Калильный двигатель своими руками

Обновлено: 02.07.2024

К штуцеру подводится топливо, дозируемое регулировочной иглой. Топливо распыляется воздухом, поступающим через диффузор.

В распыленном состоянии топливо в смеси с воздухом – рабочая смесь – поступает через окно коленчатого вала в полость картера. Всасывание происходит вследствие разряжения, создаваемого в полости картера при движении поршня к В. М. Т. Рабочая смесь, заполняющая картер, при движении поршня к Н. М. Т. сначала вжимается, а затем перепускается по каналу в камеру сгорания. При этом происходит очистка цилиндра от продуктов сгорания рабочей смеси (продувка) и заполнение его свежей рабочей смесью. Во время последующего движения поршня вверх рабочая смесь, поступившая в цилиндр через окна, сжимается и, когда поршень достигает В. М. Т. , воспламеняется калильной свечой. Газы, образовавшиеся в результате сгорания рабочей смеси, расширяются, и поршень под действием газов движется к Н. М. Т. , совершая рабочий ход.

Выпуск отработавших газов происходит в конце рабочего хода, когда поршень открывает выпускные окна.

Зажигание смеси производится при помощи калильной свечи, питающейся от батареи постоянного тока напряжением до 3 в. После запуска микродвигателя батарея отключается.

Запуск и регулировка двигателя

Двигатель должен быть надежно прикреплен к модели самолета. Чтобы запустить двигатель, необходимо:

1) залить топливо в расходный бачок, причем уровень топлива при залитом баке не должен превышать уровня жиклера двигателя (бачок соединить с жиклером двигателя эластичной трубкой) ;

2) установить воздушный винт таким образом, чтобы вначале фазы сжатия смеси он находился в горизонтальном положении;

3) открыть иглу жиклера на 3 – 4 оборота от положения полного закрытия;

4) закрыть пальцем левой руки диффузор и повернуть воздушный винт на 3 – 4 оборота против часовой стрелки (если смотреть спереди) ;

5) впрыснуть в цилиндр несколько капель рабочей смеси;

6) подключить батарею напряжением 3 в к калильной свече;

7) сделать несколько быстрых нажимов на воздушный винт в направлении против часовой стрелки (запуск двигателя с маховиком производится шнуром) .

Если двигатель хорошо отрегулирован, он немедленно заработает, и останется только отрегулировать обороты, открывая или закрывая иглу жиклера. Если же он не запускается, значит, мала подача топлива, нужно повторить операцию 4 при более открытой игле жиклера.

Когда двигатель дает вспышку, но не запускается, это означает, что подача топлива слишком обильна (заливает свечу) ; нужно прикрыть иглу жиклера и быстро вращать воздушный винт, пока двигатель не запустится.

Для питания калильной свечи необходимо один провод подключить к двигателю (на массу) , а второй – к центральному электроду калильной свечи с помощью зажима радиотехнического типа.

Перед запуском двигателя необходимо убедиться в исправности калильной свечи. Для этого вывернуть калильную свечу из двигателя и подвести к ней напряжение таким образом, чтобы один из полюсов был замкнут на корпус свечи, а другой – на центральный электрод.

При правильно подобранном напряжении спираль должна светится светло-красным цветом.

При пользовании двигателем следят, чтобы в него не попадали посторонние частицы.

В случае необходимости двигатель надо тщательно промыть внутри смесью минерального масла с бензином (калильная свеча при этом должна быть вывернута) .

Перед установкой двигателя на модель его необходимо предварительно обкатать, т. е. дать поработать 20 – 30 минут на смеси с повышенным содержанием масла.

При установке двигателя на моделях глиссеров, автомобилей и т. п. и эксплуатации его с маховиком, который устанавливается вместо воздушного винта, он не должен работать более 1 – 2 минут без обдува.

Не рекомендуется без необходимости производить разборку двигателя.

Условия работы двигателя в полете иные, чем на стенде: меняется охлаждение, число оборотов,

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.

Бензиновый двигатель

Калильный двигатель

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.

Искровая свеча

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.

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.

Устройство модельного калильного двигателя

Разобранный калильный двигатель

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.

Карбюратор бензинового двигателя

Карбюратор калильного двигателя

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.

Воздушный фильтр

Фильтр другой формы и масло для пропитки

Резонансная труба

Глушитель

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.

Сцепление HPI Baja

Комплект трёх-кулачкового сцепления

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.

Массово подобные двигатели выпускались до 30-х годов, а полностью выпуск прекратился лишь в 50-х годах, находя успешное применение в определенных отраслях народного хозяйства, таких, как стационарные приводы различных сельскохозяйственных машин и судовые двигатели, подкупая своей нетребовательностью к топливу, простотой ремонта и обслуживания.

