Авиационные двигатели компании Roberts Motor Company
https://dzen.ru/a/Y-IfX373GyhNm157В начале 1900-х годов компания Roberts Motor Company (Roberts Motor) из Сандаски (Sandusky), штат Огайо, выпустила серию двухтактных двигателей для моторных лодок. По мере того, как авиация набирала популярность для компании было естественным адаптировать свои двигатели для установки их на самолеты. Авиационные двигатели Roberts Motor впервые появились в 1911 году и были разработаны основателем и президентом компании Эдмундом У. Робертсом (Edmund W. Roberts).
Авиационные двигатели компании Roberts Motor отличались от своих морских аналогов тем, что они были сконструированы таким образом, чтобы быть максимально легкими. Чтобы свести к минимуму количество деталей (и связанных с этим критических точек) к минимуму, в двухтактных двигателях компании Roberts Motor не использовались тарельчатые клапаны. Кроме того, двигатели компании Roberts Motor имели уникальную конструкцию, позволяющую преодолеть недостатки, обычно присущие двухтактным двигателям, а именно предварительное воспламенение топливовоздушной смеси при поступлении в цилиндр, что приводило к обратному воспламенению.
Литые гильзы цилиндров двигателей были изготовлены из запатентованного сплава под названием «аэролит» (Aerolite), который, по словам Эдмунда Робертса, был таким же легким, как алюминий, но вдвое прочнее и обладал износостойкими свойствами чугуна. Отдельные гильзы цилиндров были покрыты алюминиевыми кожухами водяного охлаждения. Кольцо вокруг основания гильзы цилиндра должно было входить в выемку вокруг нижней части этого кожуха, скрепляя их вместе. Бобышка свечи зажигания гильзы цилиндра (и декомпрессора, если он есть) проходила через отливку кожуха водяного охлаждения. На наружный диаметр бобышки была нанесена резьба, а верхняя часть кожуха водяного охлаждения и гильзы цилиндра были закреплены гайкой. Данная гайка также вжимала основание гильзы в кожух водяного охлаждения, закрепляя весь цилиндр в сборе.
Поршни были изготовлены из чугуна и крепились к кованым двутавровым соединительным тягам из ванадиевой стали. Соединительные тяги были прикреплены к коленчатому валу бронзовой планкой размером примерно в треть шатунной шейки. (При каждом обороте поршни двухтактного двигателя не опускаются коленчатым валом вниз и поэтому не нуждаются в полноразмерной крышке корпуса подшипника соединительной тяги.) Коленчатый вал был полым и изготовлен из кованой стали. Цилиндры крепились к картеру четырьмя болтами, при этом соседние цилиндры имели общие болты. Картер был изготовлен из магналия – сплава алюминия и магния, – который сделал его легче и прочнее алюминиевого картера той же толщины.
Карбюраторы были смонтированы на трубчатом кожухе, который проходил вдоль правой стороны двигателя. Внутри этого кожуха находилась трубчатая распределительная втулка (также называемая поворотным впускным клапаном), приводимая в движение промежуточной шестерней, которая входила в зацепление с вспомогательной ведущей шестерней, установленной на конце коленчатого вала. Распределительная втулка вращалась со скоростью коленчатого вала и имела отверстия для управления потоком воздушно-топливной смеси из карбюратора в картер. Картер двигателя был сконструирован таким образом, чтобы под каждым цилиндром имелось небольшое пространство для поступающей порции воздушно-топливной смеси. Карбюратор был совмещен с несколькими отверстиями в распределительной втулке, чтобы обеспечить постоянный поток в распределитель, но каждый цилиндр совмещен с одним отверстием для управления подачей воздушно-топливной смеси. Для каждого цилиндра поступающая порция смеси проходила от распределителя через отверстие в боковой стороне картера. Распределитель помог устранить риск возникновения побочных эффектов и равномерно распределил воздушно-топливную смесь по всем цилиндрам, что позволило двигателю работать плавно.
