/
Автор: Мерзликин В.Е.
Теги: спорт электротехника машиностроение инженерное дело детали машин электродвигатели
ISBN: 5-7030-0431-4
Год: 1991
Текст
ББК 75.725
MSI
Рецензент И С Наумов
Редактор В Н Ионов
Мерзликин В. Е.
М81 Микродвигатели серии ЦСТКАМ.— М.: Пат-
риот, 1991.— 167 с., ил.
1 р. 50 к.
Приводятся сведения по устройству и принципам действия двух-
тактных двигателей Отражены некоторые проблемы конструирования
и технология их изготовления, испытаний и доводки, даны рекомен
дации по форсированию и ремонту микродвигателей серии ЦСТКАМ
Для моделистов
4204000000-887
” 072(02)-91
51—81
ББК 75.725
7А7.3
JSBN 5-7030-0431-4
© В. Е. Мерзликин, 1991
ВВЕДЕНИЕ
Моделизм в нашей стране получил большое распростра-
нение. Станции и клубы юных техников, кружки техническо-
го творчества объединяют любителей конструировать и строить
модели самолетов, кораблей, автомобилей, ракет, мотоциклов,
железнодорожной техники. Среди объектов моделирования
наибольшей популярностью пользуются действующие модели,
способные совершать различные маневры, выполнять функции
аналогично своим прототипам из мира «большой» техники.
Естественное стремление сравнить свои работы, выявить
наиболее удачные конструкции, мастерство управления мо-
делью объединило моделистов в спортивные клубы и общества.
Эти организации проводят соревнования различных уровней по
видам и классам технических видов спорта. Наиболее массо-
выми и популярными в техническом творчестве стали такие
виды моделизма, как авиационный, морской и автомобильный.
Поиски решений различных технических задач, проверка
новых идей и принципов нередко заставляли авторов этих
идей и решений обращаться к моделированию процессов пу-
тем создания миниатюрных копий будущих машин, аппаратов,
транспортных средств-—моделей. На модели, изготовить ко-
торую значительно проще чем полноразмерное изделие, пред-
ставляется возможность проверить эффективность различных
конструктивных решений отдельных узлов машины Создание
модели и ее испытания практически всегда целесообразны,
особенно при создании принципиально новых и крупных ви-
дов техники и сооружений, причем экономические соображения
играют здесь едва ли не главную роль.
Обычно модели подразделяют на два вида — действующие,
функционально подобные прототипам, и недействующие (не-
подвижные), воспроизводящие внешний вид, компоновку
объекта или его внутреннее устройство.
Известно, например, что полету первых воздухоплавателей
на тепловом аэростате предшествовали постройка и испыта-
ния братьями Монгольфье бумажной модели такого воздушно-
го шара. Это произошло во Франции в 1783 году и открыло
Целую эпоху в воздухоплавании — полетов летательных аппа-
3
ратов легче воздуха. Первый полет продолжался всего 25 мин.
Интерес к таким аппаратам сохранился до настоящего време-
ни. Тысячи любителей-воздухоплавателей поднимаются на
тепловых шарах, совершая воздушные путешествия на близкие
и дальние расстояния. Современный уровень развития техни-
ки позволяет иметь на борту такого летательного аппарата
специальные устройства для пополнения баллона горячим воз-
духом и значительно увеличить продолжительность полета.
Знаменитый русский механик и изобретатель Иван Петро-
вич Кулибин проверял посредством масштабной модели пра-
вильность и точность своих расчетов при строительстве уни-
кального по инженерным решениям деревянного одноарочно-
го моста через Неву в Петербурге.
Созданию первой самоходной машины — паровой кареты
предшествовали постройка и испытания ее модели. В 1786 году
английский изобретатель Уильям Мёрдок демонстрировал
действующую модель трехколесной тележки с паровым
двигателем.
Развитие капиталистических отношений и возникновение
острой конкуренции в торговле к середине XIX века вызвало
необходимость ускорения транспортировки грузов из Китая в
Англию. Это, в свою очередь, потребовало создания более со-
вершенных и скоростных транспортных средств. С этой целью
строились специальные скоростные парусные суда — чайные
клиперы. Для разработки наиболее удачных конструкций и об-
водов таких кораблей использовались самоходные модели. По
результатам испытаний таких моделей выбирались основные
размерности больших кораблей.
Поиски методов моделирования процессов, принципов дей-
ствия, наиболее удачных решений постепенно заняли в инже-
нерной работе значительное место. Создание современного са-
молета, корабля, автомобиля, гидростанции и многих других
инженерных сооружений трудно представить без использова-
ния методов моделирования и макетирования. Постоянно со-
вершенствуются и сами методы моделирования. Новейшие
электрические и электронные методы дают возможность смо-
делировать самые сложные процессы и с высокой точностью
отобразить не только качественную их характеристику, но и
количественные соотношения взаимодействующих объектов и
получаемые в результате этого показатели. Совершенствование
методов моделирования и оценки их результатов сделали воз-
можным распространить их и на такие сложные отрасли че-
ловеческих знаний, как общественные процессы и экономика.
Человечество, мечтавшее о полетах человека, проверяло
самые смелые идеи и проекты на моделях, которые приводи-
лись в действие различными, часто весьма хитроумными дви-
гателями.
Очевидно, одним из первых создателей действующей моде-
4
ли летательного аппарата, продемонстрированной в 1754 году
на собрании Петербургской Академии наук, был великий
русский ученый М. В. Ломоносов. Его модель вертолета с дву-
мя четырехлопастными винтами, вращающимися в разные сто-
роны, приводилась в движение стальной часовой пружиной.
Однако в связи с чрезвычайно малой мощностью двигателя
модель могла лишь нарушить баланс рычажных весов во вре-
мя раскручивания воздушных винтов.
Замечательных результатов добились естествоиспытатели
Лоннуа и Бьенвеню с моделью вертолета, которую они про-
демонстрировали перед комиссией французской Академии наук
еще в 1784 году. Модель представляла собой аппарат тяже-
лее воздуха с двумя воздушными четырехлопастными винта-
ми, вращающимися в противоположные стороны. Лопасти воз-
душных винтов были выполнены из гусиных перьев, воткну-
тых в пробку. В движение воздушные винты приводились с
помощью натянутой тетивы лука, выполненной из каучуковых
волокон. Перед взлетом модели эти волокна закручивались
вокруг стержня, соединяющего оба воздушных винта в еди-
ную конструкцию, чтобы при раскручивании они привели во
вращение оба воздушных винта.
В качестве двигателя здесь использовался резиновый жгут,
который является своеобразным аккумулятором механической
энергии. Простота и надежность такого двигателя, его отно-
сительно малая масса сделали этот тип двигательной уста-
новки самым распространенным и популярным, особенно в
авиационном моделизме. В спортивном авиамоделизме он
используется и в настоящее время.
Попытки использовать в качестве двигателя на авиацион-
ных моделях паровую машину делались еще в прошлом веке.
Иногда они давали обнадеживающие результаты. Опыты
морского офицера российского флота А. Ф. Можайского при-
вели к созданию самолета, способного нести человека. Однако
уровень развития техники того времени не позволил создать
достаточно мощные и надежные паровые машины. Собствен-
ный вес такой двигательной установки оказывался значитель-
ным, что, конечно, предопределяло результаты этих попыток.
К концу XIX века паровая машина была несколько усовер-
шенствована и ее параметры позволили построить модель са-
молета, способную совершать полеты продолжительностью
несколько минут.
Следует отметить удачные опыты американского ученого
Ленгли. После серии опытов им была сконструирована и по-
строена модель с двухцилиндровой паровой машиной, вращав-
шей два воздушных винта. Модель стартовала с тележки,
разгоняемой с помощью мощных пружин. Стартовая тележка
катилась по рельсам и в конце разгонной площадки резко ос-
танавливалась, модель по .инерции продолжала полет. Мощ-
5
ности паровой машины оказывалось достаточно, чтобы модель
могла совершать полеты продолжительностью 3—5 мин. Про-
должительность полета ограничивалась запасом воды и топ-
лива, который могла нести модель.
В конце XIX — начале XX века появились поршневые дви-
гатели, работающие на сжатом воздухе и на сжиженной угле-
кислоте Параметры таких двигателей примерно соответство-
вали параметрам паровых машин. Модели, приводимые в дей-
ствие с помощью таких двигателей, показывали неплохие
результаты. Конструкции двигателей были самыми разнооб-
разными, но чаще всего были многоцилиндровыми. Такие дви-
гатели были конструктивно очень похожи на паровые машины,
производились серийно в США с 1911 года и использовались
на движущихся игрушках.
Двигатели для моделей, использующих в качестве рабо-
чего тела испаряющуюся углекислоту, оказались наиболее жиз-
неспособными и обладали несколько лучшими техническими и
эксплуатационными параметрами, чем микродвигатели на сжа-
том воздухе. Углекислотные микродвигатели для моделизма
вызывают определенный интерес у моделистов до настоящего
времени. Значительно усовершенствованные конструктивно, ис-
пользующие в конструкции самые совершенные материалы,
экологически чистые и практически бесшумные, такие микро-
двигатели в настоящее время выпускаются серийно многими
фирмами. В качестве аккумулятора углекислого газа использу-
ются баллончики для бытовых сифонов. Зарядка рабочим телом
расходного бака, находящегося на модели, производится с
помощью специального редуктора. Объем расходного бака, как
правило, обеспечивает работу микродвигателя в течение 50—70 с.
Одного баллончика обычно достаточно для 4—6 заправок рас-
ходного бака. Запуск такого микродвигателя осуществляется
легким толчком воздушного винта в нужном направлении.
Изобретенный в конце прошлого столетия двигатель внут-
реннего сгорания быстро совершенствовался и уже в начале
XX века широко использовался в качестве привода на различ-
ных движущихся экипажах. В качестве топлива в таких дви-
гателях, как правило, используется бензин. Быстрое совершен-
ствование конструкции таких двигателей показало неоспоримые
преимущества этого типа двигательной установки перед все-
ми ранее разработанными. Автомобили, мотоциклы, легкие су-
да оснащались двигателями внутреннего сгорания.
Первые достижения в освоении полетов человека на аппа-
ратах тяжелее воздуха в конце XIX века возбудили всеобщий
интерес к авиации во всем мире. Трагическая гибель извест-
ного немецкого естествоиспытателя Отто Лилиенталя, добивше-
гося заметных успехов в опытах с моделями планеров, а за-
тем построившего и успешно испытавшего в полете безмотор-
ные летательные аппараты-планеры балансирного типа, про-
6
будила интерес к полетам человека у братьев Орвилла и
Вильбура Райт из г. Дейтона (США). Изучив практически всю
имевшуюся научную литературу, посвященную полетам на ап-
паратах тяжелее воздуха, они решили воспроизвести безмотор-
ный полет-планирование. После ряда довольно удачных
опытов с моделями братья отработали схему своего будущего
первого летательного аппарата и систему его управления. Через
некоторое время Орвилл и Вильбур приступили к опытам с
аппаратом, предназначенным для полета человека, на котором
были использованы принципы управления, отработанные на
моделях. После ряда усовершенствований братья добились
отличных полетов своего аппарата и без единой аварии со-
вершили на нем более тысячи полетов. Конструкторы пришли
к решению оборудовать свой планер двигательной установкой с
воздушным винтом.
В качестве двигателя был использован четырехцилиндровый
автомобильный двигатель мощностью около 16 л. с. (12 кВт).
После ряда доработок, направленных на снижение веса дви-
гателя и подбора воздушных винтов, двигательная установка
была смонтирована на аппарате. Первый испытательный по-
лет самолета братьев Орвилла и Вильбура Райт длился все-
го 12 с. Так началась эпоха авиации. Шел 1903 год.
Уже в 1907 году в Великобритании был впервые удачно
применен микродвигатель внутреннего сгорания на летающей
модели. Это был четырехтактный четырехцилиндровый дви-
гатель внутреннего сгорания V-образного типа с искровой сис-
темой зажигания.
Первые двигатели внутреннего сгорания для моделей, как
правило, копировали большие моторы, были сложны конструк-
тивно и тяжелы. Постепенно микродвигатели совершенствова-
лись, все более приспосабливались для использования на мо-
делях, изменялось их конструктивное устройство и технология
изготовления.
На смену многоцилиндровым микродвигателям пришли
двух- и одноцилиндровые Совершенствовалась система зажи-
гания. Четырехтактные микродвигатели со сложной системой
клапанов на впуске и выпуске были постепенно вытеснены
двухтактными микродвигателями с простыми системами газо-
распределения. В настоящее время в моделизме преобладают
одноцилиндровые микродвигатели двухтактного типа. Конст-
рукция их очень рациональна и достаточно проста.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ.
ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
Принцип действия
Основным типом двигателя в спортивном моделизме являет-
ся двигатель внутреннего сгорания. Эти двигатели работают
на жидком топливе и составляют группу карбюраторных
двигателей. Такое название они получили в связи с тем,
что для преобразования химической энергии топлива в механи-
ческую необходимо произвести смешение топлива с воздухом
и последующее сжигание этой смеси в цилиндре Операция при-
готовления топличовоздушной смеси производится в специаль-
ном узле двигателя, который носит название карбюратор.
Двигатель, в котором сгорание топлива происходит внутри
цилиндра, а преобразование химической энергии топлива в ме-
ханическую работу осуществляется под действием сгоревших
газов на поршень, называют поршневым
Двигатели, используемые в спортивном моделизме, назы-
вают микродвигателями, так как их рабочий объем не превы-
шает 35 см3
Рабочий цикл микродвигателя состоит из четырех процес-
сов — впуска топливовоздушной смеси, ее сжатия, сгорания,
выпуска продуктов сгорания.
По принципу своей работы микродвигатели внутреннего сго-
рания разделяются на два типа — четырехтактные и двухтакт-
ные. У четырехтактных микродвигателей рабочий цикл в ци-
линдре совершается за четыре хода (такта) поршня, что соот-
ветствует двум оборотам коленчатого вала. В двухтактном
микродвигателе рабочий цикл совершается за два хода поршня,
что соответствует одному обороту коленчатого вала. Двухтакт-
ные микродвигатели конструктивно проще четырехтактных, а
мощность, которую получают с единицы рабочего объема, зна-
чительно выше. Поэтому сейчас основным типом микродвига-
теля, используемого в моделизме, является двухтактный.
По способу воспламенения топливовоздушной смеси совре-
8
Рис 1 Устройство двухтактного микродвигателя внутреннего сгорания
1 — обтекатель воздушного винта, 2 — подшипник, 3 — диффузор, 4 — жиклер 5 — гиль-
за цилиндра, 6 — рессора контрпоршня 7 — винт контрпоршия S — головка, 9 — коитр-
поршень, /0 —поршень, 11 — поршневой палец, 12 — стенка, 13— шатун 14 — подшип-
ник, 15 — картер, 16 — опорный конус 17 — опорная шайба 13 — воздчпиый винт
менные микродвигатели внутреннего сгорания делят на три
группы
компрессионные микродвигатели с самовоспламенением топ-
ливовоздушной смеси от сжатия;
микродвигатели с зажиганием топливовоздушной смеси от
разогретой металлической спирали — калильной свечи зажи-
гания;
микродвигатели с зажиганием от электрической искры —
искровой свечи зажигания.
Микродвигатель внутреннего сгорания (рис 1) состоит из
следующих основных узлов.
цилиндропоршневая группа, которая включает в себя ци-
линдр и поршень;
кривошипно-шатунный механизм, состоящий из коленчатого
вала и шатуна и преобразующий возвратно-поступательное дви-
жение поршня во вращательное движение коленчатого вала;
картер (корпус), в котором смонтированы эти узлы.
В микродвигателе внутреннего сгорания происходит пре-
образование химической энергии топлива в механическую рабо-
ту. Ряд последовательных физико-химических и термодинами-
ческих преобразований представляют в совокупности один не-
9
обратимый незамкнутый цикл, который называется рабочим
циклом.
Рабочий цикл в двухтактном микродвигателе внутреннего
сгорания протекает в следующей последовательности. При пере-
мещении поршня к верхнему крайнему положению, которое
называется верхней мертвой точкой (ВМТ), в кривошипной ка-
мере создается разрежение. Под влиянием этого разрежения
топливовоздушная смесь из карбюратора поступает в криво-
шипную камеру. При движении поршня к нижней мертвой точ-
ке (НМТ) топливовоздушная смесь в кривошипной камере сна-
чала сжимается, а затем через открывшиеся продувочные
окна поступает в цилиндр.
При следующем ходе поршня вверх, который совершается
под действием инерционных сил вращающихся деталей, топливо-
воздушная смесь в цилиндре сжимается, вследствие чего повы-
шается его температура. Одновременно с этим в кривошип-
ную камеру всасывается через карбюратор новая порция топ-
ливовоздушной смеси. Когда поршень приблизится к ВМТ,
топливовоздушная смесь воспламеняется. Воспламенение может
произойти от сильного сжатия топливовоздушной смеси (в ком-
прессионном микродвигателе) или от нагретой спирали калиль-
ной свечи.
Образующиеся при горении газы расширяются и давят на
дно поршня, что заставляет его двигаться вниз. Этот процесс
называется рабочим ходом. При движении поршня к
НМТ открывается выпускное окно и затем продувочные окна.
Сгоревшие газы через выхлопное окно выходят из цилиндра,
а вслед за ними в цилиндр начинает поступать свежая топливо-
воздушная смесь, которая помогает очистить цилиндр от сгорев-
ших газов.
Таким образом, в двухтактном микродвигателе в продолже-
ние одного такта протекают два различных процесса, то есть
при движении поршня от НМТ и ВМТ над поршнем происходит
сжатие топливовоздушной смеси, а под поршнем — всасывание
топливовоздушной смеси в картер. Во время следующего такта,
то есть при движении поршня от ВМТ к НМТ, совершает-
ся рабочий ход и сжатие топливовоздушной смеси в камере,
а вслед за этим выпуск газов и продувка.
Всасыванием называется процесс, при котором криво-
шипная камера картера заполняется свежей топливовоздушной
смесью. Этот процесс протекает в следующей последователь-
ности: при движении поршня к ВМТ в кривошипной камере
картера создается разрежение; в результате через воздушный
диффузор в картер устремляется воздух. Воздушный тракт
имеет переменное сечение по длине, поэтому скорость, а следо-
вательно, и давление по длине воздушного тракта переменны.
Там, где сечение воздушного тракта наименьшее, скорость воз-
10
Рис. 2. Круговая диаграмма фаз га-
зораспределения
душного потока максимальна,
а статическое давление ми-
нимально. В этом месте обыч-
но подводится топливо. Под
действием разницы давления в
воздушном тракте и атмосфер-
ного из топливного бака подса-
сывается топливо, которое вы-
текает в воздушный тракт. Воз-
душный поток, протекающий
через это сечение с макси-
мальной скоростью, подхваты-
вает и распыляет вытекающее
топливо, образуя топливовоз-
душную смесь.
Количество топлива в смеси регулируется с помощью жик-
лера, который чаще всего представляет собой трубку, проход-
ное сечение которой может изменяться с помощью конической
регулировочной иглы. Впуск топливовоздушной смеси в криво-
шипную камеру управляется посредством золотникового устрой-
ства. Роль такого золотника может выполнять поршень, колен-
чатый вал, распределительный диск, мембрана или специальный
золотник.
Продувкой называется процесс, при котором цилиндр
заполняется свежей порцией топливовоздушной смеси одновре-
менно с выпуском сгоревших газов через выпускное отверстие.
При движении поршня к НМТ давление в цилиндре становится
ниже давления в кривошипной камере и под действием разни-
цы давлений топливовоздушная смесь устремляется из кривошип-
ной камеры в цилиндр по специальным продувочным каналам.
Выпуском называется процесс, при котором сгоревшие
газы удаляются из цилиндра.
Существенное влияние на мощность, частоту вращения и
пусковые качества двухтактного микродвигателя оказывают
моменты начала и окончания процессов всасывания, продувки
и выпуска газов, то есть газораспределение.
Наибольшее влияние на мощность микродвигателя оказы-
вает процесс продувки цилиндра, так как этот процесс опре-
деляет вес заряда топливовоздушной смеси в цилиндре и, сле-
довательно, количество энергии, которая может быть преобра-
зована в работу при рабочем ходе поршня.
Фазами газораспределения называются углы по-
11
Рис. 3. Двухмерная диаграмма фаз газораспределения
/ — всасывание; 2 — продувка, 3 —выпуск
ворота коленчатого вала микродвигателя, соответствующие
процессам впуска, продувки и выпуска. Фазы газораспределе-
ния обычно изображают в виде круговой диаграммы (рис. 2).
Однако такая диаграмма дает только представление о начале,
продолжительности и окончании процессов. Более полную кар-
тину дает двухмерная развернутая диаграмма газораспределе-
ния, на которой по углу поворота коленчатого вала изобра-
жаются площади впускных, продувочных и выпускных органов
микродвигателя (рис. 3).
Характеристики микродвигателей
Геометрические характеристики. Основными геометрически-
ми характеристиками являются рабочий объем цилиндра, диа-
метр цилиндра, ход поршня и степень сжатия.