Эволюция калоризаторов

4. Трактор LANZ. Калильная головка в разрезе.

Простейшая калильная головка "нефтянок" представляла собой обычную герметичную полость, которую надо было нагревать открытым пламенем (как на рис.3). Охлаждение водой в ранних двигателях отсутствовало. Это вызывало определенные проблемы, т.к. нерегулируемая температура головки могла достигнуть высоких значений, из-за чего воспламенение топливной смеси начиналось раньше времени. Напротив, на холостом ходу камера могла остыть и перестать воспламенять смесь.

Для нормальной работы двигателя необходимо было поддерживать температуру калоризатора в пределах 330 - 600°. При более низкой температуре топливо не воспламенится, либо произойдёт поздняя вспышка; при температуре выше указанной - произойдёт преждевременная вспышка, что приведёт к снижению мощности двигателя.

При работе двигателя с нагрузкой в цилиндр каплями подавали воду для охлаждения, а при малой нагрузке, наоборот - прикрывали подсос воздуха, чтобы калоризатор совсем не остыл.

5. Двигатель с запальником (поз.1)

В 1892 году Стюарт получил патент на калильную головку с водяным охлаждением. Это сразу позволило поднять степень сжатия и мощность двигателя.

Пожалуй, классикой Hot-bulb-калоризаторов можно назвать изделия немецкой фирмы Lanz. На народном немецком тракторе Lanz-Bulldog 12 PS выпуска 1921 года (рис. 4), оснащенном одноцилиндровым калильным двигателем, можно видеть калоризатор в виде полусферической головки в передней части двигателя в разрезе. Видны полости для охлаждающей жидкости, чаша для сбора и горения топлива, лючок для прогрева чаши паяльной лампой.

Также получили распространение двигатели с т.н. запальником. В англоязычной литературе запальник именуется "Hot-tube". Он представляет из себя быстросъемный элемент, который накаляется в снятом виде, затем вводится в камеру сгорания и двигатель заводится (см рис. 5).

Русские полудизеля

Выпуск двигателя системы Дизеля могли осилить единицы - в начале 20 века это были завод Людвига Нобеля, да Коломенский машиностроительный, в то время как выпустить нефтяной двигатель с калоризатором могли позволить себе даже небольшие провинциальные заводики.

Именно поэтому в России получили широкую популярность "нефтянки" за простоту и дешевизну. Часто такие двигатели называли, да и сейчас продолжают называют "Болиндерами", - по названию шведской компании, одной из первых начавшей массово производить такие двигатели как для хозяйственных нужд, так и для судов. На черноморском флоте есть даже такой термин - "болиндер" - т.е. баржа, оснащенная двигателем этой конструкции.

Двухтактный двигатель системы "Болиндер" - это замечательное творение человеческого гения. Как и двигатель Дизеля, он не требует электрического зажигания, но в отличие от "дизеля" может работать даже на сырой нефти! Для запуска "Болиндера" в специальное отверстие крышки единственного цилиндра ввинчивают стальной конус с резьбой у основания и шаровидным расширением на конце. Шар предварительно разогревают почти до белого каления, и сразу после ввинчивания конуса быстро раскручивают маховик двигателя. В дальнейшем двигатель работает неторопливо, но зато безостановочно, с характерным звонким "бонг-бонг". Только топливо подавай. Причём бывалые люди говорят, что если к топливу подмешать воды или просто помочиться в топливный бак, то "Болиндер" работает ещё лучше!

О своём первом знакомстве с двигателем "Болиндер" мне рассказал командир моего катера мичман Дорогой. Эта история произошла с ним ещё до войны, он тогда только-только пришёл в дивизион зелёным матросом-салагой, и был объектом всяких нехитрых флотских розыгрышей. Например, затачивал напильником лапы якоря на барже и осаживал кувалдой кнехты на причале, бегал по базе с пустым пожарным ведром в поисках швартовой бочки, из которой должен был налить полведра девиации для кока, и т.д.

Однажды Дорогого разбудили среди ночи и велели идти на баржу, чтобы помочь запустить двигатель. Подозревая очередной розыгрыш, Дорогой осторожно спустился в трюм баржи по скоб-трапу и остановился в нерешительности на скользком от мазута полу. Трюм был едва освещён тусклым красноватым светом мазутного факела, коптящего в углу. Около факела какой-то человек накачивал меха небольшого кузнечного горна. Вдруг этот человек выхватил из горна длинными кузнечными щипцами что-то раскалённое, и побежал прямо на Дорогого с криком "С дороги!" и лексическими добавками. Дорогой испуганно шарахнулся в сторону, и упал прямо на группу сидящих на корточках людей, которых вначале не заметил. Эти люди критически оценили поведение Дорогого, снабдив оценку для убедительности лексическими добавками. Человек со щипцами крикнул: "Крутите!" (с лексическими добавками). Все кинулись к большому маховику, около которого замешкавшемуся Дорогому не хватило места. Со второй попытки двигатель заработал и все пошли досыпать.