трубчатая распределительная втулка двигателя Roberts 4-X. Отверстия в центре трубки совмещены с карбюратором
Распределительное отверстие открывалось, когда поршень двигался вверх и втягивал воздушно-топливную смесь. Затем отверстие закрывалось, когда поршень двигался вниз на своем рабочем ходе, сжимая под собой порцию воздушно-топливной смеси. Два отверстия в поршне выравнивались с отверстиями в стенке цилиндра, когда поршень находился вблизи нижней мертвой точки. Такое выравнивание позволило поступающей воздушно-топливной смеси под давлением вытекать из картера в пространство на внешней стороне цилиндра. В этом пространстве Эдмунд Робертс установил то, что было названо ячеистое перепускное устройство, с целью предотвращения обратного воспламенения. Поступающая порция воздушно-топливной смеси проходила «ячеистое перепускное устройство», а затем через другой набор отверстий, расположенных над поршнем. На верхней части поршня находился большой дефлектор, направлявший поступающий воздушный поток в верхнюю часть камеры сгорания для улучшения удаления выхлопных газов. Данный дефлектор был расположен на стороне впускного отверстия поршня. Два выпускных отверстия были расположены на противоположной от впускных отверстий стороне цилиндра и также управлялись поршнем. Таким образом, когда поршень находился около нижней мертвой точки.
Ячеистое перепускное устройство представляло собой серию плоских и гофрированных пластин, создающих спрямляющую решетку. Большая площадь поверхности ячеистого перепускного устройства любое пламя в случае обратного воспламенения и при этом не снижала КПД двигателя при нормальной работе. Устойчивость двигателя конструкции Эдмунда Робертса к обратному воспламенению позволила использовать более бедную смесь, тем самым увеличив топливную экономичность двигателя. Ячеистое перепускное устройство также помогал смешивать и испарять топливо во входящей воздушно-топливной смеси.
Водяной насос был установлен в правой задней части двигателя и приводился в действие от шестерни, приводящей в движение трубчатую распределительную втулку. Насос забирал воду из радиатора и затем прогонял ее через канал на правой стороне картера. Каждый цилиндр имел открытое отверстие, которое совпадало с каналом для охлаждающей жидкости в картере. Вода стекала в небольшой канал в цилиндре, вокруг выпускных отверстий и затем вверх в кожух водяного охлаждения. Из кожуха вода вытекала из верхних частей цилиндров в коллектор, который вел обратно к радиатору. Смазка двигателя осуществлялась разбрызгиванием; в качестве средства смазки использовалась смесь масла и топлива.
В центре полусферической камеры сгорания каждого цилиндра была установлена одна свеча зажигания. Свеча зажигания зажигалась с помощью магнето Bosch, установленного в задней части двигателя. Магнето приводилось в движение косозубой цилиндрической зубчатой передачей через промежуточную шестерню, которая находилась в зацеплении с вспомогательной ведущей шестерней на конце коленчатого вала. Установленная над валом магнето вилкообразная деталь перемещала винтовую шестерню магнето вдоль его вала, чтобы либо сделать раннее или позднее зажигание – регулировка, которая могла быть выполнена пилотом во время полета.
Четырехцилиндровый двигатель компании Roberts Motor был известен как 4-X. Он имел диаметр цилиндра 4,5 дюйма (114 мм), ход поршня 5 дюймов (127 мм) и общий рабочий объем 318 куб. дюймов (5,2 л). Двигатель развивал мощность 50 л.с. (37 кВт) при 1200 об/мин. В двигателе использовался только один карбюратор, а его магнето вращалось с частотой, в два раза превышающей частоту вращения вала двигателя. Коленчатый вал двигателя 4-X имел диаметр 2,5 дюйма (64 мм), шатунные шейки имели диаметр 1,75 дюйма (44 мм) и длину 2,5 дюйма (64 мм). Коленчатый вал поддерживался пятью коренными подшипниками; длина участка, на который устанавливался пропеллер, составляла 6,375 дюйма (162 мм). Общая длина коленчатого вала составляла 40 дюймов (1016 мм), а масса 17,5 фунтов (7,9 кг). Двигатель 4-X имел длину 40,5 дюймов (1,03 м), высоту 25 дюймов (0,64 м), ширину 24 дюйма (0,61 м) и массу 170 фунтов (77 кг).
