부르크 엔진

Bourke engine
4기통 부르크 엔진
미국 특허 2172670 A의 그림 2
미국 특허 2172670 A의 그림 1
4기통 부르크 엔진 애니메이션

버크 엔진은 1920년대에 러셀 버크(Russell Bourke)가 2행정 내연기관을 개선하려는 시도였다.그의 디자인을 끝내고 여러 개의 엔진을 제작했음에도 불구하고, 2차 세계대전의 발발, 테스트 [1]결과의 부족, 그리고 그의 아내의 건강이 악화되어 그의 엔진이 성공적으로 시장에 출시되는 것을 방해했다.설계의 주요 장점은 움직이는 부품이 2개뿐이고, 가볍고, 회전당 2개의 파워 펄스가 있으며, 연료에 오일을 혼합할 필요가 없다는 것입니다.

Burke 엔진은 기본적으로 2행정 설계로, 1개의 피스톤 어셈블리는 동시에 같은 방향으로 움직이는 2개의 피스톤을 사용하여 수평으로 마주보고 있습니다.따라서 동작은 180도 어긋납니다.피스톤은 보다 일반적인 크랭크축 메커니즘 대신 스카치 요크 메커니즘에 연결되므로 피스톤 가속은 완벽하게 정현파적입니다.따라서 피스톤이 기존 엔진보다 상사점에서 더 많은 시간을 보내게 됩니다.유입되는 전하는 기존의 크랭크케이스 차지 2행정 엔진과 마찬가지로 피스톤 아래의 챔버에서 압축됩니다.커넥팅 로드 씰은 연료가 하단 윤활유를 오염시키는 것을 방지합니다.

작동

작동 사이클은 크랭크케이스 압축이 적용된 현재 생산 중인 스파크 점화 2행정과 매우 유사하며, 다음과 같은 두 가지 변경 사항이 있습니다.

  1. 연료는 이송 포트를 통해 이동할 때 공기 중으로 직접 분사됩니다.
  2. 엔진은 일단 예열되면 스파크 점화 없이 작동하도록 설계되었습니다.이를 자동 점화 또는 디젤이라고 하며, 압축 가스의 고온 및/또는 연소실에 뜨거운 금속이 존재하기 때문에 공기/연료 혼합물이 연소되기 시작합니다.

설계 기능

다음과 같은 설계 특징이 확인되었습니다.

기계적 특징

  • 스카치 요크와 선형 슬라이딩 커넥팅 로드.
  • 적은 수의 가동 부품(대향 실린더 쌍당 2개의 가동 어셈블리만)과 대향 실린더를 조합하여 2, 4, 6, 8, 10, 12 또는 임의의 수의 실린더를 만들 수 있습니다.
  • 피스톤은 슬리퍼 베어링(유압식 틸팅 패드 오일 베어링의 일종)을 통해 스카치 요크와 연결됩니다.
  • 기계식 연료 분사
  • 밸브가 아닌 포트.
  • 간단한 도구로 유지 보수(톱 오버홀)가 용이합니다.
  • 스카치 요크는 피스톤에 횡력을 발생시키지 않으므로 마찰 및 피스톤 마모를 줄입니다.
  • O-링은 개스킷보다는 조인트를 씰링하는 데 사용됩니다.
  • 스카치 요크는 피스톤이 상사점에 약간 더 오래 머무르게 하므로 적은 부피에서 연료가 더 완전히 연소됩니다.

가스 흐름 및 열역학 특성

  • 낮은 배기 온도(비등수 이하)로 금속 배기 구성 요소가 필요하지 않습니다. 배기 시스템의 강도가 필요하지 않은 경우 플라스틱 구성 요소를 사용할 수 있습니다.
  • 15:1~24:1의 압축비율로 고효율이며 연료 및 운전 요건에 따라 쉽게 변경할 수 있습니다.
  • 연료는 이송 포트로 분사될 때 증발하며, 흡기 매니폴드의 난류와 링 위의 피스톤 형상이 연료-공기 혼합물을 연소실로 성층화합니다.
  • 효율을 높이고 배출량을 줄이기 위한 희박 연소율.

윤활제

  • 이 설계에서는 오일 씰을 사용하여 연소실의 오염(4행정 피스톤 링 블로바이 및 2행정 연소만으로 생성됨)이 크랭크케이스 오일을 오염시키지 않도록 하고, 오일이 링에 오일을 가득 채우는 데 천천히 사용되므로 오일의 수명을 연장합니다.기름은 천천히 사용되는 것으로 나타났지만, 기름의 양과 청결도를 확인하는 것은 여전히 그것의 창시자인 러셀 버크에게 추천되었다.
  • 베이스의 윤활유는 커넥팅 로드 위의 오일 씰에 의해 연소실 오염으로부터 보호됩니다.
  • 피스톤 링은 실린더 벽의 하사점에 있는 작은 공급 구멍에서 오일을 공급받습니다.

