Қарсы поршеньді қозғалтқыштар тарихы және түрлері

Кіріспе

Жанар майды бір цилиндрде қысылатын дискілерді пайдаланатын және көлденең қарама-қарсы орналасқан қозғалтқыштар.

Қарама-қарсы поршеньді қозғалтқыш – әрбір цилиндрінде екі басында поршеньі бар, цилиндр қақпағы жоқ поршеньді қозғалтқыш. Бензин және дизельді қарама-қарсы поршеньді қозғалтқыштар көбінесе кемелер, әскери танктер және зауыттар сияқты ірі масштабты қолдануларда пайдаланылған. Қарама-қарсы поршеньді қозғалтқыштардың қазіргі өндірушілері – Cummins, Achates Power және Fairbanks Morse Defense (FMDefense).

1880-1930 жылдар аралығы

Алғашқы қарама-қарсы поршеньді қозғалтқыштардың бірі 1882 жылы жасалған Аткинсон дифференциалдық қозғалтқышы болды, ол краншафттың әрбір айналымында қуаттық соққыны жүзеге асырады (қазіргі заманғы Отто циклы қозғалтқышының әр екінші айналымымен салыстырғанда), бірақ коммерциялық сәттілікке ие болмады. 1898 жылы Хоерде темір зауытында екі тактілі қарама-қарсы поршеньді қозғалтқыш өндіретін Oechelhäuser орнатылды. Бұл қозғалтқыштың дизайнын лицензия бойынша Германиядағы Deutsche Kraftgas Gesellschaft және Ұлыбританиядағы William Beardmore & Sons сияқты өндірушілер де өндірді. 1901 жылы Канзас-Ситидің теңгерілген газ-бензин қозғалтқыштары бензинмен жұмыс істейтін қозғалтқыштар болды. Алғашқы қарама-қарсы поршеньді автомобиль қозғалтқышын француздық Gobron Brillié компаниясы шамамен 1900 жылы жасады. 1904 жылғы сәуірде Gobron Brillié машинасы, қарама-қарсы поршеньді қозғалтқышпен қозғалған, «Әлемдік рекордтық жылдамдықпен» 150 км/сағ жылдамдығын алғаш рет басып өтті. 1904 жылғы 17 шілдеде Gobron Brillié машинасы ұшу шақырымы үшін алғашқы рет осы көрсеткішті басып өтті. Қозғалтқышта цилиндрлердің бір жағында бір краншафт және қарсы поршень үшін қиылыс басы қолданылды. Тағы бір ерте қарама-қарсы поршеньді автомобиль қозғалтқышы шотландтық Arrol Johnston машинасының құрамында болды, ол алғаш рет 1900 жылғы 10 ат күші бар buckboard-қа орнатылған. Қозғалтқыш 1905 жылғы Олимпиада автошоуында көрсетілген 12-15 ат күші бар машинасының сипаттамасында егжей-тегжейлі сипатталған және суреттелген. Қозғалтқыш төрт тактілі, екі цилиндрлі (әрқайсысында қарама-қарсы поршеньдермен) болды, краншафт төмен орналасқан және поршеньдер екі иілімді краншафтқа қосылған. Алғашқы қарама-қарсы поршеньді дизельді қозғалтқыш Ресейдегі Коломна локомотив зауытында жасалған прототип болды. Дизайнер, Raymond A. Koreyvo, 1907 жылғы 6 қарашада Францияда қозғалтқышты патенттеді және халықаралық көрмелерде көрсетті, бірақ ол өндіріске шықпады. Коломна конструкциясы екі краншафттың тісті дөңгелектер арқылы байланысқан стандартты орналасуын қолданды. 1914 жылы Симпсонның теңгерілген екі тактілі мотоцикл қозғалтқышы цилиндрлердің ортасынан төмен орналасқан бір краншафтты қолданатын және екі поршеньді де рычагтармен байланыстырған тағы бір қарама-қарсы поршеньді қозғалтқыш болды. Бұл қозғалтқыш картерлік қысымды дизайн болды, бір поршень ауысу портын ашу үшін, ал екіншісі - шығару портын ашу үшін пайдаланылды. Бұл конструкцияның артықшылығы сол кездегі көптеген екі тактілі қозғалтқыштарда қолданылатын поршеньдердің дефлекторлық бөліктерін болдырмау болды. Doxford Engine Works Ұлыбританияда теңіздік қолдану үшін үлкен қарама-қарсы поршеньді қозғалтқыштарды жасады, алғашқы Doxford қозғалтқышы 1921 жылы кемеге орнатылды. Бұл дизельді қозғалтқышта цилиндрлердің бір жағында бір краншафт және қарсы поршень үшін қиылыс басы қолданылды. Бірінші дүниежүзілік соғыстан кейін бұл қозғалтқыштар P және J сериялары сияқты бірнеше модельдерде өндірілді, ал 1980 жылы Ұлыбританияда Doxford қозғалтқыштарының өндірісі тоқтатылды. Кейінгі қарама-қарсы поршеньді дизельдік қозғалтқыштарға Германияда салынған 1932 жылғы Junkers Jumo 205 авиациялық қозғалтқышы кіреді, ол екі краншафтқа ие болды және 1900-1922 жылдардағы Gobron Brillié қозғалтқыштарына ұқсас конструкцияны қолданбады.

