套筒。
奈特套筒气门发动机的优势
与当时传统的四冲程气门发动机相比，奈特发动机在性能和耐久性方面提供了若干显著优势：
- 更大的气体交换通道——宽大的进排气窗口改善了气流，提高了发动机的换气效率。
- 高转速下更佳的性能表现——传统提升气门在高速运转时需要越来越硬的弹簧，导致摩擦损耗增加；套筒则没有此类限制。
- 更高的功率输出——换气效率的提升与摩擦力的降低相结合，使奈特发动机比同时代的同级别气门发动机产生更大的功率。
- 卓越的使用寿命——直至20世纪20年代甚至30年代，奈特套筒气门机构的使用寿命仍大幅超越传统气门系统。
奈特发动机为何逐渐淡出历史？
尽管早期前景看好，套筒气门发动机存在一系列顽固缺陷，而传统发动机技术则逐渐将其一一克服。随着20世纪中期提升气门设计的快速进步，奈特的方案愈发难以跟上时代步伐。其核心弱点包括：
- 气缸密封问题——在运动套筒上保持气密封一直是一大难题。
- 磨合问题——内套筒与活塞环需要漫长的磨合期，且容易出现早期磨损。
- 润滑挑战——向气缸内所有运动表面输送足够润滑油是长期存在的工程难题。
- 机油消耗过高——这是润滑需求所带来的直接后果，使这类发动机的运行成本高昂且不切实际。
这些缺陷最终将套筒气门发动机推出了主流汽车生产领域。尽管独立发明家在整个20世纪持续对该概念进行改进，但这一设计始终未能实现商业复兴——其后期应用仅限于模型飞机微型发动机等小众用途。
本文为译文。您可在此处阅读原文：https://www.drive.ru/technic/50a0d58ab721423821000055.html
出版 十月 14, 2021 • 2m