청구 및 측정된 퍼포먼스

  • 효율 - 0.25(lb/h)/hp - 최상의 디젤 [2]엔진과 거의 같거나 최상의 두 [3]번의 스트로크보다 약 두 배 더 효율적이라고 주장됩니다.이는 열역학 효율 55.4%에 해당하며, 이는 소형 내연기관의 경우 매우 높은 수치입니다.제3자가 목격한 테스트에서 실제 연료 소비량은 1.1hp/(lb/hr)[4]로, 1920년대 증기 엔진의 [5]전형적인 열역학 효율 약 12.5%에 해당합니다.Bourke의 가까운 동료가 제작한 30입방인치 Vaux 엔진을 테스트한 결과, 최대 [6]출력에서 연료 소비량은 1.48파운드/(bhp hr), 즉 0.7파운드/hp였습니다.
  • 중량 대비 전력 - Silver Eagle은 45파운드(약 0.55hp/lb)에서 25hp의 출력으로 알려져 있습니다.더 큰 140입방인치 엔진은 125파운드(약 1hp/lb)에서 120hp(약 1hp/lb)에 적합합니다.모델 H는 무게 95lb의 60hp를 생산한다고 주장되었으며, 따라서 0.63hp/lb의 전력 대 중량비를 제공한다.트윈의 30cu는 15000rpm에서 114hp, 무게는 38lb에 불과하지만 Vaux Engine의[7] 복제품인 30cu는 상당한 재작업 [8]후에도 4,000rpm에서 8.8hp밖에 생산되지 않았다고 보고되었습니다.다른 선원은 0.9[9] - 2.5 hp/lb라고 주장하지만, 이러한 높은 수치를 뒷받침하는 독립적으로 목격된 테스트는 문서화되지 않았다.이 상위 범위는 여기에 [10]나와 있는 최고의 4행정 엔진보다 약 2배 우수하거나 Graupner G58 2행정보다 0.1hp/[11]lb 우수합니다.낮은 요구는 주목할 만한 것이 아니며, 2 [12]스트로크는 말할 것도 없고 4 스트로크 엔진으로 쉽게 넘어갑니다.
  • 배출 - 발표된 테스트 [13]결과에서 탄화수소(80ppm) 또는 일산화탄소(10ppm 미만)가 거의 발생하지 않았지만, 이러한 결과에 대한 출력은 제공되지 않았으며 NOx는 측정되지 않았습니다.
  • 저배출량 - 엔진은 수정 없이 수소 또는 탄화수소 연료로 작동할 수 있으며, 수증기와 이산화탄소만 배출할 수 있습니다.

Burke 엔진에 대한 엔지니어링 비평

버크 엔진은 몇 가지 흥미로운 특징을 가지고 있지만, 성능에 대한 과장된[14] 주장은 실제[citation needed] 테스트에서 입증될 것 같지 않다.많은 주장들이 [15]모순된다.

  1. 에어 컴프레서 챔버와 크랭크케이스 사이의 씰에서 커넥팅 로드에 대한 씰 마찰로 인해 [16]효율이 저하됩니다.
  2. 펌핑 손실로 인해 효율이 저하됩니다. 공기 충전은 두 번 압축 및 팽창되지만 에너지는 피스톤 [17][18]스트로크당 팽창 중 하나에서만 출력되기 때문입니다.
  3. 엔진 중량은 고속 고온 [19]연소의 결과로 나타나는 높은 피크 압력에 대처하기 위해 매우 강하게 제작되어야 하기 때문에 높을 수 있습니다.
  4. 각 피스톤 [20]쌍은 복서 엔진과 달리 두 피스톤이 동시에 동일한 방향으로 이동하기 때문에 매우 불균형합니다.이렇게 하면 속도 범위와 엔진의 출력이 제한되고 구성 [21]요소에서 높은 힘을 반응시키는 데 필요한 강력한 구조 때문에 엔진의 무게가 증가합니다.
  5. 고속 2행정 엔진은 흡기 전하의 일부가 배기 [22]가스와 함께 연소되지 않은 상태로 빠져나가기 때문에 4행정과 비교하여 비효율적인 경향이 있습니다.
  6. 과도한 공기를 사용하면 주어진 엔진 [23]크기에 사용할 수 있는 토크가 감소합니다.
  7. 작은 포트를 통해 배기가스를 빠르게 배출하면 효율이 [24]더욱 떨어집니다.
  8. 내연기관을 기폭식으로 작동시키면 충격파에 [25]의해 연소실 벽에 긁혀 연소 가스로 인한 열 손실로 인해 효율이 떨어진다.
  9. 배출량 - 일부 테스트에서 낮은 배출량을 나타내는 경우도 있지만, 반드시 최대 출력일 필요는 없습니다.배기비(즉, 엔진 토크)가 증가하면 더 많은 HC 및 CO가 [26]배출됩니다.
  10. TDC에서 드웰 시간이 증가하면 더 많은 열이 실린더 벽으로 전달되어 [27]효율이 떨어집니다.
  11. 자동 점화 모드에서 작동하는 경우 연소 시작 타이밍은 스파크 점화 또는 디젤 엔진에서처럼 직접 작동하는 것이 아니라 엔진의 작동 상태에 따라 제어됩니다.따라서 엔진에서 일반적으로 볼 수 있는 광범위한 토크와 속도에는 적용되지 않고 하나의 작동 조건에 맞게 최적화할 수 있습니다.그 결과 효율이 저하되고 [28]배출량이 증가합니다.
  12. 효율이 높으면 Carnot 사이클에서 요구하는 대로 연소 온도가 높고 공기 혼합물이 희박해야 합니다.높은 연소 온도와 희박 혼합물은 이산화질소가 형성되는 원인이 됩니다.

