캠 엔진

캠 엔진은 기존의 크랭크축 대신 피스톤이 캠에 힘을 전달하고 캠이 회전하는 왕복 엔진입니다.엔진의 출력 작업은 이 ^[1]캠에 의해 구동됩니다.

캠 엔진은 역사에 깊이 뿌리박고 있다.미국 정부로부터 내공성 인증을 받은 최초의 엔진은 사실 방사형 캠 엔진이었습니다.캠 엔진의 변형인 스와시플레이트 엔진(또한 밀접하게 관련된 워블플레이트 엔진)이 잠시 ^[2]인기를 끌었다.

이들은 일반적으로 내연기관으로 간주되지만 유압 및 공압 모터로도 사용되어 왔습니다.유압 모터, 특히 스와시플레이트 형태가 폭넓고 성공적으로 사용되고 있습니다.그러나 내연기관은 거의 알려지지 않았다.

작동

동작 사이클

일부 캠 엔진은 4 스트로크가 아닌 2 스트로크 엔진입니다.현대의 두 가지 예는 둘 다 레이디얼 캠 엔진인 KamTech와 Earthstar입니다.2행정 엔진에서는 피스톤에 가해지는 힘이 사이클 전체에 걸쳐 균일하게 아래쪽으로 작용합니다.4 스트로크 엔진에서는 다음과 같은 힘이 순환적으로 역방향으로 작용은 다음과 같습니다.유도 단계에서는 피스톤이 감소된 유도 압력에 대해 위쪽으로 강제됩니다.단순한 캠 메커니즘은 한 방향으로의 힘으로만 작동합니다.첫 번째 Michel 엔진에서 캠은 두 개의 표면, 즉 피스톤이 작동할 때 작동하는 메인 표면과 엔진 ^[3]시동 중에 피스톤 위치를 구속하는 데모드로믹 작용을 하는 다른 링을 가지고 있었습니다.

일반적으로 여러 실린더의 경우에도 하나의 캠만 필요합니다.따라서 대부분의 캠 엔진은 트윈 또는 레이디얼 엔진과 마주보고 있었습니다.Michel 엔진의 초기 버전은 회전 엔진으로 실린더가 고정된 크랭크 주위로 회전하는 레이디얼 엔진의 한 형태였습니다.

이점

1. 완벽한 균형, 크랭크 시스템은 동적으로 균형을 잡을 수 없습니다. 왜냐하면 회전 반력이나 힘으로 상호 힘이나 작용을 감쇠시킬 수 없기 때문입니다.최신 KamTech 캠 엔진은 다른 피스톤을 사용하여 상호 힘을 감쇠시킵니다.그것은 전기 모터처럼 부드럽게 작동한다.
2. 보다 이상적인 연소 동력은 "이상적 IC 엔진"의 PV 다이어그램을 보면 연소 이벤트가 어느 정도 "정량 이벤트"^[4]여야 한다는 것을 알 수 있습니다.

크랭크가 생성하는 짧은 드웰 시간은 연소 이벤트가 발생할 수 있는 일정한 볼륨을 제공하지 않습니다.크랭크 시스템은 TDC 전에 6°에서 기계적 우위에 도달한 후 45°~50°에서 최대 우위에 도달합니다.따라서 굽는 시간이 60° 미만으로 제한됩니다.또한 빠르게 하강하는 피스톤은 화염 전방의 압력을 낮춰 연소 시간을 단축합니다.이는 낮은 압력에서 연소하는 시간이 적다는 것을 의미합니다.이러한 동력은 모든 크랭크 엔진에서 상당량의 연료가 피스톤 위가 아닌 열만 생성하는 촉매변환기에서 연소되는 이유입니다.

최신 캠은 지연된 기계적 이점을 가지도록 컴퓨터 수치제어(CNC) 기술로 제조할 수 있다.예를 들어, KamTech 캠은 20°에서 상당한 우위에 도달하여 점화 스위치가 회전 중에 더 빨리 시작될 수 있도록 하고 최대 우위는 90°로 이동하므로 배기 가스 배출 전에 더 긴 연소 시간을 허용합니다.즉, 크랭크를 사용할 때 발생하는 것과 같이 60°가 아닌 캠을 사용하여 110° 동안 고압으로 화상을 입습니다.따라서 어떠한 속도 및 부하에서도 KamTech 엔진은 피스톤 ^[5]위에서 고압으로 완전히 연소할 수 있는 시간이 있기 때문에 배기 가스로부터 불이 나오는 일이 없습니다.

최신 캠 엔진의 다른 장점은 다음과 같습니다.

