제2차 세계 대전 동안 나치 정권 내의 엔지니어들은 그 시대의 가장 훌륭하고 가장 발전된 공중 무기를 고안했습니다. 한 독일 전투기인 Focke-Wulf Fw 190은 한동안 연합군이 공중에 띄울 수 있는 모든 것을 능가했습니다.
연합군에게는 다행스럽게도, 그들의 편에 있는 공병은 결국 공중 우세 추를 자신들에게 유리하게 휘둘렀습니다. 오늘날 많은 사람들이 들어본 적도 없는 견고하고 독창적인 엔진은 Fw 190과 루프트바페의 나머지 부분을 무력화하는 데 도움이 되었습니다. 자체 방식으로 엔진은 연합군을 승리로 이끄는 데 도움이 되었습니다[출처:Rickard].
자동차와 항공기 모두에 사용된 슬리브 밸브 엔진은 Hawker Typhoon 및 Hawker Tempest와 같은 빠른 영국 전투기에 동력을 제공했습니다. 맹렬한 마력으로 그들은 연합군이 하늘을 장악하고 지상군에 대한 항공 지원을 제공하여 결국 전쟁에서 승리하도록 도왔습니다.
그러나 슬리브 밸브 엔진은 정확히 무엇이며 재미있는 이름은 무엇입니까? 그리고 오늘날 우리는 그들에 대해 많이 보거나 듣지 않습니까?
엔진은 연소 과정에서 각 실린더 내에서 위아래로 미끄러지는 얇은 금속 슬리브에서 이름을 얻었습니다. 일반적으로 슬리브와 슬리브가 들어 있는 실린더의 구멍은 예측 가능한 간격으로 정렬되어 배기 가스를 배출하고 신선한 공기를 흡입합니다.
명예로운 군 복무 기록에도 불구하고 복잡한 슬리브 밸브 설정은 오늘날 우리가 내연 기관에 사용하는 태핏 밸브에 실패했습니다. 물론 비행기에서는 모든 유형의 피스톤 구동 동력 장치가 제트 엔진으로 대체되었습니다.
하지만 잠시만요. 아직 슬리브 밸브를 쓸모없는 역사적 유물로 치부하지 마세요.
최소한 한 회사가 유서 깊은 슬리브 밸브 엔진을 다시 작동시키기 위해 노력하고 있지만 몇 가지 현대적인 변형이 있습니다.
다음 몇 페이지에서 슬리브 밸브 엔진을 회전시키는 요소를 살펴보겠습니다. 우리는 또한 그것이 발명된 지 한 세기가 넘은 지금, 다른 종류의 "싸움"에 봉사하기 위해 부름을 받는 이유와 함께 그것이 인기를 얻지 못한 이유를 조사할 것입니다.
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산업 시대의 절정기에 도착한 슬리브 밸브 엔진은 마치 스팀펑크 소설에 나올 법한 장치처럼 보입니다. 현대의 엔지니어들은 그 영리함에 감탄합니다. 그리고 그 높은 복잡성에서 찰칵찰칵.
그래서 경고를 받았습니다. 사실, 그 모든 조각들이 어떻게 함께 작동하는지 이해하면 그것은 꽤 아름다운 것입니다. 이제 소매를 걷어 올리십시오. 이제 슬리브 밸브 엔진의 내부 작동이 더러워질 것이기 때문입니다.
이 엔진은 설명을 거의 무시할 정도로 많은 일이 일어나고 있습니다. 하지만 우리는 노력할 것입니다. 슬리브 밸브 엔진은 태핏 밸브 엔진과 마찬가지로 다양한 구성으로 제공될 수 있습니다. 그러한 배열 중 하나인 비행기에 사용되는 방사형 슬리브 밸브 엔진은 Rock 'Em Sock 'Em Robot이 "The Matrix"의 "오징어" 센티넬과 함께 아기를 낳을 경우 얻을 수 있는 것과 약간 비슷합니다.
슬리브 밸브 엔진이 무엇이고 어떤 역할을 하는지 이해하려면 먼저 이것이 아닌 것을 이해하는 것이 도움이 될 수 있습니다. 무엇보다도 우리 대부분에게 친숙한 대중적인 시스템인 포펫 밸브 엔진이 아닙니다. 포핏 밸브는 오늘날 내연 기관의 사실상 표준입니다. 그것들을 사용하면 스프링의 장력을 받는 버섯 모양의 밸브가 리드미컬하게 열리고 닫혀 실린더의 연료, 공기 및 폐배기가스의 출입을 제어합니다.
