Четырехтактные модельные двигатели, построенны по образу и подобию своих более крупных автомобильных (авиационных) собратьев, но в силу своей минимизации, оставили себе только их основные черты (а по сути - красивый звук работы четырехтактного двигателя, от которого в восторге большинство ДВС моделистов, особенно помешанных на копиях), потеряв при этом ряд существенных и важных возможностей, необходимых для ассоциации с полноценным четырехтактным двигателем, такие как:
1)Принудительная подача смазки к наиболее загруженным и активно трущимся деталям (ЦПГ, КШМ, ГРМ). Контроль его количества и состояния пригодности.
2)Должная вентеляция картера и отвод картерных газов образующихся в результате прорыва рабочего тела через тепловой зазор поршневого кольца.
3) Должное отвод тепла от внутренних деталей двигателя, особенно актуально - охолождение донной части поршней, наиболее активно подверженных тепловому воздействию горящего топлива. У "старших собратьев" эту функцию выполняет система принудительной смазки с масленной ванной (поддон) и атмосферный (маслянный радиатор) или жидкостный теплообменник связанный с общей системой охолождения двигателя.
4) Наличие эффективного сечения сапуна, для достаточной разгрузки картера от изменений давлений в результате изменения геометрической емкости картера во время работы двигателя и устранение образования активной тормозящей силы, существенно влияющей на итоговую мощность (особенно актуально для одно и двухцилиндровых 4-т двигателей, где разница объема картера между ВМТ и НМТ - составляет сам рабочий объем двигателя).
5) Отсутствие (в большенстве случаев) работоспособной и надежной в любых эксплуатационных условиях системы питания.
6) Отсутствие возможности (в результате всего вышеперечисленного) получения высокой удельной мощности (высокая степень форсированности), так актуальной для построения авиамоделей. Наполнение цилиндров новой топливо-воздушной смесью (дальше ТВС) осуществляется только за счет разницы между атмосферным давлением и разряжением созданным поршнем в результате его движения к НМТ на фазе всасывания, обусловленное пропускными возможностями (сечениями) ТВС магистралей с клапанным механизмом. И полная невозможность увеличения эффективности этого процесса применением турбо и других нагнетателей, в силу серьезного усложнения конструкции и по весу и по стоимости.
1)Принудительная подача смазки к наиболее загруженным и активно трущимся деталям (ЦПГ, КШМ, ГРМ). Контроль его количества и состояния пригодности.
2)Должная вентеляция картера и отвод картерных газов образующихся в результате прорыва рабочего тела через тепловой зазор поршневого кольца.
3) Должное отвод тепла от внутренних деталей двигателя, особенно актуально - охолождение донной части поршней, наиболее активно подверженных тепловому воздействию горящего топлива. У "старших собратьев" эту функцию выполняет система принудительной смазки с масленной ванной (поддон) и атмосферный (маслянный радиатор) или жидкостный теплообменник связанный с общей системой охолождения двигателя.
4) Наличие эффективного сечения сапуна, для достаточной разгрузки картера от изменений давлений в результате изменения геометрической емкости картера во время работы двигателя и устранение образования активной тормозящей силы, существенно влияющей на итоговую мощность (особенно актуально для одно и двухцилиндровых 4-т двигателей, где разница объема картера между ВМТ и НМТ - составляет сам рабочий объем двигателя).
5) Отсутствие (в большенстве случаев) работоспособной и надежной в любых эксплуатационных условиях системы питания.
6) Отсутствие возможности (в результате всего вышеперечисленного) получения высокой удельной мощности (высокая степень форсированности), так актуальной для построения авиамоделей. Наполнение цилиндров новой топливо-воздушной смесью (дальше ТВС) осуществляется только за счет разницы между атмосферным давлением и разряжением созданным поршнем в результате его движения к НМТ на фазе всасывания, обусловленное пропускными возможностями (сечениями) ТВС магистралей с клапанным механизмом. И полная невозможность увеличения эффективности этого процесса применением турбо и других нагнетателей, в силу серьезного усложнения конструкции и по весу и по стоимости.
Моделисты применяющие двухтактные двигатели имеют меньше проблем связанных с избыточным весом мотора, его недостаточной удельной мощностью, в силу простоты конструкции самого 2т двигателя и его относительной надежностью и неприхотливостью в эксплуатации. Так же, 2т метанольные двигатели, достаточно (конструктивно) просто переводятся (конверсируются) на более дешевое и доступное топливо, такое, как автомобильный бензин. И для многих - не секрет, что Ваш покорный слуга, в серьез увлекся данной тематикой и уже несколько лет успешно двигается в данном направлении, создавая предпосылки значительно удешевить модельное хобби, стремясь сделать его более доступным и способствовать продвижению технического хобби в более широкие, с различным уровнем достатка, массы. Особенно направленно в отношении доступности для молодежи (имеются личные, экономические и марально-этические интересы и стимулы, но это не суть данной статьи и это направление в вышеописанной теме развивать не буду).
Переделки на бензин 2т двигателей - даются достаточно просто (можно сказать даже скучно), захотелось, чего то по интереснее и по сложней, с зычным натуральным звучанием, но при этом - мощным и надежным. Вопрос, как сделать 4т двигатель, придав ему все преимущества 2т модельного двигателя - некоторое время занимал все "свободное от действий пространство" в голове и попросту недавал спать...
Ну, в общем (минуя "интимные" подробности) - мне удалось "скрестить" 2х тактный и 4х тактные авиамодельные двигатели, при этом придать 4х тактнику, не только все эксплуатационные преимущества 2х тактника, но и усилить его 4х тактные "жизненные" позиции!
Как "ЭТО" работает? Просто! (до безобразия...)
Рассмотрим работу (один из вариантов) 4х тактного, 26 кубового 2х цилиндрового аппазитника - ASP FT 160 AR, на базе которого был построен один из первых прототипов новой схемы двигателя (ни где и никогда не применявшейся):
Надежный и работоспособный (в любой позиции по отношению к уровню горизонта) бензиновый карбюратор, установлен на специальный сожносоставной кронштейн-распределитель, закрепленный в свою очередь на тыльной крышке картера: Карб установлен через (2т лепестковый) клапан (стандартный, от RCG - 15). Мембрана топливного насоса запитана через прямое отверстие в теле клапана и на прямую связанна (без навесных магистралей) с емкостью картера, от изменений давлений в котором и совершает свою работу.
ТВС приготовленное карбюратором, изначально попадает не в цилиндры (как это принято у классических 4т), а через специальное отверстие в крышке - в картер двигателя, куда она (ТВС) увлекается расширением сразу 2х цилиндров (так, как двигатель аппазитный - поршня в таком двигателе всегда двигаются синхронно в разных направлениях). При этом происходят следующие явления: Вновь образованная ТВС попав в картер, при наличии разряженной среды (фаза первичного всасывания) - активно испаряет легкие (содержащиеся в ней) фракции топлива, улучшая пригодность для дальнейшего воспламенения и горения, так же дополнительно дробится при механическом контакте с работающими деталями (КШМ, ГРМ, ЦПГ) и испаряется при контакте с горячими деталями (днище поршней, стенки гильз), одновременно производя интенсивный теплоотвод от последних.
При последующем (первичном) сжатии, в картере создается избыточное давление, при этом (под действием собственной упругости) закрывается входной лепестковый клапан, предотвращая выброс приготовленной смеси обратно в атмосферу (через карб), в это время в одном из двух цилиндров - открывается всасывающий клапан (для этого цилиндра начинается фаза всасывания) и повышенное давление в картере, через ТВС магистраль - способствует усиленному (ускоренному) перемещению ТВС из картера в рабочий цилиндр, при чем количество ТВС, практически способное попасть в цилиндр в такой конструкции - значительно выше, чем в классической схеме 4т ДВС, т.к. картер, в данном случае - со своими 26-ю кубами активного объема (при необходимости загрузки - только 13 кубов рабочего объема) - выполняет роль своеобразного "турбокомпрессора". При этом, во время (первичного) сжатия в картере - происходит конденсация тяжелых фракций топлива (в нашем случае это моторное 2т масло, т.к. применяемое топливо - смесь бензина и 2т моторного масла в пропорции 25:1) на более холодных деталях (стенки картера, детали ГРМ и КШМ). Нужно сразу отметить, что конденсация незначительная, но гарантирует постоянное наличие необходимого её количества, а в итоге смазка осуществляется плотным маслянным туманом с постоянной автозаменой на свежую.
Картер дигателя имеет две крайних позиции своего объема и представляет своей работой - двухтактную диаграмму, в то время, как сами рабочие цилиндры подчиненны классическому четырехтактному циклу. По этому - картер выполняет роль компрессора по очередно, на правый или левый цилиндр (на котором открыт всасывающий клапан).
У такого устройства двигателя есть еще один конструктивный (полезный) плюс (!) - в конструкции ASP FT 160, установленны разборные шатуны. На своей коленвальной шейке - они установленны и скрепленны двумя тонкими винтиками и на фазе всасывания (для классической схемы) - вся нагрузка по перемещению поршня в НМТ и созданию, необходимого для всасывания вакуума, ложится именно на эти самые резьбовые соединения. В предложенной мной схеме - эта отрицательная нагрузка (за счет подачи давления из картера обоими поршнями) разделенна (почти равномерна) на оба поршня
, при чем в смежном цилиндре на этой фазе происходит рабочий такт, а значит его шатун не может испытывать отрицательной нагрузки и в итоге данное резьбовое соединение испытывает нагрузку, почти в два раза меньше штатной. Что в свою очередь дает простор для увеличения мощности с гарантированным запасом прочности.
Так же, одним из плюсов данной конструкции, можно считать способность поддерживать низкие холостые обороты. По отношению к классической схеме, где в двигателе происходит постоянная "борьба", между полезной работой в рабочем объеме и сопротивляющимся "трутнем" в виде упругости газов в кортере, в обновленном двигателе, при закрывании дроссельной заслонки - этого "трутня" поросту нет! Т.к. в картере во время холостых оборотов, происходит существенное разряжение, на которое не нужно тратить энергию.
Фото внутреннего устройства (питающий кранштейн -
распределитель):
Клапан:
Ну и про экономичность такого двигателя - думаю излишне говорить, он тщательно "готовит и смакуя съедает" все, что ему подают (в количественном плане, не выплевывает не съеденное - переваривает все) . Бак на 380 кубиков ел почти час (после двухтактников - сильно бросается в глаза), почти все время на средних и максимальных оборотах (холостой ход - работал мин 10 из часа).
В первый день тестов выдал обещаные производителем 9 000 об/мин со стат тягой 7 кг (проп 3х лоп. 14х9): Во втрой день, после установки карба с большим диаметром диффузора - улучшил результат до 10 300 об/мин со статикой почти 8 кг (проп - тот же): Работа холостого хода: Конечно же нельзя, данный двигатель считать полностью готовым к полетам, так как есть мелкие недочеты их нужно устранять. Но сам факт, работоспособности данной схемы, представляет собой большие перспективы, хотя - будь у меня возможность выполнить этот двигатель с "чистого листа", я бы его выполни еще проще и конструктивно надежнее (упростил бы некоторые моменты).
Работа одноцилиндрового 4х тактника (по этой же схеме) основанна на этом же принципе, но " двойная накачка" осуществляется через предварительный рессивер, установленный в донную крышку одноцилиндрового 4т двигателя, только вместо первичного сжатия двумя поршнями, используется два хода на один впрыск, одного и того же поршня и ограниченно от обратной отсечки - вторым клапаном: У данной схемы есть недостаток: "картерный наддув" имеет свой эффект только в одно и двухцилиндровых схемах ДВС, для многоцилиндровых схем с числом цилиндров от трех и выше - остаются только плюсы в виде эффективной смазки и приготовления качественной смеси для горения, в силу небольшой разницы изменения объема картерного пространства или вообще отсутствия таковой.