Из русских производителей среди многих выделяются две личности, как наиболее широко освещенные и мифологизированные в русскоязычной литературе: Блинов и Мамин, оба родом из села Балаково.

Блиновы

Известно, что создатель первого в России опытного образца гусеничного трактора на паровой тяге, русский промышленник и изобретатель, бывший крепостной крестьянин Федор Блинов гораздо больший успех снискал в создании пожарных насосов и двигателей. В то время, как его "самоход с бесконечными рельсами" был отнесен на нескольких промышленных выставках в разряд никчемных диковинок, за пожарный насос изобретатель в 1889 году получил серебрянную медаль, в 1890-х - бронзовую.

В России конца 19 века получили большое распространение дешевые и достаточно несовершенные даже по тем временам нефтяные двигатели, оснащенные простой калильной головкой (или открытым калоризатором) без водяного охлаждения. Помимо пожароопасности, данные двигатели развивали меньшую мощность по сравнению с более совершенными двигателями с охлаждаемым калоризатором. Зачем нужно охлаждение - см. выше вторую главу "Эволюция калоризаторов".

В 1899 году, в возрасте 68 лет, Блинов решает применить вместо открытой калильной головки т.н. запальник, т.е. предварительно раскаленный элемент, помещаемый через крышку в запальную камеру. Как уже говорилось выше, эта система уже применялась в Европе англичанами и шведами.

На собственном заводе со старообрядческим названием “Фабрика нефтяных двигателей и пожарных насосов “Благословение” П.Ф. Блинова” младший сын Ф. Блинова Порфирий начинает производить двигатели с запальником.

Уже после смерти отца, в 1903-м году, Порфирий подает заявку на патент, и в 1909-м получает привилегию. В части, посвященной описанию запальника, говорится:

“Выпаритель для работающих взрывом двигателей, характеризующийся совокупным применением двухстенной коробки, охлаждаемой водой, и металлического бруска, нагреваемого перед пуском в ход двигателя и помещенного внутрь коробки. ”

Изобретение первого в мире запальника в отечественной литературе настойчиво приписывают Блинову, хотя в английской линейке нефтяных двигателей существуют такие же модели, но запальник там именуется "Hot tube", т.е. "горячая трубка". Кроме того, широко известен калоризаторный двигатель системы Болиндера с запальником, о нем как раз шла речь в предыдущей главе.

По воспоминаниям внучки Ф.Блинова, среди бумаг и книг деда она видела множество периодической английской патентной литературы конца 19 века. Скорее всего, оттуда Блинов и подчерпнул идею запальника.

Мамин

6. Запальник Мамина, 20-е годы.

Параллельно продолжил дело Ф. Блинова и его ученик, Яков Мамин вместе с братом Иваном на собственном предприятии - "Чугуно-литейном механическом заводе братьев Я. и И. Маминых".

В 1903 году на предприятии Я. и И. Маминых был сделан первый двигатель мощностью 9,5 лошадиных сил на базе двигателя английской фирмы “Хорнсби”. Двигатель Маминых работал на нефти.

В 1904 году Мамины подали заявку на изобретение, а в 1908 году получили привилегию и патент № 14061 на двигатель, который назвали “Русский Дизель”. Все эти годы на заводе выпускались нефтяные двигатели мощностью от 3,5 до 30 лошадиных сил.

После революции 1917 года, Мамин продолжал конструировать двигатели, и известен ряд его предложений по модернизации запальника с тем, чтобы добиться оптимального температурного режима.

Поэтому когда мы выбираем самолет, например Gee Bee - .25 Scale EP Composite ( Паркфлаер , HobbyKing ).

это значит, что сюда необходим калильный ДВС объемом 0.25 in 3 или ~4 см 3 .

Топливо

Топливо для калильных ДВС включает в себя метиловый спирт (метанол), нитрометан и масло. Метанол – основной по объему компонент калильного топлива и имеет большую удельную энергоемкость чем бензин. Ввиду того, что пропорция воздуха топливной смеси калильных ДВС почти на 55% ниже чем у бензина, соответственно большее количество топлива может быть впрыснуто в камеру сгорания.

В калильном топливе также применяется нитрометан в объеме 5-15%. Нитрометан применяется для стабилизации процесса горения топлива, вследствие чего мотор работает устойчивее на малых оборотах и отдает больше мощности на больших.

