축기관

Axial engine
알멘 A-4 배럴 엔진

축 엔진(Axial Engine)은 축과 평행한 축을 가지고 출력 축 주위에 피스톤이 배열된 왕복 엔진의 일종입니다. 배럴은 실린더 그룹의 원통형 모양(피스톤이 중앙 크랭크 축을 중심으로 균등하게 이격되고 크랭크 축에 평행하게 정렬된 결과)을 의미하며, Z-크랭크는 크랭크 축의 모양을 의미합니다.

캠 엔진으로서 축류 엔진은 피스톤 운동을 회전으로 변환하기 위해 사판 또는 흔들림판을 사용할 수 있습니다. 흔들림 플레이트는 피스톤이 플레이트를 순차적으로 눌러 회전 운동으로 변환되는 측면 모멘트를 부여한다는 점에서 사판과 유사합니다. 이 동작은 볼 베어링의 중앙에 콤팩트 디스크를 놓고 둘레의 점진적인 위치에서 눌러 시뮬레이션할 수 있습니다. 차이점은 흔들림 플레이트가 회전하는 동안 사판이 회전한다는 것입니다.[1] 대체 설계인 Rand cam 엔진은 플레이트를 하나 이상의 정현파 캠 표면으로 대체합니다. 실린더형 '배럴' 내부에 장착된 샤프트와 평행하게 장착된 베인은 연소실을 구성하는 로터, 고정자 벽 및 베인에 의해 형성된 세그먼트를 타고 있습니다. 실제로 이 공간들은 축 엔진의 실린더와 동일한 목적을 수행하며, 시누이 캠 표면은 피스톤의 면으로 작용합니다. 다른 측면에서 이 형태는 내부 연소의 정상적인 사이클을 따르지만 연소 가스가 캠 표면에 직접 힘을 부여하고 하나 이상의 폭발 타이밍에 의해 회전력으로 변환됩니다. 이 설계는 기존의 '배럴' 엔진의 다수의 상호 피스톤, 볼 조인트 및 사판을 제거하지만 슬라이딩 및 회전 표면에 의해 제공되는 효과적인 씰링에 결정적으로 의존합니다.[2]

축 설계의 핵심적인 장점은 실린더가 출력/크랭크 축을 중심으로 평행하게 배치되는 것인데, 이는 방사형 및 인라인 엔진과 달리 두 가지 유형 모두 축에 대해 직각으로 실린더를 가지고 있다는 것입니다. 결과적으로 매우 컴팩트한 원통형 엔진으로 주행 중 엔진의 압축비 변화가 가능합니다. 사판식 엔진에서는 피스톤 로드가 샤프트와 평행을 유지하며 과도한 마모를 유발하는 피스톤 측 힘을 거의 완전히 제거할 수 있습니다. 전통적인 엔진에서 가장 문제가 되는 베어링 중 하나인 전통적인 커넥팅 로드의 소단 베어링이 제거됩니다.

축 엔진은 일반적인 엔진 작동 속도에서 실행하기 어렵지만, 매우 컴팩트한 크기(약 6인치(150mm)를 제공하면서도 c 7000rpm에서 약 40마력을 내는 일부 캠 엔진은 경비행에 유용한 것으로 테스트되었습니다. 24개의 연소실을 형성하는 12개의 축 방향 베인과 로터의 형태로, 가볍고 기계적으로 단순한 엔진의 매력은 유한한 작동 수명을 가지고도 소형 무인 항공기에 명백하게 적용됩니다.

역사

매컴버

사판 애니메이션. 사판은 샤프트에 고정되어 있으므로 샤프트와 함께 회전합니다.

1911년 로스앤젤레스의 매컴버 로터리 엔진 회사는 매사추세츠 올스턴의 에이비스 엔진 회사가 제조한 최초의 축류 내연 기관 중 하나를 판매했습니다. 4행정 공랭식 장치로, 7개의 실린더와 가변 압축비를 가지고 있으며, 흔들림 플레이트 각도와 피스톤 스트로크 길이를 변경하여 변경되었습니다.[3] 엔진 전체가 엔드 케이스와 별도로 회전했기 때문에 "회전식 엔진"이라고 불렸습니다.

점화는 캠 기어에서 직접 구동되는 Bosch 자석에 의해 공급되었습니다. 그런 다음 고전압 전류를 프론트 베어링 케이스의 고정 전극으로 가져갔습니다. 이 전극에서 스파크가 내부를 통과할 때 실린더 헤드의 스파크 플러그로 점프합니다. ⁄ 16인치(1.6mm)입니다. 매컴버의 문헌에 따르면, 그것은 "과열하지 않도록 보장된 것"이었습니다.

