Paxman Hi-Dyne motor
Paxman Hi-Dyne- motorn var en form av experimentell dieselmotor utvecklad för användning på järnväg av de brittiska motortillverkarna Paxman of Colchester . De använde variabel överladdning för att ge en konstant uteffekt över deras hastighetsområde.
Namnet "Hi-Dyne" är en hänvisning till dyne , en CGS kraftenhet , och implicit till vridmoment .
Dieselmekaniska lok
Diesellokomotiv dök upp på 1930-talet, efter att det fanns pålitliga, kompakta dieselmotorer. De första var låghastighetsväxlingar med mekaniska transmissioner. Dessa följdes av kraftigare höghastighetsexpresslok med dieselelektriska transmissioner . Dessa elektriska växellådor och deras dragmotorer var dock dyra och komplicerade, och krävde ofta helt nya färdigheter för deras underhållspersonal. Även om Föttingers vridmomentomvandlare användes i lätta dieselrälsvagnar , hade ingen dieselhydraulisk transmission med hög effekt ännu utvecklats. Det fanns en tydlig efterfrågan på ett kraftfullt och pålitligt diesellokomotiv, baserat på en mekanisk transmission.
Ett av huvudbehoven för en transmission är att matcha motorns varvtal till lokets hastighet, så att motorn kan arbeta i sitt användbara varvtalsområde. Alla lok måste leverera högt vridmoment från noll rälshastighet för start. Det totala området av utväxlingsförhållanden som krävs från transmissionen beror alltså på tågets maximala hastighet. Ju smalare kraftband motorn har, desto mer exakt kontroll av växellådans utväxling krävs, antingen genom att använda en steglöst variabel transmission eller en diskret utväxling med fler utväxlingar.
Istället för att bygga allt mer komplicerade transmissioner valde Paxman istället att utveckla en mer flexibel motor.
Hi-Dyne princip
En motors uteffekt är produkten av dess vridmoment och hastighet. Vridmomentet varierar med hastigheten, ökar till ett toppvärde och faller bort både över och under detta. Området för vilket vridmomentet är en användbar andel av det maximala beskrivs som "effektbandet". Dieselmotorer har i allmänhet ett bredare band än bensinmotorer och de tappar också mindre bränsleeffektivitet vid delgasinställningar.
Hi-Dyne-principen var att producera en motor där vridmomentkurvan var den omvända mot det vanliga: ett maximum vid låga varv och avtagande gradvis med ökande hastighet, så att den totala effekten (produkten av vridmoment och effekt) skulle förbli konstant, oavsett hastighet. En sådan motor kan inte uppnås enbart med en motorkonstruktion med normal aspiration.
Experiment med överladdning av dieselmotorer från 1930-talet och framåt, initialt av Sulzer och Saurer , hade visat att en robust konstruerad dieselmotor kunde överladdas kraftigt, så att dess utgående vridmoment kunde bli flera gånger större. Den slutliga begränsningen av denna process blev motorns förmåga att utvinna kraft genom det arbete som utfördes på kolven av de expanderande gaserna.
Genom att applicera en turboladdare är det möjligt att öka vridmomentet (och därmed effekten) vid låga hastigheter, för att matcha den naturligt sugna maximala effekten vid vridmomenttoppen. Om turboladdaren och dess inloppsgrenrör är noggrant dimensionerade för att ge den nödvändiga förstärkningen vid lågt tryck, men för att den levererade volymen ska hålla sig relativt konstant över detta, kan en omvänd vridmomentkaraktäristik med rpm uppnås.
Motorer
Fall lokomotiv
Samma koncept med en dieselmotor med konstant effekt med variabel överladdning hade tidigare använts i den flermotoriga 2 000 hk mekaniska transmissionen Fell-lokomotivet (British Rail 10100). Detta använde sex motorer totalt: fyra Paxman 12RPH-motorer och två AEC A210D-motorer enbart för att driva Holmes-Connersville Roots-kompressorerna . Vid låga hastigheter, upp till 24 mph, sattes de fyra motorerna i växel en efter en. Över denna hastighet, och upp till lokets maximala hastighet på 84 mph, styrdes överladdarens motorhastighet av en guvernör för att bibehålla det överladdade massflödet och därmed bibehålla uteffekten som en konstant. Vid full fart hade överladdningseffekten reducerats till nästan ingenting, eftersom flödet genom kompressorn nu motsvarade huvudmotorernas normala behov vid denna hastighet. Även om detta system visade sig vara flexibelt för att ge en mjuk körning och var pålitligt i drift, hade det nackdelarna med komplexitet och även att de potentiellt mer kraftfulla motorerna inte fungerade på sitt maximala när kraven på loket var som mest.
Hej-Dyne
Hi-Dyne använde en turboladdarkarakteristikkurva som var tillräcklig för att ge full boost vid låga varvtal, men chokas över detta när motorvarvtalet ökade, så att boosten minskade och därmed också det utgående vridmomentet.
Motorbränsletillförseln genom insprutningspumpen kontrollerades av en guvernör . Snarare än det vanliga arrangemanget där en kontrollingång från förarspaken ställer in ett motorvarvtal som upprätthålls av en regulator, valde kontrollingången i Hi-Dyne-motorn en uteffektnivå, som bibehölls av regulatorn.
Ansökningar
.jpg)
1954 installerades den första prototypen Hi-Dyne i Enterprise , ett 48-tons industrilokomotiv från Hudswell Clarke . Detta testades för en rad industriella användningsområden, särskilt för trafik på linjen Stockton till Darlington . Ovanligt för provningen av ett litet lok, inkluderade testtågen också en dynamometervagn . Motorn var en 6-cylindrig RPHXL V-motor utrustad med en Brown Boveri VTR 160 turboladdare . Guvernören var inställd på att ge en konstant effekt på 210 hk mellan 735 och 1 250 rpm. Den inpassade växellådan var en treväxlad Dual Fluidrive-växellåda (en form av dubbelkopplingsväxellåda ) med ett par vätskekopplingar . Denna växellåda hade fördelen att den undvek den tillfälliga kraftförlusten vid växling. Detta var en värdefull egenskap när lätta lokomotiv startade tunga tåg i sluttningar, eftersom det hjälpte till att undvika att tåget sprang från kontroll.
Ett av de mer varaktiga, om än oklara, arven från detta lok berodde på dess namn. Detta lok dök upp första gången 1954, under konstruktionen av DP1 , prototypen Class 55 Deltic . DP1 hade redan det interna projektnamnet Enterprise och det var tänkt att loket skulle namnges på samma sätt vid leveransen. För att undvika förväxling med Hudswell Clarke, och associering av detta prestigeprojekt med ett så litet och mindre lokomotiv, förvärvade DP1 istället namnet DELTIC , efter dess Deltic -motormotor .
Paxman levererade därefter sexton Hi-Dyne-motorer, baserade på den 6-cylindriga RPHXL (kontrakt 55096-103 och 55721-8) till Hudswell Clarke för lokomotiv för Sierra Leone Government Railways .
Liknande motorer
Paxman var inte ensam om att försöka utveckla dieselmotorer som gav högt vridmoment vid låg hastighet. De italienska uppfinnarna Enrico Hocke och Fausto Zarlatti patenterade 1938 ett "diesellokomotiv med direkt växellåda och med automatisk överladdad motor vid minskning av hastigheten", patent US2115525.