Объем, который вытесняет поршень при перемещении от
НМТ до ВМТ, называется рабочим объемом V микро-
двигателя и вычисляется по формуле
Т 7 г» •
У = — -3. см\
4
где d — диаметр поршня, см;
S — ход поршня, см.
12
Рис. 4. Внешняя характеристика микро-
двигателя
Ход поршня это длина пути, который проходит пор-
шень от НМТ до ВМТ.
Объем, заключенный между головкой цилиндра и днищем
поршня при положении поршня в ВМТ, называется объемом
камеры сгорания Ус.
Полный объем цилиндра представляет собой сумму
рабочего объема и объема камеры сгорания.
Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сго-
рания называется степенью сжатия (в).
V+Ve
е =----- .
Ve
Технические характеристики. Работа, которую совершают
газы в цилиндре микродвигателя за единицу времени, назы-
вается индикаторной мощностью. Однако потери
мощности на преодоление трения существенно влияют на реаль-
но получаемую мощность на валу двигателя. Мощность изме-
ряется в киловаттах (кВт).
Максимальная мощность микродвигателя, отнесенная к ра-
бочему объему цилиндра, выраженному в литрах, называется
литровой мощностью
NM= кВт-л-1.
V
Массовая мощность микродвигателя характеризует мощ-
ность, приходящуюся на единицу массы:
Ми= —, кВт-кг-1.
М
График, изображающий зависимость эффективной мощ-
ности микродвигателя от частоты вращения вала, называется
внешней характеристикой микродвигателя (рис. 4).
Удельным расходом топлива микродвигателя
(ёт) называется количество топлива (GT), расходуемое на еди-
ницу мощности в час:
gT= , г-кВт-1 • ч-1,
Ne t
где t — время работы микродвигателя, ч.
13
РАБОТА МИКРОДВИГАТЕЛЯ
Рабочий цикл микродвигателя состоит из основных н вспо-
могательных процессов. К основным процессам относятся сжа-
тие, горение и расширение (рабочий ход), а к вспомогатель-
ным— выпуск рабочих газов, продувка и всасывание топливо-
воздушной смеси.
Превращение скрытой термохимической энергии топлива
в микродвигателе в механическую связано с неизбежными по-
терями. Эти потери вызваны трением движущихся частей мик-
родвигателя и называются механическими.
Потери, обусловленные передачей тепла через стенки ци-
линдра и выпуском продуктов сгорания с высокой температу-
рой, называются тепловыми. В энергетическом балансе
микродвигателя тепловые потери составляют до 70% энергии
сгоревшего топлива, а механические 5—8%. Оставшиеся
25—30% энергии топлива превращаются в полезную работу.
Повышение мощности микродвигателя реализуется путем
уменьшения потерь. Основным направлением повышения мощ-
ности является увеличение топливовоздушного заряда цилинд-
ра. Решению этих задач подчинены все конструктивные схемы
микродвигателей.
Мощность микродвигателя определяется количеством тепло-
вой энергии, переведенной в механическую, и, следовательно,
общим расходом топлива в единицу времени. Но работа микро-
двигателя, как работа всякой машины, связана с рядом потерь.
Поэтому мощность микродвигателя зависит также от эффектив-
ного к. п. д., характеризующего полноту перехода тепловой энер-
гии в механическую работу. Следовательно, основная задача
конструктора микродвигателя заключается в получении макси-
мально возможного расхода топлива в единицу времени и в
увеличении к. п. д. Оба эти фактора используются для полу-
чения высокой мощности, хотя тот или другой из них может
превалировать в зависимости от выбранной конструктивной
схемы.
Влияние различных потерь на мощность микродвигателя ха-
рактеризуется его к. п. д.
14
Эффективная мощность микродвигателя (Ve) прямо зави-
сит от:
механического к. п. д. (ц.«), характеризующего потери на
трение и насосные потери;
термического к. п. д. (гр), характеризующего потери вслед-
ствие неполного расширения продуктов сгорания в идеальном
цикле (в нетеплопроводном цилиндре);
относительного к. п. д. (т)#), определяющего потери тепла
через стенки камеры сгорания и цилиндра в действительном
цикле;
коэффициента наполнения цилиндра (ц„), определяющего
степень наполнения его топливовоздушной смесью, как отно-
шение массы заряда, фактически поступившей в цилиндр, к мас-
се топливовоздушной смеси в объеме цилиндра при нормаль-
ном давлении и температуре;
рабочего объема (V) цилиндра микродвигателя, л;
теплотворной способности (Нг) топливовоздушной смеси,
ккал • м-3;
частоты вращения (п) коленчатого вала, мин-1.
Таким образом, выражение эффективной мощности микро-
двигателя принимает вид:
Ne=7,0- 10-5-т]Л-т]г т)г'тк' V-Hg-n.
Соотношение эффективной мощности и массы микродви-
гателя оценивается показателем литровой мощности кото-
рая характеризует совершенство микродвигателя и степень
использования его рабочего объема. Таким образом, получим
выражение
Мл=-^- =7,0-10“5-r]Jlt-rp-i]g-Hg-n-x]v.
Реально достигнутые показатели, входящие в выражение
литровой мощности, при испытаниях мотоциклетных двигателей
малых рабочих объемов (50 и 125 см3) составили: r]j« = 0,8;
Л< = 0,7; т]„ = 0,75; щ = 0,57
Теплотворная способность топливовоздушной смеси на осно-
ве метанола Hg = 823 кал-м~3. Допуская возможность исполь-
зования полученных значений, ввиду схожести конструктивных
схем и условий эксплуатации, можем ориентировочно опреде-
лить показатель литровой мощности современного микродвига-
теля внутреннего сгорания:
Мл = 7,0 • 10~5 • 0,8 • 0,7 • 0,75 • 0,57 • 823 • 28 ООО « 385 кВт л-1.
Полученный расчетом показатель литровой мощности хорошо
подтверждается достигнутыми практически спортивными ре-
зультатами на моделях самолетов, кораблей, автомобилей и
может служить ориентиром при разработках конструкций.
15
Рис. 5. Зависимость термического кпд от степени сжатия
Полученное выражение литровой мощности представлено
как произведение ряда параметров. В современном микродви-
гателе каждый из этих параметров стремятся довести до мак-
симального значения соответствующими конструктивными реше-
ниями. Перечислим главные направления работы конструктора
для получения высокой литровой мощности.
1. Термический к. п. д. (т]г) микродвигателя, принятого в ка-
честве первого приближения к любому действительному двига-
телю, зависит только от степени сжатия (рис. 5). При уве-
личении степени сжатия термический к. п. д. возрастает.
Следовательно, микродвигатель должен работать с высокой
степенью сжатия. Повышение степени сжатия сопровождается
сначала быстрым, а затем заметно замедляющимся увеличением
термического к. п. д. Увеличение степени сжатия ограничивает-
ся возникновением детонационного зажигания.
2. Относительный к. п. д. (т]г) определяется тепловыми по-
терями в процессе сгорания топливовоздушной смеси. Потери
эти могут быть снижены рациональной формой камеры сгора-
ния. Современные двухтактные двигатели имеют камеры сгора-
ния компактной полусферической формы или близкой к ней
конической с кольцевой щелью, образующейся по краям каме-
ры (рис. 6, а). Из кольцевой щели топливовоздушная смесь
при приближении поршня к ВМ.Т выбрасывается к центру ка-
меры, где располагается свеча накаливания, что увеличивает
16
Рис. 6. Камеры сгорания:
а — полусферическая, б — коническая с кольцевой конической щелью
скорость и полноту сгорания смеси. Для уменьшения вероят-
ности возникновения детонационного воспламенения смеси эта
кольцевая щель выполняется конической (рис. 6,6).
Для уменьшения теплопередачи от продуктов горения к по-
верхности камеры сгорания и днищу поршня последние подвер-
гаются тщательной полировке, так как блестящая, полирован-
ная поверхность в наибольшей степени отражает тепловое
излучение. Увеличение степени сжатия при рациональной (ми-
нимальная поверхность при заданном объеме) форме камеры
сгорания так же способствует сокращению тепловых потерь.
Той же цели служит повышение частоты вращения, так как
уменьшается продолжительность соприкосновения газов со стен-
ками камеры сгорания. Поэтому при повышении частоты вра-
щения относительный к. п. д. несколько увеличивается.
3. Коэффициент наполнения в первую очередь зависит от
скорости движения топливовоздушной смеси во впускном трак-
те. Потери давления и связанное с этим ухудшение наполнения
по законам гидродинамики пропорциональны квадрату скорости
движения смеси. Для уменьшения скорости движения смеси
микродвигатель должен иметь короткий всасывающий тракт
большого сечения без крутых изгибов. Для уменьшения потерь
на трение потока о стенки и ослабления вихреобразования
внутренние поверхности всего впускного тракта, включая диф-
фузор, полируют.
На коэффициенте наполнения сказывается также тепловое
состояние всего микродвигателя. Чем больше нагревается топ-
ливовоздушная смесь до входа в цилиндр от соприкосновения
с горячими деталями в картере микродвигателя, тем меньше
ее плотность и, следовательно, меньше весовой заряд поступаю-
щей в цилиндр топливовоздушной смеси. Этот фактор диктует
необходимость изготовления картера, головок, поршней и дру-
гих деталей из материалов с высокой теплопроводностью.
17
Как правило, это алюминиевые сплавы. Высокая теплопровод-
ность в сочетании с мерами, принимаемыми для интенсивного
охлаждения, снижают среднюю температуру деталей микродви-
гателя.
Другим фактором, способствующим повышению коэффи-
циента наполнения цилиндра, является использование спе-
циальных выпускных устройств, о которых будет рассказано
позднее.
4. Увеличение механического к. и. д. микродвигателя осу-
ществляется за счет снижения потерь на трение. В современ-
ных микродвигателях внутреннего сгорания широко исполь-
зуются подшипники качения вместо подшипников скользящего
трения. Даже в нижних головках шатунов делаются попытки
использования игольчатых подшипников, если позволяют габа-
риты микродвигателя. Лабораторные инструментальные замеры
на мотоциклетных двигателях показывают, что трение поршня
о стенки цилиндра составляет около половины всех механиче-
ских потерь на трение. Боковая нагрузка на поршень в значи-
тельной мере определяется силами инерции деталей, движущих-
ся возвратно-поступательно. Для уменьшения инерционной
нагрузки на всех типах микродвигателей целесообразно при-
менять облегченную конструкцию поршней, поршневых паль-
цев, шатунов. Снижение массы поступательно движущихся
частей уменьшает силу трения поршня, благоприятно сказы-
ваясь на повышении механического к. п. д. Все поверхности
трения подвергаются тщательной механической обработке
(суперфиниш, хонингование, алмазная обработка и т. п ) или
взаимной притирке. Наружные поверхности шатунов, нерабо-
чие поверхности коленчатого вала и золотников для уменьше-
ния вентиляционных потерь (затраты на перемешивание и тре-
ние деталей о топливовоздушную смесь в картере) подвергают-
ся тщательной полировке.
Трение, возникающее при скольжении поверхностей, отде-
ленных одна от другой слоем смазки, называемое жидкостным,
пропорционально скорости скольжения. В связи с этим наблю-
дается падение механического к. п. д. при увеличении частоты
вращения. Использование в составе топливовоздушной смеси
масел с малой вязкостью снижает потери на трение.
5. В связи с регламентацией химического состава топлив-
ных смесей, используемых в спортивных соревнованиях, доби-
ваться увеличения теплотворной способности топливовоздушной
смеси Hg практически почти невозможно. Теплотворная способ-
ность смесей, составляемых на основе широко распространен-
ных топлив (бензин, спирт этиловый, метанол) и теоретически
необходимого количества воздуха для сжигания, примерно оди-
накова и лежит в диапазоне 820—830 кал-м-3.
Некоторого выигрыша можно достигнуть при использовании
топлива, молекулы которого при горении освобождают кисло-
18
Рис. 7. Скоростные характеристики дви-
гателя
род, необходимый для горения (нитрометан, нитробензол и др.),
что дает возможность увеличить топливный заряд.
6. Из анализа выражения литровой мощности можно сде-
лать вывод, что повышение частоты вращения нельзя рассмат-
ривать как независимый фактор, позволяющий увеличивать
литровую мощность микродвигателя. За счет увеличения часто-
ты вращения мощность будет увеличиваться только в том слу-
чае, если при этом увеличивается произведение Умень-
шение механического к. п. д. и коэффициента наполнения при
определенном режиме перестает компенсироваться увеличением
частоты вращения и мощность начинает падать. Все конструк-
тивные мероприятия, которые ведут к увеличению наполнения
цилиндра и повышению механического к. п. д., одновременно
дают и повышение частоты вращения, соответствующей мак-
симальной мощности, так как произведение с увеличе-
нием частоты вращения уменьшается медленнее.
Зависимость между и п определяет характер кривой,
представляющей изменение мощности в зависимости от часто-
ты вращения, то есть скоростной характеристики двигателя.
Идеальный двигатель работает без потерь наполнения, а также
механических и тепловых потерь, поэтому его мощность У)!Д
увеличивается пропорционально частоте вращения и выражает-
ся прямой наклонной линией, проведенной из начала координат
(рис. 7). Угол наклона прямой зависит только от степени сжа-
тия: чем больше степень сжатия, тем больше угол.
Мощность действительного двигателя Nly подверженного
потерям тепловым и потерям наполнения, выражается кривой
линией, расположенной ниже характеристики двигателя, рабо-
тающего по идеальному циклу, при этом мощность Nt ограни-
чена точкой перегиба, обусловленной падением коэффициента
наполнения. Ввиду того что здесь не учтены механические
потери, эта кривая дает изменения индикаторной мощности.
Механические потери приводят к дальнейшему уменьшению
мощности реального двигателя, характеристика эффективной
мощности Уе располагается еще ниже, и ее точка перегиба
перемещается влево вследствие быстрого увеличения механи-
19
ческих потерь с увеличением частоты вращения. Форсирование
двигателей уменьшает потери и приближает характеристику
двигателя к идеальной характеристике, другими словами,
как бы выпрямляет кривую и отдаляет ее точку перегиба в
область высоких частот вращения.
Резонансные явления во всасывающем и выпускном трак-
тах, продувочных каналах оказывают определенное влияние
на коэффициент наполнения цилиндра На характеристике
влияние резонансных процессов может сказаться появлением
дополнительных перегибов, отражающих повышение мощности
на определенных режимах В результате влияния совокупности
всех мероприятий, направленных на получение высоких литро-
вых мощностей, внешние скоростные характеристики микродви-
гателей постепенно теряют свою классическую плавную форму
и преобретают более сложные очертания
Почти все современные микродвигатели используют простей-
шие карбюраторы пульверизаторного типа. Эти карбюраторы
дают неравномерную по составу топливовоздушную смесь, что
влияет на скорость горения и, естественно, сказывается на мощ-
ности микродвигателя Для образования качественной смеси
процесс распыления топлива оптимизируется путем подбора
проходного сечения воздушного тракта и снижения потерь на
трение топливовоздушной смеси во всасывающем тракте
Впуском топливовоздушной смеси в кривошипную камеру
управляет золотниковое устройство. Конструктивные схемы
впускных золотников приведены на рис. 8. Наибольшее рас-
пространение в настоящее время имеют золотники цилиндри-
ческого типа, дисковый и осевой. Выбор типа золотникового
устройства зависит от компоновки микродвигателя и его сие
циализации.
Процесс продувки цилиндра так же, как и выпуск продук-
тов сгорания из цилиндра, оказывает большое влияние на мощ-
ность микродвигателя. От совершенства этих процессов зави-
сит очистка цилиндра от продуктов сгорания и наполнение
цилиндра свежей топливовоздушной смесью. Основные усилия
конструкторов микродвигателей направлены на решение имен-
но этой проблемы.
В зависимости от количества и расположения продувочных
каналов, а также их формы и размеров, направление движения
газов в цилиндр осуществляется по различным траекториям
Различают следующие схемы продувки поперечная, встречная
(фонтанная), перекрестная и типа Шнюрле
Для микродвигателей с поперечной продувкой
(рис 9, а) характерно расположение продувочного и выпускно-
го окон друг против друга и наличие дефлектора (гребня) на
дне поршня, который служит для отклонения свежей топливо-
воздушной смеси к головке цилиндра. Дефлектор служит также
для уменьшения потерь топливовоздушной смеси через выпуск-
20
Рис 8 Схемы впускных устройств
д___дисковый золотник б — осевой золотник в •— коленчатый вал 2 — пластинчатый клапан
ьэ
Рис. 9 Схемы продувки.
а — поперечной, б — встречной, в — перекрестной, г—>
типа Шнюрле
ное отверстие. Возможны варианты поперечной продувки без
дефлектора с использованием специально спрофилированного
продувочного канала и окна в стенке гильзы цилиндра.
Недостатком такой схемы продувки является недостаточная
очистка цилиндра от продуктов сгорания и неравномерный на-
грев поршня и стенок цилиндра, что вызывает тепловую дефор-
мацию поршня, увеличение механических потерь и, следова-
тельно, снижение мощности микродвигателя.
Особенность встречной продувки заключается в
том, что выпускные окна расположены над продувочными
(рис. 9,6). Количество и расположение их различно, наиболее
часто встречаются варианты с тремя и четырьмя выпускными
окнами. Располагаются они обычно по всему периметру ци-
линдра. Топливовоздушная смесь из кривошипной камеры по
продувочным каналам устремляется в цилиндр со всех сторон,
собирается в общий поток, устремленный вверх, отражается
от головки цилиндра и выталкивает сгоревшие газы через вы-
22
пускные окна. Дно поршня чаще всего имеет коническую
^^Такая схема продувки хорошо работает и широко использо-
валась и используется теперь в микродвигателях массового
спроса. Однако присущий ей недостаток — малое времясечение
выпускных окон, не позволяет повышать мощность микродви-
гателя.
Перекрестная схема (рис. 9, в) продувки цилиндра
отличается тем, что выпускные и продувочные окна распола-
гаются в плоскости оси коленчатого вала, а выпускные перпен-
дикулярно к ней. Дно поршня может быть плоским или кони-
ческим.
Рассмотренные схемы продувки не решают в полной мере
проблему очистки цилиндра от сгоревших газов в связи с обра-
зованием застойных зон и недостаточным временем открытия
выпускных окон. В рассмотренных схемах продувочный поток
устремляется в цилиндр узкими струями, не имеющими стро-
гого направления. Такие потоки смешиваются со сгоревшими
газами и уменьшают весовой заряд цилиндра.
Схема продувки типа Шнюрле (рис. 9, г) харак-
теризуется наличием одного выпускного окна и двух или более
продувочных каналов с оформленными окнами, направляющи-
ми продувочные струи топливовоздушной смеси на стенку ци-
линдра, противоположную той, где расположено выпускное
окно. Продавочный поток плотным фронтом, двигаясь вдоль
задней стенки цилиндра, вытесняет сгоревшие газы в сторону
выпускного окна и хорошо очищает цилиндр, обеспечивая
более полное наполнение его свежей топливовоздушной смесью.
Большое значение здесь имеет симметрия продувочного потока,
что обеспечивается симметричным расположением продувочных
окон. Наиболее часто в современных микродвигателях исполь-
зуется схема продувки типа Шнюрле с тремя, четырьмя и пятью
продувочными каналами.
В процессе сжатия повышаются давление и температура
топливовоздушной смеси в цилиндре. Смесь оказывается в не-
большом компактном объеме. Благодаря повышенным давле-
нию и температуре создаются благоприятные условия для
процесса горения. В определенный момент смесь воспламе-
няется. Начало процесса сгорания смеси зависит от химического
состава топлива, размеров и формы камеры сгорания. Для
микродвигателей с калильным зажиганием заметное влияние
на момент воспламенения и процесс сгорания оказывают фор-
ма. размеры и химический состав спирали калильной свечи,
ее каталитические свойства.
Основные химические реакции горения протекают в цилиндр-
Ре микродвигателя при движении поршня вниз. При этом темпе-
ратура газов нарастает и давление увеличивается. Расширяясь
при опускающемся поршне, газы совершают полезную работу.
23
Состав гопливовоздушной смеси существенно влияет на
процесс горения. Как обогащенная, так и обедненная смесь при-
водит к значительному уменьшению скорости сгорания и, сле-
довательно, уменьшению мощности микродвигателя.
Процесс выпуска начинается с момента открытия выпускно-
го окна. При подходе поршня к моменту открытия выпускного
окна давление в цилиндре значительно выше атмосферного.
В начальный момент открытия выпускного окна газы истекают
из цилиндра с критической скоростью, то есть со скоростью
звука. Истечение газов поэтому сопровождается характерным
звуковым эффектом. Так как выпускаемые газы имеют высо-
кую температуру, то скорость истечения достигает 500—
600 м-с-1. При понижении давления в цилиндре критическое
истечение переходит в нормальное.
Уровень шума микродвигателя может быть уменьшен путем
использования специально сконструированного глушителя. Суть
работы глушителя заключается в том, что звуковая волна,
возбуждаемая критическим истечением сгоревших газов, много-
кратно отражается в камере глушителя и, складываясь в про-
тивофазе, уменьшается по амплитуде. Уровень снижения шума
зависит от геометрических размеров камеры и режима работы
микродвигателя. Для расширения диапазона частот, на кото-
рых глушитель эффективно работает, иногда используют много-
камерные глушители.