특허

Russell Bourke는 1939년에 이 엔진에 대한 영국과 캐나다 특허(GB514842와[29] CA381959)[30]를 취득했다.

그는 [31]또한 1939년에 미국 특허 2,172,670건을 취득했다.

레퍼런스

  1. ^ "War Department". Archived from the original on 2007-12-30. Retrieved 2008-01-13.
  2. ^ 2010년 7월 16일 웨이백 머신에 보관된 세계에서 가장 강력한 디젤 엔진
  3. ^ 베스트 투 스트로크
  4. ^ Paul Niquette. "The Bourke Engine". Niquette.com. Retrieved 2011-12-06.
  5. ^ GS Baker "Ship Form, Resistance, Screw Propulation" p215
  6. ^ 스포츠 항공 1980년 3월 페이지 60 그림 18
  7. ^ 스포츠 항공 1980년 3월 54쪽
  8. ^ 스포츠 항공 1980년 3월 54쪽
  9. ^ "Bourke Engine Com". Bourke-engine.com. Retrieved 2011-12-06.
  10. ^ http://www.sportscardesigner.com/hp_per_lb.jpg[베어 URL 이미지 파일]
  11. ^ "Unbenannt-1" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2011-10-02. Retrieved 2011-12-06.
  12. ^ "aircraft engine development". Pilotfriend.com. Retrieved 2011-12-06.
  13. ^ The Burke Engine Project L.L.C. - 2007년 9월 28일 웨이백 머신에 보관된 확인 테스트 결과
  14. ^ Burke Engine #성능 평가 및 측정
  15. ^ JB Heywood "내연기관의 기초" ISBN 0-07-100499-8 pp240-245 효율, 배출 및 출력의 균형
  16. ^ "Friction Forces in O-ring Sealing" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2010-06-29. Retrieved 2007-12-16. 씰 마찰
  17. ^ JB Heywood "내연기관 기초" ISBN 0-07-100499-8 p723 펌핑 손실
  18. ^ C Feyette Taylor "내연기관" 4판, p194 para 2-3, p205 그림 124b, p258 2행정에서의 펌프 손실
  19. ^ C Feyette Taylor "내연기관" 제4판, 폭발로 인한 p119 스트레스
  20. ^ 엔진 밸런스 #단기통 엔진 단기통 엔진 밸런스
  21. ^ JB 헤이우드 '내연기관의 기초' ISBN 0-07-100499-8 p20 프라이머리 밸런스의 중요성
  22. ^ JB Heywood "내연기관 기초" ISBN 0-07-100499-8 pp240-245, p881 소거비 및 저효율
  23. ^ JB Heywood "내연기관 기초" ISBN 0-07-100499-8 pp240-245 소기비 효과가 토크 출력에 미치는 영향
  24. ^ C Feyette Taylor "The Internor Engine" 제4판 p194 para5 두 스트로크에서의 펌프 손실
  25. ^ JB 헤이우드 '내연기관의 기초' ISBN 0-07-100499-8 p452-3 폭발로 인한 열손실 증가
  26. ^ JB Heywood "내연기관 기초" ISBN 0-07-100499-8 pp240-245, p881 소기비 및 고배기량
  27. ^ "Science Links Japan Effect of Piston Speed around Top Dead Center on Thermal Efficiency". Sciencelinks.jp. 2009-03-18. Archived from the original on 2012-01-27. Retrieved 2011-12-06.
  28. ^ 핫밸브 엔진
  29. ^ "Espacenet - Bibliographic data". Worldwide.espacenet.com. Retrieved 2013-01-21.
  30. ^ "Espacenet - Bibliographic data". Worldwide.espacenet.com. Retrieved 2013-01-21.
  31. ^ "Bourke".

외부 링크

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