โมโนซุปเป้
เครื่องยนต์โรตารี่ Gnome 9N Monosoupape ขนาด 160 แรงม้า ปี 1917 พร้อม ระบบ จุดระเบิดคู่เส้นผ่านศูนย์กลาง 95 ซม. (37.4 นิ้ว)
พิมพ์	เครื่องยนต์อากาศยานแบบโรตารี่
สัญชาติ	ฝรั่งเศส
ผู้ผลิต	Gnome et Rhône
การวิ่งครั้งแรก	1913
การใช้งานหลัก	แอร์โค ดีเอช.2 นีอูปอร์ต 28

เครื่องยนต์Monosoupape ( ภาษาฝรั่งเศสแปลว่าวาล์วเดี่ยว ) เป็นการ ออกแบบ เครื่องยนต์โรตารี่ที่เปิดตัวครั้งแรกในปี 1913 โดยบริษัท Gnome Engine Company (เปลี่ยนชื่อเป็นGnome et Rhôneในปี 1915) โดยใช้การจัดเรียงพอร์ตถ่ายโอน ภายใน เพื่อแทนที่วาล์วไอดีลูกสูบกลางอัตโนมัติที่พบในเครื่องยนต์ Gnome รุ่นก่อนหน้า การกำจัดวาล์วไอดีช่วยขจัดสาเหตุทั่วไปของความล้มเหลวของเครื่องยนต์ แต่ก็ส่งผลให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมากขึ้นด้วย^{[ 1 ]}

ผู้ผลิตเครื่องบินของฝรั่งเศสสั่งซื้อเครื่องยนต์ Monosoupape ค่อนข้างน้อย โดยเลือกใช้เครื่องยนต์ประเภทอื่น รวมถึงเครื่องยนต์Le Rhône series ของ Gnome et Rhône เอง ^{[ 1 ]}มีการผลิตเครื่องยนต์ Monosoupape จำนวน 2,188 เครื่องในสหราชอาณาจักร^{[ 2 ]}และมีการผลิตเพิ่มเติมภายใต้ใบอนุญาตในอิตาลีและสหรัฐอเมริกา^{[ 1 ]}

โทมัส โซปวิธนักออกแบบเครื่องบินชาวอังกฤษอธิบายว่าโมโนซูเพปเป็น "หนึ่งในความก้าวหน้าครั้งยิ่งใหญ่ที่สุดในด้านการบิน" ^{[ 3 ]}อย่างไรก็ตาม เครื่องบินประเภทนี้ก็ถูกวิพากษ์วิจารณ์ในเรื่องความน่าเชื่อถือที่ต่ำ โดยฮิวจ์ เทรนชาร์ดผู้บัญชาการกองบินหลวงอธิบายว่าเป็น "เครื่องยนต์ที่แย่มาก" ^{[ 4 ]}

เครื่องยนต์โรตารี่ Gnome รุ่นแรกๆ เช่นGnome Omega , LambdaและDeltaใช้การจัดเรียงวาล์วเพื่อกำจัดก้านดันที่ทำงานในช่วงทางเข้าของวัฏจักรการเผาไหม้ในเครื่องยนต์แบบดั้งเดิม แทนที่จะใช้ก้านดัน วาล์วไอเสียตัวเดียวบน หัว กระบอกสูบจะทำงานโดยเปิดวาล์วเมื่อความดันลดลงในตอนท้ายของจังหวะกำลัง วาล์วไอดีที่ทำงานด้วยแรงดัน ซึ่งสมดุลด้วยตุ้มถ่วงเพื่อปรับสมดุลแรงเหวี่ยง จะถูกวางไว้ตรงกลางของหัวลูกสูบ โดยจะเปิดเพื่อให้ส่วนผสมเชื้อเพลิงและอากาศเข้าไปจากห้องข้อเหวี่ยงกลางของเครื่องยนต์^{[ 5 ]}

การใช้วาล์วไอดีอัตโนมัติในหัวลูกสูบมีข้อเสียหลายประการ ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรของเครื่องยนต์ต่ำเนื่องจากวาล์วไอดีเปิดช้ากว่าและปิดเร็วกว่าจังหวะที่เหมาะสมซึ่งสามารถทำได้ด้วยวาล์วแบบขับเคลื่อน วาล์วไอดียังเป็นแหล่งที่มาของความน่าเชื่อถือต่ำและการบำรุงรักษาสูง เนื่องจากวาล์วเหล่านี้เสียสมดุลและอุดตันได้ง่าย นอกจากนี้ วาล์วยังทำงานได้ไม่ดีในระดับความสูงที่สูงขึ้น^{[ 6 ]}