Газодинамические процессы во впускных, продувочных и вы-
пускных системах микродвигателя на рабочих частотах враще-
ния коленчатого вала (400—600 с-1) носят явно выраженный
импульсный характер и плохо поддаются расчетам. Однако
использование энергии колебаний в газовых трактах микро-
двигателя становится заманчивым с точки зрения уменьшения
энергетических затрат и повышения мощности микродвигателя.
Попытки использования энергии колебаний в системах микро-
двигателя предпринимались давно и не без успеха, но к созда-
нию методики, пригодной для практического использования,
не привели. Более подробно с этими проблемами можно позна-
комиться в работе мастера спорта СССР международного
класса С. Н. Жидкова «Секреты высоких скоростей кордовых
моделей самолетов» (М., ДОСААФ, 1972).
Наибольшего эффекта при использовании колебательных
процессов в газовых системах микродвигателя удалось достиг-
нуть, используя резонансные явления в выпускной системе.
Критическое истечение газов в момент открытия выпускного
окна возбуждает в резонансной трубе колебательный процесс
газов. Параметры резонансной трубы подбираются таким обра-
зом, что к моменту прохождения поршня к НМТ на срезе
выпускного патрубка возникает волна разрежения, которая спо-
собствует улучшению процесса продувки и заполнению цилинд-
ра свежей топливовоздушной смесью. Часть продувочных газов
24
Рис. 10. Расширительная камера
выходит через выпускное окно в резонансную трубу. Отражен-
ная волна давления от заднего конуса заставляет вышедшую
в резонансную трубу свежую топливовоздушную смесь дви-
гаться в обратном направлении в цилиндр, производя дозаряд-
ку его свежей топливовоздушной смесью.
Как же работает резонансная труба? В последние годы
в литературе появилось много статей о микродвигателях внут-
реннего сгорания с настроенной выхлопной системой. И это
не случайно. Микродвигатели с такой системой выпуска газов
дали значительный эффект при использовании их на спортив-
ных моделях. Результаты в спортивных скоростных классах
.авиа-, судо- и автомоделей выросли на 30—40% и продолжают
увеличиваться. Столь значительный рост результатов в боль-
шой мере объясняется использованием настроенных резонанс-
ных выпускных устройств. Процессы, происходящие в системе
микродвигатель-резонансная труба, достаточно сложны, и хо-
роших и полных описаний их в отечественной литературе до
последнего времени не встречалось.
В Г980 году в английском журнале «Аэромоделер» была
опубликована статья Дейва Кларксона под названием «Как
работает резонансная труба». Представляется, что эта статья
является одной из лучших в этой области. Она поможет мно-
гим спортсменам понять, как работает резонансная выпускная
система. Объяснение, приводимое в статье, не включает в себя
каких-либо слишком «мудреных» теорий и математических
выкладок, доступно для понимания, но, к сожалению, не позво-
ляет рассчитывать параметры резонансной трубы. Это является
серьезным недостатком статьи.
В статье показано шесть различных выпускных систем. Для
каждой из них составлен график изменения давления на гра-
иИе перехода от цилиндра микродвигателя к выпускной систе-
е во времени или углах поворота коленчатого вала микродви-
25
Рис 11 Настроенная мини-труба
гателя. К каждому графику приводятся объяснения, дающие
достаточно ясное представление принципа работы такой
системы.
Расширительная камера (рис. 10). Опускаясь вниз, поршень
открывает выпускное окно, горячие газы из цилиндра устрем-
ляются в расширительную камеру и давление на границе вы-
пускного окна резко повышается. Так как выхлопные газы из
расширительной камеры выходят в атмосферу, то давление
у выхлопного окна стремится упасть до атмосферного (горизон-
тальная линия на графике). Такая последовательность измене-
ния давления является типичной для каждого цикла микродви-
гателя у всех выпускных и шумопонижающих систем. Положи-
тельные пульсации давления на выхлопе повторяются в каждом
цикле микродвигателя, и это повышенное давление в цилиндре
и на выхлопе совпадает с моментом открытия продувочных
окон и затрудняет в первоначальный момент фазы перепуска
поступление свежей смеси в цилиндр. Это явление уменьшает
весовой заряд цилиндра в каждом цикле и, естественно, сни-
жает мощность микродвигателя.
Для уменьшения шума площадь выхлопного отверстия шумо-
понижающего устройства обычно меньше, чем площадь выхлоп-
ного окна. По этой причине среднее давление в расширитель-
ной камере является положительным и тоже в некоторой степе-
ни противодействует процессу продувки цилиндра, что сказыва-
ется на мощности микродвигателя. Положительное давление в
глушителях иногда используется для осуществления наддува в
топливный бак.
Настроенная мини-труба (рис. 11). Расширительную камеру
заменяют прямой трубой. При открывании выхлопного окна на
входном конце такой трубы возбуждается волна давления. Эта
волна давления продвигается вдоль трубы, а достигнув откры-
того конца, она отразится и станет двигаться по направлению
к цилиндру, но фаза ее станет другой. Когда отраженная вол-
на достигнет выхлопного окна, волна давления превращается
в волну разрежения, то есть создается частичный вакуум.
26
Выхмп
niiin/ium
Выхлоп
занаьип
Рис 12 Настроенный мегафон
Если труба регулируется по длине или, другими словами,
вна настраивается, то импульс низкого давления достигает
выхлопного окна тогда, когда поршень находится в положении
НМТ, то есть когда продувочные окна полностью открыты. Это
помогает процессу очистки цилиндра от продуктов сгорания и
всасыванию свежей топливовоздушной смеси в цилиндр, что,
в свою очередь, способствует повышению мощности микродвига-
теля. Мини-труба, таким образом, является простейшей из всех
настроенных выхлопных систем. Повысить эффективность пере-
пуска путем увеличения импульса разрежения становится воз-
можным при использовании выпускной системы типа мегафон.
Настроенный мегафон (рис. 12). Мегафон работает также
на принципе отраженной волны, подобно мини-трубе, но с неко-
торыми отличиями. В этой расширяющейся трубе, как будто
состоящей из огромного числа микроскопических коротких мини-
трубок с изменяющимся диаметром и длиной, волна давления и,
следовательно, отраженная волна разрежения представляют со-
бой сумму огромного числа волн, приходящих в разное время.
Эта сумма состоит из большого числа импульсов низкого дав-
ления и, таким образом, засасывание свежей топливовоздушной
смеси продолжается дольше и большее ее количество попадает
в цилиндр, а значит получается большая мощность. Здесь уже
просматривается возможность избежать заброса продуктов сго-
рания через продувочные окна и смешивания их со свежей топ-
ливовоздушной смесью. Такое смешивание продуктов сгорания
со свежей продувочной смесью уменьшает концентрацию про-
ДУвочных газов, а как следствие, весовой заряд цилиндра и мощ-
н°сть микродвигателя. Следующая модификация выпускной
системы несколько разделяет импульсы давления и разрежения
80 времени.
Р Настроенный мегафон с передней прямой трубой (рис. 13).
^соединенная прямая труба вместе с мегафоном увеличивает
Ременной интервал между импульсами высокого и низкого дав-
27
fibimn
открыт
Выхлоп
закрыт
Рис 13. Настроенный мегафой с прямой трубой
ления. Этот интервал между импульсами и сдвигает момент
засасывания в ту часть рабочего цикла, где большая часть све-
жего продувочного газа переносится в цилиндр. Удачно выбран-
ное время плюс разделение импульсов позволяют наилучшим
образом очистить цилиндр от продуктов сгорания и обеспе-
чить хорошее наполнение цилиндра продувочным газом. Резуль-
татом этого является увеличение мощности, но значительная
часть продувочного газа проходит через микродвигатель и
выбрасывается в атмосферу. Расход топлива значительно увели-
чивается.
Настроенная труба (рис. 14). Классическая схема выпускной
системы, какой является резонансная труба, представляет со-
бой систему из настроенного мегафона с прямой трубкой и вто-
рого мегафона, присоединенного навстречу первому, в противо-
положном направлении. Интересен феноменальный результат,
который дает этот второй мегафон, создающий другую отражен-
ную волну, но это уже волна высокого давления
На графике изображена последовательность процессов. При
открывании выхлопного окна возникает импульс высокого дав-
ления и через некоторый интервал времени удлиненный им-
пульс давления. Встречный мегафон отражает этот продолжи-
тельный импульс низкого давления в расширяющийся мегафон.
С изменением фазы отраженный импульс превращается в им-
пульс повышенного давления. При движении волны повышен-
ного давления по расширяющемуся мегафону в обратном на-
правлении этот импульс как бы спрессовывается во времени и
образуется крутой взрывной импульс высокого давления, при-
ходящий к выхлопному окну.
Этот взрыв высокого давления, который образуется в резуль-
тате взаимодействия двух мегафонов, можно назвать прессую-
щим импульсом. Выбор времени прихода прессующего импульса
к выхлопному окну, то есть как раз тогда, когда произошло
28
Рис. 14. Настроенная труба
сверхочищение цилиндра и его заполнение свежим продувочным
газом, является важным фактором, предотвращающим беспо-
лезную трату продувочного газа. Если этот прессующий импульс
приходит после закрытия продувочного окна, но перед закры-
тием выхлопного, давление в цилиндре свежего продувочного
газа увеличивается, другими словами, микродвигатель оказы-
вается сверхзаряженным.
Конечным результатом использования настроенной трубы
является увеличение весового заряда цилиндра топливовоздуш-
ной смесью и значительно большее увеличение мощности, чем
при использовании расходящегося мегафона.
Улучшенная резонансная труба (рис. 15). Положение прес-
сующего импульса на временной оси рабочего цикла является
очень существенным. Как и с всасывающим импульсом, это вре-
мя может быть изменено присоединением прямой цилиндричес-
кой трубы между расширяющимся и сужающимся мегафонами.
График показывает, что прессующий импульс сдвигается назад
по временной оси так же, как и в случае, когда мы оптимизи-
ровали процесс для получения временного интервала между им-
пульсами повышенного и пониженного давления в системе наст-
роенного мегафона с трубой.
Проведение спортивных соревнований по авиа-, судо- и
автомоделизму в условиях современного города с использова-
нием мощных микродвигателей вряд ли допустимо в дальней-
шем из-за большого уровня шума, который они создают при
работе. Международные спортивные федерации в связи с этим
ввели достаточно жесткие требования на ограничение уровня
шума, создаваемого работающим микродвигателем.
Наибольший уровень шума от работающего микродвигате-
ля создается системой выпуска отработавших газов из цилиндра
микродвигателя. Для снижения уровня шума используются спе-
циально сконструированные глушители. Суть работы глушите-
ля заключается в том, что звуковые волны, возбуждаемые кри-
тическим истечением сгоревших газов, многократно отражают-
ся в расширительной камере глушителя и, взаимодействуя друг
с Другом, уменьшаются по амплитуде. Степень снижения шума
29
открыт
Продубка
открыта
8ьшя
зшь т
П^дубка
закрыта
Рис 15 Улучшенная резонансная труба
зависит от геометрических размеров расширительной камеры и
средней температуры выхлопных газов.
Спектр звуковых колебаний, возбуждаемых выхлопом, до-
статочно широк, и задачей многокамерного глушителя шума
является разделение всего спектра на две-три полосы, которые
эффективно заглушаются в соответствующих специально скон-
струированных камерах глушителя. Настройка каждой камеры
заключается в определении объема ее и соединительных патруб-
ков по длине и сечению. Глушители шума используются в каче-
стве как самостоятельных выпускных устройств, так и в сочетании
с резонансными трубами. Эффективность работы глушителя в
значительной степени зависит не только от его конструкции, но
и от способа его монтажа на модели. Примеры конструктивных
схем глушителей приведены на рис. 16, а—г. Иногда для сни-
жения уровня самой низкочастотной части спектра шума одну
из камер глушителя заполняют рыхлой стекловатой (рис. 16,
дне). Находят применение и другие устройства для снижения
уровня шума, получившие меньшее распространение. Как уже
говорилось ранее, существенное влияние на параметры микро-
двигателя оказывает качество приготовления топливовоздушной
смеси. Смесь приготовляется в карбюраторе микродвигателя
В двухтактных микродвигателях внутреннего сгорания при-
меняются чаще всего простейшие карбюраторы пульверизатор-
ного типа. Существует несколько конструктивных схем карбю-
раторов, однако принцип действия одинаков. Наибольшее рас-
пространение получили схемы, изображенные на рис. 17. Под
действием разрежения в воздушном всасывающем канале топ-
ливо из бака по топливопроводу устремляется в жиклер, выте-
кает из отверстия жиклера и воздушным потоком распыляется,
образуя топливовоздушную смесь. Количество топлива в смеси
регулируется с помощью дозирующей иглы на седле жиклера
Смесь, содержащая оптимальное количество топлива, называет-
ся нормальной. Смесь, содержащая в своем составе коли-
чество топлива большее, чем необходимо для полного сгорания
в принятом объеме воздуха, называется богатой. Если ко-
ЭО
Рис. 16. Глушители шума.
а — двухкамерный; б — однокамерный с резонансной тоубой, в — двухкамерный с ре-
зонансной трубой, г — трехкамерный с резонансной трубой, д — с наполненной камерой;
в —с наполненной камерой н резонансной трубой
личество топлива меньше оптимального, смесь называется
бедной.
Для управления режимом работы микродвигателя исполь-
зуются управляемые карбюраторы. Регулирование режима ра-
боты микродвигателя осуществляется путем изменения количест-
ва топливовоздушной смеси, поступающей в цилиндр. Чтобы
реализовать эту задачу, прибегают к дросселированию всасы-
вающего воздушного отверстия специальной заслонкой
Для получения устойчивой работы микродвигателя на всех
режимах необходимо во всем диапазоне оборотов получать нор-
мальную топливовоздушную смесь. Решение такой задачи воз-
можно лишь при одновременном синхронном регулировании по-
тока воздуха дроссельной воздушной заслонкой и подачи
необходимого количества топлива. Существует несколько кон-
структивных схем управляемых карбюраторов, но принцип их
действия примерно одинаков. Одновременно с перемещением
Дроссельной заслонки изменяется проходное сечение отверстия,
через которое вытекает топливо. Устройство наиболее распро-
страненных карбюраторов показано на рис. 18, 19, 20.
Основной предпосылкой хорошей работы двигательной ус-
тановки на модели является правильная конструкция топлив-
31
Рис. 17. Устройство карбюраторов пульверизаторного типа
а — с поперечным жиклером; б — со встречной иглой, в — с касательным жиклером;
г — с кольцевой топливной камерой
ной системы микродвигателя, в которую входят топливный бак
с системой трубопроводов и карбюратор.
Система топливопитания должна быть построена таким об-
разом, чтобы топливо не могло самотеком поступать в карбю-
ратор, так как это может вызвать заполнение кривошипной ка-
меры топливом в жидкой фазе, что является опасным: при
запуске микродвигателя это может привести к поломке криво-
шипного или поршневого пальца, шатуна или поршня. Важно
также правильно расположить и смонтировать глушитель шума
или резонансное устройство, снизив вероятность деформации
микродвигателя при ускорениях и резких эволюциях модели.
Все типы карбюраторов микродвигателей очень чувствитель-
ны к загрязнениям топливной смеси, поэтому желательно ус-
танавливать топливный фильтр как в систему трубопровода к
карбюратору, так и в горловину заправочной емкости.
В топливных системах двигательной установки (рис. 21)
часто используются баки круглого или прямоугольного сечения,
размещенные возможно ближе к карбюратору микродвигателя,
32
3
Рис. 18. Автоматический управляемый карбюратор со встречной иглой)
Z — игла жиклера; 2— рычаг дроссельной заслонки; 3 — нгла малого газа; 4 — ограни-
читель дроссельной заслонки
так, чтобы ось выхода трубопровода из бака находилась на оси
жиклера карбюратора или на 5—10 мм ниже и была параллель-
на продольной оси модели (рис. 21, а и б). Такое расположение
бака обеспечивает наивыгоднейший режим подачи топливной
смеси к карбюратору при любом положении модели. Желатель-
но предотвратить соприкосновение бака со стенками корпуса мо-
дели, используя для изоляции слой пористой резины или губки.
Это уменьшит вспенивание топливной смеси от вибрации рабо-
тающего микродвигателя.
Пилотажные модели самолетов наиболее чувствительны к
положению топливного бака, так как в полете модель может
перемещаться и занимать любое положение. Переливы топлива
в баке в значительной степени влияют на режим работы микро-
двигателя при различных положениях модели, поэтому здесь
крайне желательно подавать топливо к карбюратору под неко-
торым давлением. Чаще всего для создания давления в топли-
восистеме используют повышенное давление выхлопных газов
или пульсации давления в кривошипной камере микродвигате-
ля (рис. 21, в и г). Иногда для этой цели применяют специаль-
ный топливный насос мембранного типа, приводимый в дейст-
вие пульсирующим давлением в картере микродвигателя. Чтобы
поддерживать давление топливной смеси на предусмотренном
Уровне, используют редуктор простейшего типа — калиброван-
ное дросселирующее отверстие. Так как топливная система с
Давлением работает в замкнутой петле, необходимо обеспечить
герметичность заправочной и дренажной горловины бака. Еще
одной особенностью конструкции топливного бака пилотажной
Модели самолета является гибкая часть заборной трубки с гру-
зом, которая при эволюциях модели следует за топливом. Этим
*/<2. 225. 33
'г
Рис. 19. Автоматический управляемый карбюратор с плоской дроссельной
заслонкой:
с —в режиме полного газа; б —в режиме малого газа, 1 — игла жиклера; 2 —рычзг
дроссельной заслонки; 8 — регулятор малого газа
a
Рис 20. Простой управляемый кар-
бюратор-
1 — игла жиклера; 2 — рычаг управления,
3 — вннт ограничитель, 4 — винт регулиров-
ки малого газа; 5 —воздушный канал ма-
лого газа
Рис. 21 Топливные баки:
д — простой, б — с гибкой заборной трубкой, с наддувом
из картера, г — с наддувом из глушителя шума
обеспечивается непрерывность подачи топлива как в прямом,
так и в перевернутом полетах (рис. 21, б, в, г).
Специальные конструкции топливных баков широко освещены
в литературе по моделизму. Особенности их устройства связаны
£ необходимостью обеспечения постоянного режима работы дви-
Гательной установки при движении модели по специфической
траектории (по кругу на корде) со значительными перегрузками.
'Да*.
ПОДГОТОВКА МИКРОДВИГАТЕЛЯ
К ЭКСПЛУАТАЦИИ
Перед тем как начать какие-либо работы с микродвигате-
лем, следует тщательно изучить инструкцию по эксплуатации,
рекомендуемые режимы работы, состав топливной смеси и т. д.
Большинство неприятностей с микродвигателем вызывается
неаккуратностью моделиста. Пыль и грязь в подшипниках и в
рабочей паре поршень-цилиндр вызывают разрушение микро-
двигателя.
Помня это, нужно микродвигатель хорошо промыть бензи-
ном сразу после эксплуатации, особенно, если он использовал-
ся на корабле или с форсированными топливами.
После чистки микродвигатель смазывают жидким маслом,
особенно гильзу цилиндра и поршень, а также передний
подшипник.
Нельзя вставлять отвертку или другие предметы в выхлоп-
ное окно.
Для сборки и разборки микродвигателя следует всегда ис-
пользовать только тот инструмент, который рекомендован или
прилагается в комплекте.
Соблюдение этих простейших рекомендаций позволит со-
хранить моторесурс микродвигателя и избежать случайных
и обидных повреждений дорогого и весьма сложного агрегата.
Современные микродвигатели внутреннего сгорания не тре-
буют специальной длительной обкатки и могут быть сразу уста-
новлены на модель, однако короткое время на обкаточном стен-
де ему не повредит.
Период обкатки должен ограничиваться временем 10—15 мин
с использованием пропеллера, обеспечивающего частоту враще-
ния, близкую к режиму максимальной мощности.
Двигатель будет работать лучше всегда с рекомендованным
составом топлива и на богатом режиме.
Многие моделисты предпочитают медленную обкатку ново-
го микродвигателя. Это только трата времени и топливной сме-
си. Двигатель должен обкатываться на оборотах и температур-
ных режимах, при которых он будет эксплуатироваться
Новый микродвигатель можно эксплуатировать только пос-
ле аккуратной промывки топливом.
36
Рекомендации по приготовлению и использованию
топливных смесей
Так как современные микродвигатели внутреннего сгорания
не имеют специальной системы смазки трущихся, высоконагру-
женных поверхностей, то смазывающие вещества вводятся в-
состав топливных смесей.
Топливные смеси для микродвигателей составляются из соб-
ственно топлива, смазочных компонентов и различных приса-
док. Правильно подобранная и приготовленная топливная смесь
позволяет получить максимальную мощность, необходимую
экономичность, продляет ресурс микродвигателя.
Топливо есть основной компонент топливной смеси и поэтому
его обычно подбирают особенно тщательно. Свойства топлива
определяют границы воспламенения, калорийность, теорети-
чески необходимое количество воздуха, температуру парообра-
зования, температуру самовоспламенения, коррозионные свойст-
ва, способность растворять смазочные компоненты и присадки.
