반대편 피스톤 엔진

Opposed-piston engine
수평 방향 엔진의 경우 플랫 엔진을 참조하십시오.
1914년 심슨의 균형 2행정 엔진

반대편 피스톤 엔진은 각 실린더의 양쪽 끝에 피스톤이 있고 실린더 헤드가 없는 피스톤 엔진이다.가솔린과 디젤 반대편 엔진은 주로 선박, 군용 탱크, 공장 같은 대규모 응용 분야에 사용되어 왔다.현재 반대편 엔진 제조업체로는 페어뱅크스모스, 컴민스, 아케츠파워 등이 있다.

디자인

슈퍼차지 반대편 피스톤 엔진의 개략도
1. 연료-공기 혼합물 섭취량
2. 과급기
3. 에어박스
4. 부스트 릴리프 밸브
5.출구 크랭크샤프트
6. 흡입구 크랭크 메커니즘
7. 실린더에 입구 및 출구 슬롯이 있음
8. 배기
9. 수냉 재킷
10. 스파크 플러그

실린더당 피스톤 1개씩의 기존 설계를 사용했던 현대식 2행정 엔진에 비해 반대편 엔진의 장점은 다음과 같이 인식되었다.

  • 엔진의 중량, 복잡성, 비용,[1][2][3] 열 손실 및 마찰 손실을 줄여주는 실린더 헤드 및 밸브트레인 제거
  • 연소실을 통해 가스의 저밀도 이동을 만들어냄으로써 현재의 교차 흐름 저밀도 설계와 관련된 단점을 피했다([4][5]그러나 이후의 발전은 기존의 피스톤 엔진 설계에서 저밀도 청소 달성을 위한 방법을 제공했다).
  • 엔진 높이 감소

주된 단점은 두 개의 반대되는 피스톤의 힘을 함께 맞춰야 한다는 것이었다.이는 단일 크랭크축을 출력물로 사용하는 기존 피스톤 엔진과 비교할 때 무게와 복잡성을 가중시켰다.

가장 일반적인 레이아웃은 두 개의 크랭크축으로, 크랭크축이 서로 맞춰져 있다(동일한 방향 또는 반대 방향).[6]Koreyvo, Jumo, Napier Deltic 엔진은 실린더당 하나의 피스톤을 사용하여 흡기 포트를 노출시켰고, 다른 피스톤은 배기 포트를 노출시켰다.이 점에서 각 피스톤은 기능에 따라 흡기 피스톤 또는 배기 피스톤으로 불린다.이 레이아웃은 실린더를 통과하는 기체가 방사형이 아닌 축방향이기 때문에 우수한 청소 기능을 제공하며 피스톤 크라운의 설계를 단순화한다.Jumo 205 및 그 변형 모델에서 상부 크랭크축은 배기 피스톤을, 하부 크랭크축은 흡기 피스톤을 공급한다.다중 실린더 뱅크를 사용하는 설계에서 각 빅 엔드 베어링은 배기 피스톤을 위해 포크 연결봉을 사용하여 하나의 입구 및 하나의 배기 피스톤을 제공한다.

역사

1880년대에서 1930년대

앳킨슨 디퍼렌셜 엔진 애니메이션
1932 Junkers Jumo 205 디젤 항공기 엔진

최초의 반대편 엔진 중 하나는 1882년식 앳킨슨 차동 엔진이었는데,[7] 이 엔진은 크랭크축의 회전마다 파워 스트로크를 가지고 있다(현대 오토 사이클 엔진의 경우 1초마다 회전하는 것과 비교된다). 그러나 상업적인 성공은 아니었다.[8]

1898년 호에르데 제철소에 600마력(447kW)을 생산하는 외첼호이저 2행정 반피스턴 엔진이 설치되었다.[9]이 엔진 설계는 독일의 도이체 크래프트가스 게셀샤프트와 영국의 윌리엄 비어드모어 앤 선스를 포함한 제조사들에 의해서도 허가 하에 생산되었다.[10]

1901년 캔자스시티 번개 균형 가스 및 가솔린 엔진은 4–25 hp(3–19 kW)를 생산하는 가솔린 엔진이었다.[11]

초기 반대편 자동차 엔진은 1900년경에 프랑스 회사인 고브론-브릴리에에 의해 생산되었다.1904년 4월, 반대편 엔진에 의해 구동되는 고브론-브리엘레 자동차는 '세계 기록 속도'가 152.5km/h(95mph)로 150km/h를 넘은 최초의 자동차였다.[12]1904년 7월 17일, 고브론-브리엘레 자동차는 비행 킬로미터에서 시속 161km로 100mph를 초과한 최초의 차가 되었다.[13]엔진은 실린더의 한쪽 끝에 단일 크랭크축과 반대쪽 피스톤을 위한 크로스헤드를 사용했다.