ในปี พ.ศ. 2456 บริษัท Gnome Motor ได้แนะนำเครื่องยนต์ ซีรีส์ Monosoupape รุ่นใหม่ ซึ่งได้กำจัดวาล์วไอดีที่มีปัญหาออกไป โดยแทนที่ด้วยพอร์ตถ่ายโอนที่ควบคุมด้วยลูกสูบคล้ายกับที่พบในเครื่องยนต์สองจังหวะ^{[ 1 ]} เริ่ม จากจังหวะกำลัง เครื่องยนต์ สี่จังหวะทำงานตามปกติจนกระทั่งลูกสูบเคลื่อนที่ไปครึ่งทางถึงจุดต่ำสุดของช่วงชัก (จุดศูนย์ตายล่าง หรือ BDC) เมื่อวาล์วไอเสียเปิด "ก่อนกำหนด" ซึ่งทำให้ก๊าซเผาไหม้ที่ยังร้อนอยู่ "พุ่ง" ออกจากเครื่องยนต์ในขณะที่ลูกสูบยังคงเคลื่อนที่ลง ช่วยลดแรงดันไอเสียและป้องกันไม่ให้ก๊าซไอเสียเข้าไปในห้องข้อเหวี่ยง หลังจากเคลื่อนที่ไปอีกเล็กน้อย ลูกสูบจะเปิดพอร์ตเล็กๆ 36 พอร์ต รอบฐานของกระบอกสูบ ซึ่งนำไปสู่ห้องข้อเหวี่ยงที่บรรจุส่วนผสมเชื้อเพลิง-อากาศเพิ่มเติม ( ประจุ ) การถ่ายโอนจะไม่เกิดขึ้นในจุดนี้เนื่องจากไม่มีความแตกต่างของแรงดัน กระบอกสูบยังคงเปิดรับอากาศและอยู่ที่ความดันบรรยากาศ วาล์วเหนือศีรษะระบายไอเสียโดยตรงเข้าสู่กระแสลมเนื่องจากไม่สามารถติดตั้งท่อร่วมไอเสีย เข้ากับห้องข้อเหวี่ยงและกระบอกสูบที่กำลังหมุนได้ ^{[ 7 ] : 7–12}

ในระหว่างจังหวะไอเสีย การกวาดล้างเกิดขึ้นเนื่องจากอากาศที่เคลื่อนผ่านด้านนอกของกระบอกสูบทำให้ความดันภายในลดลงเนื่องจากช่องไอเสียสัมผัสกับกระแสลมโดยตรง ลูกสูบยังคงเคลื่อนที่ในจังหวะไอเสียจนถึงจุดศูนย์ตายบน (TDC) แต่ลิ้นวาล์วยังคงเปิดอยู่ ลูกสูบเริ่มเคลื่อนที่ลงในจังหวะดูดอากาศโดยที่ลิ้นวาล์วยังคงเปิดอยู่ ดึงอากาศใหม่เข้าไปในกระบอกสูบ ลิ้นวาล์วยังคงเปิดอยู่จนกระทั่งเคลื่อนที่ลงมาได้สามในสี่ของระยะทาง จากนั้นลิ้นวาล์วจะปิดลง และส่วนที่เหลือของจังหวะดูดอากาศจะลดความดันอากาศลงอย่างมาก เมื่อลูกสูบเปิดช่องถ่ายเทอีกครั้ง ความดันต่ำในกระบอกสูบจะดึงส่วนผสมที่เหลือเข้าไป^{[ 7 ] : 7–12}

ส่วนผสมเชื้อเพลิงและอากาศมีปริมาณมากเกินไป ซึ่งได้มาจากเพลาข้อ เหวี่ยงกลวง อากาศเข้าทางช่องรับอากาศที่ด้านหลังของเพลาข้อเหวี่ยง เชื้อเพลิงถูกฉีดอย่างต่อเนื่องโดยหัวฉีดเชื้อเพลิงที่ปลายท่อเชื้อเพลิง ซึ่งเข้าสู่ห้องข้อเหวี่ยงผ่านทางเพลาข้อเหวี่ยงกลวงเช่นกัน หัวฉีดอยู่ใกล้และเล็งไปที่ฐานด้านในของกระบอกสูบซึ่งเป็นที่ตั้งของพอร์ตถ่ายโอน หัวฉีดเชื้อเพลิงอยู่กับที่พร้อมกับเพลาข้อเหวี่ยง และกระบอกสูบหมุนเข้าที่ตามลำดับ จังหวะการอัดเป็นแบบปกติ^{[ 7 ] : 7–12}