Шестицилиндровый двигатель был известен под обозначением 6-X. Как и 4-X, он имел диаметр цилиндра 4,5 дюйма (114 мм) и ход поршня 5 дюймов (127 мм). Общий рабочий объем двигателя составлял 477 куб. дюймов (7,8 л). При частоте вращения вала 1200 об/мин двигатель развивал мощность 75 л.с. (56 кВт). В конструкции двигателя 6-X использовались два карбюратора, а его магнето вращалось в три раза быстрее коленчатого вала. Его коленчатый вал и шатунные шейки были того же размера, что и у 4-X. Коленчатый вал поддерживался семью коренными подшипниками; его общая длина составляла 52 дюйма (1321 мм), а масса 27,5 фунтов (12,5 кг). Двигатель 6-X имел длину 52,5 дюйма (1,33 м), высоту 25 дюймов (0,64 м), ширину 24 дюйма (0,61 м) и массу 240 фунтов (109 кг).
шестицилиндровый двигатель Roberts 6-X engine. Картер двигателя был сконструирован таким образом, чтобы под каждым цилиндром имелось небольшое пространство для поступающей порции топливно-воздушной смеси. Каждое пространство было герметизировано коренными подшипниками коленчатого вала. Обратите внимание на два выпускных отверстия для каждого цилиндра
Дальнейшим развитием шестицилиндрового двигателя 6-X стал двигатель 6-XX. У этого двигателя все вспомогательные шестерни были закрыты кожухом и залиты маслом. Диаметр цилиндра и ход поршня этого двигателя были увеличены до 5,5 дюймов (140 мм) и 6 дюймов (152 мм) соответственно. Общий объем двигателя 6-XX составлял 588 куб. дюймов (14,0 л), а мощность – 125 л.с. (93 кВт) при 1100 об/мин. В двигателе использовались два карбюратора. Его магнето Bosch HL вращалось со скоростью, в 1,5 раза превышающей частоту вращения коленчатого вала, чтобы запустить одну из двух свечей зажигания в каждом цилиндре. Вторая свеча зажигания запускалась распределителем Delco. Коленчатый вал двигателя 6-XX имел диаметр 3 дюйма (76 мм), а шатунные шейки имели диаметр 2,5 дюйма (64 мм) и длину 3,5 дюйма (99 мм). Коленчатый вал поддерживался семью коренными подшипниками; длина участка, на который устанавливался пропеллер, составляла 12 дюймов (305 мм). Двигатель 6-X имел длину 60,5 дюйма (1,54 м), высоту 27,5 дюйма (0,70 м), ширину 24 дюйма (0,61 м) и массу 390 фунтов (177 кг).
двигатель Roberts 6-XX с выпускными коллекторами и закрытыми вспомогательными механизмами
Двигатели компании Roberts Motor со временем совершенствовались и использовались многими пионерами ранней авиации. К 1913 году все двигатели компании Roberts Motor также, как и на моторе 6-XX, имели закрытые вспомогательные шестерни, которые прежде были открытыми. Это изменение конструкции двигателя потребовало перемещения положения магнето. Гильзы цилиндров теперь изготавливались из чугуна, а кожухи водяного охлаждения – из аэролита. Поршни также были изготовлены из аэролита, что уменьшило их массу более чем на 2 фунта (0,9 кг) каждый. С целью уменьшения трения трубчатая распределительная втулка была установлена на четырех комплектах шарикоподшипников. Двойное зажигание, подобное тому, что использовалось на 6-XX, было доступно в качестве опции на двигателе 6-X. Заводная рукоятка, прикрепленная к концу коленчатого вала, также была опцией.
снимок задней части двигателя Roberts 6-X 1913 года выпуска. На данном снимке хорошо показаны закрытые вспомогательные шестерни, перемещенный магнето и опционально поставлявшаяся рукоятка ручного запуска на конце двигателя. Декомпрессоры можно увидеть на верхних частях цилиндров. Они использовались для облегчения запуска двигателя
Поскольку двухтактные двигатели компании Roberts Motor были вытеснены новыми четырехтактными двигателями, такими как Curtiss OX-5 и Hispano-Suiza 8, компания изо всех сил старалась не отставать. К 1918 году диаметр и ход двигателя 6-X были увеличены до 5 дюймов (127 мм) и 5,5 дюймов (140 мм) соответственно, что дало общий рабочий объем 648 куб. дюймов (10,6 л). Трубчатая распределительная втулка был заменён более обычными впускными коллекторами, и двигатель при частоте вращения коленчатого вала 1200 об/мин развивал мощность 100 л.с. (75 кВт). Теперь двигатель 6-X имел массу 368 фунтов (167 кг).