엔진은 150~1,500rpm으로 구동할 수 있다고 합니다. 정상 속도인 1,000rpm에서 50마력을 개발했다고 합니다. 무게는 230파운드(100kg), 길이는 28인치(710mm), 지름은 19인치(480mm)였습니다.

개척자 비행사 찰스 프랜시스 월시(Charles Francis Walsh Walsh)는 1911년 5월 매컴버 엔진으로 구동되는 항공기 '월시 실버 다트(Walsh Silver Dart)'를 조종했습니다.[4]

스태택스

1913년 스위스 취리히의 스타탁스-모터는 사판식 엔진 디자인을 선보였습니다. 단 하나의 시제품만 제작되었으며, 현재 런던 과학 박물관에 소장되어 있습니다. 1914년 회사는 런던으로 옮겨 스타탁스 엔진 회사가 되었고, 10마력의 3기통, 40마력의 5기통, 80마력의 7기통, 100마력의 10기통의 회전식 엔진을 도입할 계획을 세웠습니다.[5]

지금까지 40마력의 디자인만 생산된 것으로 보이며, 이는 Caudron G에 설치되었습니다.1914년 영국 항공 더비를 위해 II를 사용했지만 비행 전에 철회되었습니다. Hansen은 1922년에 이 디자인의 올 알루미늄 버전을 선보였지만, 그들이 그것을 어떤 양으로 생산했는지는 확실하지 않습니다. 1929년에 스타탁스의 독일 사업부는 훨씬 개선된 버전을 선보였으며, 29B로 알려진 새로운 슬리브 밸브 버전에서 42마력을 생산했습니다. 샌프란시스코의 그린우드와 레이먼드는 미국, 캐나다, 일본의 특허권을 취득했고, 100hp의 5기통과 350hp의 9기통을 계획했습니다.

미켈

1917년 Anthony Micchel은 그의 사판식 엔진 디자인에 대한 특허를 얻었습니다. 오일 필름 위에서 미끄러지는 틸팅 슬리퍼 패드를 사용하여 피스톤에서 사판으로 하중을 전달하는 것이 독특한 특징이었습니다. 미셸의 또 다른 혁신은 그의 엔진이 모든 속도에서 완벽한 동적 균형을 이루도록 구성 요소의 질량과 움직임을 포함한 기계적 설계를 수학적으로 분석한 것입니다.

1920년 미쉘은 피츠로이(호주)에 크랭크리스 엔진 회사를 설립하고 펌프, 컴프레서, 자동차 엔진 및 에어로 엔진의 작동 프로토타입을 생산했습니다. 모두 동일한 기본 설계를 기반으로 합니다.[6]

엔진 디자이너 필 어빙은 HRD에서 근무하기 전에 크랭크리스 엔진 회사에서 일했습니다.

많은 회사들이 미셸의 디자인에 대한 제조 허가를 받았습니다. 이 중 가장 성공적인 것은 가스 부스터를 생산하는 영국 회사 월러 앤 손(Waller and Son)이었습니다.[7]

가장 큰 미쉘 크랭크리스 엔진은 미국 해군을 위해 만들어진 디젤 항공기 엔진인 XB-4070이었습니다.[8] 18개의 피스톤으로 구성된 이 제품은 2000마력으로 평가되었으며 무게는 2150파운드입니다.

존 오. 알멘

항공기 사용을 위한 실험용 배럴 엔진은 미국인 존 오(John O)가 제작하고 테스트했습니다. 1920년대 초, 워싱턴주 시애틀의 알멘과 1920년대 중반까지 수냉식 알멘 A-4(기통 18개, 9개씩 두 그룹이 수평으로 마주하였음)는 미 육군 항공대 합격 시험을 통과하였습니다. 그러나, 제한된 자금과 공군의 공랭식 방사형 엔진에 대한 강조가 증가하고 있기 때문에, 그것은 결코 생산에 들어가지 않았습니다. A-4는 비슷한 출력의 수냉식 엔진보다 훨씬 더 작은 전면 면적을 가졌기 때문에 더 나은 효율화 가능성을 제공했습니다. 425마력(317kW)으로 평가되었으며, 무게는 749파운드(340kg)에 불과하여 당시 상당한 설계 성과인 1:2 이상의 파워/웨이트 비율을 제공했습니다.[9]