Спасибо, что дочитали до конца и стали свидетелями рождения нового авиамодельного типа двигателя!
Переделки на бензин 2т двигателей - даются достаточно просто (можно сказать даже скучно), захотелось, чего то по интереснее и по сложней, с зычным натуральным звучанием, но при этом - мощным и надежным. Вопрос, как сделать 4т двигатель, придав ему все преимущества 2т модельного двигателя - некоторое время занимал все "свободное от действий пространство" в голове и попросту недавал спать...
Ну, в общем (минуя "интимные" подробности) - мне удалось "скрестить" 2х тактный и 4х тактные авиамодельные двигатели, при этом придать 4х тактнику, не только все эксплуатационные преимущества 2х тактника, но и усилить его 4х тактные "жизненные" позиции!
Как "ЭТО" работает? Просто! (до безобразия...)
Рассмотрим работу (один из вариантов) 4х тактного, 26 кубового 2х цилиндрового аппазитника - ASP FT 160 AR, на базе которого был построен один из первых прототипов новой схемы двигателя (ни где и никогда не применявшейся):
Надежный и работоспособный (в любой позиции по отношению к уровню горизонта) бензиновый карбюратор, установлен на специальный сожносоставной кронштейн-распределитель, закрепленный в свою очередь на тыльной крышке картера: Карб установлен через (2т лепестковый) клапан (стандартный, от RCG - 15). Мембрана топливного насоса запитана через прямое отверстие в теле клапана и на прямую связанна (без навесных магистралей) с емкостью картера, от изменений давлений в котором и совершает свою работу.
ТВС приготовленное карбюратором, изначально попадает не в цилиндры (как это принято у классических 4т), а через специальное отверстие в крышке - в картер двигателя, куда она (ТВС) увлекается расширением сразу 2х цилиндров (так, как двигатель аппазитный - поршня в таком двигателе всегда двигаются синхронно в разных направлениях). При этом происходят следующие явления: Вновь образованная ТВС попав в картер, при наличии разряженной среды (фаза первичного всасывания) - активно испаряет легкие (содержащиеся в ней) фракции топлива, улучшая пригодность для дальнейшего воспламенения и горения, так же дополнительно дробится при механическом контакте с работающими деталями (КШМ, ГРМ, ЦПГ) и испаряется при контакте с горячими деталями (днище поршней, стенки гильз), одновременно производя интенсивный теплоотвод от последних.
При последующем (первичном) сжатии, в картере создается избыточное давление, при этом (под действием собственной упругости) закрывается входной лепестковый клапан, предотвращая выброс приготовленной смеси обратно в атмосферу (через карб), в это время в одном из двух цилиндров - открывается всасывающий клапан (для этого цилиндра начинается фаза всасывания) и повышенное давление в картере, через ТВС магистраль - способствует усиленному (ускоренному) перемещению ТВС из картера в рабочий цилиндр, при чем количество ТВС, практически способное попасть в цилиндр в такой конструкции - значительно выше, чем в классической схеме 4т ДВС, т.к. картер, в данном случае - со своими 26-ю кубами активного объема (при необходимости загрузки - только 13 кубов рабочего объема) - выполняет роль своеобразного "турбокомпрессора". При этом, во время (первичного) сжатия в картере - происходит конденсация тяжелых фракций топлива (в нашем случае это моторное 2т масло, т.к. применяемое топливо - смесь бензина и 2т моторного масла в пропорции 25:1) на более холодных деталях (стенки картера, детали ГРМ и КШМ). Нужно сразу отметить, что конденсация незначительная, но гарантирует постоянное наличие необходимого её количества, а в итоге смазка осуществляется плотным маслянным туманом с постоянной автозаменой на свежую.
Картер дигателя имеет две крайних позиции своего объема и представляет своей работой - двухтактную диаграмму, в то время, как сами рабочие цилиндры подчиненны классическому четырехтактному циклу. По этому - картер выполняет роль компрессора по очередно, на правый или левый цилиндр (на котором открыт всасывающий клапан).