หัวเทียนถูกติดตั้งในแนวนอนที่ด้านหลังของกระบอกสูบด้านบน แต่ไม่มีสายไฟแรงสูงเชื่อมต่อ เฟืองวงแหวนฟันภายในที่ติดตั้งบนเครื่องยนต์จะขับแม็กนีโต แบบอยู่กับที่ซึ่งติดตั้งอยู่บนแผงกั้นห้องเครื่อง โดยขั้วเอาต์พุตแรงสูงของแม็กนีโตจะอยู่ใกล้กับขั้วหัวเทียนขณะที่เคลื่อนผ่านไป การจัดเรียงนี้ช่วยขจัดความจำเป็นในการใช้ตัวจ่ายไฟและสายไฟแรงสูงที่พบในระบบจุดระเบิดแบบตั้งเวลาเชิงกลทั่วไป^{[ 7 ] : 17–22} เฟืองวงแหวนนี้ยังขับปั๊มน้ำมันซึ่งจ่ายน้ำมันให้กับแบริ่ง ทั้งหมด และผ่านก้านดันกลวงไปยังกระเดื่องและวาล์ว เฟืองวงแหวนยังสามารถใช้ขับปั๊มน้ำมันเบนซินหรือคอมเพรสเซอร์อากาศเพื่อเพิ่มแรงดันในถังเชื้อเพลิงได้^{[ 7 ] : 27–33} รุ่น Gnome 9N ขนาด 160 แรงม้า (120 กิโลวัตต์) ในภายหลังมีระบบจุดระเบิดที่มีหัวเทียนสองหัวต่อกระบอกสูบและแม็กนีโตสองตัว^{[ 5 ]}

โมโนซูเปปมีตัวควบคุมการจ่ายน้ำมันเบนซินเพียงตัวเดียวที่ใช้สำหรับการควบคุมความเร็วในระดับจำกัด^{[ 7 ]}ในตัวอย่างแรกๆ ความเร็วของเครื่องยนต์สามารถควบคุมได้โดยการปรับเวลาและขอบเขตการเปิดของวาล์วไอเสียโดยใช้คันโยกที่กระทำต่อลูกกลิ้งวาล์ว แต่ต่อมาวิธีการนี้ถูกยกเลิกเนื่องจากทำให้วาล์วไหม้ แทนที่จะใช้สวิตช์แบบ "blip" หรือที่เรียกว่า "coupe" ซึ่งจะตัดการจุดระเบิดเมื่อกด มีการใช้สวิตช์นี้อย่างจำกัดเพื่อหลีกเลี่ยงการทำให้หัวเทียนสกปรก เนื่องจากปลอดภัยที่จะใช้เฉพาะเมื่อตัดการจ่ายเชื้อเพลิงแล้วเท่านั้น รุ่นย่อย 9N ที่มีกำลัง 160 แรงม้า (120 กิโลวัตต์) ในภายหลัง ยังมีวิธีการทำงานที่แปลกใหม่ด้วยระบบจุดระเบิดคู่ในตัว ซึ่งช่วยให้สามารถลดกำลังลงได้ครึ่งหนึ่ง หนึ่งในสี่ และหนึ่งในแปดส่วน โดยใช้สวิตช์คูเป้และสวิตช์หมุนห้าตำแหน่งพิเศษที่เลือกกำลังไฟฟ้าสำรองสามระดับที่จะเลือกใช้เมื่อกดสวิตช์คูเป้ ทำให้สามารถตัดแรงดันประกายไฟไปยังกระบอกสูบทั้งเก้ากระบอกได้ในระยะเวลาที่เท่ากัน เพื่อให้ได้ระดับการลดกำลังหลายระดับ^{[ 5 ] [ a ]}