Имеются некоторые указания на то, что в конце 1910-х годов компанией Roberts Motor был разработан и, возможно, изготовлен 12-цилиндровый V-образный рядный двигатель, который был известен под обозначением E-12. Он имел диаметр цилиндра 6 дюймов (152 мм), ход поршня 6,5 дюйма (165 мм) и общий рабочий объем 2205 куб. дюймов (36 л). Двигатель E-12 развивал мощность 350 л.с. (261 кВт) при 1200 об/мин. Каждый цилиндр имел собственную шатунную шейку, а коленчатый вал поддерживали 13 коренных подшипников. Масса двигателя E-12 составляла 990 фунтов (490 кг).
К 1919 году компания Roberts Motor Company покинула авиационную отрасль, чтобы сосредоточиться на судовых двигателях. Примерно в это же время компания сменила название на Roberts Motors. Несколько лет спустя компания Roberts Motors обанкротилась и прекратила свою деятельность. Некоторые ранние четырёхцилиндровые и шестицилиндровые авиационные двигатели компании Roberts Motor до сих пор экспонируются в музеях.
четырёхцилиндровый двигатель Roberts 4-X выставлен в Смитсоновском национальном музее авиации и космоса, Вашингтон, округ Колумбия. Обратите внимание на трубчатый кожух, к которому прикреплен карбюратор. Внутри кожуха расположена трубчатая распределительная втулка для подачи воздушно-топливной смеси в цилиндры. Водяной насос установлен в верхней задней части корпуса (Снимок Национального музея авиации и космонавтики)
Недавно Кермит Уикс (Kermit Weeks) из компании Fantasy of Flight, Полк-Сити (Polk City), штат Флорида, заказал создание двух реплик двигателей Roberts 6-X. Один из этих двигателей предназначался для испытаний, а второй должен быть установлен на реплику летающей лодки Benosit XIV. Оригинальный двигатель был подвергнут инженерному анализу, что позволило создать эти двигатели. Ниже представлено видео 2013 года, на котором мистер Уикс проверяет ход сборки двигателя Roberts 6-X компанией Vintage & Auto Rebuilds, Шардон (Chardon), штат Огайо. После этого оба двигателя были изготовлены и испытаны.
различные части для одной из двух реплик двигателя Roberts 6-X, изготовленных для Кермита Уикса. Обратите внимание на дефлекторы в верхних частях поршней и по два отверстия в боковой части каждого из поршней. Декомпрессорный клапан можно увидеть на верхней части цилиндра в нижнем левом углу (Снимок Fantasy of Flight)
открытые вспомогательные шестерни реплики двигателя Roberts 6-X. Коленчатый вал приводил в движение промежуточную шестерню, задняя сторона которой входила в зацепление с приводным валом магнето. Для обеспечения раннего или позднего зажигания использовалась латунная вилкообразная деталь, установленная над валом магнето и перемещавшая шестерню вдоль его вала. Промежуточная шестерня приводила в действие шестерню для трубчатой распределительной втулки, которая, в свою очередь, приводила в действие шестерню для водяного насоса (Снимок Fantasy of Flight)
одна из реплик двигателя Roberts 6-X, заказанных Кремитом Уиксом. Двигатели были построены для оснащения реплики летающей лодки Benoist XIV. Летающая лодка Benoist XIV оснащалась двигателем с толкающим винтом, и поэтому коллектор выхлопных газов направлен в сторону вала, на который устанавливался воздушный винт. Обратите внимание на латунные масленки для смазки коренных подшипников коленчатого вала. Крышка на каждом цилиндре предназначена для ячеистого перепускного устройства (Снимок Fantasy of Flight)
