Дельтообразный двигатель внутреннего сгорания

Дельтообразный двигатель в Национальном железнодорожном музее, Йорк, Великобритания

Дельтообразный двигатель (Napier Deltic) — это британский двигатель со встречным движением поршней, бесклапанный, двухтактный дизельный двигатель, использовавшийся в морском деле и в локомотивах. Разработан и производился компанией Napier & Son.

Цилиндры были разделены на три блока, расположенных в форме треугольника. Блоки формировали стороны с картерами, расположенными в каждой из вершин треугольника.

Термин «дельтообразный» происходит от названия греческой буквы дельта.

История и разработка

История дельтообразного двигателя начинается в 1943 году, когда Британское Адмиралтейство создало комиссию по разработке высокомощного дизельного двигателя малого веса для торпедных катеров.^[1] До этого времени на британском флоте такие катера приводились в движение бензиновыми двигателями. Но топливо для бензиновых двигателей легковоспламеняемо, что делает военные суда более уязвимыми перед вражеским огнём. Это давало преимущество немецким E-boat судам, приводившимся в движение дизельными двигателями.

До сих пор дизельные двигатели имели низкое отношение мощности двигателя к его массе и невысокую скорость. До Второй Мировой войны компания Нэптер работала над разработкой авиационного двигателя, известного как Culverin после лицензирования Junkers Jumo 204. Двигатель Culverin был двухтактным двигателем со встречным движением поршней. Вместо цилиндров, имеющих каждый по одному поршню, и закрытых с одной стороны цилиндрической головкой, основанные на Jumo двигатели использовали вытянутые цилиндры, содержащие два поршня, двигавшихся в противоположных направлениях относительно центра. Это отбрасывает необходимость использовать тяжёлые цилиндрические головки, так как противоположный поршень выполняет их роль. Недостатком, вытекающим из такой конструкции, является необходимость разделения коленчатых валов и расположения их с каждой из сторон двигателя. Необходимо также использовать механические передачи, чтобы передать мощность от разделённых коленчатых валов на единый вал. Основное достоинство данной конструкции состоит в том, что она делает двигатель достаточно «плоским», что даёт возможность «утапливать» их в крыльях больших самолётов.

Анимированное изображение дельтообразного двигателя
Замечание: нижние левые впускные и выпускные порты показаны некорректно как перевёрнутые

Адмиралтейству требовались намного более мощные двигатели, и ему было известно о разработках Юнкерса (Junkers) по двигателям с несколькими коленчатыми валами треугольной и «бриллиантовой» (diamond-form, ромбической) схем. В Адмиралтействе посчитали целесообразным взять в качестве отправной точки разработки Юнкерса для создания более мощных двигателей. Результатом был треугольник, в котором цилиндры формируют стороны, оканчивающиеся тремя коленчатыми валами — по одному в каждой вершине. Коленчатые валы соединялись с шестернями, вращение которых происходило со сдвигом по фазе на соответствующие углы, и эти шестерни передавали мощность на единый выходной вал. В таком варианте имелось шесть шатунов, приводящих в движение три коленчатых вала. Различные варианты дельтообразных двигателей могут производиться с разным количеством цилиндров, хотя девяти- и восемнадцати-цилиндровые двигатели были наиболее распространены. В 1946 году Адмиралтейство заключило контракт с Английской электрической компанией ^[2], материнской компанией Нэйпер, на разработку этого двигателя.

Одно из конструкторских решений в двигателе позволяло сдвинутые по фазе коленчатые валы расположить таким образом, чтобы сначала открывался выпускной порт, а потом впускной (с задержкой). Такие двигатели назывались «безпотоковыми», так как поток газообразной смеси внутрь и из цилиндров перемещался по одному и тому же пути, осуществлявшемуся с при помощи мягкого нагнетания, улучшавшего удаление продуктов сгорания. Порты располагались в порядке впуск/выпуск/впуск/выпуск/впуск/выпуск, если обходить треугольник по кругу (то есть, впускные и выпускные порты имели вращательную симметрию).

Более ранние попытки разработки подобных двигателей потерпели неудачу из-за трудностей при попытках расположить поршни в таком положении, которое позволяло бы им двигаться корректно.

Эта проблема была решена Н. Перварденом из Инженерной лаборатории Адмиралтейства. Он предложил задать одному из коленчатых валов направление вращения против часовой стрелки, чтобы обеспечить корректный сдвиг по фазе между валами. Конструкторы фирмы Нэйпер разработали для этой идеи необходимую шестерённую передачу.

Хотя в конструкции двигателя не требовалось наличия тарельчатых клапанов, он имел распределительные валы — по одному отдельному валу на каждую сторону. Они использовались исключительно для привода топливных насосов. Каждый цилиндр имел собственный насос, приводимый в движение своим кулачковым механизмом.

Применение

Военно-морской флот

Тральщик-искатель мин типа Hunt E-Boat, приводимый в движение дизельными двигателями Мерседес-Бенц, был выбран для этих испытаний, поскольку их силовая установка была примерно равна по мощности новому 18-цилиндровому дельтообразному двигателю. Два двигателя Мерседес-Бенц были заменены на дельтообразные двигатели. Компактность дельтообразных двигателей можно продемонстрировать наглядно: они были в два раза меньше «родных» двигателей Мерседес-Бенц. Вес дельтообразных двигателей составлял примерно пятую часть от веса других современных двигателей аналогичной мощности.^[1]

После успешных испытаний дельтообразные двигатели стали универсальной силовой установкой для небольших и быстрых военно-морских судов. Военно-морские силы Великобритании впервые использовали их в суднах класса Dark, быстрых и атакующих.^[3] Впоследствии они были использованы во множестве других небольших атакующих суднах.