또 다른 초기 반대편 피스톤 카 엔진은 스코틀랜드의 아롤 존스턴 자동차에 있었는데, 이것은 10 hp buckboard c1900에 처음 설치된 것으로 보인다.이 엔진은 1905년 올림피아 모터쇼에 전시된 12~15마력의 자동차에 대한 설명과 함께 자세히 설명되어 있다.[14]엔진은 크랭크축이 아래쪽에 있고 레버 암으로 피스톤이 2번 투로우 크랭크축에 연결된 실린더 2개가 있는 4행정이었다.

반대되는 피스톤을 가진 최초의 디젤 엔진은 러시아의 콜롬나 기관차 공장에 건설된 시제품이었다.디자이너 레이먼드 A.고레예보는 1907년 11월 6일 프랑스에서 이 엔진의 특허를 획득하고 국제 전시회에 이 엔진을 전시했으나 생산에는 이르지 못했다.Kolomna 설계는 기어로 연결된 두 개의 크랭크축의 전형적인 레이아웃을 사용했다.

1914년 심슨의 균형 2행정 오토바이 엔진은 두 피스톤이 모두 레버로 연결된 상태에서 실린더 중앙 아래의 단일 크랭크축을 사용하는 또 다른 반대편 엔진이었다.[15]이 엔진은 크랭크케이스 압축 설계로, 한 피스톤은 트랜스퍼 포트를 여는 데 사용되었고, 다른 피스톤은 배기 포트를 여는 데 사용되었다.이 설계의 장점은 당시 대부분의 2행정 엔진이 사용하는 피스톤의 디플렉터 크라운을 피하는 것이었다.

영국의 Doxford Engine Works는 해양 사용을 위해 대형 반대편 엔진을 만들었는데, 1921년 최초의 Doxford 엔진이 배 안에 설치되었다.[16]이 디젤 엔진은 실린더의 한쪽 끝에 단일 크랭크축과 반대쪽 피스톤을 위한 크로스헤드를 사용했다.[17][18]제1차 세계 대전 후 이들 엔진은 P, J 시리즈와 같은 다수의 모델로 생산되었고, 출력은 2만 hp(1만4914kW)에 달했다.영국의 독스포드 엔진의 생산은 1980년에 중단되었다.[17][19][20]

이후 반대편인 디젤 엔진에는 1900–1922년 고브론-브릴레 엔진과 유사한 설계를 사용하여 하나의 크랭크축을 가진 독일에서 제작된 1932 Juncers Jumo 205 항공기 엔진이 포함된다.[21]

현재 1940년대

페어뱅크스 모스 38 8-1/8 디젤 엔진은 1930년대 독일에서 설계되었으며, 1940년대와 1950년대에 미국 잠수함에서, 그리고 1930년대부터 현재의 보트에서도 사용되었다.[22]1944년부터 기관차에서도 사용되었다.

페어뱅크스-모스 38 8-1/8 최신형(2021년 11월)은 FM 38D 8-1/8 디젤 및 듀얼 연료로 알려져 있다.이 2행정 반피스톤 엔진은 동일한 과중량 설계를 유지하고 정격 사용 수명 40년 이상의 정격을 가지고 있지만, 현재는 이중 연료(가스 및 액체 연료, 가스 공급이 고갈될 경우 완전 디젤 연료로의 자동 전환)를 사용할 수 있다.[23]

1954년에 출시된 코메르 TS3 3기통 디젤 트럭 엔진은 실린더 중앙 아래에 단일 크랭크축이 있으며, 양쪽 피스톤은 레버로 연결된다.[24]

1954년에 출시된 군용 보트용 네이피어 델틱 엔진도 있다.그것은 각 모서리에 하나씩 세 개의 크랭크축을 사용하여 정삼각형으로 배열된 세 개의 이중 엔드 실린더 둑을 형성한다.델틱 엔진은 브리티시 레일 클래스 55와 브리티시 레일 클래스 23 기관차에서 사용되었고 고속 순찰선과 로열 네이비 기뢰제거기에 동력을 공급하기 위해 사용되었다.1962년부터 깁스는 맥트럭스를 초대해 FDNY의 슈퍼 퍼머와 동반 입찰 설계에 참여시켰다.델라발 터빈은 펌프에 동력을 공급하기 위해 Napier-Deltic T18-37C 디젤을 장착한 다단계 원심 펌프 설계를 의뢰받았다.[25]

1959년, 6기통 디젤엔진 Lyland L60 19 L (1,159 cu in)가 도입되었다.L60은 치프테인 탱크에서 사용하기 위해 영국에서 생산되었다.1963년부터 1987년까지 생산된 소련 T-64 탱크도 반대편인 디젤 엔진을 사용했다.