Калильное топливо имеет высокую скорость сгорания, что делает это топливо идеальным для достижения высоких оборотов двигателя.

Для бензинового мотора применяется 92 бензин с маслом в пропорции 1:25 - 1:40.

Мощность

Бензиновый двигатель имеет меньшую мощность и меньшую частоту вращения вала по сравнению с калильным двигателем. Однако это компенсируется более мощным крутящим моментом и большей экономичностью двигателя – почти в 9 раз экономнее, чем у калильного двигателя того же объема.

бензиновый двигатель CRRC-Pro GF26i 26cc имеет 2.4 л.с. при 9000 об/мин.
калильный OS 160FX имеет 3.7 л.с. при 9000 об/мин.

Система зажигания

В бензиновых двигателях используется искровая свеча, в то время как в калильных моторах применяется калильная свеча для поджига топливо-воздушной смеси. На бензиновых ДВС необходима бортовая система зажигания, подающая напряжение на свечу в определенный момент времени. У калильных ДВС внешнее питание подключается к свече на время запуска двигателя. После запуска мотора её накал поддерживают раскаленные продукты сгорания.

Вес двигателя

Как правило, калильные ДВС используются для малых и средних самолетов, в то время как бензиновые – от средних до больших моделей. Причина этому – вес. Бензиновый ДВС имеет больший вес в силу ряда причин, основная из которых - наличие системы зажигания.

Для сравнения веса одинаковых по кубатуре ДВС, возьмем уже знакомые нам CRRC-Pro GF26i 26cc и OS 160FX . Первый ДВС весит 1150 грамм, не учитывая системы зажигания, второй – 930 грамм.

Если сравнивать одинаковые по мощности двигатели, то получается следующее:

бензиновый DLE 30cc при мощности 3.7 л.с. и 8,500 об/мин имеет вес 1090 грамм.
калильный OS 160FX при мощности 3.7 л.с. и 9,000 об/мин имеет вес 930 грамм;

Надежность

Надежность – немаловажный фактор для ДВС. Износ калильных ДВС происходит быстрее по следующим причинам:

Высокое содержание нитрометана уменьшает жизненный цикл двигателя.
Калильные моторы имеют более высокую рабочую скорость вращения вала и как следствие больший износ.

Экономичность

В процессе одного рабочего хода поршня калильного топлива сгорает в 8.7 раз больше, чем бензина.

Одно из достоинств бензиновых ДВС против калильных – это низкая цена топлива и экономичность бензиновых моторов. Цена калильного топлива в 5 и более раз дороже чем бензинового.

Радиопомехи

Система зажигания бензинового двигателя создает радиопомехи. В момент возникновения электрической дуги на свече зажигания образуется электромагнитное поле, являющееся источником радиопомех. Для уменьшения вредного влияния, приемник следует размещать на расстоянии не менее 30 см система зажигания и использовать добавочный резистора в цепи свечи зажигания.

В калильных ДВС данная проблема отсутствует.

За и против бензиновых ДВС

Дешевизна топлива (относительно калильного)
Легкость в настройке, нет необходимости использовать калильные свечи
Более надежны

Самолеты с бензиновыми ДВС подвержены радиопомехам
Более низкое отношение мощности к весу, чем у калильных ДВС
Имеют большую вибрацию, чем калильные
Необходимость в двух независимых источниках питания, один для системы зажигания, второй для приемника

Видео

Еще один тип двигателей, о котором стоит упомянуть - это компрессионные двигатели.

Информацию о них предоставил yuri_la (Юрий Арзуманян).

Многие ошибочно называют компрессионные двигатели (еще их называют двигателями с воспламенением от сжатия) дизелями. Это неверно. Раньше в модельной литературе такой ошибки не делали. Цикл Дизеля и цикл Отто, по которому работают карбюраторные (и большинство инжекторных двигателей) это разные термодинамические циклы. Основным отличием цикла Дизеля является то, что в нем сжимается ВОЗДУХ, а не готовая рабочая смесь. Соответственно его можно сжать сильнее, не боясь детонации - в нем же нет горючего! Топливо впрыскивается в камеру потом с уже сильно сжатым (значит раскаленным) воздухом и само воспламеняется. Поэтому впрыскивать можно практически любое горючее. Но чтобы впрыснуть в камеру с высоким давлением горючее нужен насос, создающий еще большее давление! В этом сложность и удорожание конструкции. Потом у топлива меньше остается времени на нормальное распыление и перемешивание с воздухом, отсюда более высокая отдача мощности на невысоких оборотах. Наличие или отсутствие калильной или искровой свечи в двигателе не является отличительным признаком типа двигателя. Свеча лишь помогает обеспечить более устойчивое и надежное воспламенение, особенно на малых оборотах и переходных режимах.

Читайте также: