Trong Chiến tranh thế giới thứ hai, các kỹ sư trong chế độ Đức Quốc xã đã phát minh ra một số loại vũ khí trên không tốt nhất và tiên tiến nhất của thời đại. Một máy bay chiến đấu của Đức, Focke-Wulf Fw 190, trong một thời gian đã vượt trội hơn bất cứ thứ gì mà Đồng minh có thể đưa lên không trung.
May mắn thay cho quân Đồng minh, các kỹ sư bên phía họ cuối cùng đã xoay được con lắc ưu thế trên không để có lợi cho họ. Một động cơ chắc chắn, độc đáo mà nhiều người ngày nay có lẽ chưa từng nghe đến đã giúp vô hiệu hóa Fw 190 và phần còn lại của Không quân Đức. Theo cách riêng của mình, một động cơ đã giúp thúc đẩy Đồng minh chiến thắng [nguồn:Rickard].
Động cơ van tay áo, đã được sử dụng trên cả ô tô và máy bay, cung cấp sức mạnh cho các máy bay chiến đấu tốc độ cao của Anh như Hawker Typhoon và Hawker Tempest. Với sức mạnh thô bạo của mình, họ đã giúp quân Đồng minh kiểm soát bầu trời, hỗ trợ trên không cho lực lượng mặt đất và cuối cùng giành chiến thắng trong cuộc chiến.
Nhưng chính xác thì động cơ van tay áo là gì, và cái tên vui nhộn là gì? Và tại sao ngày nay chúng ta không thấy hoặc nghe nhiều về chúng?
Động cơ được đặt tên từ ống bọc kim loại có thành mỏng trượt lên và xuống trong mỗi xi-lanh trong quá trình đốt cháy. Thông thường, các lỗ trên ống bọc và trong xi lanh chứa nó xếp thành hàng theo khoảng thời gian có thể dự đoán được để đẩy khí thải ra ngoài và hút không khí trong lành vào.
Bất chấp hồ sơ dịch vụ vũ trang danh giá của nó, thiết lập van tay áo phức tạp thua kém những gì chúng ta sử dụng trong động cơ đốt trong ngày nay, van rối. Tất nhiên, trong máy bay, các loại động cơ truyền động bằng piston chủ yếu nhường chỗ cho động cơ phản lực.
Nhưng hãy chờ đợi - đừng loại bỏ van tay áo như một di tích lịch sử vô dụng.
Ít nhất một công ty đang tìm cách đưa động cơ van tay áo đáng kính hoạt động trở lại, nhưng với một vài nút vặn hiện đại.
Trong một vài trang tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét điều gì làm cho động cơ van ống tay quay. Chúng tôi cũng sẽ xem xét lý do tại sao nó không được ưa chuộng, cùng với những lý do nó được gọi là bây giờ, hơn một thế kỷ sau khi được phát minh, để phục vụ trong một loại "chiến đấu" khác.
Nội dung
Xuất hiện như đã từng xảy ra trong thời kỳ đỉnh cao của Thời đại Công nghiệp, động cơ van tay áo trông giống như một thiết kế giống như ở nhà trong một cuốn tiểu thuyết steampunk. Các kỹ sư thời hiện đại ngạc nhiên về sự thông minh của nó. Và thật khó hiểu vì độ phức tạp cao của nó.
Vì vậy, ở đó, bạn đã được cảnh báo. Trên thực tế, đó là một điều tuyệt vời khi bạn hiểu cách tất cả những mảnh ghép đó hoạt động cùng nhau. Bây giờ hãy xắn tay áo lên, bởi vì chúng ta sắp bắt đầu xuống sức và làm bẩn các hoạt động bên trong của động cơ van tay áo.
Động cơ này đã xảy ra quá nhiều thứ mà nó gần như bất chấp mô tả. Nhưng chúng tôi sẽ thử. Động cơ van tay đòn, giống như các đối tác van rối của chúng, có thể có nhiều cấu hình khác nhau. Một trong những cách sắp xếp như vậy, động cơ van tay áo hướng tâm được sử dụng trên máy bay, trông giống như những gì bạn có thể nhận được nếu Robot Rock 'Em Sock' Em sinh con với lính canh "con mực" từ "The Matrix".
Để hiểu động cơ van tay áo là gì và có tác dụng gì, trước tiên có thể hiểu nó không phải là gì. Trước hết, nó không phải là hệ thống phổ biến mà hầu hết chúng ta đều quen thuộc, là động cơ van poppet. Van poppet là tiêu chuẩn thực tế trên động cơ đốt trong ngày nay. Với chúng, các van hình nấm dưới sức căng của lò xo đóng mở nhịp nhàng để kiểm soát sự ra vào của nhiên liệu, không khí và khí thải trong xi lanh.
