Как работает двигатель внутреннего сгорания для авиамоделей

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДЛЯ ТАЙМЕРНЫХ АВИАМОДЕЛЕЙ КЛАССА F1C

Из новых таймерных двигателей внутреннего сгорания можно выделить лишь несколько образцов с высокими характеристиками, доступных как опытным спортсменам, так и начинающим. Один из таких современных двигателей разработан в московском авиамодельном клубе Павлом Алаторцевым и Александром Конторовичем при участии Евгения Воробьева. Думаем, что вам будет интересно познакомиться с его конструкцией.

Сразу отметим, что этот двигатель эксплуатируется как с двух-, так и с однолопастным пропеллером. С однолопастным винтом диаметром 215 мм, имеющим переменный по диаметру шаг, двигатель дает более 30000 об/мин. Мотор может работать не только с жестким, но и с резиновым баком. Во втором случае высокое давление топлива обеспечивает устойчивый режим работы двигателя в момент броска. Кроме того, применение резинового бака дает около 5% прироста мощности из-за ликвидации потерь картерного давления, отбираемого обычно для наддува жесткого бака.

Если используется резиновый бак, двигатель оснащается специальным жиклером типа «бойцового» (игла с конусом 5° на сторону и с резьбой шагом 0,35 мм). Картер двигателя выполнен из алюминиевого сплава АК-4-1 методом литья в кокиль. Его конструкция традиционна для данного типа двигателей, однако, есть и некоторые особенности. Так, например, картер снабжен дополнительными боковыми ребрами жесткости, идущими от лапок крепления к перепускным каналам. Выхлоп круглого сечения направлен назад.

Носовая часть переходит в выполненный заодно с картером корпус фрикционного тормоза воздушного винта. На поверхности картера также присутствуют специальные приливы. Один предназначен для установки проволочного кронштейна системы «перезалива», второй служит направляющей для тросика тормоза (таким образом отпадает необходимость в направляющем блоке). Задняя крышка крепится с помощью резьбы. При использовании на модели жесткого бака ставится задняя крышка, снабженная штуцером отбора картерного давления. Крышка цилиндра (некоторые ее называют «вставкой») прижимается к буртику гильзы фигурной гайкой, имеющей шесть отверстий под специальный ключ.

Такое решение позволяет оперативно изменять объем камеры сгорания. Носовой подшипник 8×16 прижат гайкой, изготовленной из Д16Т и имеющей правую резьбу. Эта гайка имеет торцевой лабиринт уплотнения, защищающий подшипник от загрязнения. При нагревании картер и гайка расширяются идентично, так как они изготовлены из алюминиевых сплавов. Поэтому подшипник остается надежно зафиксирован при любых условиях. Коленчатый вал изготавливается из стали ШХ-15, Р6М5, или 12ХНЗА.

Диаметр вала увеличен до 13 мм (по сравнению с традиционными 12 мм). Это увеличило его жесткость и позволило расширить диаметр проходного сечения до 10 мм. На щеке вала, со стороны задней крышки, имеется радиальная фрезеровка канала, улучшающая подачу смеси в камеру сгорания. В переднем торце канала установлен стеклотекстолитовый зализ. Окончательная обработка вала производится на шлифовальном станке, а посадочные места под подшипники притираются абразивной пастой.

Коренной подшипник — доработанный, изготовлен из стандартного 12×21. Воздушный винт ставится на вал с помощью стального переходника, который одновременно служит и для крепления кока. Пара гильза-поршень. Гильза изготовлена из бронзы марки БрКМц, поршень — из алюминиевого сплава САС. Сочетание этих материалов обеспечивает стабильную работу двигателя при любых погодных условиях. Известно, что поршни из сплавов типа САС через некоторое время работы «распухают». Чтобы этого не происходило, поршень после черновой обработки подвергается специальной термообработке.

Гильза в нижней части имеет пять продольных каналов, предназначенных для охлаждения зоны выхлопа и улучшения смазки поршня. Необходимая геометрия рабочей поверхности поршня и гильзы образуется сначала шлифовкой на станке, а затем, доработкой притиром вручную. Гильза имеет плотную посадку (+5 мкм) и устанавливается в подогретый картер. Такое решение обеспечивает быстрый прогрев мотора при запуске, и стабильный тепловой режим как на земле, так и в воздухе.

Достоинство этого двигателя — свойство быстро достигать своего эксплуатационного режима. Это позволяет произвести старт таймерной модели за кратчайшее время (это очень важно для данного класса). По результатам испытаний из многих вариантов была выбрана оптимальная форма камеры сгорания под свечу типа «Нельсон». Крышка цилиндра (вставка) вытачивается из сплава АК-4-1 и имеет плотную посадку в гильзу.