• 이상적인 피스톤 다이내믹스
• 내부 마찰 감소
• 청정 배기
• 연료 소비 감소
• 긴 수명
• 킬로그램당 더 높은 출력
• 컴팩트하고 모듈러형 디자인으로 보다 나은 차량 설계 가능
• 부품 수 감소, 제작 비용 절감

건전성에 관한 문제일 때 캠엔진의 장애 또는 장애를 시사하는 것은 오류입니다.미국 정부의 광범위한 테스트 결과, Fairchild Model 447-C 레이디얼 캠 엔진은 최초의 상무부 승인 유형 인증을 받았습니다.항공기 크랭크 엔진의 수명이 30~50시간이었던 당시 모델 447-C는 생산 ^[6]당시 다른 항공기 엔진보다 훨씬 강력했다.안타깝게도 CNC 이전 시대에는 캠 프로필이 매우 좋지 않았습니다. 즉, 당시 목재 프로펠러와 목재, 전선, 천의 공기 틀에 비해 심하게 흔들렸음을 의미합니다.

베어링면적

한 가지 장점은 베어링 표면적이 크랭크축보다 클 수 있다는 것입니다.베어링 재료 개발 초기에는 이를 통해 베어링 압력을 줄이면 신뢰성이 향상될 수 있습니다.비교적 성공적인 스와시플레이트 캠 엔진은 베어링 전문가인 조지 미첼에 의해 개발되었으며, 그는 슬리퍼 패드 스러스트 ^[2][7]블록도 개발했습니다.

Michel 엔진(관계 없음)은 롤러 캠 팔로워에서 시작되었지만 개발 중에 플레인 베어링 ^[8][9]팔로워로 전환되었습니다.

유효 기어링

크랭크축과 달리 캠은 회전당 1회 이상의 스로우(throw)를 쉽게 가질 수 있습니다.따라서 회전당 피스톤 스트로크가 두 번 이상 허용됩니다.항공기 사용을 위해, 이것은 프로펠러 속도 감소 장치를 사용하는 대안이었다. 즉, 중량 대비 출력을 개선하기 위한 높은 엔진 속도, 효율적인 프로펠러를 위한 느린 프로펠러 속도와 결합되었다.실제로 캠 엔진 설계는 기존 엔진과 변속기를 조합한 것보다 무게가 더 나갔습니다.

스와시플레이트 및 워블플레이트 엔진

원격에서 성공한 유일한 내연 캠 엔진은 스와시플레이트 ^[2]엔진이었다.이들은 실린더가 엔진 축과 평행하게 한 바퀴 또는 두 바퀴로 배열되는 거의 모든 축 엔진이었습니다.이러한 엔진의 목적은 보통 축 또는 "배럴" 레이아웃을 달성하여 매우 콤팩트한 전면 영역을 가진 엔진을 만드는 것이었습니다.한 때 배럴 엔진을 항공기 엔진으로 사용할 계획이 있었는데, 전면 면적이 줄어들어 동체가 작아지고 항력이 낮아졌다.

스와시플레이트 엔진과 유사한 엔진은 너터레이터 또는 Z-크랭크 드라이브라고도 하는 워블플레이트 엔진입니다.이 베어링은 스와시 플레이트와 같이 회전하지 않고 순수하게 너트를 사용하는 베어링을 사용합니다.워블 플레이트는 로터리 ^[2]베어링에 의해 출력축에서 분리됩니다.따라서 워블 플레이트 엔진은 캠 엔진이 아닙니다.

피스톤리스 로터리 엔진

일부 엔진은 캠을 사용하지만 여기서 설명하는 "캠 엔진"은 아닙니다.피스톤리스 로터리 엔진의 한 형태입니다.제임스 와트 시대 이후 발명가들은 피스톤 엔진의 왕복 운동과 균형 문제 없이 순수하게 회전하는 운동에 의존하는 회전 엔진을 찾아왔습니다.이 ^{[note 1]}엔진도 작동하지 않습니다.

Rand 캠 엔진과 같이 캠에 의존하는 대부분의 피스톤리스 엔진은 캠 메커니즘을 사용하여 씰링 베인의 움직임을 제어합니다.이러한 베인에 대한 연소 압력은 캠과 분리된 베인 캐리어를 회전시킵니다.Land 엔진의 경우 캠축이 베인을 이동시켜 베인의 노출 길이가 다양하므로 엔진이 ^[10]회전할 때 다양한 부피의 연소실을 둘러쌉니다.이 팽창을 일으키기 위해 엔진을 회전시키는 작업은 엔진에 의해 수행되는 열역학 작업이며, 엔진이 회전하는 원인이 됩니다.

메모들

레퍼런스

참고 문헌

Comments on Crankless Engine Types (Report). NACA Technical Memorandum. Vol. 462. Washington, D.C.: NACA. May 1928.