Применение в железнодорожном транспорте

Британский локомотив класса 55 Alycidon, приводимый в движение дельтообразным двигателем, находящийся в Национальном железнодорожном музее Великобритании в Йорке

Дельтообразные двигатели использовались в двух типах британских локомотивов: классов 55 и 23, построенных в 1960-х годах.

Надёжность и обслуживание

В то время как дельтообразные двигатели были успешными и очень мощными для своих размеров и веса, они были очень «капризными» устройствами, требующими аккуратного обращения. Их приходилось снимать с транспортных средств и заменять для ремонта, вместо того, чтобы обслуживать их на месте. Дельтообразные двигатели легко изымались после поломки, и обычно отправлялись производителю для ремонта, хотя после того как исходные контракты истекли, Британские военно-морские силы и «Британские железные дороги» основали собственные мастерские для ремонта и обслуживания этих двигателей.^[4]

Сравнимые двигатели

• Звезда М503

Литература

• Bryan 'Bob' Boyle The Napier Way. — Bookmarque Publishing, 2000. — ISBN 1-870519-57-4

• Alan Vessey (compiler) Napier Powered. — Tempus, 1997. — ISBN 0-7524-0766-X

Примечания

1. ↑ ^{1 2} D. K. Brown & George Moore Rebuilding the Royal Navy. Warship design since 1945. — Chatham Publishing, 2003. — ISBN 1-8617-6222-4
2. ↑ англ. English Electric Company
3. ↑ (2 April 1954) «A 2,500 hp Two-stroke» (PDF). Flight: 392. Проверено 23 December 2009. “POWERING H.M. fast patrol boat Dark Hunter, launched on March 18th, is a Napier Deltic engine. An opposed-piston two-stroke diesel, it develops 2,500 s.h.p.; its power/weight ratio (4.2 lb/h.p.) is said to be the highest ever achieved in a marine diesel.”
4. ↑ Webb Brian The Deltic Locomotives of British Rail. — Newton Abbot: David & Charles, 1982. — ISBN 0-7153-8110-5

Ссылки

	Дельтообразный двигатель внутреннего сгорания на Викискладе?

• Технические детали дельтообразных двигателей.
• The Deltic Preservation Society.
• Hunt Class Deltic powered Mine Countermeasure Vessel.
• Deltic Animations Трёхмерная анимация движения поршня в дельтообразном двигателе.

Двигатели

 

Двигатели внутреннего сгорания (кроме турбинных)   Возвратно-поступательные Количество тактов Двухтактный двигатель (двигатель Ленуара) • Четырёхтактный двигатель • Шеститактный двигатель (двигатель Гриффина) Расположение цилиндров Рядный двигатель (U-образный двигатель) • Оппозитный двигатель • V-образный двигатель • W-образный двигатель • Звездообразный двигатель (вращающийся) • X-образный двигатель Типы поршней Свободно-поршневые • Двигатель со встречным движением поршней (дельтообразный) • Аксиальные Способ воспламенения Дизельные • Компрессионные карбюраторные • Калильно-компрессионный • Калильные карбюраторные • Батарейное зажигание • Магнето • Дуговые и искровые свечи Роторные Двигатель Ванкеля • Орбитальный двигатель (двигатель Сарича) • Роторно-лопастной двигатель Вигриянова • Роторный двигатель Карфидова Комбинированные Гибридные Воздушно-реактивные   Основные типы Бескомпрессорные Прямоточные • Пульсирующие Турбореактивные Турбовентиляторные (двухконтурные) • Турбовинтовые • Турбовинтовентиляторные • Турбовальные Модификации и гибридные системы Мотокомпрессорный воздушно-реактивный двигатель • Гиперзвуковые прямоточные См. также: Газотурбинные двигатели Ракетные двигатели   Химические Жидкостные Закрытого цикла • Открытого цикла • С фазовым переходом • Двигатель Вальтера Другие Твердотопливные • Топливно-гибридные Ядерные Термоядерные • Газофазно-ядерные • Солевые Электрические Плазменные (электромагнитный ускоритель VASIMR) • Ионные • Электротермические • Электростатические Другие Клиновоздушный • Двигатель Бассарда Двигатели внешнего сгорания   Паровая машина • Двигатель Стирлинга • Пневматический двигатель Турбины и механизмы с турбинами в составе   По виду рабочего тела Газовые Газотурбинная установка • Газотурбинная электростанция • Газотурбинные двигатели‎ Паровые Парогазовая установка • Конденсационная турбина Гидравлические турбины‎ Пропеллерная турбина •  • Гидротрансформатор По конструктивным особенностям Осевая (аксиальная) турбина • Центробежная турбина (радиальная, тангенциальная) • Радиально-осевая турбина • Поворотно-лопастная турбина • Ковшовая турбина Пелтона (турбина Турго) • Ротор Дарье • Турбина Уэльса • Турбина Тесла • Турбина Франциса • Сегнерово колесо Электродвигатели   Постоянного тока • Переменного тока • Трёхфазные • Двухфазные • Однофазные • Универсальные Асинхронные Конденсаторный двигатель Синхронные Бесколлекторные • Коллекторные • Вентильные реактивные • Шаговые Другие Линейные • Гистерезисные • Униполярные • Ультразвуковые • Мендосинский мотор Биологические двигатели   Моторные белки Актин • Динеин • Кинезин • Миозин • Тропомиозин • Тропонин • Флагеллин

См. также: Вечный двигатель • Мотор-редуктор • Резиномотор