Глава I работа и виды микродвигателей 1. Принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания

Всякий двигатель, будь то двигатель внутреннего сгорания или электрический, преобразует энергию топлива или электрическую энергию в механическую. Двигателем внутреннего сгорания можно назвать любой двигатель, у которого процесс сгорания топлива происходит внутри рабочего цилиндра. Двигатели, используемые в авиационных, морских и автомобильных моделях, относятся к микролитражным; они работают на жидком топливе и составляют группу так называемых карбюраторных двигателей. Карбюраторными их называют потому, что горючая смесь у них образуется в специальной части - карбюраторе. Микролитражный модельный двигатель состоит из поршневой группы, включающей поршень и цилиндр; кривошипного механизма, состоящего из коленчатого вала и шатуна, которые преобразуют поступательное движение поршня во вращательное движение вала. Все эти детали монтируются в корпусе, называемом картером. Рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания состоит из четырех процессов: впуска горючей смеси, ее сжатия, сгорания рабочей смеси, выпуска продуктов сгорания. Двигатели внутреннего сгорания бывают четырехтактные и двухтактные. Для авиамоделей, моделей автомобилей и морских моделей применяются двигатели внутреннего сгорания, которые работают по двухтактному циклу.

Рассмотрим цикл работы двухтактного двигателя (рис. 1). При перемещении поршня 1 в верхнее крайнее положение, называемое верхней мертвой точкой (сокращенно В. М. Т.), в полости 2 под поршнем создается разрежение. Создаваемая таким образом разность давлений способствует наполнению партерной полости горючей смесью. При движении поршня вниз рабочая смесь сжимается и по перепускному каналу 3 проходит через перепускное окно гильзы, в цилиндр над поршнем, где испытывает дальнейшее сжатие движущимся вверх поршнем 1. Сжатая рабочая смесь воспламеняется калильной свечой 5. Сгоревшие газы, расширяясь, с силой давят на поршень 1 и заставляют его двигаться вниз. Так происходит рабочий ход поршня. Во время движения поршня 1 вниз сначала открывается выпускное окно 7, а затем перепускное или продувочное окно 4. Отработавшие газы выходят через выпускное окно 7, а через продувочное окно 4 рабочая смесь под давлением движущегося поршня устремляется в рабочий объем над поршнем и помогает выходу отработавших газов. Поскольку выпускное и продувочное окна открываются почти одновременно, рабочая смесь может выйти в атмосферу. Чтобы этого не произошло, на поршне делается отражательный козырек, называемый дефлектором. Дефлектор служит для направления потока рабочей смеси в цилиндр и для лучшего его заполнения. Одновременно он препятствует перепуску рабочей смеси из перепускного окна в выпускное. В некоторых двигателях внутреннего сгорания двухтактного цикла происходит самовоспламенение рабочей смеси при достижении определенной степени сжатия (а не при помощи свечей), которая регулируется специальным контрпоршнем. Таким образом, в двухтактном двигателе в течение одного такта, т. е. при переходе поршня от Н. М. Т. к В. М. Т., лад поршнем происходит сжатие рабочей смеси, под поршнем всасывание горючей смеси в картер двигателя. В течение другого такта, т, е. при ходе поршня от В. М. Т. к Н. М. Т., над поршнем происходит рабочий ход и продувка, под поршнем предварительное сжатие рабочей смеси.