В качестве основных компонентов в топливных смесях для
компрессионных микродвигателей используется керосин, соляро-
вое масло и эфир, а в микродвигателях с калильным зажига-
нием — метанол и этиловый спирт.
Смазочные масла вводят в состав топливной смеси для обес-
печения надежной смазки трущихся деталей микродвигателя.
Желательно, чтобы смазочные компоненты принимали участие
в процессе горения и не образовывали нагара в камере сгора-
ния. В качестве смазок в микродвигателях внутреннего сгорания
используются растительные, минеральные и синтетические
масла.
Присадки вводят в состав топливной смеси для повышения
калорийности, увеличения антикоррозионных и моющих свойств
как инициаторы горения, антидетонаторы, катализаторы горе-
ния, окислители, охладительные компоненты, разжижители и
т. д.
Как правило, в топливные смеси добавляют присадки в очень
небольших количествах. Использование их требует специальных
знаний и может быть рекомендовано только опытным спорт-
сменам.
Чаще всего в паспорте микродвигателя указывают составы
топливных смесей, рекомендуемых для каждого микродвигателя..
Ниже приводится несколько рецептов топливных смесей,
Дающих хорошие результаты.
Топливные смеси для компрессионных
микродвигателей, %
Л® 1 № 2 № 3 № 4
Керосин 45 50 50 50
Эфир 36 27 30 28
I»
Масло касторовое 8 10 16 22
Масло миниральное 8 10 —— ——
Амилнитрит 3 3 4 2,5
Топливные смеси для калильных микродвигателей %
А® / № 2 № 3 №4 №5 Л® 6
Метанол 75 80 70 55 70 30
Этиловый спирт — — — — — 10
Нитрометан — — — 15 5 30
Масло касторовое 25 20 25 20 25 15
Бензол — — 10 — ——
Ацетон — — 5 —— — 15
При составлении топливной смеси учитываются наличие ком-
понентов, цель запуска двигателя, степень его износа и метеоро-
логические условия Следует также помнить, что на соревнова-
ниях следует использовать то же топливо, что и на трениров-
ках Смена топлива на соревнованиях почти неминуемо приве-
дет к провалу
Для приготовления топливных смесей необходимо пригото-
вить чистую сухую посуду, мензурку, воронку и фильтры.
Всегда нужно помнить, что компоненты топливных смесей
чаще всего являются огнеопасными, взрывоопасными и ядовиты-
ми веществами
Соединение компонентов производится в следующей после-
довательности касторовое масло растворяется в метаноле, раз-
мешивается и фильтруется, после чего добавляются присадки.
Касторовое масло растворяется также в эфире, а минераль-
ное масло в керосине, затем они смешиваются, смесь фильтру-
ется, добавляются присадки
Хранить топливную смесь лучше всего в темной стеклянной
посуде с притертой пробкой при температуре от +20 до
— 25°С Бутыль обязательно должна иметь этикетку с указанием
состава топливной смеси. Следует иметь в виду, что топливная
смесь, содержащая амилнитрит, не должна храниться длитель-
ное время, так как даже в герметичной посуде она расслаива-
ется и теряет свои свойства Амилнитрит следует добавлять не-
посредственно перед запуском микродвигателя
Подбор свечей и головок накаливания
На работу микродвигателя с калильным зажиганием боль-
шюе влияние оказывает момент воспламенения топливовоздуш-
ной смеси. Для воспламенения ее служит специальная калиль-
ная свеча. Перед запуском микродвигателя спираль такой свечи
накаливается электрическим током от специальной аккумуля-
торной батареи. После запуска и прогрева двигателя батарея
-38
Рис 22 Калильная свеча
отключается, а спираль поддер-
живается в нагретом состоянии
за счет тепла, получаемого от сго-
рания топливовоздушной смеси
Лучше всего себя зарекомен-
довала свеча накаливания, спи-
раль которой изготовлена из
сплава платины с иридием или
родием. При достаточной проч-
н®сти такая спираль обладает
хорошими каталитическими свой-
ствами, не окисляется от взаимо-
действия с компонентами топ-
ливовоздушной смеси и продук-
тами ее сгорания.
Стандартная свеча накалива-
ния марки КС-2 (рис. 22), вы-
пускаемая в СССР, имеет следующие параметры1
Диаметр спирали (внутренний), мм 1,1
Диаметр проволоки, мм 0,2
Материал спирали ПлИ 20
Напряжение накала, В 1,5
Резьба, дюймы 1/4
Стандартные свечи накаливания являются универсальными
и не учитывают возможные частные варианты, при которых экс-
плуатируется микродвигатель. Как показывает опыт, на режим
работы микродвигателя оказывает заметное влияние состояние
атмосферы. В жаркое и прохладное время с одной и той же све-
чой микродвигатель работает различно Это явление объясняет-
ся тем, что момент воспламенения топливовоздушной смеси
смещается, что, естественно, влияет на развиваемую мощ-
ность.
Оптимизация режима воспламенения и сгорания топливо-
воздушной смеси является одной из главных проблем в повыше-
нии мощности современных скоростных микродвигателей внут-
реннего сгорания двухтактного типа. Работа в этом направле-
нии привела к созданию специальной головки-свечи накалива-
ния типа КОКС. Головка-свеча конструктивно выполняется так,
чтобы обеспечить заведомо раннее зажигание топливовоздуш-
ной смеси в камере сгорания. А профиль камеры сгорания по-
добран с таким расчетом, чтобы до прихода поршня к ВМТ
сгорала лишь небольшая порция топливовоздушной смеси,
а основная масса топливного заряда сгорала с большой ско-
ростью после прохождения поршнем ВМТ. Такая конструкция
3»
камеры сгорания, совмещенной со спиралью накаливания, обес-
печивает наиболее эффективное сжигание топливовоздушной
смеси, поступившей в цилиндр.
Отечественная промышленность выпускает специальную го-
ловку-свечу накаливания марки ГСК-1 (рис. 23) для высоко-
режимных микродвигателей внутреннего сгорания калильного
зажигания с рабочим объемом до 2,5 см3.
Параметры головки ГСК-1 следующие:
Диаметр цилиндра, мм 15
Глубина установки, мм 2,5
Диаметр спирали (внутренний), мм 1,3
Материал спирали ПлИ-20
Напряжение зажигания, В 1,5
Подбор винтов и редукторов
Микродвигатели внутреннего сгорания на моделях само-
летов, кораблей и автомобилей нагружаются движителем. Опти-
мизация нагрузки микродвигателя — основной творческий про-
цесс моделиста-спортсмена.
Правильный выбор воздушного винта, точность его изго-
товления — большая творческая задача спортсмена. В табл. 1
приводятся ориентировочные параметры винтов для наиболее
распространенных вариантов их использования с микродвига-
телями различных рабочих объемов.
Ориентировочные параметры гребных винтов с непосредст-
венным приводом от микродвигателя внутреннего сгорания (без
редуктора) приведены в табл. 2
Движитель автомодели обычно соединяется с микродвигате-
лем внутреннего сгорания посредством редуктора с передаточ-
ным отношением 1:1,6—1:2,0. Величина нагрузки на микро-
двигатель изменяется путем изменения диаметра колеса
в небольших пределах. Изменение диаметра колеса производит-
ся с помощью приспособления, срезающего слой резины с бего-
вой дорожки колеса.
Рис, 23, Калильная свеча-головка
Зависимость параметров воздушного винта от рабочего объема
микродвигателя
Таблица 1
Параметры винта Рабочий объем микродвигателя (диаметр X шаг), мм
1 1,5 2,5 | 3,5 5 6,5 8 | 10 | 15
Свободноле- тающие и радиоуправ- ляемые мо- дели 150X100 180X100 180X120 200X100 150X150 180X100 180X120 200x100 180X150 200X100 230X100 230X120 200X150 230X100 250X100 230X100 230X120 250X100 230X150 250X120 250X180 280X150 300X150 280X150 360X150 280X200 360X180 300X150
Кордовые 150X150 150X150 180X150 200X150 230X120 250X150 280X120 — —“
модели 180X100 180X150 180X150 200X150 230X150 230X150 250X150 250X180 280X150
Таблица 2
Зависимость параметров гребного винта от рабочего объема
микродвигателя
Параметры Рабочий объем микродвигателя, см3
0,8—1,5 | 1,5—2,5 2,5—3,5 3,5—5,0 5,0—6,5 6,5—10,0 10,0—15,0
Диаметр гребного винта, мм 30 35 40 40, 45 45, 50 50, 65 50, 60
Установочная резьба, мм М4 М4 М4 М4, М5 М5 М5 М5
Настройка управляемого карбюратора
На радиоуправляемых моделях самолетов, кораблей и авто-
мобилей широко применяются микродвигатели внутреннего сго-
рания в качестве силовой установки. Четкая и надежная работа
двигательной установки во многом определяет успешное выпол-
нение программы соревнований. Правильные действия спорт-
смена при запуске микродвигателя, настройка управляемого
карбюратора должны стать обязательными.
Все типы карбюраторов микродвигателей очень чувстви-
тельны к загрязнениям топливной смеси, поэтому желательно
устанавливать топливный фильтр как в систему трубопроводов
карбюратора, так и в горловину заправочной емкости.
Собственно, настройка карбюратора достаточно проста и
у всех применяемых типов принципиально одинакова. Для на-
стройки карбюратора необходимо разобраться в его устройстве
и конкретных функциях каждого регулировочного элемента.
Наиболее распространенными типами сейчас являются кар-
бюраторы с автоматической регулировкой подачи топлива, коли-
чества топливной смеси при различных положениях дроссель-
ной заслонки; отличаются они только конструктивными
решениями отдельных элементов (см. рис. 18—20). Такие кар-
бюраторы, как правило, имеют раздельные элементы регули-
ровки подачи топлива в режиме максимального газа и в режи-
ме минимальных оборотов (холостого хода). Естественно, что
хорошей работы карбюратора можно добиться только при
исправном микродвигателе.
Для правильной настройки управляемого карбюратора не-
обходимо:
1. Рычагом управления 2 установить дроссельную заслонку
так, чтобы в диффузоре осталась открытой только щель шири-
ной 0,2—0,3 мм.
2. В этом положении дроссельной заслонки ввернуть игл)
заслонки малого газа 3 до полного закрытия отверстия выхо-
да топлива. Из этого положения повернуть регулировочный
винт малого газа в обратном направлении на два оборота
Таким образом, будет приблизительно настроен режим малого
газа.
3. Наполнить топливный бак до половины его объема в
с полностью открытой дроссельной заслонкой запустить микро
двигатель на наибольшие обороты. Регулировочной иглой /
отрегулировать микродвигатель на наибольшие обороты. При
этом необходимо придерживаться принципа, что лучше, если
топливная смесь будет более богата топлиюм, чем воздухом.
4. После прогрева микродвигателя плавно и достаточно мед-
ленно закрыть рычагом управления дроссельную заслонку
до получения минимальных устойчивых оборотов двигателя
(2500—3000 мин-1). Это положение дроссельной заслонки фик-
42
сируется регулировочным винтом. Хорошо отрегулированный
карбюратор «следит» за положением рычага управления и не
заливает двигатель при быстрых переходах от малого газа
до максимального. Если мотор при быстром открывании дрос-
сельной заслонки «захлебывается» и дымит, а режим становит-
ся неустойчивым, это означает, что в режиме малого газа кар-
бюратор дает слишком богатую смесь и тогда необходимо
ввернуть иглу малого газа 3 на V»—’А оборота. При дальней-
ших регулировках работу карбюратора контролируют по реак-
ции микродвигателя на резкие движения дроссельной за-
слонки.
Необходимо отметить, что положение обоих регулировочных
элементов карбюратора взаимосвязано. Любое изменение поло-
жения иглы полного газа изменит также режим холостого хода,
что обязательно потребует перестройки карбюратора и про-
верки переходного режима от малого газа до наибольшего.
В некоторых типах карбюраторов, например, в таких, как
Каван, Перри, Радуга-7, режим малого газа регулируют путем
изменения проходного сечения щелевого отверстия, из которого
вытекает топливо. Все действия по регулировке таких карбю-
раторов совпадают с описанными выше. Следует заметить, что
карбюраторы этого типа более чувствительны к загрязнениям
топлива.
Широко распространены карбюраторы раннего поколения
(см. рис. 20) без специальной регулировки подачи топлива
в режиме малого газа. Такие карбюраторы могут успешно
эксплуатироваться при использовании системы топливопитания
с наддувом из глушителя или из картера двигателя. Предпо-
сылкой успешной настройки карбюратора такого типа является
правильная манипуляция регулировочным винтом 4 подачи
воздуха в режиме малого газа. Посредством регулировочного
винта изменяется проходное сечение отверстия, через которое
воздух поступает в карбюратор в режиме малого газа. Из этого
отверстия воздух попадает в камеру, где расположено отвер-
стие истечения топлива.
При изменении проходного сечения отверстия давление в ка-
мере также изменяется, что, в свою очередь, вызывает измене-
ние количества топлива, поступающего в двигатель.
Порядок настройки этого типа карбюратора следующий:
регулировочный винт 4 ввернуть до полного закрытия отвер-
стия 5;
топливный бак наполнить топливом до половины и запу-
стить микродвигатель при полностью открытой дроссельной
заслонке. Иглой жиклера 1 регулировать микродвигатель на
максимальные обороты и слегка обогатить топливовоздушную
смесь;
после прогрева микродвигателя рычагом управления карбю-
ратора 2 снижать обороты до тех пор, пока мотор продолжает
работать. Через 25—30 с полностью открыть дроссельную за-
слонку. Если режим перехода от наименьших к наибольшим
оборотам неудовлетворителен, его регулируют открытием воз-
душного отверстия 5 с помощью винта 4;
последовательным открытием отверстия 5 при повороте дрос-
сельной заслонки с постоянным контролем режима перехода
от малого газа до максимального, полностью закрыть главный
воздушный тракт.
Карбюратор можно считать настроенным правильно тогда,
когда при быстром или медленном открывании дроссельной за-
слонки микродвигатель устойчиво изменяет обороты и в режи-
ме малого газа работает устойчиво без самопроизвольного изме-
нения режима.
Несколько слов о топливе. Для всех микродвигателей
с управляемым карбюратором можно рекомендовать топливную
смесь с содержанием масла не более 18—22%, так как большее
содержание масла делает микродвигатель чувствительным к
температуре окружающего воздуха. Хорошо себя зарекомендо-
вала топливная смесь с добавкой 5—10% высокооктанового
бензина. Микродвигатель с такой присадкой хорошо работает
на всех режимах и менее чувствителен к изменению уровня
топлива в баке. Из других наиболее распространенных при-
садок можно отметить нитрометан. К использованию нитро-
метана следует относиться очень осторожно и использовать его
только при работе с сильно изношенными микродвигате-
лями.
Правила техники безопасности
Приступая к обкатке или эксплуатации микродвигателя,
следует помнить о мерах безопасности.
При любых запусках микродвигателя на стенде или на мо-
дели необходимо обеспечить надежное его крепление, учиты-
вая значительные вибрации, характерные для одноцилиндровых
двухтактных микродвигателей. Крепление микродвигателя мож-
но осуществлять только за специальные лапки или другие кре-
пежные элементы.
Обкаточное приспособление обязательно должно быть обо-
рудовано защитным кожухом или экраном для воздушного
винта.
Измерение частоты вращения вала отбора мощности жела-
тельно производить тахометром без непосредственного контакта
с вращающимися частями.
При работе микродвигателя категорически запрещается на-
ходиться в плоскости вращения и непосредственно перед
винтом.
Запуски микродвигателя должны производиться на откры-
том воздухе или в помещении. В последнем случае рабочее
44
место должно быть оборудовано вытяжной и общеобменной
вентиляцией, а также взрывобезопасными электрическими све-
тиль ника ми.
Следует особо отметить необходимость соблюдения правил
безопасности при работе с топливом на основе метанола. При
попадании внутрь организма метанол вызывает слепоту и
смерть. Смертельная доза — 30 см3, но тяжелое отравление, со-
провождающееся слепотой, вызывают уже 5—10 см3 метанола.
При попадании метанола на кожный покров необходимо не-
медленно промыть это место струей воды.
При запусках микродвигателя должны также строго соблю-
даться требования пожаробезопасности. При возгорании топ-
ливной смеси необходимо применять следующие средства пожа-
ротушения: песок, химическую пену, тонкораспыленную воду,
инертный газ, асбестовое одеяло, порошковые газовые огне-
тушители.
КОНСТРУИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОДВИГАТЕЛЕЙ
Специальные требования
Конструирование нового микродвигателя внутреннего сгора
ния (МДВС) в настоящее время может быть удачным только
при наличии достаточно большого объема информации в рас
поряжении конструктора.
Процесс конструирования начинается с постановки задачи
в общем виде уточнения назначения микродвигателя, опреде-
ления прототипов и тщательного изучения их конструкции
Понятие «конструкции» включает в себя не только конфигура-
цию деталей, но также выбор материалов и условий работы
каждого узла, оптимизацию взаимодействия всех элементов
конструкции, системы топливопитания, охлаждения, нагру-
жения. Важное место в решении вопросов конструирования
отводится экономическим требованиям
Попробуем сформулировать эти требования в общем виде
для авиационных моделей различных классов в зависимости
от условий их эксплуатации в чисто спортивном аспекте, опи
раясь на требования «Свода спортивных правил Международ
ной Авиационной Федерации»
Класс Ф-1-С — свободнолетающие модели с поршневыми
двигателями. Максимальный рабочий объем цилиндров двига-
теля (двигателей)—2,5 см3, максимальная продолжительность
работы двигателя (двигателей) — 7 с после освобождения мо-
дели. За это время модель должна осуществить взлет и набор
высоты, а затем, после остановки двигателя,— планирование
до посадки. Максимальная продолжительность полета ограни-
чивается периодом, равным 3 мин.
Главной задачей спортсмена является набор максимальной
высоты за такой ограниченный период моторного полета моде
ли. Высота должна быть достаточной для планирования модели
заданное время Эта непростая задача может быть решена
только при наличии очень мощного и надежного двигателя,
способного работать при максимальной мощности такое время,
46
которое необходимо для регулировки двигателя, подготовки
к старту и, главное, в режиме взлета. Кроме того, двигатель
должен быть обеспечен устройством, обеспечивающим заданное
время работы в период старта.
Класс Ф-2-А — кордовые скоростные модели самолетов. Мак-
симальный объем цилиндра двигателя (двигателей) с исполь-
зованием стандартного топлива — 2,5 см3. Топливо для двига-
телей с калильным зажиганием может быть следующего
состава:
1) метанол — 80%, масло — 20%;
2) метанол — 75%, масло — 25%.
Состав топливной смеси для двигателей компрессионного
типа правилами не регламентируется. Главной целью является
достижение максимальной скорости полета модели на задан-
ных дистанции и курсе по кругу. Реализация цели может быть
осуществлена при наличии двигателя, обладающего максималь-
но возможной мощностью и надежно ее обеспечивающего на
всем протяжении заданной дистанции.
Класс Ф-2-В — модели высшего пилотажа. Максимальный
объем двигателя (двигателей) — 10 см3 Двигатель должен
быть оборудован эффективным глушителем. Состав топливной
смеси правилами не регламентируется. Целью соревнований
является выполнение комплекса фигур высшего пилотажа. Вы-
полнение целевых функций модели диктует минимальную
массу двигателя, надежную стабильную работу в течение всего
соревновательного и тренировочного цикла, хорошую «приеми-
стость»
Класс Ф-2-С — модели самолетов для групповых гонок. Мак-
симальный объем двигателя — 2,5 см3. Целью соревнований в
групповой гонке является прохождение мерной базы (10,0 км)
за минимальное время с ограниченным объемом топлива. Реали-
зация цели может быть осуществлена при наличии двигателя,
обладающего максимально возможной мощностью и высокой
экономичностью Чрезвычайно важна также высокая надеж-
ность и выносливость двигателя к изменениям режимов полета
модели и точности регулировки.
Класс Ф-2-Д — модели воздушного боя. Максимальный
объем цилиндра двигателя — 2,5 см3. Целью соревнований воз-
душного боя является маневрирование моделей с целью отсе-
чения бумажной ленты противника в ограниченное время Мо-
дели этого класса должны обладать чрезвычайно высокой
маневренностью, высокой скоростью, надежностью, прочностью
и живучестью. Это диктует требования и к двигателям моделей
воздушного боя: высокая мощность, минимальная масса, хоро-
шие пусковые качества, прочность, надежность, живучесть.
Классы моделей Ф-З-А — радиоуправляемые модели само-
летов высшего пилотажа, Ф-4-В — кордовые летающие модели-
копии самолетов, Ф-4-С — радиоуправляемые летающие модели-
47
копии самолетов. Требования, предъявляемые к двигателям
моделей этих классов, сходны с требованиями к двигателям
моделей класса Ф-2 В, однако каждый класс имеет свои огра-
ничения для рабочих объемов. Дополнительным требованием
к этим двигателям является наличие управляемого карбюра-
тора, позволяющего изменять частоту вращения вала двигателя
в широком диапазоне.
Как видно из сказанного, практически во всех классах моде-
лей главными показателями двигателя являются его мощность,
масса и надежность. Важным показателем является также эко-
номичность в расходе топлива. В некоторых спортивных клас-
сах моделей и рекордных этот показатель становится опреде-
ляющим.