볼보는 2017년 특허를 출원했다.[26]

디젤에어데어 100은 올니 디젤에어 Ltd, 버킹햄셔, 가정용 키트플레인, 경비행기에 사용하기 위해 설계·생산하는 2기통 100hp(75kW) 디젤 항공기 엔진이다.[27]

컴민스는 2021년 7월 미 육군으로부터 8700만 달러 규모의 계약을 수주해 반대편 피스톤 기술을 사용하는 모듈식 확장형 디젤엔진 솔루션인 어드밴스트 전투엔진(ACE) 개발을 완료했다.[28]

프리피스톤 엔진

주요 기사:프리피스톤 엔진

반대편 설계의 변형으로는 1934년에 처음 특허를 받은 프리피스톤 엔진이 있다.자유 피스톤 엔진은 크랭크축이 없으며, 피스톤은 별도의 실린더에서 공기를 압축 및 팽창시켜 각 점화 스트로크 후에 반환된다.초기 적용은 공기 압축기 또는 가스 터빈을 위한 가스 발전기로 사용하기 위한 것이었다.

참고 항목

참조

  1. ^ Pirault, Jean-Pierre; Flint, Martin (2010). Opposed Piston Engines: Evolution, Use, and Future Applications. SAE International. ISBN 9780768018004. Retrieved 20 November 2019.
  2. ^ Foster, D.; Herold, R.; Lemke, J.; Regner, G.; Wahl, M. (2011). "Thermodynamic Benefits of Opposed-Piston Two-Stroke Engines". SAE Technical Paper Series. Vol. 1. PA: SAE International. doi:10.4271/2011-01-2216.
  3. ^ "Start-Ups Work to Reinvent the Internal Combustion Engine". New York Times. 30 March 2011. Retrieved 29 November 2019.
  4. ^ "Opposed-Piston". www.achatespower.com. Retrieved 29 November 2019.
  5. ^ "TROPE : Toroidal Opposed Piston Engine". www.youtube.com. frankydevaere. Archived from the original on 21 December 2021. Retrieved 29 November 2019.
  6. ^ "OPRE: Opposed piston Pulling Rod Engine". www.pattakon.com. Retrieved 29 November 2019.
  7. ^ Gingery, Vincent (2000). Building the Atkinson Differential Engine. David J. Gingery Publishing. ISBN 1878087231.
  8. ^ "Atkinson Differential Engine Replica - Gas Engines". www.gasenginemagazine.com. Retrieved 22 November 2019.
  9. ^ "Large Gas Engines on the Continent". Page's Weekly (23 June 1905): 1336–1337.
  10. ^ Stokes, Jason W. B.; Cunningham, Jason (1909). "The Oechelhauser Gas Engine in Great Britain: Paper Read Before the Glasgow University Engineering Society, November 11th, 1909". William Beardmore & Company. {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)
  11. ^ "Struck by Lightning: The Kansas City Hay Press Co. - Gas Engines". www.farmcollector.com. Retrieved 26 November 2019.
  12. ^ "The Automotor Journal" (9 April 1904): 421. {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)
  13. ^ "Gobron-Brillie history". www.uniquecarsandparts.com.au. Archived from the original on 25 August 2013.
  14. ^ New Arrol-Johnston 가솔린 카 - Part II, The Automotor Journal, pp1467-1469, Part III, pp1495-1496
  15. ^ "A Horizontally Opposed Two-stroke Engine". The Motor Cycle (6 August 1914): 204.
  16. ^ "Index Doxford site". www.telenet.be. Retrieved 26 November 2019.
  17. ^ a b "Marine Engines – Doxford". www.OldEngine.org. Archived from the original on 2 December 2013.
  18. ^ "PatOP: Single-Crankshaft Opposed-Piston Engine". www.pattakon.com. Retrieved 29 November 2019.
  19. ^ "Doxford Engines 1878–1980". www.doxford-engine.com. Archived from the original on 24 December 2016. Retrieved 28 March 2006.
  20. ^ "Junkers Ship Engines". www.geocities.com. Archived from the original on 25 October 2009.
  21. ^ Setright, L. J. K. (1975). Some unusual engines. Mechanical Engineering Publications for the Institution of Mechanical Engineers. ISBN 9780852982082. Retrieved 20 November 2019.
  22. ^ "Fairbanks-Morse 38D8 Diesel Engine". www.psrm.org. Archived from the original on 26 May 2006.
  23. ^ "Fairbanks-Morse FM 38D 8-1/8 Diesel and Dual Fuel".
  24. ^ "Rootes-Lister – TS3 Horizontally Opposed Piston Engine". www.OldEngine.org. Archived from the original on 25 February 2008.
  25. ^ "The greatest fire pumper the world has known (Fire Rescue 1)".
  26. ^ "Two-stroke Opposed Piston Internal Combustion Engine". Espacenet. Retrieved 20 November 2019.
  27. ^ "Diesel Air pamphlet" (Press release). Olney, Buckinghamshire, United Kingdm: Diesel Air Ltd. 2002.
  28. ^ "U.S. Army Awards Cummins Inc. $87M Contract to Deliver the Advanced Combat Engine". Cummins.