헤라클리오 알파로

헤라클리오 알파로 푸르니에는 스페인의 첫 비행기를 설계, 제작, 비행한 공로로 18세의 나이에 스페인 왕 알폰소 13세에 의해 기사 작위를 받은 스페인의 비행사였습니다.[10] 그는 항공기 사용을 위한 배럴 엔진을 개발했고, 나중에 인도 모터사이클 제조 회사에서 알파로로 생산했습니다. 회전하는 실린더 헤드를 기반으로 한 슬리브 밸브 시스템, 어떤 엔진에서도 생산에 들어간 적이 없는 디자인을 포함했기 때문에 "모든 것에 투입"하는 디자인의 완벽한 예였습니다. 그것은 나중에 매사추세츠 공과대학교에서 알파로의 학생 중 한 명이었던 인도 오토바이 회사의 회장의 아들인 스티븐 듀퐁에 의해 도만 헬리콥터에 사용하기 위해 더 개발되었습니다.[11]

브리스톨

1930년대 중반의 브리스톨 축류 엔진은 찰스 벤자민 레드럽이 브리스톨 트램웨이 앤 캐리지 컴퍼니를 위해 설계했습니다. 7리터, 9기통, 흔들림 플레이트 타입의 엔진이었습니다. 그것은 원래 버스를 위한 동력 장치로 생각되었는데, 아마도 컴팩트한 형식으로 인해 차량 바닥 아래에 설치할 수 있기 때문일 것입니다. 엔진에는 유도와 배기를 제어하기 위한 단일 회전 밸브가 있었습니다. 1930년대 후반 브리스톨 버스에 여러 가지 변형이 사용되었으며 엔진은 RR1에서 RR4까지 여러 버전을 거쳐 2900rpm에서 145hp의 출력을 냈습니다. 개발은 1936년 브리스톨 회사의 경영진 변경에 따라 중단되었습니다.[12]

울러

아마도 디자인 중 가장 세련된 것은 1947년의 브리티시 울러 흔들림 플레이트 엔진일 것입니다. 이 6기통 엔진은 오토바이 엔진 디자이너로 더 잘 알려진 존 울러(John Wooler)가 항공기용으로 설계했습니다. 브리스톨 축 엔진과 비슷했지만 6개의 실린더에 12개의 반대 피스톤으로 구동되는 두 개의 흔들림 플레이트가 있었습니다. 엔진은 종종 사판 엔진으로 잘못 언급됩니다.[13] 런던 과학 박물관의 항공기 갤러리에 한 가지 사례가 보존되어 있습니다.

H.L.F. Trebert

일부 소형 배럴 엔진은 해양용으로 뉴욕 로체스터의 H.L.F. 트레버트 엔진 웍스에서[14] 생산되었습니다.

현일

다이나캠

Dyna-Cam 엔진은 원래 1916년에 Studebaker에서 일했던 황동 시대의 자동차 산업에 종사하는 두 명의 미국 엔지니어 인 Blazer 형제가 설계한 것에서 비롯되었습니다. 그들은 수년에 걸쳐 개념을 개발한 스튜데베이커의 엔지니어링 책임자인 칼 헤르만에게 권리를 팔았고, 결국 1941년에 미국 특허 2237989를 받았습니다.[15] 6개의 실린더에서 작동하는 6개의 이중 끝 피스톤이 있으며, 12개의 연소실은 구동축이 회전할 때마다 발사됩니다. 피스톤은 사판이나 흔들림판과 반대로 사인 모양의 캠을 구동하기 때문에 그 이름이 붙여졌습니다.