Современная компоновочная схема микродвигателя внутрен-
него сгорания двухтактного типа стабилизировалась; некото-
рые конструктивные варианты носят частный характер, как
правило, отражающий специфику использования двигателя мо-
делей разных классов. Схема достаточно совершенна, о чем
свидетельствует ее стабильность за последние десятилетия.
Однако тщательность конструктивной отработки отдельных
узлов и деталей, подбор материалов позволяют улучшить основ-
ные показатели микродвигателей. Так сравнение микродвига-
телей разных объемов по такому показателю, как мощность,
разработанных и изготовленных в 50-х и 80-х годах, показы-
вает, что мощность возросла в 10—15 раз, а для отдельных
классов микродвигателей и того больше.
За счет каких же средств достигнуты подобные результаты
и каковы пути дальнейшего совершенствования микродвигате-
лей внутреннего сгорания? Для удобства изложения материала
предлагается принять методику рассмотрения отдельно газо-
динамических и механических проблем, возникающих в про-
цессе конструкторской и технологической отработки изделия.
Газодинамические проблемы повышения мощности микро-
двигателя практически достаточно хорошо отработаны и смысл
их решения заключается в форсировании процессов наполне-
ния рабочего объема цилиндра топливовоздушной смесью. Для
решения этой задачи используются многоканальные системы
продувки и перепуска, обеспечивающие эффективную и быструю
очистку цилиндра от сгоревшей топливной смеси и наиболее
полное наполнение его свежей топливной смесью. В связи с ма-
лыми размерами, высокими частотами рабочих циклов возни-
кают значительные технические трудности с проведением
серьезных инструментальных исследований газодинамических
процессов, происходящих в современных высокоскоростных и
мощных микродвигателях. Чаще всего теоретические гипотезы
и конструкторские предложения проходят обкатку на экспери-
ментальных образцах. Заслуживающие внимание результаты
апробируются в условиях жесткой спортивной конкуренции.
48
Такой метод исследований не всегда безошибочно приводит
к положительным результатам, но множество исследователей
и конструкторов микродвигателей, постоянно обмениваясь ре-
зультатами своих опытов, медленно и уверенно продвигаются
по пути совершенствования конструкции микродвигателей.
Все конструктивные мероприятия, направленные на органи-
зацию и улучшение газодинамических процессов, служат тому,
чтобы увеличить величину работы от сжигания топливовоздуш-
ной смеси за каждый рабочий цикл. Механическая работа,
получаемая в цилиндре, передается на коленчатый вал через
поршень и кривошипно-шатунный механизм. Это преобразова-
ние химической энергии в механическую сопровождается как
термическими, так и механическими потерями. Мощность, за-
трачиваемая на механические потери, может составлять до 30%
и более индикаторной мощности.
Конструирование узлов и деталей
Полезная мощность, пришедшая на коленчатый вал микро-
двигателя, называется эффективной мощностью. От-
ношение эффективной мощности к индикаторной характеризует
механический к. п. д. микродвигателя.
Снижение механических потерь — одна из основных целей
конструктора микродвигателей, и проблема эта может быть рас-
членена на отдельные задачи:
устранение или уменьшение местных источников трения и
уменьшение тем самым выделения тепла (вибрация, непра-
вильные допуски, деформации, неправильный подбор материа-
лов, недостаточность смазки вызывают, как правило, повышен-
ное трение и выделение тепла);
обеспечение охлаждения и смазки в тех местах, где неизбеж-
но выделение тепла: камера сгорания, верхняя головка шатуна,
кривошипный палец, кольца шарикоподшипников, поршень,
головка цилиндра;
стремление стабилизировать систему таким образом, чтобы
повышение температуры не увеличивало трение ни в одной из
движущихся частей. Особо важное значение имеет правильный
подбор материалов, учитывающий коэффициент их теплового
расширения. Если вызванная теплом деформация увеличивает
трение, то это сопровождается дальнейшим повышением тем-
пературы в этом месте, вызывающим еще большую тепловую
Деформацию и т. д. В конечном итоге детали узла разрушают-
ся и мотор останавливается.
Для удобства рассмотрения микродвигатель можно условно
Разделить на верхнюю и нижнюю части.
Верхняя часть микродвигателей включает в себя все эле-
менты цилиидропоршневой группы деталей.
49
Рис. 24 График температурных ко-
эффициентов линейного расширения
алюминия и стали
Нижняя часть, в которую включают картер, коленчатяй вал,
систему подшипников, систему обеспечения топливовоздушной
смесью, представляет собой основу микродвигателя. Здесь
конструктору серийного микродвигателя приходится решать
трудную задачу по «примирению» конструктивных и техноло-
гических решений. Достаточно одного взгляда на серийные
двигатели, имеющиеся в продаже, чтобы убедиться, насколько
недооценивается эта часть микродвигателя. Необходимость со
вершенствования ее видна сразу.
Для микродвигателей, в которых шарикоподшипники раз-
мещаются в алюминиевом картере, одна из серьезнейших проб-
лем заключается в том, что из-за различия коэффициентов
теплового расширения алюминиевого сплава и стали повыше-
ние температуры вызывает ослабление натяга в сопряжении
наружного кольца подшипника с корпусом. Степень ослабле-
ния натяга при повышении температуры узла на 75 °C состав-
ляет 12—15 мкм (рис. 24).
Постоянное знакопеременное воздействие и вращающий
момент совместно с достаточно высокой температурой узла
создают предпосылки для проворота внешней обоймы шарико-
подшипника в корпусе, что вызывает дополнительное ослабле-
ние посадки подшипника в корпусе и быстрое его разрушение.
Вторичные последствия этого явления, как правило, ведут к
быстрому выходу из строя и других подвижных соединений
из-за попадания частиц износа на трущиеся поверхности.
Конструкторы микродвигателей применяли различные тех-
нические решения для защиты от проворачивания наружного
кольца коренного подшипника. В качестве примера можно при-
вести решения, используемые отдельными спортсменами,— фик-
сации обоймы подшипника стопорными винтами и шпонками
(рис. 25). Такие решения нарушают концентричность обоймы
подшипника и ухудшают работу подшипника, требуют его до-
работки, поэтому такие решения не могут быть использованы
в серийной конструкции.
50
Рис. 25. Варианты стопорения внешней обоймы подшипника
Другим решением, с функциональной точки зрения более
приемлемым, является установка подшипника в корпус на вы-
сокотемпературных клеях с некоторым натягом. Установка
осуществляется при температуре корпуса около 100 °C с быст-
рой установкой подшипника. Это хорошее решение, но оно
затрудняет замену подшипника в случае необходимости.
Возможно также конструктивное решение, которое может
быть использовано как при конструировании нового узла, так
и в качестве ремонтного. Смысл этого решения заключается
в том, что в алюминиевый корпус запрессовывается с клеем
бандаж из стали, в котором растачивается гнездо для уста-
новки подшипника. В этом случае проблема смены подшипника
решена, однако результирующий коэффициент теплового рас-
ширения будет где-то между соответствующими коэффициен-
тами алюминия и стали. В некоторых случаях (малая тепло-
напряженность двигателя) это решение можно считать вполне
оправданным. Однако в микродвигателях с очень напряжен-
ным тепловым режимом такое решение трудно признать хо-
рошим.
Одним из решений, которое с точки зрения функциониро-
вания узла заслуживает некоторого внимания, является посад-
ка подшипника в корпус с большим натягом (около 25 мкм),
который сохраняется до температуры 130—150 °C. Здесь необ-
ходимо иметь в виду, что при нормальной эксплуатации темпе-
ратура узла не превышает 100 °C.
Однако необходимо соблюсти некоторые условия, ограни-
чивающие возможности использования такого решения. Здесь
следует иметь в виду, что материал картера должен быть
способен выдерживать значительную нагрузку при нормальной
51
температуре. Значительный натяг при нормальной температуре
вызывает заметное сжатие наружного кольца подшипника и,
следовательно, в этом случае необходимо использовать под-
шипники с увеличенным радиальным зазором. При повышении
температуры узла натяг уменьшится и подшипник будет рабо-
тать с увеличенным радиальным и осевым зазорами. Однако
замена подшипников в таком узле требует специальных при-
способлений и должна выполняться при нагреве корпуса до
температуры, при которой производилась их установка.
Наилучшим решением проблемы, очевидно, следует считать
конструкцию, впервые разработанную советскими спортсмена-
ми и широко используемую уже в начале 70-х годов как на
микродвигателях индивидуального производства, так и на се-
рийном микродвигателе «Спринт-2,5» (конструкции С. Н. Жид-
кова). В дальнейшем эти принципы были использованы совет-
скими и зарубежными спортсменами.
Решение это чрезвычайно простое и эффективное. Корпус
носка микродвигателя был изготовлен из стали. При этом
посадки подшипников в корпусе обычны и натяг не превышает
1—3 мкм для коренного и 0—1 мкм для переднего подшипника.
Подшипники могут быть установлены вручную в гнезда силь-
ным надавливанием или путем легкого постукивания деревян-
ным молотком.
Посадка коленчатого вала в подшипниках очень важна
с точки зрения долговечности микродвигателя. Поскольку обыч-
но и коленчатый вал и кольца подшипников изготовляют из
стали, то, естественно, не возникает и проблем, связанных с
тепловым расширением. Однако очень важно не допустить про-
ворачивания внутренних колец подшипников и тем самым изно-
са коленчатого вала.
Обычно в серийных микродвигателях внутренние кольца по-
сажены на вал неподвижно с большим или меньшим натягом,
в худшем случае имеет место скользящая посадка. Скользящая
посадка вала во внутренних кольцах подшипников, подвергаю-
щихся повышенной нагрузке, служит причиной перекосов и виб-
рации, повышает трение и приводит к деформации вала. Уста-
новка коленчатого вала в подшипники с натягом требует
специального оборудования и оснастки, а также высокой ква-
лификации сборщика узла.
Передний подшипник может быть установлен со скользящей
посадкой, так как внутренняя обойма переднего подшипника,
как правило, по бокам зажимается между торцами увеличен-
ного диаметра коленчатого вала и конуса опорного узла устрой-
ства для съема мощности.
Коленчатый вал устанавливают с натягом 1—2 мкм в обойму
коренного подшипника (рис. 26).
Другой вариант этого узла успешно позволяет разрешить
проблему фиксации внутренних обойм подшипников на теле
коленчатого вала посредством распорной втулки, устанавли-
I
Рис. 26. Посадки подшипников в корпусе
ваемой между торцами шарикоподшипников. Сжатие и фикса-
ция обойм подшипников также производятся при установке
устройства съема мощности (рис. 27).
Во время запуска и работы микродвигателя коленчатый вал
испытывает динамические нагрузки и изгибается. Кроме того,
вал нагревается и, следовательно, изменяет геометрические
размеры. Картер также деформируется и нагревается, изменяя
свои формы и размеры, но степень нагрева картера несколько
отличается в связи с интенсивным отводом тепла в окружаю-
щую среду. В связи с этим изменяется расстояние между коль-
цами подшипников, как внешними, так и внутренними. Но раз-
ница в температурах коленчатого вала и корпуса предполагает
и различие в изменении расстояний между обоймами подшип-
ников. Эта разница и определяет необходимость иметь осевой
люфт в посадке коленчатого вала в подшипниках. Величина
этого люфта в условиях нормальной температуры (/ = 20 °C)
может быть рекомендована в пределах 0,04—0,06 мм для микро-
двигателей с рабочим объемом 2,5 см3.
Контроль осевого люфта коленчатого вала и его регулиров-
ка могут быть осуществлены с помощью прокладок необходи-
мых размеров между внутренними обоймами подшипников,
а измерение люфта — с помощью простого индикаторного при-
способления (рис. 28).
Наличие как осевого, так и радиального люфта в узле ко-
ленчатого вала необходимо в связи с прогибом последнего под
действием нагрузки, передающейся от поршня в момент вос-
пламенения и расширения топливовоздушной смеси. В зависи-
мости от величины радиального люфта подшипников, расстоя-
ния между ними и жесткости самого коленчатого вала прогиб
его может составлять 0,1—0,5° (рис. 29).
Рис. 27. Подшипники и распорная втулка
В связи с прогибом существенное значение имеет зазор
вокруг коленчатого вала, необходимый для тс го, чтобы тело-
вала не касалось картера. Для предотвращения протекания
топлива желательно, чтобы этот зазор был щ возможности
наименьшим. Поэтому целесообразно построить или определить
расчетное место на отрезке вала, где ось деформированного-
вала пересекает ось ненагруженного вала. В этом месте наи-
более логично разместить уплотнительный пояс. Ширина уплот-
нительного пояса достаточна, если она составляет 8—10 мм.
Зазор между уплотнительным поясом и коленчатым валом-
может составлять 0,03—0,04 мм, что полностью предотвращает
касание и обеспечивает протекание минимально достаточного-
для смазки переднего подшипника количества топлива (см.
рис. 27). Подобная конструкция хорошо реализуется в микро-
Рис. 28. Индика-
торное приспособ-
ление
&4
двигателях с золотниковым устройством, размещенным на зад-
ней стенке.
Однако при конструировании микродвигателя с золотнико-
вым устройством, роль которого выполняет коленчатый вал,
такое решение реализовать достаточно трудно. Здесь вырез
обтюрирующего окна значительно снижает жесткость колен-
чатого вала и увеличивает прогиб его при нагрузке. Это влечет
за собой необходимость увеличения зазора между картером
и коленчатым валом. Практика показывает, что величина за-
зора в этом случае должна составлять 0,06—0,08 мм. Протечка
топлива по такому зазору становится чрезмерной, что влечет
за собой значительные потери топлива и может нарушить ста-
бильность работы карбюратора. Для устранения этого недо-
статка требуется более тщательный подбор величины зазора
вблизи переднего подшипника. Возможно также применение
специальных мер. Одним из конструктивных решений может
быть специальный динамический масляный запор (рис. 30).
Принцип его работы можно объяснить таким образом: за счет
центробежных сил протекающая топливная смесь нагнетается
в кольцевую проточку и, заполняя ее, через отверстие малого
диаметра (~ 0,8 мм) вытекает в топливовоздушный тракт.
Серьезной проблемой при конструировании одноцилиндро-
вого микродвигателя является снижение вибраций от несбалан-
сированного взаимодействия поршневой группы и противовеса
коленчатого вала. Единственным направлением здесь является
максимально возможное снижение массы поршня и шатуна.
Однако стремление максимально облегчить поршень и ша-
тун не должно приводить к снижению механической прочности
55
Рис. 30. Уплотнение переднего подшипника
Заглушка
этих деталей. Максимальное снижение вибраций, возникающих
от возвратно-поступательных масс, достигается балансировкой
коленчатого вала. С этой целью на щеке коленчатого вала про-
тив кривошипного пальца создается противовес, который частич-
но уравновешивает инерционные силы, возникающие от пере-
мещающихся поршня, поршневого пальца и шатуна.
Необходимо отметить, что полностью уравновесить одно-
цилиндровый двигатель теоретически невозможно. Спектр коле-
баний и величины инерционных сил от поступательного пере-
мещения поршня и шатуна, совершающего сложную траекто-
рию, рассчитать теоретически и компенсировать простым
противовесом практически невозможно. Поэтому задача кон-
структора сводится к уменьшению до минимального уровня
амплитуды вибраций как в вертикальной, так и в горизонталь-
ной плоскостях. Достаточно надежное уравновешивание может
быть произведено на специальном стенде путем измерения
амплитуд перегрузок в вертикальной и горизонтальной плоско-
стях. При этом путем подгонки массы противовеса стремятся
получить примерно равные амплитуды колебаний как в верти-
кальной, так и в горизонтальной плоскостях. Очевидно, что это
равновесие и будет соответствовать оптимальной балансировке.
Балансировка производится путем изменения массы противо-
веса.
В том случае, если масса противовеса в принятой конструк-
ции окажется недостаточной, ее можно увеличить путем уста-
новки дополнительных грузов из материала, имеющего высокую
плотность. В качестве такого материала может быть исполь-
зован вольфрам или его сплавы с плотностью 18,5—19,3 г-см~3.
Для этих целей могут быть использованы также спекаемые
порошковые материалы на основе карбида вольфрама, из кото-
рых изготовляют режущий инструмент. Конструктивно такой
противовес может быть выполнен, как показано на рис. 31.
Степень сбалансированности движущихся частей одноци-
линдрового микродвигателя оценивается соотношением момен-
тов вращающихся компенсирующих масс и движущихся воз-
вратно-поступательных масс. Степень сбалансированности Кб
выражается в процентах. Для одноцилиндрового микро-
кв
Рис 31, Конструкция противовеса:
а —с догрузочным сегментом, б —с до-
грузочными цилиндрами
Рис 32 Схема действую-
щих сил и моментов*
возбуждающих вибрации
и компенсирующих
а — вращающиеся массы*
б — колеблющиеся массы
двигателя это соотношение не может быть более 50% без при-
менения специальных дополнительных динамических балан-
сиров.
Инженерный аналитический расчет степени сбалансирован-
ности одноцилиндрового микродвигателя может быть произве-
ден для оценки принятых конструктивных решений.
Схема расчета балансировки одноцилиндрового микродви-
гателя приведена на рис. 32. Движущаяся возвратно-поступа-
тельно масса поршня с поршневым пальцем и вращающаяся
масса кривошипного механизма соединены с поршнем шатуном,
который совершает сложное движение. Для расчета условно
относим половину массы шатуна к поршневой группе, а дру-
гую половину массы шатуна — к кривошипной части меха-
низма.
Такой расчет не может претендовать на абсолютную точ-
ность в связи с принятыми допущениями относительно шатуна,
однако в качестве инженерного вполне приемлем и практи-
чески дает хороший результат.
Расчет сводится к определению моментов масс колеблющих-
ся деталей Мв и компенсирующего момента противовеса Л1к.
57
Рис. 33. Схема определения момента масс щеки кривошипа:
/ — полуцилиндр; 2 — параллелепипед, 3 — призма; 4 — цилиндр
Отношение компенсирующего момента к моменту колеблющих-
ся масс и определяет степень сбалансированности системы.
Для этого следует производить расчет компенсирующего мо-
мента масс вращающегося коленчатого вала с присоединенной
условно частью шатуна. Чтобы облегчить определение момента
масс щеки коленчатого вала, ее условно разбивают на элемен-
ты, для которых определение массы и ее центра тяжести отно-
сительно оси ее вращения не вызывает затруднений (рис. 33).
В качестве примера приведен расчет степени сбалансиро-
ванности микродвигателя с рабочим объемом 2,5 см3, где кри-
вошипно-поршневая группа имеет следующие конструктивные
параметры: ход поршня — 14 мм, масса поршня из серого чугу-
на— 6,55 г, поршневого пальца — 0,95 г; шатуна— 1,95 г. Кон-
струкция противовеса и кривошипной части коленчатого вала
приведена на рис. 33.
58
Определим моменты масс каждого из элементов вращаю-
щихся частей системы. С этой целью определим массу элемен-
та расстояние от центра массы этого элемента до оси вра-
щения Уг и момент массы Мг.
Массу полуцилиндра, обозначенного на рис. 33 как эле-
мент 1, определим как произведение его объема на плотность
материала:
1 ztd% 1 3,14 2,22 л с 7 о 7 ^П/1 п
т,= —--------в-у= —•----------- -0,5-7,9= /,594 г.
2 4 2 4
Теперь находим расстояние центра массы этого же элемен-
та ог оси вращения:
И в заключение определяем момент массы полуцилиндра:
Mi = m{-yl = 7,504 -0,467 = 3,505 г-см.
Эти же параметры определим для элемента 2.
/п2 = а-в-с-у = 1,05-0,5-0,55-7,9 = 2,281 г;
у2= =0,525 см;
2 2
М2=т2-у2 = 2,281 -0,525= 1,198 г-см.
Аналогичный расчет производим для элемента 3:
m3 = (d-O-g-A (^25-0,55) -1,05 0,5 ,79=1 452
2 2
Уъ= — -а = ^-=0,35 см;
3 3
М3=т3-у3 = 1,452-0,35 = 0,508 г-см.
Для элемента 4:
л d ,2 3 14 • 0 52
т4:-----1- -е-у= -0,5-7,9 = 0,775 г;
4 4
у4 = — =0,7 см;
2 2
М4=т4-у4=0,775-0,7 = 0,543 г-см.
Присоединенная часть шатуна дает момент
Af5= -L ./гг5- --=: Ь2.5- М =0,683 г-см.
2 2 2 2
Колеблющаяся масса поршня, поршневого пальца и поло-
вина массы шатуна, возбуждающие колебания, дают суммар-
ный момент
59
Мв=(т6 + т7+ -^1 •—==, 6,55+0,95+Ы =5,933 г-см.
\ 2 / 2 \ 2'2
Суммарный компенсирующий момент Мк вращающихся масс
составит
Л1К = Л11—(Л42 + Л'1з + Л14 + Л15) =3,505— (1,198 + 0,508 +
+ 0,543 + 0,683) =3,505—2,923 = 0,573 г-см.
Сбалансированность микродвигателя, таким образом, составит
Кб = — -100=°^--100 = 9,66%.