Шатун изготовлен из Д16Т и имеет в сечении чечевицеобразную форму. Нижняя шейка шатуна оснащена втулкой из бронзы марки БрОЦС5-5-5. В шатуне есть смазочные отверстия в районе пальца и мотылевой шейки. Диаметр пальца увеличен до 4,5 мм. Ось пальца смещена в более холодную зону, и теперь относительно донышка поршня располагается на 1 мм ниже общепринятого положения (соответственно, шатун стал на столько же короче). От бокового смещения палец удерживается дистанционными кольцами.

Читайте также:  Скрежет двигателя на малых оборотах

Источник

Как работает двигатель внутреннего сгорания для авиамоделей

На рис. 1 показан двигатель, его главная верхняя (оребренная) часть называется цилиндром;

внутри он имеет гладкую цилиндрическую поверхность, а сверху плотно закрыт пробкой — контрпоршнем. Внутри цилиндра ходит поршень. Он очень хорошо подогнан к цилиндру и герметично закрывает его снизу. Однако это не мешает поршню легко скользить в цилиндре вверх и вниз.

Цилиндр крепится к корпусу (картеру), объединяющему все основные части двигателя. Внутри картера находится коленчатый вал. Его колено соединено с поршнем при помощи шатуна.

При движении поршня вдоль цилиндра шатун вращает коленчатый вал.

Так устроен механизм двигателя. Но что заставляет поршень двигаться?

Представь себе, что в цилиндре двигателя находится смесь паров горючего (например, керосина или спирта) с воздухом, а поршень при этом находится в самом верхнем положении. Если мы ухитримся сжать, а затем поджечь эту смесь, то она сгорит почти мгновенно. При этом давление в цилиндре из-за сильного нагрева газов резко повысится. Под действием этого давления поршень будет опускаться вниз и передаст движение шатуну, а через него коленчатому валу, который начнет вращаться. Правда, повернется он всего на пол-оборота, так как при дальнейшем вращении поршню пришлось бы двигаться вверх, навстречу давлению газов, а это его бы остановило. Но каждый раз, как только поршень подойдет к нижнему положению (рис. 2), придуман способ выпускать сгоревшие газы из цилиндра и таким образом уменьшать почти до атмосферного давление над поршнем, а затем наполнять цилиндр новой порцией горючей смеси, снова поджечь и т. д. Благодаря этому вал двигателя поворачивается не на пол-оборота, а крутится до тех пор, пока не перестанут подавать горючую смесь.

В наше время есть много способов делать это. Например, в большинстве автомобильных двигателей один способ, у так называемых дизельных двигателей — другой, а у большинства мотоциклов и в модельных двигателях — третий.

Мы расскажем тебе лишь о третьем способе, так как им пользуются все моделисты. Называется он двухтактным с кривошипно-камерной продувкой. Особенность этого способа заключается в том, что в стенке цилиндра по окружности сделаны отверстия (окна). Когда поршень находится в самом нижнем положении, окна оказываются над поршнем. Вот и получается, что когда сгоревшие газы давят на поршень, он движется вниз и через шатун вращает коленчатый вал, а когда поршень опустится, он откроет окна в цилиндре и газы вырвутся наружу. Давление в цилиндре упадет, и теперь надо наполнить его свежей горючей смесью для следующего оборота.

Происходит это так: когда поршень от самого нижнего положения начнет двигаться вверх, в картере образуется разрежение, благодаря которому в него (рис. 3) начнет через всасывающий патрубок засасываться воздух. Поперек патрубка проходит тоненькая трубка, называемая жиклером, по которой горючее поступает из бачка. Когда воздух, засасываемый в картер через патрубок, проходит мимо жиклера, он через маленькое боковое отверстие в жиклере всасывает горючее и распыляет его.

Для того чтобы регулировать подачу горючего в патрубок, на верхнем конце жиклера имеется винтик с иглой, закручивая который, мы уменьшаем подачу горючего, а отвинчивая, увеличиваем ее. Все вместе это устройство называется карбюратором.

Как мы уже сказали, поршень, двигаясь вверх, засасывает в картер горючую смесь, приготовленную карбюратором. Дойдя до верха, он начнет опускаться, сжимая при этом смесь, находящуюся в картере, так как специальное устройство (золотник) при движении поршня вниз закрывает в картере отверстие, через которое всасывается смесь. Сжатие смеси в картере продолжается до тех пор, пока поршень своей верхней кромкой не опустится ниже продувочных каналов, проходящих в нижней части цилиндра. Как только это произойдет, смесь, сжатая в картере, устремится по каналам в цилиндр и наполнитего, одновременно она вытеснит из него остатки сгоревших газов.

Теперь только остается рассказать, отчего загорается смесь в цилиндре.