У такого устройства двигателя есть еще один конструктивный (полезный) плюс (!) - в конструкции ASP FT 160, установленны разборные шатуны. На своей коленвальной шейке - они установленны и скрепленны двумя тонкими винтиками и на фазе всасывания (для классической схемы) - вся нагрузка по перемещению поршня в НМТ и созданию, необходимого для всасывания вакуума, ложится именно на эти самые резьбовые соединения. В предложенной мной схеме - эта отрицательная нагрузка (за счет подачи давления из картера обоими поршнями) разделенна (почти равномерна) на оба поршня
, при чем в смежном цилиндре на этой фазе происходит рабочий такт, а значит его шатун не может испытывать отрицательной нагрузки и в итоге данное резьбовое соединение испытывает нагрузку, почти в два раза меньше штатной. Что в свою очередь дает простор для увеличения мощности с гарантированным запасом прочности.
Так же, одним из плюсов данной конструкции, можно считать способность поддерживать низкие холостые обороты. По отношению к классической схеме, где в двигателе происходит постоянная "борьба", между полезной работой в рабочем объеме и сопротивляющимся "трутнем" в виде упругости газов в кортере, в обновленном двигателе, при закрывании дроссельной заслонки - этого "трутня" поросту нет! Т.к. в картере во время холостых оборотов, происходит существенное разряжение, на которое не нужно тратить энергию.
Фото внутреннего устройства (питающий кранштейн -
распределитель):
Клапан:
Ну и про экономичность такого двигателя - думаю излишне говорить, он тщательно "готовит и смакуя съедает" все, что ему подают (в количественном плане, не выплевывает не съеденное - переваривает все) . Бак на 380 кубиков ел почти час (после двухтактников - сильно бросается в глаза), почти все время на средних и максимальных оборотах (холостой ход - работал мин 10 из часа).
В первый день тестов выдал обещаные производителем 9 000 об/мин со стат тягой 7 кг (проп 3х лоп. 14х9): Во втрой день, после установки карба с большим диаметром диффузора - улучшил результат до 10 300 об/мин со статикой почти 8 кг (проп - тот же): Работа холостого хода: Конечно же нельзя, данный двигатель считать полностью готовым к полетам, так как есть мелкие недочеты их нужно устранять. Но сам факт, работоспособности данной схемы, представляет собой большие перспективы, хотя - будь у меня возможность выполнить этот двигатель с "чистого листа", я бы его выполни еще проще и конструктивно надежнее (упростил бы некоторые моменты).
Работа одноцилиндрового 4х тактника (по этой же схеме) основанна на этом же принципе, но " двойная накачка" осуществляется через предварительный рессивер, установленный в донную крышку одноцилиндрового 4т двигателя, только вместо первичного сжатия двумя поршнями, используется два хода на один впрыск, одного и того же поршня и ограниченно от обратной отсечки - вторым клапаном: У данной схемы есть недостаток: "картерный наддув" имеет свой эффект только в одно и двухцилиндровых схемах ДВС, для многоцилиндровых схем с числом цилиндров от трех и выше - остаются только плюсы в виде эффективной смазки и приготовления качественной смеси для горения, в силу небольшой разницы изменения объема картерного пространства или вообще отсутствия таковой.
Спасибо, что дочитали до конца и стали свидетелями рождения нового авиамодельного типа двигателя!
В восторге от вашего решения!
Хочу попробовать реализовать его на двигателе мотоцикла урал! 650см3.
Как думаете сможет он без штатной системы смазки работать?
Данная схема питания двигателя - имеет свою целесообразность, только для особо малых, модельных 4т ДВС, где нет возможности, в силу их особо малых размеров, полноценно реализовать все необходимые полноценные системы 4-х тактного двигателя. Хотя в принципе, может найти свое применение в легкомоторной авиации, в двигателях с рабочим объемом до 500 см3, но это будет уже совершенно иной двигатель, конструкционно отличный от мотоциклетного.