1961년, 80세의 나이로, 헤르만은 아들 데니스와 함께 Dyna-Cam Engine Corp.를 설립한 그의 직원 중 한 명인 Edward Palmer에게 판권을 팔았습니다. 에드워드의 아들 데니스와 딸 팻은 그 후 파이퍼 애로우 비행기에 엔진을 장착하는 것을 도왔습니다. 이 엔진은 1987년부터 1991년까지 약 700시간 동안 비행했습니다. 그들의 가장 긴 수명의 엔진은 정비 전에 거의 4000시간 동안 작동했습니다. Dyna-Cam은 1993년경 연구 개발 시설을 열었고, 같은 Dyna-Cam 엔진의 다양한 변형으로 NASA, 미국 해군, 미국 해병대, 캘리포니아 에너지 위원회, 대기질 관리 지구,[clarification needed] 그리고 LA 지역 기술 연합으로부터 많은 다양한 상을 수상했습니다. 약 40개의 시제품 엔진이 허만 그룹에 의해 제작되었고, 또 다른 25개는 다이나캠 그룹이 엔진을 인수하고 가게를 연 이후에 제작되었습니다. 새로운 특허는 데니스 파머와 에드워드 파머에게 주어졌는데, 처음에는 1985년에, 그리고 그 다음에는 2000년경에 데니스 파머에게 몇 개 더 주어졌습니다. 2003년에 Aero-Marine Corporation이 Dyna-Cam Engine Corporation의 자산을 인수하고 Axial Vector Engine Corporation으로 사명을 변경했습니다.[16] 그런 다음 Axial Vector는 캠 엔진을 완전히 재설계했습니다. Axial Vector의 새 엔진은 이 목록에 있는 다른 많은 엔진들과 마찬가지로 압전 밸브 및 점화 장치, 피스톤 링이 없는 세라믹 실린더 라이너 및 기타 다양한 고급 기능을 포함하여 "모든 것을 투입"하는 문제를 겪고 있습니다. Dyna-Cam 엔진은 기존의 밸브, 피스톤 링, 액세서리를 사용했으며 입증되지 않은 세라믹 소재가 없었고 실제로 항공기를 타고 비행했으며 4년 이상 20피트(6.1m)의 "Eliminator" 스키 보트에 동력을 공급했기 때문에 원래의 Herrmann 및 Dyna-Cam 엔진과 거의 유사하지 않습니다.

코박세

영국 회사인 Covaxe Limited(2017년까지 Fair Diesel Limited로 알려짐)는 산업용 및 항공용으로 정현파가 아닌 캠을 사용하는 2행정 피스톤 배럴 엔진을 설계하고 있습니다. 엔진 디자인은 2기통, 80mm 보어부터 32기통, 160mm 보어까지 다양합니다.[17]

듀크 엔진스

뉴질랜드의 Duke Engines사는 1993년에 시작하여 1999년에 자동차에 여러 개의 다른 엔진을 만들어 설치했습니다. 엔진은 3세대인 5기통 3리터 4행정 내연기관 플랫폼을 구동합니다. 밸브가 없는 설계로 인해 Duke 엔진은 파워 스트로크 사이에서 에너지를 덜 잃습니다.[18] 현재 Duke 엔진의 프로토타입은 기존 내연 기관의 특성과 일치하지만 부품 수가 적고 30% 가볍다고 주장합니다. 이는 보다 효율적인 엔진을 개발하는 방향으로 진행됩니다. Duke는 개발 과정에서 영국과 미국의 MAHLE Powertrain에서 테스트를 거쳤으며, 테스트 결과 다중 연료 기능을 갖추고 있는 것으로 나타났습니다.[19] 듀크 엔진의 가벼움과 컴팩트함은 이 디자인을 오토바이 엔진에 적합하게 만들어야 하며, 이러한 이점은 발전소를 경비행기에도 적합하게 만들 수 있습니다.[20] (듀크 엔진이 매끄러운지에 대한 데이터는 거의 없으며, 메인샤프트에 큰 평형추가 부착되어 있습니다.)

IN 엔진

2023년에는 스페인에서 제작된 고전적인 디자인의 평행 피스톤이 반대편에서 작동하는 사인파 사판으로, 두 가지 버전, 액체 냉각 기능이 있는 자동차, 그리고 사전 생산 단계에서 드론과 대형 항공기 모델을 겨냥한 125cc, 22HP, 4.5kg 유닛의 공기 냉각 기능이 있습니다.[21]

원통형 에너지 모듈

CEM(Cylindrical Energy Module)은 사인파 사판 엔진으로, 외부 소스에 의해 구동되는 독립형 펌프로도 사용할 수 있습니다. 회전하는 사판 로터 어셈블리는 피스톤 구동 핀의 도움으로 앞뒤로 이동하며, 이 핀은 로터 어셈블리를 둘러싸는 정지된 정현파 캠 트랙을 따릅니다.[citation needed]

데비즈 모터스

미국의 Deviz Motors사는 현재 반대되는 피스톤을 이용한 새로운 엔진을 개발하고 있습니다.[22]

적용들

  • 가장 잘 알려진 응용 분야는 원통형이 바람직한 어뢰입니다. 현대의 마크 48 어뢰는 펌프-제트 추진기에 맞춰진 500마력의 사판 엔진에 의해 구동됩니다. 오토 연료 II는 산소 공급이 필요하지 않고 최대 65노트(시속 120km)의 속도로 어뢰를 추진할 수 있는 단일 추진체입니다.[23]
  • 다른 용도로는 공압 및 유압 모터, 혼다의 혼다매틱 CVT와 같은 정수기 변속기,[24] 에어컨 펌프 등이 있습니다.[25] 또한, 일부 스털링 엔진은 스털링 써멀 모터스의 STM 4-120 엔진과 같은 사판식 배열을 사용합니다.[26]

[27]

참고 항목

메모들

  1. ^ Self, Douglas. "Axial Internal Combustion Engines". The Museum of Retro Technology. Retrieved 2011-05-01.
  2. ^ "Reg Technologies Inc". Archived from the original on 2016-03-16.
  3. ^ "Macomber aero engine". Pilotfriend. Retrieved 2008-07-04.
  4. ^ "Charles F. Walsh". earlyaviators.com. Retrieved 2008-07-04.
  5. ^ Angle, Glenn Dale (1921). Airplane Engine Encyclopedia. Otterbein Press. p. 468.
  6. ^ "Michell, Anthony George Maldon (1870–1959)". Australian Dictionary of Biography. National Centre of Biography, Australian National University.
  7. ^ Douglas Self. "Axial Internal-Combustion Engines".
  8. ^ "SPECO XB-4070-2 Diesel 9 Barrel Engine".
  9. ^ "Fact Sheets > Almen A-4 Barrel". National Museum of the United States Air Force. Archived from the original on 2008-06-13. Retrieved 2008-06-29.
  10. ^ A 1911 Spanish pilot and MIT aeroengineer and his 1938 aeroengine, upgraded for today. duPont. 2006. ISBN 0977713407.
  11. ^ Stephen, duPont (2006). A 1911 Spanish Pilot and MIT Aeroengineer and his 1938 Aeroengine. TEBA Group. ISBN 0-9777134-0-7.
  12. ^ Setright, L.J.K. (1975). Some Unusual Engines. Mechanical Engineering Publications. ISBN 0-85298-208-9.
  13. ^ Smith, Herschel H. (1981). Aircraft Piston Engines: From the Manly Baltzer to the Continental Tiara. McGraw-Hill. ISBN 0-07-058472-9.
  14. ^ H.L.F. 트레버트 엔진 웍스
  15. ^ Herrmann, Karl L. (Apr 1941). "US Patent number 2237989". USPO. Retrieved 2008-07-04.
  16. ^ "Axial Vector Engine Corporation Announces Resolution of Dyna-Cam Litigation". Axial Vector Engine Corporation. July 6, 2006. Archived from the original on 2008-03-02. Retrieved 2008-07-04.
  17. ^ "Two-Stroke Diesel Engines for Broad Application". FairDiesel Limited. 2006. Retrieved 2008-07-07.
  18. ^ "Duke Engines' incredibly compact, lightweight valveless axial engine". newatlas.com. 3 September 2014. Retrieved 2016-10-07.
  19. ^ "A four stroke "axial" reciprocating engine". Duke Engines. 2013. Retrieved 2013-07-23.
  20. ^ "Duke Axial Prototype: The Ultimate Motorcycle Engine Design? UP TO SPEED". Motorcyclist. Retrieved 2016-10-07.
  21. ^ "Our Technology – INNengine".
  22. ^ "Introducing Devize Engines "Barrell" Engine: Supercharged, Opposed Piston, 4 Cylinder, 2 Stroke!". BangShift. 2023.
  23. ^ Friedman, Norman (1997). The Naval Institute Guide to World Naval Weapons Systems, 1997–1998. Naval Institute Press. p. 694. ISBN 1-55750-268-4.
  24. ^ "Technical Innovations Honda's CVTs for ATVs". Off-Highway Engineering Online. Archived from the original on 2008-12-02. Retrieved 2008-07-07.
  25. ^ "Variable Swashplate Compressors". Visteon Corporation. 2008. Archived from the original on 2008-07-18.
  26. ^ Urieli, Dr. Israel (2007-12-02). "Stirling Engine Configurations". Archived from the original on 2003-06-20. Retrieved 2008-07-07.
  27. ^ https://bangshift.com/general-news/tech-stories/introducing-devize-engines-barrell-engine-supercharged-opposed-piston-4-cylinder-2-stroke/

참고문헌

  • McLanahan, J. Craig (1998-09-28). "Barrel aircraft engines - Historical anomaly or stymied innovation?". World Aviation Congress & Exposition, September 1998. Warrendale, Pennsylvania: SAE International. doi:10.2514/6.1998-5597.
  • McCutcheon, Kimble D. "The Almen A-4 Barrel Engine" (PDF). Aircraft Engine Historical Society. Archived from the original (PDF) on 2008-08-20. Retrieved 2008-06-29.

외부 링크