반면에 슬리브 밸브는 슬라이딩, 때로는 회전하는 슬리브를 사용하여 각 압축 행정에서 얼마나 많은 공기와 연료가 폭발하는지 제어합니다. 연료와 공기를 점화하여 피스톤 세트를 구동하고 크랭크축을 돌리는 기본 전제는 다른 내연 기관과 동일합니다.
슬리브 밸브의 또 다른 특징이 있습니다. 슬리브가 회전하는 설계에서 슬리브로 절단된 포트는 발생하는 스트로크 부분에 따라 실린더의 흡기 포트 또는 배기 포트와 정렬됩니다. 슬리브가 앞뒤로 미끄러지더라도 피스톤은 각 슬리브 내에서 위아래로 움직입니다. 슬리브 동작은 크랭크축에 연결된 기어에 의해 구동됩니다.
정확히 무슨 일이 일어나는지 여전히 머리를 긁적입니다. 단계는 다음과 같습니다.
이제 여기에 여러 실린더를 곱하고 크랭크축에 던져 회전하도록 하면 슬리브 밸브 엔진이 생깁니다!
복잡하게 들린다면, 그건 그렇습니다. 이러한 엔진에 대한 주요 노크 중 하나는 엔진이 너무 복잡하다는 것입니다. 그러나 전체 프로세스가 실제로 작동하는 것을 보면 조금 더 이해가 됩니다. 이 페이지의 비디오를 확인하여 더 잘 시각화하십시오.
소용돌이를 켜십시오:슬리브 밸브 및 체적 효율성그렇다면 왜 이렇게 복잡한 엔진을 가지고 돌아다니고 싶어할까요? 결국 그들은 윤활유에 대한 갈증으로 악명 높았습니다. 그리고 그들은 모래와 같은 불순물을 친절하게 받아들이지 않았습니다. 대답은 체적 효율성의 이점을 제공한다는 것입니다. 다시 말해, 연소실 안팎으로 공기를 유입시키는 데 일반 엔진보다 훨씬 뛰어납니다. 또한 포트의 배열은 더 나은 소용돌이 특성을 제공합니다. 그것은 공학자들이 말하는 난기류의 공기를 생성하여 공기와 연료 혼합물이 더 효율적으로 연소되도록 합니다[출처:Raymond].
인디애나 태생의 Charles Yale Knight는 미국 중서부에서 자신의 농장 일지를 보고하고 출판하기 위해 1901년경에 3륜 Knox 자동차를 구입했습니다. 그러나 그는 자동차 밸브에서 발생하는 덜거덕거리는 소리가 귀에 심각한 통증을 유발한다는 사실을 발견했습니다. 그래서 그는 산업 기계에 대한 배경 지식을 가진 자긍심 있는 기업가라면 누구나 하는 일을 했습니다. 그는 스스로 더 나은 엔진을 만들기 시작했습니다.
부유한 후원자의 지원으로 그는 프로토타입을 개발하고 광범위하게 테스트했습니다. 1906년까지 그는 시카고 오토쇼에서 자신의 4기통 40마력 "Silent Knight" 자동차를 공개할 만큼 충분히 발전했습니다.
Knight 엔진은 실린더당 하나가 아닌 두 개의 슬리브를 특징으로 하며 내부 슬리브는 외부 내에서 슬라이딩합니다. 피스톤은 차례로 내부 슬리브 내부로 미끄러졌습니다. 그 이름에 걸맞게 기사는 인상적으로 조용했습니다. Knight 엔진이 당시의 시끄럽고 깨지기 쉬운 포핏 밸브보다 우수하다는 것이 입증되었음에도 불구하고, 미국 자동차 제조업체들은 처음에 이 엔진에 냉정한 태도를 보였습니다.
Knight와 그의 재정 후원자 L.B. Kilbourne은 해외에서 훨씬 더 나은 성과를 거두었습니다. 디자인을 약간 수정한 후 Knight 엔진은 영국의 Daimler 자동차에 적용되었습니다(Daimler-Benz와 혼동하지 말 것).