One of the first opposed piston engines was the 1882 Atkinson differential engine, which has a power stroke on every rotation of the crankshaft (compared with every second rotation for the contemporary Otto cycle engine), but it was not a commercial success. In 1898, an Oechelhäuser two stroke opposed piston engine producing was installed at the Hoerde ironworks. This design of engine was also produced under licence by manufacturers including Deutsche Kraftgas Gesellschaft in Germany and William Beardmore & Sons in the United Kingdom. In 1901, the Kansas City Lightning Balanced Gas and Gasoline Engines were gasoline engines producing
An early opposed piston car engine was produced by the French company Gobron Brillié around 1900. In April 1904, a Gobron Brillié car powered by the opposed piston engine was the first car ever to exceed 150 km/h with a "World's Record Speed" of On 17 July 1904, the Gobron Brillié car became the first to exceed for the flying kilometre. The engine used a single crankshaft at one end of the cylinders and a crosshead for the opposing piston. Another early opposed piston car engine was in the Scottish Arrol Johnston car, which appears to have been first installed in their 10 hp buckboard c1900. The engine was described and illustrated in some detail in the account of their 12 15 hp car exhibited at the 1905 Olympia Motor Show. The engine was a 4 stroke with two cylinders (with opposed pistons in each) with the crankshaft underneath and the pistons connected by lever arms to the two throw crankshaft. The first diesel engine with opposed pistons was a prototype built at Kolomna Locomotive Works in Russia. The designer, Raymond A. Koreyvo, patented the engine in France on 6 November 1907 and displayed the engine at international exhibitions, but it did not reach production. The Kolomna design used a typical layout of two crankshafts connected by gearing. In 1914, the Simpson's Balanced Two Stroke motorcycle engine was another opposed piston engine using a single crankshaft beneath the centre of the cylinders with both pistons connected by levers. This engine was a crankcase compression design, with one piston used to uncover the transfer port, and the other to open the exhaust port. The advantage of this design was to avoid the deflector crowns for pistons used by most two stroke engines at that time. Doxford Engine Works in the United Kingdom built large opposed piston engines for marine use, with the first Doxford engine being installed in a ship in 1921. This diesel engine used a single crankshaft at one end of the cylinders and a crosshead for the opposing piston. After World War I, these engines were produced in a number of models, such as the P and J series, with outputs as high as Production of Doxford engines in the UK ceased in 1980. Later opposed piston diesel engines include the 1932 Junkers Jumo 205 aircraft engine built in Germany, which had two crankshafts, not using a design similar to the 1900–1922 Gobron Brillié engines.