Mặt khác, van tay áo sử dụng ống trượt, đôi khi xoay để kiểm soát lượng không khí và nhiên liệu được kích nổ với mỗi hành trình nén. Tiền đề cơ bản của việc đốt cháy nhiên liệu và không khí để dẫn động một bộ pít-tông và làm quay trục khuỷu cũng giống như với các động cơ đốt trong khác.
Đây là một tính năng khác biệt khác của van tay áo. Trên các thiết kế mà ống tay quay quay, các cổng được cắt vào đó sẽ thẳng hàng với cổng nạp hoặc cổng xả trong xi lanh, tùy thuộc vào phần nào của hành trình đang diễn ra. Một piston di chuyển lên và xuống trong mỗi ống bọc, ngay cả khi ống tay áo đang trượt qua lại. Chuyển động tay áo được dẫn động bởi các bánh răng kết nối với trục khuỷu.
Bạn vẫn gãi đầu về điều gì, chính xác, đang diễn ra? Đây là các bước:
Bây giờ, nhân nó với một số xi lanh và ném vào một trục khuỷu để chúng quay, và bạn đã có cho mình một động cơ van tay áo!
Nếu nó nghe có vẻ phức tạp, thì đó là bởi vì nó là như vậy. Một trong những yếu tố chính chống lại những động cơ này là chúng rất phức tạp. Tuy nhiên, nó có ý nghĩa hơn một chút khi bạn thấy toàn bộ quy trình đang hoạt động. Xem video trên trang này để hình dung rõ hơn.
Mở vòng xoáy của bạn:Van tay áo và Hiệu suất thể tíchVậy tại sao mọi người lại muốn chơi với một động cơ phức tạp như thế này? Rốt cuộc, họ nổi tiếng là khát dầu bôi trơn; và họ không quan tâm đến những tạp chất như sạn. Câu trả lời là chúng mang lại lợi thế về hiệu quả thể tích. Nói cách khác, chúng tốt hơn nhiều so với động cơ thông thường trong việc đưa không khí vào và ra khỏi buồng đốt. Ngoài ra, sự sắp xếp của các cổng cung cấp các đặc tính xoáy tốt hơn. Đó là lý do kỹ sư, chúng tạo ra không khí hỗn loạn, khiến hỗn hợp không khí và nhiên liệu đốt cháy hiệu quả hơn [nguồn:Raymond].
Charles Yale Knight sinh ra ở Indiana đã mua một chiếc ô tô ba bánh Knox vào khoảng năm 1901 để ông có thể báo cáo và xuất bản tạp chí nông trại của mình ở miền Trung Tây Hoa Kỳ. Nhưng anh ấy nhận thấy tiếng ồn ào do van xe tạo ra là một tai nạn nghiêm trọng. Vì vậy, anh ấy đã làm điều mà bất kỳ doanh nhân tự trọng nào có nền tảng về máy móc công nghiệp sẽ làm:Anh ấy bắt đầu tự chế tạo một động cơ tốt hơn.
Với sự ủng hộ của một người ủng hộ giàu có, ông đã phát triển và thử nghiệm rộng rãi các nguyên mẫu. Đến năm 1906, ông đã đạt đủ tiến bộ để tiết lộ chiếc xe "Hiệp sĩ im lặng" 4 xi-lanh, công suất 40 mã lực tại Triển lãm ô tô Chicago.
Động cơ Knight không chỉ có một mà là hai ống bọc trên mỗi xi-lanh, với ống bọc bên trong trượt ra bên ngoài. Lần lượt, piston trượt vào bên trong ống tay áo bên trong. Hiệp sĩ, đúng với biệt danh của nó, trầm lặng một cách ấn tượng. Mặc dù động cơ Knight tỏ ra vượt trội so với các loại van lớn và dễ vỡ ngày nay, nhưng ban đầu, các nhà sản xuất ô tô Hoa Kỳ đã cho nó một vai trò lạnh lùng.
Knight và nhà hảo tâm tài chính L.B. Kilbourne có kết quả tốt hơn ở nước ngoài. Sau một số cải tiến về thiết kế, động cơ Knight đã xuất hiện trên những chiếc xe Daimler ở Anh (đừng nhầm với Daimler-Benz).
Hiệp sĩ im lặng đã thành công vang dội, và ngay sau đó các nhà sản xuất khác cũng muốn tham gia vào hành động van tay áo - bao gồm cả các nhà sản xuất ô tô ở Hoa Kỳ. Xe hơi và xe tải hạng nhẹ của Willys, Daimler và Mercedes-Benz, cùng những hãng khác, đã sử dụng động cơ van tay áo Knight [nguồn:Wells].
Tuy nhiên, vào những năm 1920, thiết kế van tay áo đã vượt xa cấu hình tay áo trong-một ống tay của Knight. Các thiết kế một tay, bao gồm cả Burt-McCollum, nhẹ hơn, ít phức tạp hơn và ít tốn kém hơn để chế tạo, và do đó được các nhà sản xuất ưa chuộng hơn. Với sự sửa đổi thêm từ các nhà sản xuất động cơ như Bristol và Rolls-Royce, chúng thậm chí sẽ bay lên tận bầu trời.
Harry R. Ricardo (sau này là "Ngài" Harry Ricardo), sinh năm 1885 tại London, không đợi đến khi học đại học mới bắt đầu học kỹ thuật. Anh ấy đã quan sát và tiếp thu đầu gối của một người thợ máy địa phương khi còn là một cậu bé, và sẽ trở về nhà từ cửa hàng của người thợ máy để áp dụng kiến thức mới của mình vào việc chế tạo động cơ. Sau đó anh ấy sẽ nói:
"Khi còn nhỏ, tôi luôn bị cuốn hút bởi động cơ và chuyển động cơ học nói chung, và trên hết, bởi bí ẩn lớn về cách những thứ như vậy thực sự được tạo ra ... nhìn lại, tôi nghĩ rằng tôi đã học được nhiều giá trị thực tế hơn từ những điều này sớm và những nỗ lực rất thô sơ trong việc thiết kế và sản xuất hơn bất cứ thứ gì khác "[nguồn:Đại học Cambridge].
Ricardo, ở tuổi trưởng thành là một kỹ sư làm việc, là một chứng bệnh quá khích không thể chữa khỏi. Ngoài việc điều chỉnh động cơ trên xe tăng đã giúp phá vỡ thế bế tắc của Thế chiến thứ nhất, ông còn dẫn đầu nghiên cứu đột phá về việc ấn định chỉ số octan cho các loại nhiên liệu khác nhau.
Có lẽ đóng góp đáng chú ý nhất của ông trong những năm Chiến tranh thế giới thứ hai là công việc của ông trong việc làm cho động cơ van ống tay áo tốt hơn.
Ricardo đã đưa ra giả thuyết vào những năm 1920 rằng động cơ máy bay có van tay áo có thể tạo ra mã lực lớn hơn so với động cơ có van đầu kéo tương đương vì nó có thể tạo ra tỷ số nén cao hơn.
Hóa ra là vào năm 1941, các máy bay của Anh, bao gồm cả máy bay chiến đấu Supermarine Spitfire, đã tấn công dồn dập từ Focke-Wulf Fw 190 siêu hạng của Đức. Những chiếc Fw 190 cũng đã tiến hành các cuộc tấn công mặt đất vào các cơ sở của Đồng minh mà gần như không bị trừng phạt, vì không có gì có thể bắt chúng ở độ cao thấp sau khi chúng thả bom.
Tàu Hawker Typhoon có van tay áo, đi vào hoạt động năm 1942, đã thay đổi điều đó. Được thúc đẩy bởi động cơ Napier Sabre 2.180 mã lực, khả năng hoạt động bổ sung của "Tiffy" có nghĩa là nó không chỉ có thể bắn hạ những tên lính xuyên không nhanh của Không quân Đức mà còn có thể mang bom. Sau đó trong chiến tranh, những chiếc Typhoon được trang bị bom và tên lửa sẽ chứng tỏ vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ lực lượng mặt đất của Đồng minh khi chúng siết chặt thòng lọng đối với Đức Quốc xã và kết thúc chiến tranh ở châu Âu [nguồn:Rickard].
Bất chấp hồ sơ quân sự mẫu mực của động cơ van tay áo, trên tường vẫn viết:động cơ phản lực sẽ thống trị hàng không thương mại và quân sự từ những năm sau chiến tranh trở đi.
Di sản của Knight, Ricardo và những người khác sẽ không hoàn toàn mất đi - những người đam mê động cơ sẽ tưởng nhớ động cơ van tay áo với các mẫu xe chế tạo tại nhà và trên các trang web trong nhiều thập kỷ tiếp theo. Một số máy bay mô hình bay sử dụng động cơ van tay áo thu nhỏ. Và có thể hình dung được rằng công nghệ này có thể trỗi dậy ở một số thị trường ô tô lớn nhất và phát triển nhanh nhất thế giới.
Vậy, động cơ van tay áo có phải là một ngõ cụt tiến hóa, cho đến thời điểm trước của quá trình đốt trong?