Silent Knight는 히트를 쳤고 곧 미국의 자동차 제조업체를 포함하여 다른 제조업체가 슬리브 밸브 작업에 참여하기를 원했습니다. Willys 자동차와 경트럭, Daimler, Mercedes-Benz 등은 Knight 슬리브 밸브 엔진을 사용했습니다[출처:Wells].
그러나 1920년대까지 슬리브 밸브 설계는 Knight의 슬리브 내 슬리브 구성을 넘어 발전했습니다. Burt-McCollum을 포함한 단일 슬리브 디자인은 더 가볍고 덜 복잡하며 제작 비용이 저렴하여 제조업체에 선호되었습니다. Bristol 및 Rolls-Royce와 같은 엔진 제조업체의 추가 수정으로 하늘을 날 수도 있습니다.
1885년 런던에서 태어난 Harry R. Ricardo(나중에 "Sir" Harry Ricardo)는 대학에서 공학 공부를 시작할 때까지 기다리지 않았습니다. 그는 어렸을 때 지역 기계공의 무릎에서 관찰하고 흡수했으며 기계공 공장에서 집으로 돌아와 엔진 제작에 대한 새로운 지식을 적용하곤 했습니다. 그는 나중에 이렇게 말할 것입니다:
"어렸을 때 나는 항상 일반적으로 엔진과 기계적인 움직임에 매료되었고, 무엇보다도 그러한 것들이 실제로 어떻게 만들어졌는지에 대한 거대한 신비에 매료되었습니다. 돌이켜보면 저는 이러한 초기 및 다른 어떤 것보다 설계 및 제조에 대한 매우 조잡한 시도" [출처:케임브리지 대학].
엔지니어로 일하는 성인 시절에 Ricardo는 치료할 수 없는 초과 성취자였습니다. 그는 제1차 세계 대전의 교착 상태를 깨는 데 도움이 된 탱크의 엔진을 조정하는 것 외에도 다양한 등급의 연료에 옥탄가를 지정하는 획기적인 연구를 주도했습니다.
아마도 제2차 세계 대전 중 그의 가장 주목할만한 공헌은 슬리브 밸브 엔진을 개선하기 위한 작업일 것입니다.
Ricardo는 1920년대에 슬리브 밸브 비행기 엔진이 더 높은 압축비를 생성할 수 있기 때문에 비교 가능한 태핏 밸브 엔진보다 더 큰 마력을 생성할 수 있다는 이론을 세웠다.
1941년까지 주력인 Supermarine Spitfire 전투기를 포함한 영국 항공기가 독일의 우수한 Focke-Wulf Fw 190의 공격을 받고 있다는 것이 밝혀졌습니다. 폭탄을 떨어뜨린 후 낮은 고도에서 잡으십시오.
1942년에 취역한 슬리브 밸브 엔진의 Hawker Typhoon은 이를 변경했습니다. 2,180마력의 네이피어 세이버 엔진으로 추진되는 "티피"의 추가 기동은 빠른 루프트바페 침입자를 격추할 수 있을 뿐만 아니라 폭탄도 운반할 수 있음을 의미했습니다. 전쟁 후반부에 폭탄과 로켓을 장착한 태풍은 연합군 지상군이 나치에 대한 올가미를 조이고 유럽에서 전쟁을 끝내면서 중추적인 역할을 했음이 입증되었습니다[출처:Rickard].
슬리브 밸브 엔진의 모범적인 군사 기록에도 불구하고, 제트 엔진은 전후 몇 년 동안 상업 및 군용 항공기를 지배할 것이라는 글이 벽에 붙어 있었습니다.
Knight, Ricardo 및 기타 사람들의 유산은 완전히 사라지지 않을 것입니다. 엔진 애호가들은 슬리브 밸브 엔진을 자체 제작 모델로 기념하고 향후 수십 년 동안 웹 사이트에서 기념할 것입니다. 일부 비행 모형 비행기는 소형 슬리브 밸브 엔진을 사용합니다. 그리고 이 기술이 세계에서 가장 크고 빠르게 성장하는 일부 자동차 시장에서 부활을 경험할 수도 있다고 생각할 수 있습니다.