Хотите проапгрейдить "Урал"? Поставьте ему лучше один центральный карбюратор от "Оки", с бумажным воздушным фильтром и общим газоразводом на оба цилиндра (можно с подогревом от выхлопной системы, если зимой эксплуатируется). Сам так делал, когда в деревне жил, и приемистость отличная и по расходу, почти в два раза угадал.
1. Агрессивный растворитель. Бытовой ДВС предназначен для работе в основном на бензине (сейчас про Урал). И все уплотнения сделаны именно из масло-бензостойкой резины, либо соответствующих каучуковых смесей.
2. Пульсации давления в картере. Отношение объёма картера Урала к объёму его цилиндров даже на внешний взгляд больше, нежели в описанном выше модельном двигателе. Поэтому, на первый взгляд, пульсации давления на Урале будут меньше.
Но лучше всего посмотреть - заглушить канал вентиляции картерных газов (сапун) и померить пульсации и там и там.Погонит масло - значит, только по этому параметру двигатель не подходтит.
Да, и вряд ли максимум пульсации будет приближен к 2 атмосферам. Но это нужно или считать, или смотреть.
3. Смазка воздушно-капельным методом - это довольно распространёный способ, не считая двухтактников. Посмотрим на давние конструкции по-моему ДКВ , где масло на трущиеся пары подаётся путём разбрызгивания сециальной лопаткой на коленвалу. Далеко ходить не нужно - те же самые двигатели ХОНДА и его клоны, работающие в бензогенераторах, колёсных триммерах... - тоже самое - разбрызгивание. Внутри двигателя образуется т.н. масляный туман, который и смазывает весь двигатель.
на коленвалу стоят такие же по конструкции сальники, что и в двухтактнике.
В нашем случае - масло, растворённое в топливе, которое осаждается на поверхностях соприкосновения.
Необходимо только обеспечить условия достаточности смазки этим способом, и двигатель будет работать долго и счастливо. Не будем забывать и про масло. Используем двухтактное масло, раз уж оно используется в двухтакных двигателях при таком способе смазки.
4. По поводу сальников. Не знаком с системой уплотнения на Урале... Ничего сказать не могу..
Мне интересен момент смазки головок? сможет ли такая система обеспечить достаточное колличество смазки под крышками клапанных механизмов?
А по поводу зачем тут целых несколько моментов: 1) прирост мощности, 2) синхронизация, 3) достаточно серьёзное облегчение двигателя и плюс очень интересно и не так как у всех!
Вот :)
1) изготавливать полностью новый (сухой) картер, с минимизацией свободного картерного пространства (убирать поддон с насосом и маслоприемником, емкость маслянного фильтра, минимизировать остальные пустоты).
2) Устанавливать все герметизирующие уплотнения в более надежном дублирующем варианте, способном сдерживать глубокие положительные и отрицательные перепады давлений.
3) Т.к. смазка будет присутствовать в топливе, отпадает необходимость в маслосъемных кольцах, но возникает необходимость продумать принцип подачи и отвода излишков смазки, применительно к клапанному механизму (если подача осуществима наличием в топливе, то удержание необходимого кол-ва и отвод излишков и отработки - под вопросом...)
К стати вопрос. Свечки какие используете? Голову переделывали под CM-6 или те что вместо калильной вворачиваются? не помню названия...
Можете сбросить фазы впуска-выпуска двухцилиндрового и одноцилиндрового двигателя? Если меряли, конечно.
Хочу примерно посчитать эффективность получившегося компрессора.
С уважением, Александр.
Попробую посчитать теоретическое давление наддува.
Но есть один вопрос.
На каком бензине Вы эксплуатировали двигатель?
Объясню, почемуя его задаю.
при увеличении наддува при неизменной степени сжатия увеличивается вероятность детонации. Что бы этого избежать, используется либо увеличение октанового числа топлива, либо уменьшение геометрической степени сжатия.
Есть куча вопросов.