Представь дизельный мотор, у которого нет ни клапанов, ни распредвалов, ни даже головки блока цилиндров. Зато в его трех цилиндрах навстречу друг другу несутся сразу шесть поршней, которые крутят один-единственный коленвал через систему гигантских коромысел. Ах и да, этот дизель еще и двухтактный!
Я тут нарыл инфы об одном британском инженерном шедевре — двигателе Commer TS3, который водители прозвали «Стукачом» (Knocker). И не могу с вами ею не поделиться! Вы узнаете, как инженеры заставили поршни «бодаться» без разрушения мотора, почему смазка этих качелей нарушала законы физики, и зачем один поршень всегда обгонял другой.
Спрятать «невпихуемое»
После Второй мировой войны в Европе начался бум бескапотных грузовиков (Cab-over-engine). Перевозчикам нужна была максимальная длина грузовой платформы, а значит, кабину нужно было делать короткой, насаживая ее прямо на шасси. Но куда девать огромный рядный дизель?
В 1945 году главный инженер подразделения Humber (входившего в Rootes Group) Эрик Кой и его небольшая команда из 4–7 человек получили невыполнимую задачу: создать мощный, но абсолютно плоский дизель, который поместится под сиденьем водителя грузовика Commer.
В 1954 году они представили серийный агрегат объемом 3.26 литра (диаметр цилиндра 83 мм, ход поршня 102 мм), который выдавал 105 лошадиных сил и солидные 366 Ньютон-метров крутящего момента. Ты представь, Погребёныч, 366нм! Как современный двухлитровый китайский пакет сока!! При этом двигатель весил всего около 450 кг это вдвое меньше классических четырехтактных дизелей той эпохи!
Казалось, это идеальные параметры. Но когда механики впервые заглядывали внутрь этого мотора, их мозг отказывался понимать, как это вообще работает.
Анатомия «Стукача»: качели вместо ГБЦ
Commer TS3 это горизонтальный двухтактный дизель. Внутри блока отлито всего три цилиндра, сквозных, как трубы. В каждом цилиндре лежат по два поршня, направленных днищами друг к другу. Головки блока нет вообще каждый поршень служит камерой сгорания для своего оппонента.
Но как они передают энергию вниз, на единственный коленвал, расположенный под цилиндрами? Через массивные коромысла (rocker arms). Поршень толкает короткий шатун, тот толкает гигантскую стальную «качелю», которая качается на оси, а уже от этой качели идет второй шатун вниз к коленвалу.
Поскольку клапанов нет, продувка цилиндров осуществляется по принципу унифлоу (Uniflow) через окна в стенках гильз. Чтобы загнать туда воздух, британцы поставили нагнетатель типа Roots, который создавал давление наддува около 6 psi. Газораспределение работало по принципу Кайдена с помощью нагнетателя.
Из-за жесткого, резкого звука сгорания, резонирующего через эти металлические коромысла, двигатель получил в народе прозвище «Knocker» (Стукач). Вы могли услышать приближающийся грузовик Commer за километры.
А если тебе непонятны многие термины из статьи, но ты хочешь лучше разбираться в конструкции авто и не хочешь быть оьманутым на автосервисе - заходи в мое приложение Автоклевер.
Такая конструкция навсегда избавила мотор от проблемы пробитых прокладок ГБЦ и загнутых клапанов. Но она породила новую, куда более страшную физическую проблему.
Кошмар инженера-гидравлика: как смазать то, что не крутится?
В обычном двигателе шатунная шейка вращается внутри вкладыша на 360 градусов, создавая идеальный масляный клин (гидродинамическое трение). Но в Commer TS3 оси коромысел и поршневые пальцы не вращались, а лишь слегка покачивались туда-сюда на небольшой угол.
Хуже того, нагрузка на эти подшипники была однонаправленной (unidirectional). То есть давление от взрыва топлива всегда давило на качелю только в одну сторону, не давая зазору раскрыться даже на долю миллиметра, чтобы впустить свежее масло. В обычном моторе в зону наименьшей нагрузки подают масло, но здесь эта зона была бы просто мертвой.
Инженерам Rootes пришлось разработать сложнейшую, уникальную форму масляных канавок внутри вкладышей, чтобы принудительно размазывать масло по подшипнику при минимальных колебаниях механизма.
А чтобы отработанные газы успевали покинуть цилиндр до того, как нагнетатель вдует туда свежий воздух, инженеры пошли на хитрость. Они сделали так, что один поршень всегда немного опережал второй (асимметричные фазы газораспределения). Выпускные окна открывались раньше впускных (exhaust lead), создавая идеальную продувку.
Инженеры Rootes Group совершили невозможное: их сложнейший механизм оказался невероятно тяговитым, надежным и экономичным. Но в 1964 году в компанию пришли люди, которые не терпели гениальных сложностей.
Кульминация: Американский приговор
В 1964 году американская корпорация Chrysler покупает Rootes Group. Американские менеджеры с недоумением смотрели на производственную линию, где собирали двигатели с качающимися рычагами, шестью поршнями и без ГБЦ.
Британцы пытались доказать потенциал мотора: они даже разработали 4-цилиндровую версию (на 8 поршней) TS4 объемом 4.7 литра и мощностью до 200 сил. Но бухгалтеры Chrysler включили свои калькуляторы. Производство традиционных V-образных четырехтактных дизелей (партнерских Cummins и Perkins) было банально дешевле и понятнее для американских дилерских сетей.
Уникальный, опередивший свое время оппозитный мотор признали неперспективным для глобальной унификации. К 1968 году производство Commer TS3 было полностью свернуто.
Финал: Тишина вместо стука
История Commer TS3 это доказательство того, что иногда самые сумасшедшие чертежи работают в реальной жизни лучше стандартов. Двигатель, который не имел права долго жить из-за сложной кинематики качелей, наматывал сотни тысяч миль по дорогам Великобритании и Новой Зеландии. Его громкий, ни на что не похожий стук до сих пор вызывает ностальгию у фанатов старой коммерческой техники.
А как ты считаешь, пошли бы технологии дизелестроения другим путем, если бы Chrysler не убил этот проект, или конструкция с коромыслами все равно зашла бы в тупик из-за современных экологических норм?