그렇다면 슬리브 밸브 엔진은 내연 기관의 발전에 이르기까지 진화의 막다른 골목이었습니까?
이런 식으로 넣어 봅시다. 할리우드가 오래된 개념을 재활용하고 새로운 아이디어가 부족할 때 새로운 아이디어를 내는 것을 좋아하는 것처럼 자동차 산업도 마찬가지입니다. 전기 자동차는 (아이러니하게도) 전기 시동기가 내연 기관 자동차를 매우 실용적으로 만들기 전에 큰 이슈였습니다. 환경 문제가 세기가 바뀔 무렵 무덤에서 부활할 때까지 전기 자동차는 주류 자동차에서 거의 사라졌습니다.
마찬가지로 잠자고 있는 슬리브 밸브 엔진과 함께 사건이 전개될 수도 있습니다. "낡은 것이 다시 새롭다"는 말이 있듯이
캘리포니아주 산카를로스에 기반을 둔 Pinnacle Technologies는 슬리브 밸브에 대한 현대적인 해석을 채택하기 위해 아시아의 깨끗하고 저렴한 운송에 대한 억눌린 수요를 기대하고 있습니다. 새로운 엔진은 회사에서 설명하는 4행정, 스파크 점화(SI), 대향 피스톤, 슬리브 밸브 아키텍처를 기반으로 합니다.
Pinnacle 설립자 Monty Cleeves는 자신의 특허 받은 엔진이 현재의 내연 기관에 비해 효율성을 30~50% 향상시킬 수 있다고 말했습니다[출처:Pinnacle Engines].
Cleeves는 회사에서 발표한 성명에서 "이 엔진 기술은 전 세계가 감당할 수 있는 가격으로 하이브리드의 연비와 CO2 배출량을 제공합니다."라고 말했습니다.
Pinnacle은 전기 자동차가 기술을 조만간 쓸모 없게 만드는 것에 대해 걱정하지 않는다고 말합니다. 대신 인도와 중국과 같이 빠르게 성장하는 시장에 서비스를 제공할 큰 기회가 있다고 믿습니다. 그들과 다른 개발 도상국은 자동차 소유를 통해 시민들의 생활 수준을 향상시키면서 온실 가스 배출을 억제하기를 원합니다. 전기 자동차와 하이브리드는 여전히 상당한 가격 프리미엄을 지니고 있기 때문에 Pinnacle은 다시 구상한 슬리브 밸브가 모든 사람이 전기 자동차를 보다 저렴하게 이용할 수 있을 때까지 좋은 "브리지 기술"이라고 말합니다.
수백만 달러의 벤처 캐피털을 받은 Pinnacle은 아시아 자동차 제조업체와 라이선스 계약을 추진 중이며 생산이 2013년에 시작될 것으로 예상한다고 말했습니다.
큰 군용 항공기 괴짜로서 나는 이 임무를 수행하기 전에 슬리브 밸브 엔진에 대해 들어본 적이 있습니다. 그러나 그것은 그 정도에 관한 것이었습니다. 그들의 역사 속 각주 상태를 감안할 때, 나는 항상 그들을 단지 추상적으로만 생각했습니다. 자신의 차도에서 공부할 수 있는 포펫 밸브 엔진과 달리, 이 "소매 밸브 장치"는 증기 기관차와 같은 기이하지만 기이한 기술에 불과했습니다. 그래서 Interwebs의 힘을 두드려 작동하는 모습을 보았을 때 저는 즉시 경외심과 감탄을 동시에 받았습니다. 100년 전 사람들은 이 엄청나게 복잡한 기계에 생명을 불어넣는 데 필요한 모든 각도, 허용 오차, 무게 균형 등을 어떻게 알아냈을까요? 오늘날 기업가들이 이 개념에 새로운 생명을 불어넣으려 한다는 사실은 그 최초의 개척자들의 천재성과 비전에 대해 많은 것을 말해줍니다. 누군가는 원래의 20세기 슬리브 밸브 엔진이 "과도하게 설계"되었다고 주장할 수 있습니다. 즉, 자체 이익을 위해 너무 복잡했습니다. 아니면 단순히 재료 과학의 발전과 오늘날 우리가 누리고 있는 컴퓨터 지원 설계의 정확성이 부족하여 단지 시대를 앞서갔을 수도 있습니다.