ระบบหล่อลื่น เช่นเดียวกับเครื่องยนต์โรตารี่ทั้งหมด เป็นแบบสูญเสียทั้งหมด โดย สูบ น้ำมันละหุ่งเข้าไปในส่วนผสมเชื้อเพลิงและอากาศ ใช้น้ำมันละหุ่งเพราะมันไม่ละลายในเชื้อเพลิงได้ง่าย และเพราะมีคุณสมบัติในการหล่อลื่นที่ดีกว่าน้ำมันชนิดอื่นที่มีอยู่ น้ำมันละหุ่งมากกว่าสองแกลลอนถูกพ่นเข้าไปในอากาศในแต่ละชั่วโมงของการทำงานของเครื่องยนต์^{[ 6 ]}นี่อธิบายได้ว่าทำไมเครื่องยนต์โรตารี่ส่วนใหญ่จึงติดตั้งฝาครอบ โดยส่วนล่างสุดหนึ่งในสี่จะถูกเว้นไว้เพื่อเบี่ยงเบนละอองน้ำมันละหุ่งออกจากนักบิน น้ำมันละหุ่งที่เผาไหม้ไม่หมดจากเครื่องยนต์มีฤทธิ์เป็นยาระบายหากนักบินกลืนกินเข้าไป^{[ 8 ]}อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ Monosoupapeใช้น้ำมันหล่อลื่นน้อยกว่า และมีน้ำหนักเบากว่าเครื่องยนต์ Gnome รุ่นก่อนหน้าที่มีวาล์วไอดีอยู่ที่หัวลูกสูบเล็กน้อย^{[ 9 ]}

โนม โมโนซุปาเป้ 7 ประเภท A

เครื่องยนต์โรตารี่ 7 สูบ กำลัง 80 แรงม้า (60 กิโลวัตต์) ขนาดกระบอกสูบและช่วงชัก : 110 มม. × 150 มม. (4.3 นิ้ว × 5.9 นิ้ว)

โนม โมโนซุปเป้ 9 ชนิด B-2

เครื่องยนต์โรตารี่ 9 สูบ กำลัง 100 แรงม้า (75 กิโลวัตต์) ขนาดกระบอกสูบและช่วงชัก: 110 มม. × 150 มม. (4.3 นิ้ว × 5.9 นิ้ว) รุ่นนี้ผลิตภายใต้ลิขสิทธิ์ในสหราชอาณาจักรและสหรัฐอเมริกา

โนม โมโนซุปเป้ 11 ประเภท C

รุ่น 11 สูบ กำลัง 200 แรงม้า (150 กิโลวัตต์)

Gnome Monosoupape 18 Type C

รุ่น 18 สูบ กำลัง 240 แรงม้า (180 กิโลวัตต์)

โนม โมโนซุปาเป้ 9 ชนิด N

(1917) เครื่องยนต์โรตารี่เก้าสูบ มีเส้นผ่านศูนย์กลางห้องข้อเหวี่ยงใหญ่กว่ารุ่น B-2 กำลัง 150 หรือ 160 แรงม้า (112 หรือ 119 กิโลวัตต์) ความจุเพิ่มขึ้นเป็น 15.8 ลิตร (960 ลูกบาศก์นิ้ว) ขนาดกระบอกสูบและช่วงชัก: 115 มม. × 170 มม. (4.5 นิ้ว × 6.7 นิ้ว)

Gnome Monosoupape 9 Type R

เครื่องยนต์โรตารี่ 9 สูบ 180 แรงม้า พัฒนามาจากรุ่น 9N โดยมีระยะชักเท่ากันที่ 170 มม. (6.7 นิ้ว)