Индикаторная диаграмма двухтактного карбюраторного двигателя представлена на рисунке 2. Участок аrпоказывает увеличение давления в цилиндре при ходе поршня от Н. М. Т. к В. М. Т. Воспламенение рабочей смеси происходит в точке т; отрезок rz соответствует периоду быстрого нарастания давления; участок zb соответствует уменьшению давления из-за увеличения объема над поршнем при его ходе от В. М. Т. к Н. М. Т., в отрезок baпоказывает дальнейшее уменьшение давления при открытии выпускного окна и продувке. 2. КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ МОДЕЛЬНЫХ МИКРОДВИГАТЕЛЕЙ По кодексу Международной Авиационной Федерации (ФАИ) все двигатели внутреннего сгорания, устанавливаемые на авиационные модели, делятся на три категории: 1. Двигатели с рабочим объемом 2,5 см3. 2. Двигатели с рабочим объемом 5 см3. 3. Двигатели с рабочим объемом 10 см3 (для морских моделей допускаются двигатели с рабочим объемом до 30 см3, для автомоделей имеется категория двигателей с рабочим объемом до 1,5 см3). Это разделение двигателей на категории необходимо для сравнения максимальных достижений моделей. Рабочий объем указан в паспорте на двигатель. В случае отсутствия паспорта на двигатель его рабочий объем можно определить, замерив ход поршня и его диаметр. Рабочий объем цилиндра - это объем, освобождаемый поршнем при его движении от В. М. Т. (верхняя мертвая точка) к Н. М. Т. (нижняя мертвая точка). Он определяется по формуле:

где D - диаметр поршня, s - ход поршня. Величина nD2 - представляет собой площадь сечения цилиндра. Модельные двигатели по принципу назначения можно разбить на следующие виды: 1. Двигатели для скоростных моделей. Эти двигатели должны иметь максимальную литровую мощность; применяются для скоростных моделей и выпускаются с рабочим объемом 1,5 см3; 2,5 см3; 5 см3; 10 см3. 2. Двигатели для таймерных модели самолетов. Требования те же, что и к двигателям для скоростных моделей, но рабочий объем не должен превышать 2,5 см3. Не допускается применение резонансных труб. 3. Двигатели для гоночных моделей самолетов. Эти двигатели должны иметь максимальную литровую мощность при минимальном расходе топлива, хорошие пусковые качества, большой ресурс; рабочий объем не превышает 2,5 см3. 4. Двигатели для пилотажных моделей самолетов. Эти двигатели должны устойчиво работать при различных режимах. Они должны иметь малую удельную массу. 5. Двигатели для радиоуправляемых моделей. Двигатели данного типа должны иметь устройства, изменяющие мощность двигателя в диапазоне от холостого хода до максимальной мощности. Рабочий объем двигателей не должен превышать 10 см3. 6. Двигатели для кордовых моделей-копий самолетов. Требования те же, что и к двигателям для радиоуправляемых моделей, но рабочий объем расширен до 20 см3. 7. Двигатели для моделей, предназначенных для воздушного боя. Требования те же, что и для двигателей таймерных моделей, но они должны обладать более прочной конструкцией, способной выдерживать удары о землю при неудачной посадке. 8. Двигатели общего назначения. Данные двигатели отличаются универсальностью использования, имеют хорошие эксплуатационные характеристики. Рабочий объем разнообразен. 9. Двигатели для морских моделей. Применяются авиамодельные двигатели, снабженные в некоторых случаях водяным охлаждением, вместо воздушного винта у них маховик, от которого вращение передастся гребному винту. 10. Двигатели для автомоделей. Применяются авиамодельные двигатели, но вместо воздушного винта устанавливается маховик, от которого вращение при помощи трансмиссии передастся колесам модели автомобиля. 11. Двигатели специальные. К специальным относят двигатели, имеющие конструктивные особенности или отличительный принцип действия. К таким двигателям относятся, например, модельные газотурбинные двигатели. По способу зажигания рабочей смеси современные авиамодельные двигатели делятся на три группы: 1. Двигатели компрессионные с самовоспламенением топливной смеси от сжатия. 2. Двигатели с калильным зажиганием. 3. Двигатели с искровым зажиганием. К первой группе относится двигатель типа МК-12В. К двигателям второй группы относятся отечественные серийные двигатели марок МД-5 «Комета», МД-2,5 «Метеор» и другие, в которых рабочая смесь воспламеняется с помощью калильной свечи (подробнее описание дано далее). Перейдем к рассмотрению конструктивного оформления каждого из образцов двигателей для авиамоделей, выпускаемых серийно нашей промышленностью. Двигатели с искровым зажиганием ввиду их незначительного применения в модельном деле в данной главе не рассматриваются.