Zagłębiając się w historię motoryzacji można natknąć się na wiele ciekawych rozwiązań technicznych. Konstrukcje te w dzisiejszych czasach uchodzić mogą z jednej strony za czysty anachronizm, z drugiej są doskonałym świadectwem na to, że w minionej epoce motoryzacji czerpano wzorce z najnowocześniej wówczas gałęzi przemysłu – lotnictwa.

O tym, że w układzie rozrządu klasycznego silnika czterosuwowego zarówno napełnianie cylindra ładunkiem, jak i opróżnianie go ze spalin, odbywa się poprzez zawory, wie każdy, kto zna zasadę działania silnika spalinowego. O tym, że zawory umieszczone są najczęściej w głowicy, jak w przypadku silnika górnozaworowego, lub w kadłubie, jak w silniku dolnozaworowym, również słyszało wielu. Kto dziś jednak pamięta, że na początku ubiegłego wieku pojawiło się nowe wówczas rozwiązanie układu rozrządu, które wydawało się, że wyprze  klasyczny układ z zaworami grzybkowymi.

 

Autorem nowego wówczas rozwiązania układu rozrządu był Amerykanin Charles Y. Knight, drukarz z wykształcenia, dziennikarz z zawodu a konstruktor z zamiłowania. W 1903 r. postanowił on zastąpić zawory wlotowe i wylotowe cylindrycznymi elementami suwakowymi. Napełnianie cylindra i jego opróżnianie odbywało się przez okna znajdujące się zarówno na obwodzie cylindra, jak i w specjalnej tulei pomiędzy tłokiem a cylindrem. Okna na tulei nakładając się na okna w cylindrze otwierają i zamykają przelot, pozwalając na zassanie mieszanki paliwowo powietrznej oraz na usunięcie spalin. Napęd tulei rozwiązano poprzez zastosowanie złożonego mechanizmu wykonującego ruch posuwisto-obrotowy umiejscowionego w skrzyni korbowej silnika. Jego napęd skojarzono z ruchem wału korbowego, wymuszającego ruch tłoka za pomocą kół zębatych.

 

Rozwiązanie to określane mianem suwakowego czy też szybrowego opatentowane zostało w 1908 r. pod oficjalną nazwą rozrządu Knighta.  System ten okazał się znacznie cichszy od układów z wykorzystaniem konwencjonalnych zaworów, co było jego główną zaletą. Wyeliminowanie ruchomych części z głowicy polepszyło jej chłodzenie (czego nie można było powiedzieć o tłoku i cylindrze dodatkowo „nagrzewanym” tuleją) oraz pozwalało na zmniejszenie jej wielkości, a przez to stworzenie bardziej zwartej konstrukcji silnika. Dodatkowymi atutami rozrządu Knighta był brak ryzyka uderzenia tłoka w otwarty zawór np. podczas awarii rozrządu oraz bardzo dobra wymiana ładunku, co z kolei przekładało się na stosunkowo wysoką moc silnika.

 

Patent Knighta znalazł zastosowanie przede wszystkim w przemyśle lotniczym, gdzie kompaktowa budowa głowicy pozwalała na zmniejszenie wysokości silnika przy jego wysokiej mocy. Licencję na silnik bezzaworowy pierwsza wykupiła firma Bristol, a patent Knighta szybko znalazł zastosowanie w silnikach gwiazdowych (m.in. Bristol Hercules). Jednym z lepszych silników lotniczych opartych o rozrząd suwakowy był Sabre zbudowanym przez firmę Napier w układzie H i stosowanym np. w myśliwcu Hawker Tempest.

 

Nie trzeba było długo czekać aż nowinką techniczną, jaką był tego typu układ rozrządu, zainteresują się producenci samochodów.  Już w 1908 r. na Międzynarodowym Salonie Samochodowym w Brukseli pojawił się belgijski samochód Minerva z wyjątkowo cichobieżnym 6-cylindrowym silnikiem. Jak się okazało, chicha praca silnika była zasługą zastosowanego w nim rozrządu Knighta. Ciekawostką jest, że jednym z pierwszych nabywców tego modelu był Henry Ford.

