Kammotor

En kammotor är en kolvmotor där kolvarna istället för den konventionella vevaxeln levererar sin kraft till en kam som sedan får rotera . Motorns utgående arbete drivs av denna kam.

Kammotorer är djupt rotade i historien. Den första motorn som fick ett luftvärdighetsbevis från USA:s regering var i själva verket en radialkammotor. En variant av kammotorn, swashplate-motorn (även den närbesläktade wobble-plate-motorn), var kort populärt.

Dessa ses i allmänhet som förbränningsmotorer , även om de också har använts som hydrauliska och pneumatiska motorer . Hydraulmotorer, särskilt sänkskivorna, används i stor utsträckning och framgångsrikt. Förbränningsmotorer är dock fortfarande nästan okända.

Drift

Driftcykel

Vissa kammotorer är tvåtaktsmotorer snarare än fyrtaktsmotorer. Två moderna exempel är KamTech och Earthstar, båda radiella kammotorer. I en tvåtaktsmotor verkar krafterna på kolven jämnt nedåt, under hela cykeln. I en fyrtaktsmotor vänder dessa krafter cykliskt: I induktionsfasen tvingas kolven uppåt , mot den minskade induktionsdepressionen. Den enkla kammekanismen fungerar bara med en kraft i en riktning. I de första Michel-motorerna hade kammen två ytor, en huvudyta som kolvarna arbetade på när de kördes och en annan ring inuti denna som gav en desmodromisk verkan för att begränsa kolvens läge under motorstart.

Vanligtvis krävs bara en kam, även för flera cylindrar. De flesta kammotorer var alltså motsatta dubbla eller radiella motorer . En tidig version av Michel-motorn var en roterande motor , en form av radialmotor där cylindrarna roterar runt en fast vev.

Fördelar

1. Perfekt balans , ett vevsystem är omöjligt att dynamiskt balansera, eftersom man inte kan dämpa en ömsesidig kraft eller verkan med en roterande reaktion eller kraft. Den moderna KamTech-kammotorn använder en annan kolv för att dämpa de ömsesidiga krafterna. Den går lika smidigt som en elmotor.
2. En mer idealisk förbränningsdynamik , en titt på ett PV-diagram av den "ideala IC-motorn" och man kommer att finna att förbränningshändelsen helst borde vara en mer eller mindre "konstant volymhändelse".

Den korta uppehållstiden som en vev producerar ger inte en mer eller mindre konstant volym för förbränningshändelsen att äga rum i. Ett vevsystem når betydande mekaniska fördelar vid 6° före TDC; den når då maximal fördel vid 45° till 50°. Detta begränsar brinntiden till mindre än 60°. Den snabbt nedåtgående kolven sänker också trycket framför flamfronten, vilket minskar brinntiden. Detta innebär mindre tid att bränna under lägre tryck. Denna dynamik är anledningen till att en betydande del av bränslet i alla vevmotorer förbränns inte ovanför kolven, där dess kraft kan utvinnas, utan i katalysatorn, som bara producerar värme.

En modern kam kan tillverkas med dator numerisk styrning (CNC) teknik för att få en fördröjd mekanisk fördel. KamTech-kammen når till exempel betydande fördelar vid 20°, vilket gör att tändningen kan starta snabbare i rotationen, och maximal fördel flyttas till 90°, vilket tillåter en längre brinntid innan avgaserna ventileras. Detta innebär att bränningen under högt tryck sker under 110° med en kam, snarare än 60°, som händer när en vev används. Därför kommer KamTech-motorn vid vilken hastighet som helst och under någon belastning aldrig eld ur avgasröret, eftersom det finns tid för full och fullständig förbränning att ske under högt tryck ovanför kolven.

Några andra fördelar med moderna kammotorer:

• Idealisk kolvdynamik
• Lägre inre friktion
• Renare avgaser
• Lägre bränsleförbrukning
• Längre liv
• Mer kraft per kilogram
• Kompakt, modulär design möjliggör bättre fordonsdesign
• Färre delar, kostar mindre att tillverka

Att antyda att kammotorer var eller är ett misslyckande när det gäller robusthet är felaktigt. Efter omfattande tester av USA:s regering hade Fairchild Model 447-C radialkammotorn utmärkelsen att erhålla det allra första handelsdepartementet godkända typcertifikatet. Vid en tidpunkt då vevmotorn för flygplan hade en livslängd på 30 till 50 timmar, var Model 447-C mycket mer robust än någon annan flygplansmotor som då var i produktion. Tyvärr hade den i denna tid före CNC-tiden en mycket dålig kamprofil, vilket gjorde att den skakade för kraftigt för träpropellrarna och dåtidens trä-, tråd- och tygflygplan.

Lagerområde

En fördel är att lagerytan kan vara större än för en vevaxel. Under de första dagarna av utvecklingen av lagermaterial kunde det minskade lagertrycket detta tillät ge bättre tillförlitlighet. En relativt framgångsrik kammotor med swashplate utvecklades av lagerexperten George Michell , som också utvecklade axialblocket med slippad .

Michel-motorn ( ingen relation) började med rullkamföljare, men bytte under utvecklingen till glidlagerföljare.

Effektiv utväxling

Till skillnad från en vevaxel kan en kam lätt ha mer än ett kast per rotation. Detta tillåter mer än ett kolvslag per varv. För flygplansbruk var detta ett alternativ till att använda en propellerhastighetsreducerande enhet : högt motorvarvtal för ett förbättrat effekt-till-vikt-förhållande, kombinerat med en lägre propellerhastighet för en effektiv propeller. I praktiken vägde kammotorns design mer än kombinationen av en konventionell motor och växellåda.

Swashplate och wobble plate motorer

De enda förbränningskammotorer som har varit avlägset framgångsrika var motorerna med spolskivor . Dessa var nästan alla axialmotorer , där cylindrarna är anordnade parallellt med motoraxeln, i en eller två ringar. Syftet med sådana motorer var vanligtvis att uppnå denna axiella eller "pipa" layout, vilket gör en motor med en mycket kompakt frontyta. Det fanns vid en tidpunkt planer på att använda trummotorer som flygplansmotorer , med deras minskade frontyta som tillåter en mindre flygkropp och lägre motstånd.

En liknande motor som swashplate-motorn är wobble plate-motorn, även känd som nutator eller Z-vevdrift. Detta använder ett lager som rent nuterar , snarare än att också rotera som för swashplate. Vickplattan är separerad från den utgående axeln med ett roterande lager. Wobble plate-motorer är alltså inte kammotorer.

Kolvfria roterande motorer

Vissa motorer använder kammar, men är inte "kammotorer" i den mening som beskrivs här. Dessa är en form av kolvlösa roterande motorer . Sedan James Watts tid har uppfinnare sökt en roterande motor som förlitade sig på ren roterande rörelse, utan kolvmotorns fram- och återgående rörelse och balansproblem. Dessa motorer fungerar inte heller.

De flesta kolvlösa motorer som förlitar sig på kammar, såsom Rand-kammotorn, använder kammekanismen för att kontrollera tätningsvingarnas rörelse. Förbränningstrycket mot dessa skovlar gör att en skovelbärare, skild från kammen, roterar. I Rand-motorn flyttar kamaxeln vingarna så att de har en varierande längd exponerad och så omsluter en förbränningskammare med varierande volym när motorn roterar. Arbetet som utförs med att rotera motorn för att orsaka denna expansion är det termodynamiska arbetet som utförs av motorn och det som får motorn att rotera.

Anteckningar

Bibliografi

Kommentarer om vevlösa motortyper (Rapport). NACA Technical Memorandum. Vol. 462. Washington, DC: NACA . maj 1928.