Многим из вас, наверное, приходилось накачивать насосом камеры велосипеда. И вы не могли не заметить, что при этом насос сильно нагревается. Происходит это потому, что двигая поршень насоса, мы сжимаем воздух. В цилиндре двигателя происходит то же самое: поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь, и она нагревается тем сильнее, чем сильнее ее сожмут. Практически в цилиндре двигателя ее сжимают до тех пор, пока она не загорится. Горючее подбирают таким, чтобы оно легко воспламенялось при сжатии. Наиболее подходящим для этого является керосин. Для того чтобы облегчить воспламенение смеси и сделать его надежным, в горючее добавляют сернистый эфир, который чрезвычайно легко загорается и поджигает остальное горючее.

Читайте также:  Как правильно глушить двигатель на автомате

Однако зажечь горючую смесь мало, надо это делать каждый раз в определенном положении поршня в цилиндре. Если смесь зажечь слишком рано, когда поршень еще не дошел до верха, получится обратный удар, коленчатый вал остановится и начнет вращаться в обратную сторону. Если зажечь смесь слишком поздно, когда поршень перешел верхнее положение и движется вниз, а давление в цилиндре уменьшается, двигатель будет недодавать мощности и перегреваться.

Чтобы получить возможность регулировать момент зажигания смеси, дно цилиндра делают подвижным: в цилиндр сверху вставляют контрпоршень, который при помощи винта сверху можно вдавливать внутрь цилиндра. Этим изменяют объем цилиндра и, следовательно, давление в нем, что, в свою очередь, меняет момент зажигания смеси. Обычно на работающем двигателе поворачивают регулировочный винт, пока не добьются наибольшего числа оборотов вала.

В действительности все обстоит несколько сложнее, потому что, кроме правильного выбора момента зажигания, приходится еще подбирать нужный состав горючей смеси (наилучшее соотношение между количеством засасываемого воздуха и количеством горючего).

Дело в том, что смесь горючего с воздухом легко загорается только при определенном соотношении, если оно нарушено, двигатель работать не будет, но что интересно — плохо и когда слишком много горючего в смеси. Поэтому запуск авиамодельных двигателей требует определенного навыка.

Отрывок из книги «Лети модель» Лебединский М.

Кордовые модели F2B | Control line stunt | Aerobatics

Источник

ДВС для радиоуправляемых моделей

На радиоуправляемых моделях применяют два вида двигателей — ДВС и электрические. Темой этой статьи являются двигатели внутреннего сгорания. ДВС, применяемые на радиоуправляемых моделях, делятся на два вида: калильные и бензиновые. С бензиновым двигателем всё понятно — они знакомы каждому, применяются на автомобилях, мотоциклах, бензопилах и т.п. Но на большинстве автомоделей применяются именно калильные двигатели, не знакомые непосвященному человеку. Они работают не на бензине, а на специальном топливе на основе метилового спирта, о котором будет сказано ниже.

Особенности эксплуатации

Двигатель внутреннего сгорания — надёжное, но требовательное устройство. Очень важно соблюдать правила его эксплуатации, чтобы избежать ухудшения его характеристик или выхода из строя. Обязательно прочтите инструкцию к модели перед первым запуском двигателя! Любой ДВС перед началом эксплуатации требует обкатки — выработки в специальных щадящих режимах нескольких первых баков топлива. Эти первые минуты работы сильно повлияют на всю дальнейшую жизнь двигателя.

Бензиновый и калильный двигатели

Принципиальное отличие бензинового и калильного двигателей состоит в способе воспламенения топливной смеси. В бензиновом двигателе смесь воспламеняется искровой свечой, как в обычном автомобиле. Для этого на свечу в нужный момент подаётся высокое напряжение, вызывающее искру. В калильном двигателе используется калильная свеча, которая требует разогрева перед пуском двигателя, а при работе поддерживает свою температуру достаточной для воспламенения горючей смеси при контакте с нагретой свечой.

Свечи (также как и двигатели) на фотографиях показаны в разном масштабе, реальный размер бензиновой исковой свечи порядка 4-5 см, а калильной около 1 см.

Область применения тех или иных двигателей довольно чётко разграничена. Бензиновые двигатели применяют только на больших моделях масштаба 1/5, так как они большие и тяжёлые. Представляете себе двигатель бензопилы? Вот практически такие же стоят и в бензиновых автомоделях, минимальный объем — примерно 20 см 3 , а обычно 23-30 см 3 . На всех моделях меньшего масштаба применяются компактные калильные двигатели, их объём обычно составляет 2-6 см 3 . Теперь вы знаете, что если модель жужжит и дымит, то это совсем необязательно бензиновый двигатель. Калильный ДВС практически ничем не хуже, это тоже самый настоящий двигатель, но называть его «бензиновым» будет только человек не знакомый с автомоделизмом. Объём калильного двигателя часто принято обозначать не в кубических сантиметрах, а в кубических дюймах, вернее даже в их сотых долях. Например, калильный ДВС объемом 0.21 кубического дюйма = 3.44 см 3 . Сотые доли объема двигателя в дюймах называют классом двигателя, приведённый в примере двигатель — 21-го класса. Справедливости ради стоит отметить, что фирма HPI заявила о выпуске компактного бензинового двигателя для моделей масштаба 1/8, так что, возможно, бензиновые двигатели вскоре потеснят «калилки» на моделях меньших масштабов, ведь бензиновые двигатели гораздо более удобны в эксплуатации.