• อัฟโร 504
• อัฟโร 511
• บริสตอล-โคอันดา GB75
• โซพวิธ พัพ
• โวซิน แอล

• โมราน-ซอลเนียร์ AI
• นีอูปอร์ต 28
• โอเรนโก้ บี
• โซปวิธ แคเมล

• เครื่องยนต์โมโนซูเพปเก้าสูบจัดแสดงให้ประชาชนทั่วไปชมที่พิพิธภัณฑ์กองทัพอากาศหลวงแห่งลอนดอน^{[ 10 ]}
• เครื่องยนต์โมโนซูเพปเก้าสูบจัดแสดงให้ประชาชนทั่วไปชมที่พิพิธภัณฑ์การบินและอวกาศแห่งแคลิฟอร์เนีย^{[ 11 ]}
• เครื่องยนต์โมโนซูเพปเจ็ดสูบจัดแสดงอยู่ที่โซเลนท์สกาย^{[ 12 ]}
• เครื่องบินโมโนซูเพปที่สร้างโดยปีเตอร์ ฮุกเกอร์ - อังกฤษ จัดแสดงอยู่ที่พิพิธภัณฑ์การบินแห่งชาติ - โมรอนประเทศอาร์เจนตินาใช้ในการจัดนิทรรศการเพื่ออธิบายระบบเครื่องยนต์โรตารี่ เนื่องจากแสดงให้เห็นชิ้นส่วนภายในที่ใช้งานได้^{[ 13 ]}
• มีเครื่องบิน B-2 Monosoupape ที่ได้รับการบูรณะจัดแสดงอยู่ที่พิพิธภัณฑ์การบินนิวอิงแลนด์สนามบินนานาชาติแบรดลีย์ วินด์เซอร์ล็อกส์ รัฐคอนเนตทิคัต สหรัฐอเมริกา^{[ 14 ]}
• TAVAS ในออสเตรเลียมี Monosoupape 9 Type N สองชนิด^{[ 15 ]}
• เครื่องยนต์ Monosoupape เก้าสูบดั้งเดิม (ที่ยังไม่ได้รับการบูรณะ) จัดแสดงให้ประชาชนทั่วไปชมที่^{พิพิธภัณฑ์}การบินเซาท์ออสเตรเลีย [ ^{16 ]}
• เครื่องยนต์ Monosoupape เก้าสูบจัดแสดงต่อสาธารณะที่Musée aéronautique et spatial Safran
• พิพิธภัณฑ์สงครามจักรวรรดิมี Gnome Monosoupape B-2 ^{[ 17 ]}
• คอลเลกชัน Shuttleworthมี Gnome Monosoupape B-2 ซึ่งใช้ในงานแสดงการบิน^{[ 18 ]}

ข้อมูลจากLumsden ^{[ 2 ]}

ลักษณะทั่วไป

• ประเภท: เครื่องยนต์โรตารี่ 9 สูบ แถวเดียว
• ขนาดรูลำกล้อง : 110 มม. (4.3 นิ้ว)
• ระยะชัก : 150 มม. (5.9 นิ้ว)
• ความจุกระบอกสูบ : 12.8 ลิตร (780 ลูกบาศก์นิ้ว)
• ความยาว: 107.4 ซม. (42.3 นิ้ว)
• เส้นผ่านศูนย์กลาง: 95 ซม. (37 นิ้ว)
• น้ำหนักแห้ง : 137.4 กก. (303 ปอนด์)

ส่วนประกอบ

• ระบบวาล์ว :วาล์วเดี่ยวเหนือลูกสูบพร้อมช่องต่อกระบอกสูบ
• ประเภทเชื้อเพลิง:น้ำมันเบนซิน40-50 ออกเทน
• ระบบน้ำมัน:การสูญเสียทั้งหมด, น้ำมันละหุ่ง
• ระบบระบายความร้อน:ระบายความร้อนด้วยอากาศ
• ระบบเกียร์ทดรอบ :ขับตรง, ดึงขวา, ผลักซ้าย

ผลงาน

• กำลังขับ: 86 กิโลวัตต์ (115 แรงม้า) ที่ 1,300 รอบต่อนาที (กำลังสูงสุด)
• อัตราส่วนการอัด : 4.85:1

• Gnome Omega , DeltaและLambda (เครื่องยนต์ Gnome เจ็ดสูบแบบเก่าที่มีวาล์วไอดีอยู่ที่หัวลูกสูบ)

เครื่องยนต์ที่เทียบเคียงได้

• เบนท์ลีย์ บีอาร์1
• เคลอร์เก็ต 7Z
• เคลอร์เก็ต 9B
• เลอ โรน 9J
• Oberursel UI

รายการที่เกี่ยวข้อง

• รายชื่อเครื่องยนต์อากาศยาน

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับGnome Monosoupape

• การทดสอบวิ่งภาคพื้นดินของเครื่องยนต์Monosoupape ขนาด 100 แรงม้าที่หายาก ในออสเตรเลีย
• วิดีโอ YouTube สาธิตการใช้งาน Gnome Monosoupape ขนาด 100 แรงม้า
• เครื่องบินจำลอง Fokker D VIII สมัยใหม่ ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ Gnome Monosoupape ขนาด 160 แรงม้า
• รถจักรไอน้ำรุ่น Type 9B-2 ขนาด 100 แรงม้า แบบโมโนซุปาเป้ ที่ผลิตในนิวซีแลนด์ (ศตวรรษที่ 21)
• วิดีโอการพัฒนาเครื่องยนต์ จำลอง Gnôme Type 9B-2 Monosoupapeจาก Classic Aero Machining Service/CAMS
• วิดีโอคอมพิวเตอร์แสดงวิธีการประกอบโมโนซูพาเป้รุ่น 100 CV Type 9B-2
• Flugmuseum Aviaticum ใน Wiener Neustadt ประเทศออสเตรีย