Hãy đặt nó theo cách này. Giống như Hollywood thích tái chế các khái niệm cũ và tạo ra một sự thay đổi mới cho chúng khi nguồn ý tưởng mới đang cạn kiệt, ngành công nghiệp ô tô cũng vậy. Bạn có thể nhớ lại ô tô điện là một vấn đề lớn trước đây (trớ trêu thay) bộ khởi động điện làm cho ô tô đốt trong có tính ứng dụng cao. Điện tử đã biến mất khá nhiều khỏi các phương tiện ô tô chính thống cho đến khi những lo ngại về môi trường đưa chúng trở lại mồ chôn vào gần đầu thế kỷ này.
Và do đó, tương tự, trường hợp có thể xảy ra với động cơ van tay đòn đang ngủ gật. Như câu nói, "cái cũ lại trở thành cái mới".
Công ty Pinnacle Technologies có trụ sở tại San Carlos, California đang dựa vào nhu cầu dồn nén về phương tiện giao thông sạch, giá rẻ ở châu Á để khai thác cách giải thích hiện đại về van tay áo. Một động cơ mới dựa trên những gì công ty mô tả là kiến trúc bốn thì, đánh lửa bằng tia lửa (SI), piston đối nghịch, van tay áo.
Người sáng lập Pinnacle, Monty Cleeves cho biết động cơ được cấp bằng sáng chế của ông có thể mang lại hiệu suất cải thiện 30-50% so với động cơ đốt trong hiện tại [nguồn:Pinnacle Engines].
"Công nghệ động cơ này cung cấp khả năng tiết kiệm nhiên liệu và lượng khí thải CO2 của xe hybrid với mức giá mà cả thế giới có thể mua được", Cleeves cho biết trong một tuyên bố do công ty phát hành
Pinnacle cho biết họ không lo lắng về việc xe điện sẽ khiến công nghệ của họ sớm lỗi thời. Thay vào đó, họ tin rằng có một cơ hội lớn để phục vụ các thị trường đang phát triển nhanh chóng như Ấn Độ và Trung Quốc. Họ và các nước đang phát triển khác muốn hạn chế phát thải khí nhà kính đồng thời nâng cao mức sống của công dân thông qua việc sở hữu phương tiện cơ giới. Vì xe điện và xe hybrid vẫn có giá cao hơn đáng kể, nên Pinnacle cho biết van tay áo được hình dung lại của nó là một "công nghệ cầu nối" tốt cho đến khi điện trở nên hợp túi tiền hơn đối với mọi người.
Pinnacle, công ty đã nhận được vài triệu đô la đầu tư mạo hiểm, cho biết họ đang theo đuổi thỏa thuận cấp phép với một nhà sản xuất ô tô châu Á và dự kiến việc sản xuất sẽ bắt đầu vào năm 2013.
Là một người đam mê máy bay quân sự, tôi đã nghe nói về động cơ van tay áo trước khi nhận nhiệm vụ này. Nhưng đó là về mức độ của nó. Với tình trạng chú thích cuối trang của họ trong lịch sử, tôi đã luôn nghĩ về họ chỉ đơn thuần trong phần tóm tắt. Không giống như động cơ van poppet mà bạn có thể nghiên cứu trên đường lái xe của riêng mình, những "thứ van tay áo" này đối với tôi chỉ là một công nghệ bị lãng quên, nếu là cổ điển, giống như đầu máy hơi nước. Vì vậy, khi tôi chạm vào sức mạnh của Interwebs để xem họ hoạt động, tôi đã ngay lập tức bị kinh ngạc và ngưỡng mộ. Làm thế nào những người 100 năm trước tìm ra tất cả các góc cần thiết, dung sai, cân bằng trọng lượng và hơn thế nữa để đưa những cỗ máy vô cùng phức tạp này vào cuộc sống? Thực tế là các doanh nhân ngày nay đang tìm cách thổi sức sống mới vào khái niệm này đã nói lên rất nhiều điều về thiên tài và tầm nhìn của những người tiên phong ban đầu đó. Người ta có thể tranh luận rằng các động cơ van tay áo nguyên bản của thế kỷ 20 đã được "chế tạo quá mức" - nghĩa là chúng quá phức tạp so với lợi ích của chúng. Hoặc có thể đơn giản là, thiếu những tiến bộ trong khoa học vật liệu và độ chính xác của thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính mà chúng ta yêu thích ngày nay, chúng chỉ đi trước thời đại.
Vòng đệm hoạt động như thế nào trong xe của tôi?
Cách động cơ diesel hoạt động - Phần 3
Động cơ kết hợp hoạt động như thế nào?
Bộ điều nhiệt ô tô hoạt động như thế nào? (&Cách kiểm tra)