Читайте также:  Датчики температуры двигателей вертолетов

Топливо

Практически все автомодельные двигатели, как калильные, так и бензиновые — двухтактные. По-крайней мере, не известно ни одной серийно выпускаемой модели с 4-тактным двигателем. 2-тактные двигатели дешевле, более просты в устройстве, более мощные при том же объеме, но при этом более шумные и менее экономичные. Понятно, что указанные недостатки не играют пости никакой роли в автомоделизме, в то время как плюсы говорят за применение 2-тактных двигателей. Все 2-тактные двигатели работают на смеси топлива с маслом, так как в них отсутствует отдельная система смазки и они смазываются маслом, входящим в состав топлива. Например, в бак модели с бензиновым двигателем следует заливать смесь бензина с маслом для двухтактных двигателей в пропорции 20:1. Топливо для калильных двигателей включает в себя порядка 20% масла, то есть значительно больше. Основу же топлива для калильных двигателей составляет метанол (метиловый спирт). К сожалению, далеко не все знают о невероятной ядовитости метанола. При обращении с топливом для калильных двигателей нужно соблюдать крайнюю осторожность и ни в коем случае не опускать попадания топлива в глаза и рот. Не хотелось бы пугать, но все, кто использует такие двигатели, должны осознавать потенциальную опасность: попадание внутрь организма 5-10 мл может вызвать слепоту, 30 мл — смертельный исход. Антидот — этанол. Конечно, никто в здравом уме не будет пить модельное топливо, но вдыхание его паров и длительное соприкосновение с кожей тоже не сулит ничего хорошего. Впрочем, бензин тоже пить и нюхать не нужно. 🙂

Устройство модельного калильного двигателя

Рядовому пользователю, даже именующему себя моделистом, не обязательно лезть в двигатель, достаточно хотя бы знать его устройство и принцип работы.

Принципиальных различий в работе двухтактных калильных и бензиновых двигателей нет, на исключением способа воспламенения топливной смеси.

Карбюратор

Для того, чтобы двигатель работал, в его камеру сгорания должна поступать должным образом подготовленная смесь топлива и воздуха. За её приготовление отвечает карбюратор. Правильная настройка карбюратора калильного двигателя — целая наука, которой мы посвятим отдельную статью.

Воздушный фильтр

На впускное отверстие карбюратора устанавливается воздушный фильтр. Наличие чистого, пропитанного специальным маслом фильтра критически необходимо для долгой жизни двигателя. Попадание даже мельчайшей пыли в цилиндр нанесёт непоправимый ущерб поршневой паре.

Резонансная труба

На впускном отверстии двигателя стоит карбюратор и воздушный фильтр. А на выпускном? Глушитель — скажете вы. Не совсем. В качестве выхлопной системы используется резонансная труба. Её роль — не уменьшить звук выхлопа (хотя и эту задачу она в некоторой степени выполняет), а увеличить мощность двигателя и повысить его КПД. Особенность устройства и работы двухтактных двигателей приводит к тому, что часть топливной смеси пролетает сквозь камеру сгорания не успев воспламениться. Форма резонансной трубы подобрана так, отразить вылетающие газы направить топливную смесь назад в камеру сгорания. Второй важной функцией трубы является создание давления в топливном баке, с которым она соединена трубочкой. Наличие резонансной трубы особо критично для калильных двигателей, бензиновые же часто используются с компактными глушителями.

Центробежное сцепление

Еще одной частью, которую можно отнести к двигателю, является сцепление — механизм, передающий вращение двигателя на трансмиссию автомодели. В радиоуправляемых моделях с ДВС используется центробежное сцепление. Принцип его работы состоит в том, что пока двигатель работает на холостых оборотах, кулачки сцепления не соприкасаются с колоколом сцепления, будучи сжатыми пружиной. При увеличении оборотов двигателя под действием центробежной силы пружина растягивается, башмаки входят в сцепление с колоколом, начинают вращать его и модель трогается с места.

Заключение

Вот и всё, о чём мы хотели рассказать в этой статье. Конечно, подробностей мало, но мы надеемся, что эта обзорная статья помогла в общих чертах понять, что из себя представляют двигатели внутреннего сгорания для радиоуправляемых моделей.

Источник

Adblock
detector