1940-шы жылдардан қазіргі уақытқа дейін

1930 жылдары Германияда жасалған Fairbanks Morse 38 8 1/8 дизельдік қозғалтқышы 1940 және 1950 жылдары АҚШ-тың су асты кемелерінде, ал 1930 жылдардан бері қайықтарда қолданылды. 1944 жылдан бастап локомотивтерде де пайдаланылды. Fairbanks Morse 38 8 1/8-дің ең соңғы (2021 жылдың қараша айындағы) нұсқасы FM 38D 8 1/8 дизельді және екі түрлі отынмен жұмыс істейтін қозғалтқыш болып табылады. Бұл екі тактілі, қарама-қарсы поршеньді қозғалтқыш, аса берік конструкциясын сақтайды және қызмет ету мерзімі 40 жылдан асады. Сонымен қатар, енді газ және сұйық отынды қолдану мүмкіндігі (газ қоры таусылған жағдайда автоматты түрде дизельге ауысу мүмкіндігімен) бар. 1954 жылы шығарылған Commer TS3 үш цилиндрлі дизельді жүк көлігінің қозғалтқыштарында цилиндрлердің ортасынан төмен орналасқан бір коленвал бар, ал екі поршень рычагтар арқылы байланысқан. Сол 1954 жылы әскери қайықтарға арналған Napier Deltic қозғалтқышы да ұсынылды. Ол үш коленвалды, әр бұрышта біреуден пайдаланады, бұл үш қатарлы, екі жақты цилиндрлерді теңқабырлы үшбұрыш тәрізді орналастыруға мүмкіндік береді. Deltic қозғалтқышы British Rail Class 55 және British Rail Class 23 локомотивтерінде, сондай-ақ жылдам күзет қайықтары мен Ұлыбритания Корольдік теңіз күштерінің мина тазарту кемелерінде қолданылды. 1962 жылдан бастап Гиббс Mack Trucks компаниясын FDNY супер-помпасын және оның қосымша тендерін жобалауға шақырды. DeLaval Turbine компаниясына көп сатылы центрифугалық сорғыны Napier Deltic T18 37C дизельдік қозғалтқышымен жұмыс істеуі үшін тапсырыс берілді. 1959 жылы Leyland L60 алты цилиндрлі дизельдік қозғалтқышы енгізілді. L60 Ұлыбританияда Chieftain танкысы үшін өндірілді. Volvo компаниясы 2017 жылы патент алды. Diesel Air Dair 100 – бұл екі цилиндрлі дизельдік авиациялық қозғалтқыш, ол Diesel Air Ltd компаниясымен (Олни, Букингемшир) әуе кемелерінде, өздігінен құрастырылатын ұшақтарда және жеңіл ұшақтарда пайдалану үшін жобаланып, өндірілді. 2021 жылдың шілдесінде Cummins компаниясы Америка Құрама Штаттары Армиясынан Advanced Combat Engine (ACE) – модульдік және кеңейтілген дизельдік қозғалтқыш шешімін, қарама-қарсы поршеньді технологияны қолдана отырып, әзірлеуді аяқтау үшін 87 миллион долларлық келісімшарт алды.

The Fairbanks Morse 38 8 1/8 diesel engine, originally designed in Germany in the 1930s, was used in U. S. submarines in the 1940s and 1950s, and in boats from the 1930s present. It was also used in locomotives from 1944. The latest (November 2021) version of the Fairbanks Morse 38 8 1/8 is known as the FM 38D 8 1/8 Diesel and Dual Fuel. This two stroke opposed piston engine retains the same extra heavy duty design and has a rated in service lifespan of more than 40 years, but now the optional capability of burning dual fuels (gaseous and liquid fuels, with automatic switchover to full diesel if the gas supply runs out) is available. The Commer TS3 three cylinder diesel truck engines, released in 1954, have a single crankshaft beneath the centre of the cylinders with both pistons connected by levers. Also released in 1954 was the Napier Deltic engine for military boats. It uses three crankshafts, one at each corner, to form the three banks of double ended cylinders arranged in an equilateral triangle. The Deltic engine was used in British Rail Class 55 and British Rail Class 23 locomotives and to power fast patrol boats and Royal Navy mine sweepers. Beginning in 1962, Gibbs invited Mack Trucks to take part in designing FDNY’s super pumper and its companion tender. DeLaval Turbine was commissioned to design a multistage centrifugal pump with a Napier Deltic T18 37C diesel to power the pumps. In 1959, the Leyland L60 six cylinder diesel engine was introduced. The L60 was produced in the United Kingdom for use in the Chieftain tank. Volvo filed for a patent in 2017. The Diesel Air Dair 100 is a two cylinder diesel aircraft engine, designed and produced by Diesel Air Ltd of Olney, Buckinghamshire for use in airships, home built kitplanes, and light aircraft. In July 2021, Cummins was awarded an $87M contract by the United States Army to complete the development of the Advanced Combat Engine (ACE), a modular and scalable diesel engine solution that uses opposed piston technology.

Еркін поршеньді қозғалтқыш

Қарсы поршеньдік конструкцияның бір түрі – 1934 жылы патенттелген еркін поршеньді қозғалтқыш. Еркін поршеньді қозғалтқыштарда коленвал болмайды, ал поршеньдер әрбір жанудан кейін жеке цилиндрдегі ауаның қысылуы мен кеңеюі арқылы кері қайтарылады. Алғашқы қолданылуы ауа компрессоры ретінде немесе газ турбинасы үшін газ генераторы ретінде болды.