 

W rok po opatentowaniu rozrządu suwakowego w ramach licencji, silniki bezzaworowe rozpoczął produkować również Mercedes, wkrótce do niego dołączył Daimler. W 1914 r. Knight zgodził się, by Laurint & Klement sam projektował i produkował takie silniki. Jednak największym producentem samochodów z takimi silnikami okazał się w latach 1914-1933, WILLYS-KNIGHT, który w swojej ofercie miał zarówno silniki 4- jak i 6-cylindrowe z systemem Knighta. Silniki z tego typu rozrządem z racji nienagannej kultury pracy oraz wysokich kosztów wytwarzania montowane były głównie w bardzo luksusowych pojazdach.

 

Stosowany przez ponad pierwsze 30 lat XX w. rozrząd suwakowy stanowił do czasu stworzenia elektronicznie sterowanych zmiennych faz rozrządu jedyny sposób na zapewnienie tak wysokiej kultury pracy silnika spalinowego. Niestety system ten był niezwykle drogi w produkcji, głównie przez skomplikowany mechanizm napędu tulei. Wymagał niesamowitej precyzji produkcji i montażu. Również trwałość tego typu silników pozostawiała wiele do życzenia. Silniki z rozrządem suwakowym nękane były głównie problemami ze smarowaniem obu tulei. Problemy z chłodzeniem cylindra w efekcie prowadziły do zacierania się silnika podczas dłuższej pracy na pełnej mocy. To z kolei spowodowało, że silniki bezzaworowe efektywne były tylko w przedziale obrotowym do ok. 2500 obr/min.

 

W latach 30. do głosu w fabrykach samochodów dochodziła ekonomia, a klienci żądali nie tylko luksusu, ale i niezawodności. W obliczu takich wymagań i swoich wad silniki oparte na rozrządzie suwakowym w przeciągu kilku lat zniknęły z produkcji. Ostatnimi producentami tego typu silników okazali się Avions Voisin  i Panhard Levassor. Również i dziś pomimo rozwoju technologii olejów i smarów istniejące wady oraz brak zapotrzebowania na silniki niskoobrotowe dużej mocy spowodowały, że rozrząd Knighta nie jest praktycznie stosowany.

 

Lista firm motoryzacyjnych produkujących silniki oparte o rozrząd systemu Knighta:

 

  • Brewster
  • Columbia
  • Daimler
  • Falcon-Knight
  • Laurint & Klement
  • Lyons-Knight
  • Mercedes-Benz
  • Minerva
  • Moline-Knight
  • Panhard et Levassor
  • Peugeot and Mors
  • R&V Knight
  • Silent-Knight
  • Stoddard-Dayton
  • Stearns-Knight
  • Voisin
  • Willys-Knight

 

 

Zasada działania:

 

Cylinder A w górnej części posiada okno wlotowe N i wylotowe M. W cylinder wsunięty jest szczelnie przylegający suwak rozrządczy K. Suwak ten ma dwa otwory F i F1, z których otwór wydechowy F jest nieco wyżej od otworu wlotowego F1. Wyobraźmy sobie, ż suwak K podnosi się w cylindrze. Wówczas otwór wydechowy F spotka się z oknem wydechowym cylindra M, przez co odsłonięta zostaje droga ujścia spalin. Przesuwający się dalej ku górze suwak K zamknie okno wylotowe, ale równocześnie znajdujący się niżej otwór F1 spotyka się z oknem wlotowym cylindra N, dzięki czemu następuje suw ssania.

Ta kolejność ściśle odpowiada czterotaktowemu systemowi pracy silnika. Przy opuszczaniu suwaka, okna będą się jednak otwierały w porządku odwrotnym: najpierw wlotowe, a później wylotowe. Tym samym ładunek mieszanki, która napływa do cylindra byłby momentalnie „wypchnięty”, co uniemożliwiałoby jego pracę. Dla przeszkodzenia takiemu zjawisku w silniku, wewnątrz suwaka K, był zamontowany drugi suwak – L – zamykający w odpowiednim czasie okna K. Również on posiadał dwa otwory. Suwak L spełniał równocześnie rolę tulei cylindra i to z nim stykał się pracujący w silniku tłok D.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *