Knight-moottori

Silent Knight -moottorin halkileikkaus.

Yksityiskohtaisempi havainnekuva Knight-luistimoottorin rakenteesta.

Knight-moottori oli amerikkalaisen Charles Yale Knightin (1868-1940) suunnittelema polttomoottori, jossa käytettiin lautasventtiileiden sijasta luistiventtiili-rakennetta.

Vaikka Knight-moottoreita valmistettiin määrällisesti eniten Yhdysvalloissa, se nautti Euroopassa monen ajoneuvovalmistajan suosiota. Atlantin tällä puolen moottori sai myös osakseen huomattavia parannuksia ja jatkosuunnittelua. Knightin patenttiin perustuvia moottoreita valmistettiin kaikkiaan kahdeksassa eri maassa, noin kolmenkymmenen eri yhtiön toimesta.

Historia

Indianan Salemissa vuonna 1868 syntynyt Knight oli Yhdysvaltain keskilännen alueella ilmestyneen Dairy Produce -aikakauslehden kustantaja, hänellä ei siis ollut minkäänlaista insinöörikoulutusta tai -taustaa. Vuonna 1901 Knight osti varhaista tuotantoa edustaneen kolmipyöräisen Knox-automobiilin. Sen voimanlähteenä toimi yksisylinterinen, ilmajäähdytteinen moottori, jonka venttiilikoneiston mekaaniset äänet olivat aikakaudelle tyypillisesti hyvin voimakkaat. Hän uskoi pystyvänsä suunnittelemaan tältä osin paremman moottorin ja myös teki niin. Knight oli nuoruudessan korjannut ja huoltanut useasti isänsä sahalaitoksen paikallisvoimakonetta, joka perustui saksalaisen insinööri Nicolaus Otton suunnitelmiin. Tässä yhteydessä luistiventtiiliteknologia oli tullut hänelle tutuksi.

Alkuun Knight yritti saada koko sylinteriputken pyörähtämään, avatakseen ja sulkeakseen imu- ja pakokanavia. Vaikka hän patentoi tämän suunnitelman, se sai väistyä kahteen sisäkkäin asennettuun holkkiin perustuvan ratkaisun tieltä. Ensimmäinen koemoottori valmistui vuonna 1903. Knight oli saanut taustatuekseen chicagolaisen yrittäjän L.B. Kilbournen ja moottorin tutkimus- ja kehitystyötä jatkettiin vuoteen 1905 asti, jolloin toimiva prototyyppi saatiin käytännön testeihin. Työ tuotti tulosta ja vuoden 1906 Chicagon autonäyttelyssä Knight ja Kilbourne esittelivät valmiin, nelisylinterisellä ja 40-hevosvoimaisella "Silent Knight" -moottorilla varustetun auton.

Knight-moottori

Knightin moottorissa oli jokaista sylinteriä kohden kaksi sisäkkäin asennettua, pystysuunnassa liukuvaa valurautaista holkkia, ja tämän asetelman sisällä moottorin mäntä. Holkkien yläpäässä on aukot, jotka kohdistuvat sylinterilohkon imu- ja pakokanavien kanssa, holkkien liikuttaminen tapahtuu niihin kiinnitettyjen kiertokankien toimesta. Kiertokankia taasen liikuttaa kampiakselilta voimansa ottava venttiilikoneiston kampiakseli. Sylinterikansi, joka on amerikanenglannin moottorislangissa nimeltään "junk head", oli muodoltaan kuin ylösalaisin käännetty kiinteä mäntä tiivisterenkaineen. Kannet olivat erikseen irroitettavissa joka sylinteriltä. Konstruktio oli mekaanisilta ääniltään todella hiljainen ja luistiventtiilien huollon tarve oli vähäinen. Haittapuolina olivat korkeat valmistuskustannukset, moottorin suuri öljynkulutus sekä huono käynnistyvyys kylmänä.

Moottorin konstruktiossa sytytystulppa voitiin sijoittaa kannen keskelle, joka taas mahdollisti tasaisemman palorintaman etenemisen. Suuret kanavat hengittivät tehokkaasti ja puolipallon muotoinen palotila paransi omalta osaltaan polttoaineen tasaista palamista ja sitä kautta moottorin hyvää tehonantoa. Lisäksi luistiventtiilit tarvitsivat hyvin vähän huoltoa, toisin kuin lautasventtiilit, jotka vaativat säätöä, karstanpoistoa, hiomista ja jopa vaihtoa uusiin muutaman sadan käyttötunnin välein. Kaksiholkkisen luistiventtiilijärjestelmän yksi ongelmakohdista oli lämmönhallinta. Lautasventtiileihin verrattuna luistiventtiilien kanavat olivat isokokoiset ja niiden avautuminen ja sulkeutuminen oli hyvinkin aggressiivista, mutta niiden mahdollistamaa sylinterin hyvää täyttöastetta ei voitu täysimääräisesti hyöydyntää riittämättömän lämmönsiirron takia. Valurautaisten holkkien liike-energia asetti omat vaatimuksensa niiden käyttöakselin laakeroinnille, mutta järjestelmä kesti hyvin 4000 kampiakselin minuuttikierrosnopeuden, joka oli venttiilien käyttöakselilla 2000 minuuttikierrosta. Materiaalien kehittyessä jotkin valmistajat kokeilivat holkkien valmistuksessa ohuempia ja kevyempiä materiaaleja, mutta lämmönsiirto pysyi perusongelmana.

Knight ja Kilbourne olivat asettaneet tavoitteekseen myydä moottorinsa valmistuslisenssejä amerikkalaisille autotehtaille, mutta yksikään ei ollut siitä vakavasti kiinnostunut. New Yorkin Buffalossa toiminut Pierce Arrow testasi moottoria omaa valmistettaan vastaan ja havaitsi että Knight oli voimakkaampi yli 30 mph (48 km/h) nopeuksissa ja oli yleisesti ottaen nopeampi kuin heidän tuotteensa. Pierce Arrow ei kuitenkaan pitänyt Knightin moottoria soveliaana heidän autoihinsa, koska yhtiön johdossa vallitsi näkemys, jonka mukaaan yli 55 mph nopeudet (89 km/h) olivat turvattomia. He myös huomauttivat moottorin suuresta öljynkulutuksesta, joka oli noin 2 US quart/70 mailia (n. 2 litraa reilulla sadalla kilometrillä). Knightin moottorin maine koki myös kolauksen, kun vuoden 1906 Glidden Tour -kestävyysajoon osallistunut auto keskeytti mekaanisen vian takia kisan ensimmäisenä päivänä.