Мв 5,933
Уменьшение массы поршня на 1,2 г и поршневого пальца
на 0,1 г даст изменение сбалансированности в связи с изме-
нением момента от колеблющихся масс М \ :
М 1 =(т I +m’ J ) •- - (5,35 + 0,85+ -0,7 = 5,023 г-см.
• \ 6 7 2 / 2 V 2 j
Коэффициент сбалансированности микродвигателя составит
= адтЗ- ,100=11410/
Ml 5,023
Улучшения сбалансированности можно добиться установкой
дополнительных противовесов из более тяжелого материала,
например, из вольфрама (ув=19,3 г-см-3).
Масса щеки противовеса с дополнительными одинаковыми
грузами (Xi = X2) увеличится на
тя=х1 + х2 = 2- -в-(?в—уст)=2- 3’14 °’552- -0,5(19,3—7,9) =
4 4
= 3’14 °’552. -0,5-1 1,4 = 2,707 г.
2
С учетом того, что плечо дополнительных грузов ух = 0,6 см,
компенсирующий момент увеличится на
Л4х = /их-г/х = 2,707-0,6 = 1,624 г-см.
Таким образом, суммарный момент вращающихся масс
после дополнительной загрузки противовеса грузами Х{ и Х2
изменится и станет равным
< =М1 + Мх-(М2 + Мз+М4+М5) =
= 3,505+1,624—2,932 = 2,197 г-см.
Коэффициент сбалансированности микродвигателя составит
в варианте без доработки поршневой группы
.юо= -100 = 37,0%.
М„ 5,933
60
После проведения мероприятий по облегчению поршневой
группы и установки дополнительных противовесов коэффи-
циент сбалансированности микродвигателя составит
.Ю0= .100=43,74%,
° МI 'г 5,023
1 е
Полученный результат можно считать достаточно хорошим.
Использованием АВС- или ААС-рабочей пары, где поршень
изготовляется из алюминиевого сплава, можно добиться еще
более хороших результатов по степени сбалансированности
одноцилиндрового микродвигателя.
Масса поршня из сплава АК21М2, 5Н2,5 составит 2,95 г,
поршневой палец и шатун без изменений, тогда:
«6
+ т7+ — =(2,95+0,95+0,975)-0,7 = 3,413г-см.
Тогда степень сбалансированности микродвигателя без до-
работок противовеса составит
Kiv = ^ .100= -100=16,79%.
а W11 3,413
М в
Доработка противовеса путем догрузки вольфрамовыми гру-
зами по аналогии с предыдущим примером дает степень сбалан-
сированности
Kov = .100 = 64,37%.
М ”
Как уже говорилось ранее, оптимальным уровнем баланси-
ровки микродвигателя является соотношение Кб, равное 50%.
Полученное соотношение показывает, что масса дополнитель-
ных противовесов несколько превышает необходимую для дан-
ного конструктивного решения кривошипно-поршневой группы.
Уменьшив диаметр дополнительных противовесов до 4,5 мм,
получим следующие результаты
tn х — X j +х 2 —2--— -в(уе Уст)—2- -
•0,5-11,4=1,812 г;
г/х = 0,6 см;
ЛИ • ух= 1,812-0,6= 1,087 г-см.
Суммарный момент вращающихся масс после догрузки про-
тивовеса станет равным
+ -(M2+M3+M4 + M5) =
= 3,505+1,087—2,932=1,66 г-см.
Коэффициент сбалансированности микродвигателя составит
в этом варианте
/(Vi - .юо= . юо=48,64%-
3 М ” 3,413
Полученный коэффициент сбалансированности микродвигате-
ля можно считать удовлетворительным, а поставленную цель
достигнутой.
При разработке конструкции узла коленчатого вала серьез-
ное внимание необходимо уделить узлу кривошипного пальца.
Несмотря на простоту, этот узел оказывает очень сильное влия-
ние на работу микродвигателя. В первую очередь следует ска-
зать о необходимости очень точного размещения кривошипного
пальца относительно оси цилиндра. Это требование диктуется
большими скоростями движения шатунно поршневой группы
и большими силами, действующими на них в момент вспышки
топлива. Любые отклонения от оси и нарушения перпендику-
лярности между осями кривошипа и цилиндра вызывают появ-
ление боковых составляющих сил, которые увеличивают тре
ние поршня о стенку цилиндра, нижней головки шатуна о щеку
вала или заднюю стенку микродвигателя
Контроль точности положения сил кривошипного пальца
относительно оси цилиндра можно производить с помощью инди-
каторного прибора, о котором говорилось ранее (см рис. 28),
с использованием специальной оправки, помещенной в цилиндр
микродвигателя. С помощью этого же прибора можно контро
лировать перпендикулярность оси коленчатого вала и оси ци
линдра.
Значительные нагрузки, испытываемые кривошипным паль
цем, и связанное с этим увеличение трения в узле цилиндра
вызывает необходимость принять меры к обеспечению смазки
рабочих поверхностей. Возможные варианты конструкции си-
стемы смазки изображены на рис. 34 и 42.
Несмотря на принимаемые меры по смазке рабочих поверх-
ностей кривошипного механизма, узел кривошип-шатун являет-
ся наиболее уязвимым местом в конструкции микродвигателя.
Для уменьшения износа рабочих поверхностей применяют до-
полнительные меры по совершенствованию конструкции. Наи-
более часто прибегают к установке в головки шатуна втулок
из износостойких бронз или латуней. Кривошипный палеи
упрочняется с помощью специальных мер — цементации с по-
следующей закалкой, азотирования и т. п. Следует отметить
как одно из самых эффективных решений — твердое хромиро-
вание кривошипного пальца, где твердость покрытия должна
быть не менее 1000 единиц по Виккерсу (HV 1000). Пористая
структура твердого хрома способствует удержанию масляной
пленки даже при очень высоких нагрузках,
62
рис 34 Системы смазки кривошипного пальца
Охлаждение нижней головки шатуна осуществляется по-
ступающей свежей топливовоздушной смесью. Наиболее эффек-
тивно охлаждение в том случае, если смесь поступает непо-
средственно на нижнюю головку шатуна. Это реализуется при
использовании системы газораспределения через коленчатый
вал. Здесь свежая порция смеси с каждым циклом смывает
головку шатуна. При использовании газораспределения через
золотники на задней стенке микродвигателя предпочтение сле-
дует отдать осевому золотнику с выходом топливовоздушной
смеси по оси в полость картера.
Стенка, замыкающая полость картера, обычно выполняется
съемной. Ее назначение — сформировать минимально возмож-
ный объем подпоршневого картерного пространства и обеспе-
чить его герметичность. Крепление стенки в картере может
осуществляться с помощью резьбы или с помощью фланца.
Герметизация стенки обеспечивается уплотнительными проклад-
ками или резиновыми кольцами (рис. 35). В серийном произ-
водстве стенка выполняется, как правило, методом кокильного
литья с последующей механической обработкой. Известны
случаи выполнения стенки методом литья из пластических
масс.
Торцевая поверхность стенки находится в непосредственной
близости от торцев деталей кривошипного узла. Неизбежные
во время работы двигателя осевые перемещения коленчатого
вала и нижней головки шатуна могут вызвать касание задней
стенки и некоторый износ этих деталей, что, как уже отмеча-
лось, вызывает ускоренный износ узлов и деталей микродви-
гателя.
Для устранения последствий таких нежелательных явлений
торцевая стенка должна быть заблокирована от износа. Кон-
структивно блокировка может быть осуществлена различными
способами. Первый и наиболее эффективный способ — твердое
хромирование торца стенки картера. Другой способ заключает-
63
Рис. 35. Уплотнение стенки картера
Рис. 36. Блокировка стенки картера от износа
Рис. 37. Штуцер отбора картерного
давления.
64
Рис. 38. Штуцер с клапаном
ся в установке на торцевую поверхность пластины из твердой
стали. Способ установки такой блокировочной накладки поня-
тен из рис. 36. Третий вариант решения — изготовление стенки
картера из стали с термической и термохимической обработкой
торцевой поверхности.
Иногда для отбора давления из картера с целью осуществ-
ления наддува в топливный бак на стенке устанавливают спе-
циальный штуцер (рис 37). Для предотвращения возможного
перелива топлива из бака в полость картера после остановки
микродвигателя такой штуцер нередко оборудуют специальным
клапаном (рис. 38).
Многообразие конструкций золотниковых устройств отра-
жает поиск конструкторами наиболее удачных решений и спе-
цифику назначения микродвигателей. Наиболее распространен-
ные конструктивные схемы золотников показаны на рис. 39.
Большое распространение в конструкции микродвигателей
некоторое время назад получил плоский дисковый золотник
(рис. 39, а), смонтированный на торце задней стенки. Конструк-
ция узла чрезвычайно проста. На оси свободно вращается диск,
имеющий секторный вырез, который периодически открывает
окно топливовоздушного впускного тракта. Золотник позволяет
получить достаточное времясечение впускного тракта. Золот-
никовый диск чаще всего выполняют из стали, подвергнутой
закалке, и добиваются частичной балансировки путем фрезе-
рования. Зазор между стенкой и рабочей поверхностью для
нормальной работы должен составлять 2—3 мкм Установка
зазора может быть осуществлена с помощью прокладок путем
перемещения оси и фиксации последней стопорным винтом.
Привод диска осуществляется с помощью специального по-
водка на кривошипном пальце, входящем в зацепление с дис-
ком через специальный паз. Золотниковый диск может быть из-
готовлен из слоистых пластиков, текстолита или алюминиевых
сплавов. В последнем случае одну из рабочих поверхностей
(золотника или стенки) необходимо покрыть твердым хромом.
65
Рис 39 Конструкции пло
ских золотников топливо
воздушной смеси
а — плоский дисковый золот
ник б — плоский ДИСКОВЫЙ зо
лотннк Циммермана
Находит некоторое применение плоский дисковый золотник
(рис. 39, б), предложенный Д. Циммерманом и впервые при-
мененный на гоночных мотоциклетных двухтактных двигателях.
Такой золотник позволяет получить очень выгодную форму
впускного тракта, благодаря чему возрастает коэффициент на-
полнения картера топливовоздушной смесью Дисковый золот-
ник в этом случае изготовляют из тонкой (0,15—0,3 мм) лис-
товой пружинной стали. Оптимальная толщина диска подбира
ется экспериментальным путем.
Такой дисковый золотник работает как мембранный клапан,
прижимаясь к отверстию впускного канала, когда в картере
происходит сжатие топливовоздушной смеси. Золотник уста-
навливается на валу посредством скользящего (шпоночного или
шлицевого) соединения так, чтобы диск мог занимать свобод
ное положение без заеданий в узком пространстве между стен-
кой картера и специальной крышкой. Зазор между стенками и
поверхностью диска должен составлять 0,05—0,07 мм.
Золотниковые устройства топливовоздушной смеси, произ-
водящие абтюрирование цилиндрической поверхностью, нахо-
дят в настоящее время наибольшее распространение. Это, оче-
видно, связано с технологической простотой реализации таких
устройств и их высокой надежностью в эксплуатации. Нашли
своих сторонников две схемы осевых цилиндрических золотни-
ков (рис. 40). Примерно одинаковые конструктивные схемы и
технологически сходные золотниковые устройства несколько от-
личаются по эффективности работы, особенно на мощных
быстроходных микродвигателях Золотник, изображенный на
рис. 40, а, считается менее предпочтительным, так как золотник
подводящий топливовоздушную смесь непосредственно в зону
кривошипа (рис 40, б), обеспечивает более интенсивное охлаж
дение узла и улучшает смазку его частицами смеси, которые нс
были доведены до газообразного состояния в карбюраторе. Это
достоинство золотника делает его использование более жела-
66
Рис 40 Конструкции цилиндрических золотни-
ков
а — осевой золотник В Наталенко, б — осевой золотник
центрального типа, в—колоколообразный золотник
тельным, особенно в микродвигателях, предназначенных для
командных гонок моделей класса Ф-2-С.
Стремление получить максимальное времясечение золотни-
кового узла требует увеличения диаметра золотника Однако
быстро растущие потери на трение ограничивают возможность
увеличения этого диаметра. Золотник, как правило, делают из
высококачественной конструкционной стали, подвергают термо-
обработке до твердости HRC 58—62 с последующей чистовой
механической обработкой. Вращается он во втулке из бронзы
или латуни. Зазор между рабочей поверхностью золотника и
втулкой обычно составляет 0,02—0,03 мм на диаметр. Возмож-
на установка золотника в корпус без использования втулки, но
долговечность такого узла снижается. Для уменьшения потерь
от вибраций, которые вероятны в связи с тем, что золотник
имеет несимметричный вырез, целесообразно изготовление зо-
лотника из более легкого материала, чем сталь. Для этой цели,
очевидно, могут быть использованы высокопрочные алюминие-
вые литейные сплавы с большим содержанием кремния или спе-
ченные алюминиевые сплавы. В паре с хорошо подобранным
67
Рис. 41. Мембранный клапан
тере и освобождающую
материалом втулки осевой золотник
из алюминиевого сплава может по-
казать хорошие результаты.
Разновидностью осевого цилинд-
рического золотника является коло-
колообразный золотник (рис 40, в).
Такая конструкция позволяет полу-
чить максимально возможное вре-
мясечение впускного тракта, одна-
ко технологические трудности реа-
лизации данной конструкции огра-
ничивают возможности ее исполь-
зования в высокоскоростных мик-
родвигателях недостаточная ме-
ханическая прочность «колокола»,
склонность к термическим и дина-
мическим деформациям снижают
эксплуатационную надежность мик-
родвигателя
Находят некоторое применение
автоматические впускные клапаны
мембранного типа (рис. 41). Кла-
пан представляет собой тонкую
эластичную пластину, отгибающую-
ся под действием разрежения в кар-
проход для топливовоздушной смеси
в полость картера. Для предупреждения поломки клапана не-
обходим ограничитель его отклонения. Материал клапанной
пластины — пружинная сталь толщиной 0,15—0,3 мм. Такие
клапаны достаточно хорошо работают на микродвигателях
с основным режимом до 15 000 мин-1 При более высокой часто-
те вращения их работоспособность проблематична.
Хотя шатун является очень простой по конфигурации дета-
лью, его роль в работе микродвигателя чрезвычайно важна.
Шатун должен быть максимально облегчен, так как его масса
влияет на балансировку мотора. Наиболее нагруженная часть —
нижняя головка шатуна, которая помимо осевых нагрузок ис-
пытывает нагрузки, вызванные вращением вала. А если учесть,
что частота вращения вала в современных высокоскоростных
мощных микродвигателях составляет 30 000 мин-1 и более, то
станет ясно, почему это соединение является самым напряжен-
ным. Чтобы уменьшить кинетический нагрев нижней головки
шатуна, необходимо снизить окружную скорость вращения кри-
вошипа путем уменьшения его диаметра Минимальный диаметр
68
Рис 42 Смазка головок шатуна
кривошипа ограничивается величинами контактных напряже-
ний в нижней головке шатуна.
Для увеличения срока службы нижняя головка шатуна
снабжается бронзовой или латунной втулкой. Минимальная тол-
щина стенок втулки обычно составляет 0,25—0,4 мм в зависи-
мости от рабочего объема. Втулку запрессовывают в головку с
натягом 0,01—0,015 мм, однако значительная разница коэффи-
циентов теплового расширения материалов втулки и тела ша-
туна делает такое соединение не всегда надежным
В связи с прогибом коленчатого вала в момент воспламене-
ния рабочей смеси соединение головки шатуна с кривошипным
пальцем должно осуществляться с гарантированным зазором.
Величину этого зазора можно легко рассчитать, исходя из ве-
личины прогиба коленчатого вала и ширины нижней головки
шатуна Практически установлено, что величина зазора 8—
12 мкм для микродвигателей с рабочим объемом 2,5 см3 доста-
точна. При таком зазоре надежно обеспечивается сохранение
масляного слоя этого напряженного узла.
Верхняя головка шатуна конструктивно выполняется ана-
логично нижней, но в связи с меньшей напряженностью диа-
метр рабочей поверхности может быть уменьшен на 15—20 %
по сравнению с нижней головкой.
Смазка рабочих поверхностей головок шатуна обеспечива-
ется через отверстия диаметром 0,8—1,0 мм, которые сверлят
в головках шатуна (рис. 42).
Очень важно, чтобы шатун был расположен точно по оси
цилиндра. Боковые смещения не должны превышать 0,05—
0,1 мм. Опыт показывает, что в обычных конструкциях поршня
боковые смещения верхней головки шатуна значительны, а это
ведет к нарушению перпендикулярности и повышает выделение
тепла в зоне контакта головки шатуна с кривошипным и поршне-
выми пальцами. Для предотвращения этих нежелательных яв-
лений необходимо конструктивно ограничить боковые зазоры и
возможности смещения шатуна в узлах соединения его с порш-
нем и кривошипом. Однако ограничение зазоров между шату-
6Э
ном и поршнем значительно усложняет процесс сборки микро-
двигателя.
Как уже отмечалось, увеличение механического к. п. д. дви-
гателя осуществляется за счет снижения потерь на трение. Как
показывают инструментальные исследования, проведенные на
мотоциклетных двигателях, трение поршня составляет около
половины всех потерь на трение. Боковые нагрузки на поршень
в значительной мере определяются силами инерции поступа-
тельно движущихся частей. Для уменьшения инерционной на-
грузки целесообразно применять облегченную конструкцию
поршней, поршневых пальцев и шатунов. Снижение их массы
уменьшает трение поршня, благоприятно отражаясь на меха-
ническом к. п. д. микродвигателя.
Все трущиеся поверхности для уменьшения трения подвер-
гают тщательной механической обработке. Наружные поверх-
ности шатунов, коленчатого вала также полируют не только
для повышения механической надежности, но и для уменьше-
ния вентиляционных потерь (затраты энергии на перемешива-
ние топливовоздушной смеси и трение о воздух в картере).
Повышение температуры деталей, имеющих непосредствен-
ный контакт со сгорающей топливовоздушной смесью (головка
цилиндра, цилиндр, поршень), достигает значительной величи-
ны. По некоторым данным температура головки цилиндра вбли-
зи камеры сгорания достигает 250 °C. Очевидно, есть основания
предположить, что температура дна поршня еще выше, так как
условия охлаждения его несколько хуже. Из-за высокой тем
пературы днища увеличивается диаметр поршня, что приводит
к уменьшению зазора между поршнем и цилиндром.
Для обеспечения работоспособности двигателя необходимо
обеспечить в рабочем диапазоне температур необходимый и
достаточный зазор между поверхностями поршня и стенки ци-
линдра. Величина этого зазора для обеспечения минимального
жидкостного трения, как показывает практика, составляет 2—5
мкм. Обеспечить такие условия — трудная задача, особенно
если учесть, что температура стенок цилиндра повышается в
меньшей степени, чем температура дна поршня. Это связано с
тем, что стенка цилиндра интенсивно охлаждается за счет ок-
ружающего воздуха через стенку картера.
Подбор материалов поршня, гильзы цилиндра и головки ци-
линдра является одной из главных и трудных задач.
Материал поршня — алюминиевый сплав. Исходя из пред-
посылки, что нагрев его значителен и, следовательно, тепловое
расширение его также заметно, необходим такой алюминиевый
сплав, который имеет минимальный коэффициент линейного теп-
лового расширения в диапазоне температур до 300—350°С и
обладает достаточно высокой механической прочностью. Этим
требованиям в наибольшей степени отвечают сплавы системы
алюминий-кремний-медь. Среди промышленных жаропрочных
70
рис. 43 Профили температур цилиндра и порш
йя микродвигателя
поршневых литейных сплавов можно назвать сплавы АЛ10В;
АЛ25; АЛ26; АЛЗО; АК21М2,5Н2,5 и ВКЖЛС-1. Возможно также
использование спеченных алюминиевых сплавов с низким коэф-
фициентом линейного расширения марок САС-1 и САС-4.
Упомянутые сплавы имеют коэффициенты линейного расши-
рения а=17,5—19,0-10~6 град-1 в диапазоне температур 200—
300°С.
Гильза цилиндра для работы с поршнями из алюминиевых
сплавов должна быть изготовлена из материала, имеющего не-
сколько больший коэффициент линейного теплового расширения.
Этому требованию отвечают алюминиевые сплавы системы алю-
миний-кремний с несколько меньшим содержанием кремния или
некоторые марки латуней или бронз. Для повышения износо-
стойкости и снижения трения рабочая поверхность цилиндра
хромируется твердым износостойким хромом (возможны другие
виды износостойких покрытий). Однако технологические слож-
ности нанесения хрома на алюминиевую поверхность определи-
ли наибольшее распространение цилиндров из латуни
Характер профилей температур рабочей пары микродвига-
теля (рис. 43) показывает, что температура цилиндра изменя-
ется по высоте. Следовательно, и диаметр цилиндра увеличи-
вается примерно по такому же закону в целях обеспечения необ-
ходимых условий работы поршня и цилиндра с сохранением ра-
бочего зазора между поршнем и цилиндром. Гильза цилиндра
выполняется конической, что способствует образованию масля-
ного клина между поверхностью поршня и цилиндра, существен-
но улучшая смазку. Оптимальная конусность рабочей зоны ци-
линдра определилась экспериментально и для выбранных ма-
териалов составляет 1:400—1:600.
Наиболее приемлемой и выгодной формой поршня является
Цилиндр. Однако перегрев днища поршня вызывает искажение
Цилиндричности поршня. Характер температурной деформации
поршня приведен на рис. 44. С целью предотвращения подкли-
71
Рис. 44. Изменение формы поршня.
а — цилиндрический поршень при нормальной температуре, б —• цвянндряческнй поршень
при рабочей температуре, в — практическая форма поршня
нивания поршня в гильзе цилиндра и ускорения приработки
поршня верхняя часть образующей поршня обрабатывается
на конус. Указанные на рис. 44 размеры, упреждающие износ
поверхности поршня, определены после ряда экспериментов по
отработке конструкции микродвигателя с рабочим объемом
2,5 см3.
Соединение гильзы цилиндра с картером производится по
скользящей посадке, что обеспечивает достаточные условия
для отвода тепла от стенок цилиндра. Для интенсивного отво-
да тепла от камеры сгорания микродвигателя служит головка
цилиндра, которая очень часто снабжается специальными
охлаждающими ребрами. Современная конструкция головки
цилиндра микродвигателя с калильным зажиганием (рис. 45,
а и б) позволяет достаточно эффективно решать проблему от-
вода тепла от камеры сгорания. Варианты конструктивных
решений с использованием различных типов свечей и головок
накаливания в большей или меньшей степени равноценны
с точки зрения решения проблем отвода тепла.
Головка цилиндра компрессионного микродвигателя (рис. 45,
в и г) с размещением контрпоршня в верхней части гильзы
цилиндра, хотя и представляет собой традиционную конструк-
цию, охлаждается неудовлетворительно, так как непосредствен-
ного контакта с контрпоршнем не имеет. Особо остра проблема
отвода тепла от зоны камеры сгорания компрессионных микро-
двигателей, предназначенных для использования на моделях
класса Ф-2-С.
Специфические требования к стабильности и надежности
работы микродвигателей в режиме максимальной мощности
стимулировали разработку конструкции головки цилиндра, до-
статочно надежно отводящей тепло от зоны камеры сгорания
(рис 45, г) Изготовленная полностью из алюминиевого сплава
такая головка цилиндра оснащается контрпоршнем из латуни
или из высококремнистого алюминиевого сплава. Рабочая по-
верхность такого контрпоршня, как правило, хромируется
72
Рис. 45. Головка цилиндра-
а —с обычной калильной свечой, б—с калильной головкой-свечой, в — контрпоршеиь
в цилиндре; г — контрпоршень в головке цилиндра
твердым хромом, что улучшает надежность работы контрпорш-
ня в условиях высоких температур и соединении с головкой
по посадке с натягом. Величина натяга 4—6 мкм при нормаль-
ной температуре обеспечивает надежную герметичность камеры
сгорания и необходимую подвижность контрпоршня во всем
Диапазоне температур. Небольшой диаметр контрпоршня
(0,4—0,6 от диаметра поршня) позволяет повысить точность
Регулирования степени сжатия. Перемещение контрпоршня
осуществляется специальным винтовым механизмом, обес-
печивающим принудительное перемещение в обоих направле-
ниях.
Проблемы охлаждения стенок цилиндра наталкивают на
мысль о возможности изготовления цилиндра совместно с ох-
лаждающими ребрами. Однако проблемы, связанные с тепло-
вой деформацией цилиндра из-за неодинакового нагрева
я охлаждения окружающим воздухом, поступающим, как пра-
вило, лишь в одном направлении, а также технологические
тРУДности с формированием продувочных каналов и окон в ци-
4 225 73
линдре, делают такую деталь чрезвычайно дорогостоящей-
и усложняющей эксплуатацию микродвигателя. Поэтому в се-
рийных конструкциях такое конструктивное решение встречает-
ся довольно редко.
Но в микродвигателях с упрощенной схемой продувки, к ко-
торым не предъявляется особенно высоких требований, такое
решение может стать достаточно интересным.
Как показал анализ конструктивных решений отдельных
узлов микродвигателя, очень серьезное внимание в процессе
конструирования следует уделить подбору материалов всех
деталей микродвигателя с целью обеспечения его надежной ра-
боты в режиме расчетных показателей. Особенно необходимо
обратить внимание на подбор материалов, работающих в усло-
виях высоких температур.
Очень большое внимание при конструировании уделяется
точности изготовления деталей микродвигателя. И не только
назначению необходимых допусков на сопрягаемые размеры,
но также и их взаимному расположению и соблюдению не-
искаженной формы. Кроме того, необходимо учитывать и пред-
отвращать возможные искажения формы деталей за счет тем-
пературных деформаций. Например, отклонения от проектной
формы цилиндра и поршня при финишной механической обра-
ботке вызывают появление неравномерного зазора между ними
Если величина этого зазора превысит некоторую величину
(4—6 мкм), то через этот зазор при рабочем такте микродви-
гателя происходит утечка горячего газа, который вызывает
дополнительный местный перегрев стенки цилиндра и поршня,
дополнительные местные деформации. И еще: утечки горячего-
газа через зазоры снижают индикаторное давление и, следова-
тельно, мощность микродвигателя.
Зазоры могут появиться также из-за перекосов поршня во-
время рабочего хода, а перекосы, в свою очередь, могут быть
вызваны неперпендикулярностью осей цилиндра и вала микро-
двигателя, несимметричностью точки приложения равнодей-
ствующей давления газа на поршень, смещением центра тя-
жести поршня относительно шатуна.
Неравномерный нагрев гильзы цилиндра связан с тем, что-
значительная часть периметра гильзы интенсивно охлаждается*
продувочной топливовоздушной смесью в то время, как в зоне
расположения выпускного окна стенка гильзы интенсивно по-
догревается сгоревшим газом. Картер и гильза в зоне выхлоп-
ного окна расширяются больше, чем в других местах, чтог
в свою очередь, ведет к увеличению зазора и, как следствие,
к непредусмотренным утечкам и потерям мощности. Кроме
того, тепловая деформация картера вызывает перекосы и де-
формации гильзы цилиндра и дополнительные потери на тре-
ние.
Неравномерный отвод тепла, особенно на авиационных МО"
74
делях, связан также с тем, что компоновка микродвигателя
х выхлопом в бок или назад затрудняет симметричное охлаж-
дение микродвигателя набегающим потоком при движении
модели. Поэтому для улучшения охлаждения наиболее нагре-
той части картера конструкцию микродвигателя изменяют,
направляя выхлопное окно навстречу набегающему потоку.
Часто используется увеличенное охлаждающее оребрение в наи-
более напряженных узлах картера.
Достаточно высокая сложность деталей микродвигателя
я жесткие требования, предъявляемые к механической проч-
ности, точности сопрягаемых деталей и чистоте их обработки,
определяют и требования к тщательной технологической отра-
ботке конструкции. Подбор материалов должен производиться
ие только с учетом механических и физических свойств, но
также и технологических.
Картер является основной деталью микродвигателя, наи-
более сложной как по конфигурации, так и по технологии изго-
товления. В картере монтируют все узлы и детали микродви-
гателя. В связи с необходимостью получения достаточно
жесткой и легкой конструкции со сложными наружными и внут-
ренними поверхностями для изготовления картера выбирают
один из методов точного литья. Наиболее часто применяют
метод литья в металлический кокиль. Этот метод позволяет
добиться хорошей повторяемости отливок, достаточной точности
и чистоты внешних обводов детали. Внутренние полости фор-
мируют с использованием металлических стержней. В резуль-
тате получают отливки с минимальными припусками на меха-
ническую обработку.
Современные газодинамические схемы микродвигателей тре-
буют формирования в полости картера специальных каналов
сложной формы. Конфигурация этих каналов такова, что полу-
чить их с использованием простых металлических стержней
не удается. Для точного воспроизведения внутренних обводов
картера очень подходящими оказались разборные металли-
ческие стержни, которые могут быть использованы многократ-
но. Конструкция таких стержней достаточно сложна, а требо-
вания к точности изготовления их сравнительно высоки.
В условиях серийного производства с этим связаны определен-
ные трудности в организации технологического процесса отлив-
ки картера.
Возможно использование стержней, разрушаемых в процессе
последующей обработки картера. В этом случае стержень изго-
товляют из специальных смесей, которые могут растворяться
«ли удаляться каким-либо другим способом. Возможно также
Нспользование металлических неразборных стержней, изготов-
ленных из того же материала, что и картер. Чтобы предотвра-
тить сваривание с отливкой, стержень предварительно аноди-
руют для получения окисной пленки максимальной толщины
4*
75
Рис 46. Технологический разъев
картера
и твердости. Конструкция
такого стержня должна
обеспечивать возможность
извлечения остатков стерж-
ня после предварительной
механической обработки.
После освобождения от
стержней и литниковой си-
стемы отливку подвергают
термообработке по соответ-
ствующему режиму. За об-
дувкой термообработанных
деталей песком или чугун-
ной крошкой следует ме-
ханическая обработка кар-
тера, которая, как пра-
вило, ведется с примене-
нием специальных приспо-
соблений и оправок, обес-
печивающих необходимую точность и чистоту обработки.
Можно изготовлять картеры методом литья под давлением
Преимуществами получения отливок этим методом являются
высокая точность, соответствующая 4—5 классу, высокое ка-
чество поверхности, повышенная прочность отливок, минималь-
ная потребность в механической обработке. Однако сложность
формирования перепускных каналов в отливке несколько сдер-
живает использование этого метода.
Изменение конструкции картера путем введения разъема
позволяет разрешить эту проблему (рис. 46). Такие изменения
несколько усложняют конструкцию и утяжеляют ее за счет
необходимости организации узлов крепления, но г реимущества
технологического характера, очевидно, перевесят конструктив-
ное усложнение картера.
Коленчатый вал микродвигателя является самой высоко-
нагружаемой деталью, которая испытывает значительные знако-
переменные нагрузки. Выбор материала для изготовлениг < о-
ленчатого вала диктуется условиями работы коренной шейки-
и кривошипного пальца. Для работы в таких условиях тре-
буется материал, от которого наряду с ударной прочностью и
вязкостью требуется большая поверхностная твердость. Этим
условиям в наибольшей степени отвечают легированные кон-
струкционные стали, подвергаемые цементированию с последую-
щей закалкой до твердости HRC 58—62 (20Х, 18ХГТ, 12ХНЗА,
76
igXHBA) или азотированию (38Х2Ю, 38ХМЮА). Технология
изготовления коленчатого вала не вызывает затруднений. Обра-
ботку кривошипного пальца производят обычно в специальной
оправке. При финишной обработке необходимо обратить вни-
мание на посадочные места под шарикоподшипники и криво-
шипного пальца, а также радиусы перехода от цилиндрических
к торцевым поверхностям.
Аналогичные требования предъявляются и к выбору мате-
риала для изготовления поршневого пальца, осевых золот-
ников.
Шатун микродвигателя, несмотря на простоту, является
|>чень ответственной деталью. Чаще всего шатун изготовляют из
ысокопрочных прессованных алюминиевых сплавов марок
Ц6АТ, В95 или АК8 путем механической обработки. При обра-
ботке детали необходимо обратить внимание на точность уста-
овки подшипниковых втулок и обработки отверстий в верхней
i нижней головках шатуна, взаимную параллельность осей
тих отверстий.
Наиболее употребляемыми материалами рабочей пары мик-
родвигателя цилиндр-поршень в настоящее время является
очетание алюминий-бронза-хром: поршень — из высокопрочного
каростойкого литейного алюминиевого сплава системы Al-Si
содержанием кремния до 20—22%, а гильза цилиндра — из
латуни и бронзы с содержанием меди в сплаве 58—65%. Рабо-
чая поверхность гильзы цилиндра при этом, как правило, по-
крывается гальваническим путем твердым износостойким слоем
хрома,. Такое сочетание материалов сокращенно называют
ABC-парой, имея в виду пару поршень-цилиндр.
Иногда применяется сочетание алюминиевой гильзы с хро-
мовым покрытием и алюминиевого поршня. Такое сочетание
латериалов сокращенно обозначают как ААС-пару. Последняя
по своим эксплуатационным качествам имеет некоторое пре-
имущество за счет более высокой теплопроводности материала
гильзы, но технологические трудности нанесения хромового
покрытия ограничивают ее широкое применение
По методу изготовления поршни могут быть литыми или
изготовленными механической обработкой из литых заготовок.
В качестве материала поршня обычно выбирают литейные спла-
вы ВКЖЛС-1, АЛ-26, АЛ-32 или АК21М2,5Н2,5. Отливки из
этих сплавов подвергают термообработке по соответствующему
режиму. Предварительной обработке с целью удаления лишнего
материала и создания технологической базы поршень подвер-
гают, как правило, на токарных станках. Затем в приспособле-
ниях производят разделку отверстия под поршневой палец и
стопорные кольца.
Финишную обработку наружной рабочей поверхности вы-
полняют в приспособлении методом тонкого (алмазного) точе-
ния или шлифования. Здесь необходимо обратить внимание на
77
Рис 47 Схема финишной обработки поршня
точность и чистоту обработки верхней и конической части
поршня и его днища. Метод обработки верхней конической
части на образующей поршня удобно совмещается со шлифов-
кой цилиндрической его части (рис. 47). Для этого производят
специальную заправку абразивного инструмента.
Поверхностью А шлифовального круга обрабатывают цилинд-
рическую часть поршня, поверхностью Б — коническую. Обра-
ботку выполняют за одну установку детали и тем самым исклю-
чают несоосность цилиндрической и конической частей, сокра-
щая также и время обработки. Затем производят полировку
днища поршня с целью придания ему зеркального блеска.
Контрпоршень компрессионного микродвигателя обычно
изготовляют из того же материала, что и поршень. Особых
проблем с его обработкой не возникает.
Гильза цилиндра — ответственнейшая деталь микродвига-
теля. К разработке технологии ее изготовления следует отне-
стись с наибольшим вниманием. В связи с необходимостью
нанесения износостойкого покрытия с последующей механиче-
ской обработкой необходимо определить технологическую базу
детали, которая позволяет произвести окончательную обработку
рабочей поверхности гильзы под покрытие, а после гальвани-
ческой обработки — финишную операцию зеркала цилиндра
и наружного посадочного размера. Практическая отработка
технологии изготовления детали показала, что в качестве тех-
нологической базы удобнее всего использовать фланец гильзы
цилиндра — его торцевые поверхности и наружный диаметр-
Промежуточной технологической базой для окончательной от-
78
/ 500
рис. 48. Способ обработки наружной установочной поверх-
нести гильзы цилиндра
делки наружной цилиндрической поверхности служит внутрен-
няя поверхность гильзы (рис. 48).
Для механической обработки рабочей поверхности цилиндра
под гальваническую обработку и после нее используют обычно
специальное приспособление, которое устанавливают в шпин-
дель шлифовального станка и тщательно выверяют с точностью
до 1—2 мкм как по диаметру, так и по оси (рис. 49). Закреп-
ляют деталь в приспособлении с помощью натяжной втулки.
Высокая точность установки оправки в шпинделе станка
и детали в оправке нужна в связи с тем, что необходимая
минимальная толщина слоя хрома на поверхности цилиндра
составляет 10—15 мкм, а толщина слоя хрома, наносимая на
поверхность цилиндра, обычно составляет 25—30 мкм. Это
означает, что допускаемая неточность установки (биение) де-
тали при обработке под покрытие и после покрытия хромом
не должна превышать 5—8 мкм.
Расширение допусков на обработку базовых технологических
размеров приведет к необходимости увеличения толщины хро-
мового покрытия, что неминуемо приведет к неравномерности
его слоя, увеличению дендритных усов на кромках окон гиль-
Рчс. 49. Оправка для шлифовки рабочей поверхности гильзы цилиндра
79
зы, а это потребует увеличения затрат на механическую обра.
ботку хромового покрытия. Кроме того, неравномерность слоя
хрома и биение детали в оправке может вызвать местные «про-
шлифовки» — излишнее снятие слоя хрома, что приводит к не-
исправимому браку. Окончательная отделка наружной поса-
дочной поверхности может вестись на конической оправке в
центрах. Здесь деталь фиксируется в определенном положении
на рабочей поверхности оправки благодаря трению.
Детали глушителей для микродвигателей обычно получают
методом литья в металлический кокиль или методом литья под
давлением на литейной машине из алюминиевого сплава с по-
следующей незначительной механической обработкой.
Резонансные трубы чаще всего делают сборными из дета-
лей, получаемых методом выдавливания (выкатывания) из
листовых или трубчатых заготовок, с последующим соединением
их методом пайки или сварки. Материал заготовок — алюми-
ниевый сплав системы Al-Мп (алюминий-марганец) марки
АМцМ.
ИСПЫТАНИЯ МИКРОДВИГАТЕЛЯ
В процессе отработки конструкции микродвигателя, прове-
дения экспериментальных работ, квалификационных испытаний
и при периодических испытаниях продукции возникает необхо-
димость измерения мощности микродвигателя.
Мощность — это работа, совершаемая какой-либо машиной
в единицу времени. Работа газов, передаваемая на кривошип-
ный палец одноцилиндрового микродвигателя внутреннего сго-
рания, может быть выражена произведением силы Т на путь
точки приложения этой силы S. Здесь Т — сила, передаваемая
от поршня через шатун на кривошипный палец (кгс), S — путь
точки приложения силы Т (м). Для кривошипа S это длина
описываемой им окружности и равна 2nR, где R — радиус траек-
тории оси кривошипного пальца (м). За п оборотов вала в 1 мин
будет совершена работа
A = T-S-n=T-2nR-ti, кгс-м-мин-1.
За 1 с эта работа выражается
. т 2jiR-n .
А=---------, кгс-м-с-1.
60
Но произведение T-R есть момент на валу микродвига-
теля
T-R = MKp.
Следовательно, эффективная мощность микродвигателя может
быть выражена
уу _д__ 2л п AfKp
е~ ~ 60
Так как 1 кгс-м соответствует 9,81 • 10-3 кВт, то:
Ne= 1,027- 10-3-Мкр-и, кВт.
Таким образом, для определения мощности микродвигателя
Достаточно определить частоту вращения вала п (мин-1) и мо-
Мент Мир (кгс-м).
81
Рис. 50. Устройство балансирного станка:
I — моторама; А—сТ4ВжИа; В—демпфер
Рис. 51. Измерение реактивного момента с помощью пружинив вес
И
рис. 52. Измерение реаЖГйшЙго жмеитй
по углу отклонения маятюта
Измерение частоты вращения
вала п, как правило, не вызывает
затруднений. В настоящее время
существует несколько способов из-
мерения частоты вращения вала
бесконтактным способом при помо-
щи электронных частотомеров ана-
логового или цифрового типов.
В качестве датчиков обычно исполь-
зуют магнитные или оптические
преобразователи. Датчик преобра-
зует магнитные или световые сиг-
налы в электрические импульсы,
которые после предварительного
усиления подаются на частотомер.
Отсутствие непосредственного кон-
такта измерителя частоты враще-
ния с вращающимся валом микродвигателя делает такой способ
предпочтительным перед другими способами (механические
тахометры) и не вносят погрешностей в результаты измерений»
так как не отбирают мощности от микродвигателя.
Непосредственное измерение крутящего момента Мкр мик*
родвигателя представляет значительные технические трудности
в связи с тем, что измеряемые моменты достаточно малы,
а частота вращения вала очень высока. Значительные вибрации
еще более осложняют процесс измерения момента. На точность
измерения влияет некоторая неравномерность хода, связанная
с тем, что приготовление топливовоздушной смеси в микродви-
гателе происходит в момент всасывания в карбюраторе инжек-
торного типа. Этот карбюратор очень прост по конструкции
и дает довольно неравномерную по составу топливовоздушную
смесь, что влияет на скорость горения смеси, а следовательно,
и на мощность микродвигателя.
Измерение крутящего момента микродвигателя производит-
ся косвенным методом. Работающий и нагруженный каким-либо
тормозным устройством микродвигатель развивает крутящий
момент МКр, который передает тормозному устройству. С дру-
гой стороны, по закону равенства действия и противодействия
от тормозного устройства к микродвигателю передается реак-
тивный момент, равный по величине Мкр и направленный в
обратную сторону. Измерение реактивного момента производит-
ся на балансирном станке. Принципиальная схема балансир-
ного станка показана на рис. 50. Микродвигатель закрепляется
на специальной мотораме 1, поворачивающейся около оси На
83
неподвижной станине 2. Реактивный момент Мр уравновешу
вается с помощью груза Q, перемещающегося по штанге £
Для стабилизации подвижной системы балансирного станка
используется демпферное (гидравлическое, пневматическое)
устройство 3. Величина момента Мр = Мкр определяется как
произведение массы груза Q и плеча L, равного по величине
расстоянию от центра массы груза до оси вращения мото-
рамы.
Конструктивное устройство такого станка для измерения
крутящего момента Л4кр может быть различным. Вместо пере-
движного груза может быть использован пружинный динамо-
метр (весы) при постоянном измерительном плече устройства
(рис. 51). Возможен вариант измерения момента по углу пово-
рота груза на плече, который одновременно стабилизирует под-
вижную систему устройства (рис. 52). В этом случае достаточ-
но просто реализуется преобразование механического переме-
щения в электрический сигнал для дистанционного измерения
и регистрации полученного результата.
В качестве датчика для измерения перемещения могут быть
использованы потенциометрические, электромагнитные, транс-
форматорные или тензорезистивные преобразователи. Прежде
чем проводить измерения, устройство подлежит тарированию
с помощью специального простого приспособления, представ-
ляющего собой металлический или пластмассовый диск диамет-
ром 200—300 мм, на который с помощью нити подвешивают
гирьки массой 10, 20, 30 г и т. д. и по полученным результатам
прикладываемого момента составляют тарировочный график
или таблицу.
В качестве тормоза при измерении мощности на балансир-
ном станке могут быть использованы различные устройства:
электромагнитная муфта, гидравлический тормоз, воздушный
винт постоянного или изменяемого шага. Наиболее простым
и распространенным тормозным устройством является воздуш-
ный винт. Для измерения мощности в широком диапазоне
частот вращения обычно используют набор воздушных винтов
различного диаметра и шага. Мощность, потребная на враще-
ние каждого такого винта, различна. Меняя воздушные винты,
устанавливаемые на вал микродвигателя, изменяем и мощность,
необходимую для его вращения.
Если при регулировке микродвигателя частота вращения
вала устанавливается постоянной, то это означает, что эффек-
тивная мощность микродвигателя равна мощности, потребной
для вращения данного воздушного винта на зафиксированных
оборотах. Графическая зависимость мощности микродвигателя
от частоты вращения вала (рис. 53) носит название д р °с"
сельной характеристики микродвигателя. Если ис-
пользовать воздушные винты с различными параметрами, мож-
но получить несколько дроссельных характеристик. КаждаЯ
84
У кВт
Рис. 53. Дроссельная характеристика микродвигателя
Рис. 55. Скоростная характеристика микродвигателя
Рис. 56. Тарировочный стенд воздушных винтов'
1 — воздушный винт; 2 — электродвигатель; 3 — вольтметр; 4 — амперметр; 5 — регу-
лируемый источник тока
такая кривая располагает точкой, соответствующей максималь-
ной мощности, которую может развить испытуемый микро-
двигатель с этим воздушным винтом (рис. 54).
Испытывая микродвигатель с различными воздушными вин-
тами и зафиксировав на характеристике винта максимальные-
обороты, которые развивает испытуемый микродвигатель, отме-
чают ряд точек, соединив которые получают скоростную
характеристику микродвигателя (рис. 55).
Легко заметить, что, располагая серией характеристик воз-
душных винтов, отражающих зависимость потребной мощности
для вращения воздушного винта от частоты вращения его,
замеры моментов и расчеты мощности испытуемого микродви-
гателя можно не производить. Достаточно провести испытания
86
.М,к8т
Рис. 51. Зависимости мощности потерь в электродвигателе, полной потребляемой
мощности на вращение воздушного винта и потребной мощности на враще-
ние виита
микродвигателя с воздушным винтом и зафиксировать макси-
мальную частоту вращения вала, после чего можно показать,
что микродвигатель с этим воздушным винтом на измеренной
частоте вращения располагает мощностью Ne (см. рис. 53).
Найти зависимость потребной мощности для вращения воз-
душного винта от частоты его вращения и построить соответ-
ствующую кривую можно с помощью специального электри-
ческого стенда (рис. 56). Схематически метод можно описать
так: в качестве электродвигателя испытательного стенда сле-
дует использовать двигатель постоянного тока с постоянным
магнитом или двигатель с последовательным возбуждением,
частота которого легко поддается регулированию, а электри-
ческие параметры измерению. Электродвигатель должен обла-
дать достаточной мощностью. Прежде чем приступить к изме-
рениям нагруженного двигателя измеряют потери электрической
мощности на режиме холостого хода стенда.
Измерения проводят на заданной частоте вращения с по-
мощью амперметра и вольтметра (возможно использование
87
измерителя электрической мощности — ваттметра) и строят
характеристику потерь. Затем на вал двигателя устанавливают
воздушный винт, производят измерение потребляемой электри-
ческой мощности по частоте вращения и строят графическую
зависимость (рис. 57). Разница между полной потребляемой
мощностью и мощностью потерь и есть потребная мощность
на вращение испытываемого воздушного винта. Для получения
более достоверных результатов измерения повторяют несколь-
ко раз и полученные результаты усредняют.
Распространенные электродвигатели постоянного тока
обычно хорошо работают при частоте вращения до 12 000—
15 000 мин-1. Для того чтобы распространить полученные
характеристики воздушных винтов до частот вращения 28 000—
30 000 мин-1 и более, можно произвести расчет этих характе-
ристик, исходя из следующих соображений. Из теории воздуш-
ного винта известно, что мощность, потребная на его вращение,
N пропорциональна некоторому постоянному коэффициенту р,
характеризующему геометрические параметры винта; плотности р
воздуха; диаметру воздушного винта D в пятой степени и ча-
стоте вращения п в третьей степени:
N=fi-p-D5-n3.
Так как в процессе измерения первые три сомножителя
зависимости остаются неизменными, то можем записать:
N = K-n3.
Из записанного выражения видно, что функция представ-
ляет собой параболу третьего порядка или кубическую пара-
болу. Таким образом, по полученным практически результатам
измерения потребной мощности достаточно вычислить значение
коэффициента К, характеризующего конкретный воздушный
винт. Далее легко произвести расчет зависимости потребной
мощности на вращение воздушного винта с заданной частотой.
После проведенных испытаний на стенде и расчетов произво-
дится построение характеристики воздушного винта. Конечно,
такая методика не претендует на высокую точность, но для
практических работ с конкретными микродвигателями может
служить хорошей базой при сравнительных и оценочных испы-
таниях. Серия воздушных винтов с различными геометрически-
ми характеристиками, полученными по описанной методике,
позволяет построить внешнюю характеристику микродвигателя
и произвести качественную оценку изменений этой характе-
ристики при различных экспериментальных работах с микро-
двигателем.
МОДЕРНИЗАЦИЯ И ФОРСИРОВАНИЕ
Серийно выпускаемые микродвигатели внутреннего сгора-
ния не всегда обеспечивают те высокие требования, которые
предъявляются спортсменами для достижения высоких спор-
тивных результатов. Серийный микродвигатель является техно-
логичным изделием, конструкция которого подчинена условиям
производства. Требования взаимозаменяемости деталей, обес-
печение условий сборки изделия заставляют в максимальной
степени приспосабливать конструкцию микродвигателя, иногда
в ущерб некоторым показателям, к условиям производства.
Стремление снизить себестоимость производства микродвига-
теля также заставляет упрощать технологический процесс изго-
товления деталей, снижать требования к чистоте и точности
обработки. Перечисленные факторы приводят к тому, что мик-
родвигатели, выпускаемые серийно, имеют технические пока-
затели, несколько более низкие, чем потенциально заложенные
в эту конструкцию. Реализовать эти возможности вполне по
силам моделисту, владеющему навыками слесарной подготовки
и некоторых видов станочных работ.
Форсирование микродвигателя — это целенаправленная до-
работка деталей и узлов микродвигателя, направленная на
улучшение условий протекания процессов рабочего цикла, сни-
жения механических и гидравлических потерь, снижение вибра-
ций и т. д.
С целью достижения максимально возможной мощности
или выполнения каких-то специальных требований, предъявляе-
мых к микродвигателю, может производиться даже частичное
изменение его конструкции. Такая модернизация позволяет на
базе серийного микродвигателя создать новое изделие, отве-
чающее самым взыскательным требованиям спортсменов.
Прежде чем начать работы по доработке, микродвигатель
подвергают разборке, тщательно промывают, устраняют мелкие
дефекты, а затем вновь собранный микродвигатель тестируют.
Измеряют и строят фактическую диаграмму фаз газораспре-
деления. Обычно эту операцию проводят с помощью кругового
транспортира, который устанавливают на опорный узел микро-
двигателя. На картере микродвигателя размещают стрелку-
89
Рис 58 Доработка впускного топливовоздушного тракта
указатель, обычно из достаточно жесткой проволоки. Провора-
чивая коленчатый вал микродвигателя в рабочем направлении,
фиксируют моменты начала и окончания открытия всасываю-
щего тракта, продувочных и выпускного окон цилиндра. При
измерении удобнее, чтобы стрелка-указатель при положении
поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) совпадала с началом
отсчета (0°) транспортира
С помощью балансирного станка или тарированных воздуш-
ных винтов (мулинеток) снимают внешнюю характеристику
микродвигателя, которая позволяет правильно оценить эффек-
тивность проводимых мероприятий по форсированию и модер-
низации микродвигателя. Удельный расход топлива на задан-
ном режиме определяют с помощью мерных емкостей.
По результатам измерения фаз газораспределения прини-
мают решение об их корректировке в ту или другую сторону
Обычно речь идет о расширении продолжительности фазы вса-
сывания, что связано с доработками кромок, отсекающих газо-
вые тракты, сглаживании и полировании стенок газовых кана-
лов с целью уменьшения трения топливовоздушной смеси
о стенки газового всасывающего тракта и ослабления вихре-
юбразования, отрицательно действующего на наполнение
Иногда для снижения газодинамических потерь во всасы-
вающем тракте производят доработку, направленную на улуЧ'
‘шение формы самого тракта путем заполнения технологических
полостей. Это относится, в первую очередь, к золотникам осе-
вого типа и коленчатому валу. Такая доработка может быть
“»0
Рис 59. Фиксатор гильзы цилиндра в картере
#08 10
выполнена путем вклейки текстолитового
вкладыша или наплавления свинцово-оло-
вянного припоя с последующей доработкой
и полировкой. Схема доработок топливо-
воздушного тракта показана на рис. 58.
Доработка продувочных и выпускного
окон заключается в уточнении ширины фаз
продувочных трактов и выпуска. С этой
целью продувочные окна гильзы цилиндра
тщательно припиливают для достижения
заданных углов поворота коленчатого вала
и начала открытия окон. Установив гиль-
зу цилиндра на свое место в картере
микродвигателя, через окна производят
контроль совпадения продувочных каналов
и окон на гильзе цилиндра. Эту опе-
рацию удобно выполнять с помощью зубо-
технического зеркальца и острозаточен-
ной стальной спицы-чертилки, изогнутой соответствующим
образом.
В случае необходимости производят и доработку каналов
в картере, используя для этой цели зубоврачебный инструмент
и специальную бормашину. Каналы тщательно полируют
с целью снижения газодинамических потерь. Полезно также
устанавливать специальный фиксатор для предотвращения по-
ворота гильзы цилиндра во время работы микродвигателя,
а также фиксации ее положения при сборке и разборке микро-
двигателя (рис. 59).
Доработка поршня обычно сводится к его облегчению за
счет снятия с помощью бормашины излишков материала с бо-
бышек поршневого пальца и уменьшения толщины стенок юбки
поршня. Последнюю операцию проводят обычно на токарном
станке в специальной разрезной оправке (рис. 60). При дора-
ботках поршня необходимо соблюдать аккуратность, чтобы не
повредить его рабочую поверхность. Механическую обработку
ведут только в оправке с использованием хорошо заправлен-
ного инструмента.
Шатун микродвигателя дорабатывают с целью его облегче-
ния и снижения трения при работе микродвигателя на по-
вышенных частотах вращения. С этой целью телу шатуна при-
дают овальное сечение. Поверхность шатуна тщательно по-
лируют. В случае необходимости принимают дополнительные
меры для улучшения условий смазки головок шатуна. С этой
Целью сверлят дополнительные смазочные отверстия (см.
Рис 42).
91
Рис 60 Доработка поршня
Поршневой палец тщательно полируют как по рабочей, так
и торцевым поверхностям. Особенно необходимо обратить вни-
мание на зачистку и промывку облегчающего отверстия от ока-
лины, которая образуется после термообработки пальца
После проведенных мероприятий по доработке поршневой
группы полезно определить степень сбалансированности движу-
щихся частей микродвигателя и, в случае необходимости (при
Аб<30%), произвести дополнительную загрузку противовеса
коленчатого вала по приведенной ранее методике.
Максимальное внимание необходимо уделить состоянию ра
бочей пары поршень-гильза цилиндра. С помощью индикатор-
ного нутромера контролируют с точностью 1—2 мкм форму
отверстия гильзы цилиндра по всей ее рабочей высоте Некруг-
лость гильзы цилиндра более 3—5 мкм недопустима Исправ-
ление некруглости обычно производят чугунным или медным
притиром. Однако при обработке небольшого числа гильз ци-
линдра вполне можно воспользоваться притиром из текстолита,
который вытачивают на токарном станке с заданной для дан-
92
Рис 61 Оправка для закрепления
4> — гильзы цилиндра при притирке, б — при-
тирка поршня
ной гильзы конусностью. Притирку ведут обычно с абразивны-
ми пастами средней зернистости (зерно 5—10 мкм).
Для притирки гильзы цилиндра используют специальную
•оправку, предотвращающую искажение формы гильзы при ее
закреплении (рис. 61, а). Притирка ведется вручную путем воз-
вратно-поступательного движения притира в гильзе цилиндра
с поворотом его.
После притирки гильзы тщательно промывают в бензине с
использованием жесткой щетки и кисти Необходимо контроли-
ровать удаление остатков притирочной пасты из окон гильзы.
Притирку поршня также ведут с применением специальных
оправок для закрепления поршня и притирочной втулки (рис.
61, б). Некруглость поршня не должна превышать 1—2 мкм.
При притирке как поршня, так и гильзы цилиндра, исполь-
зовать алмазные пасты крайне нежелательно, так как зерна,
внедрившиеся в металл гильзы или поршня, ухудшат антифрик-
ционные свойства рабочей пары и приведут их к быстрому износу.
Взаимную подгонку размеров гильзы цилиндра и поршня
при ручной притирке этих деталей контролируют только после
тщательной промывки деталей бензином. Притирку прекраща-
ют тогда, когда поршень под действием груза массой 100—150 г
93
остановится в гильзе на 1—1,5 мм, не достигнув положения,,
в котором должен находиться поршень в верхней мертвой точке
(ВМТ). Этот первоначальный натяг необходим для надежной
герметизации камеры сгорания в момент максимального сжа-
тия и воспламенения топливовоздушной смеси. Натяг этот очень-
быстро уменьшится в процессе обкатки микродвигателя за счет
взаимной приработки поршня и гильзы цилиндра, что связаш>
со сглаживанием микрошероховатостей взаимодействующих де-
талей.
При форсировании микродвигателей с калильным зажигани-
ем иногда возникает необходимость изменить размеры и форму
камеры сгорания. С этой целью полезно предусмотреть изме-
нение конструкции головки цилиндра таким образом, как пока-
зано на рис. 45, б. Сменный вкладыш позволяет с минимальными
затратами изменять форму и размеры камеры сгорания, опти-
мизируя их под различные температурные условия окружающей
среды. Для микродвигателей с рабочим объемом 2,5 см3 и диа-
метром цилиндра 15 мм отечественная промышленность вы-
пускает головку-свечу типа ГСК-1 с хорошими эксплуатацион-
ными характеристиками.
Картер микродвигателя дорабатывают с целью снижения
вентиляционных потерь на трение топливовоздушной смеси о
стенки внутренней полости. Доработку входов в продувочные ка-
налы производят таким образом, чтобы реальное сечение на
входе в канал превышало на 20—30 % площадь продувочного
окна в гильзе цилиндра. Грани, образовавшиеся во внутренней
полости картера от сопряжения поверхностей, скругляют, шли-
фуют и тщательно полируют.
Чтобы подшипники при работе над картером не были поме-
хой, их следует извлечь из своих гнезд, нагревая картер до
температуры 80—120°С над пламенем спиртовки или газовой
горелки. При выполнении этой операции необходимо соблюдать
меры предосторожности и пожарной безопасности.
Задняя крышка картера серийного микродвигателя обычно
бывает изготовлена из алюминиевого сплава методом литья.
Для предупреждения преждевременного выхода из строя шари-
коподшипников рабочей пары от механических частиц, которые
образуются при возможных соприкосновениях шатуна и задней
стенки, торцевую поверхность стенки желательно заблокировать
по одному из вариантов, показанных на рис. 36
После проведения намеченных работ, связанных с форсиро-
ванием микродвигателя, все детали тщательно промывают в
бензине с использованием жесткой щетки. Затем микродвига-
тель собирают, слегка смазывая при сборке минеральным мас-
лом сопрягаемые места стальных деталей.
Контролируют полученную фактически диаграмму газорас-
пределения, правильность сборки и взаимодействия деталей р
движущихся узлах. Микродвигатель подвергают тщательному
S4
тестированию на испытательном стенде. С помощью балансирно-
зго станка или набора тарировочных воздушных винтов снимают
внешнюю характеристику форсированного микродвигателя и
.дают предварительную оценку влияния проведенных мероприя-
тий на технические характеристики микродвигателя.
Окончательно эффективность проведенных работ может быть
«оценена при испытаниях микродвигателя на модели в реальных
условиях эксплуатации.
При модернизации и форсировании с целью улучшения
технических характеристик изношенных и устаревших микро-
двигателей возникает необходимость изменить конструкцию и
изготовить вновь отдельные детали, а иногда и целые узлы
микродвигателя.
Работы по модернизации микродвигателя обычно начинают
с тщательной конструктивной проработки модернизируемых уз-
лов и привязки их к имеющейся конструкции. С этой целью
вычерчивают компоновочный чертеж модернизированного микро-
двигателя в масштабе 10:1 на миллиметровке. Оставляемые
без изменения узлы могут быть при этом изображены упрощен-
но. После проработки компоновочного чертежа разрабатывают
эскизы деталей, которые необходимо изготовить вновь. При
конструктивной проработке необходимо всегда иметь в виду
способ реализации этой конструкции, то есть технологию из-
готовления детали. Такой подход к конструированию позволяет
реализовывать задуманное с минимальными затратами труда.
‘Очень важен в этом процессе выбор материалов для изготов-
ления конструируемых деталей
Большая часть деталей микродвигателя может быть выпол-
нена на универсальном оборудовании с использованием простей-
ших оправок, кондукторов и других приспособлений. Для об-
работки таких деталей микродвигателя, как картер, коленча-
тый вал, гильза цилиндра, шатун, поршень и некоторые другие,
«обычно целесообразно изготовление специальной оснастки, ко-
торая может быть использована многократно для доработки и
изготовления деталей микродвигателей различных типов и раз-
меров при проведении различных экспериментов.
Картер — это корпусная деталь, соединяющая все узлы и
.детали микродвигателя в единую конструкцию. В настоящее
время в практике конструирования микродвигателей внутренне-
го сгорания прослеживается два направления конструктивного
решения и технологии изготовления картера Возникновение и
существование этих направлений неразрывно связано с различ-
ными подходами к исполнению наиболее трудоемкой и сложной
детали микродвигателя. Первое направление — изготовление
.двигателя с разъемным картером, что связано со стремлением
упростить конструкцию отдельных его частей и снизить трудоем-
кость их обработки, решить конструктивные проблемы компен-
сации тепловых деформаций. Однако конструкция картера в це-
95
лом несколько усложняется в связи с необходимостью органи-
зовывать узлы крепления для соединения отдельных частей
картера. Увеличивается масса детали.
Второе направление основано на концепции конструктивно-
го решения в виде монолитной, неразъемной многофункциональ-
ной детали, получаемой методом точного литья. При этом ме-
тоде несколько снижается общая трудоемкость изготовления де-
тали, улучшается весовая отдача конструкции, однако техноло-
гия получения отливок усложнена в связи с необходимостью
формирования внутренней полости детали.
Разъемный картер может состоять из двух и более деталей.
Способ изготовления этих деталей может быть различным в
зависимости от их сложности и количества необходимых дета-
лей. Изготовление одного-двух картеров возможно фрезерова-
нием из целого куска металла с последующей расточкой на то-
карном станке и слесарной обработкой. При достаточно слож-
ной конфигурации картера предпочтение отдают литью в землю
или в металлическую форму — кокиль. Отливку после предвари-
тельной механической обработки обычно подвергают термооб-
работке по соответствующему режиму. Если картер изготовля-
ют из целого куска металла, то рекомендуется использовать
сплавы Д16, Д16А или АК.4-1. При изготовлении картера мето-
дом литья могут быть использованы сплавы АК-7 или AK4-L
Алюминиевый сплав АК.4-1, хотя и не является сплавом, пред-
назначенным для литья, однако при температуре литья 720—
730 °C обладает удовлетворительными литейными свойствами,,
причем подогревать до этой температуры необходимо весь ра-
бочий инструмент.
Моноблочный картер, как правило, изготовляют методом
точного литья в металлическую форму. Внутреннюю полость
картера формируют с помощью разрушаемых стержней, кото-
рые в настоящее время чаще всего изготовляют из электротех-
нического графита методом фрезерования, токарной и слесар-
ной обработки. Графитовые стержни хорошо выдерживают вы-
сокие температуры, не изменяют своих размеров и позволяют
получить каналы в полости картера очень высокой чистоты и
точности. Недостатком таких стержней является трудность их
извлечения из готовой отливки.
Изготовление стержней из асбестовых смесей и других фор-
мовочных материалов в кустарных условиях лабораторий и мо-
дельных кружков едва ли можно считать целесообразным, так
как в этом случае требуется специальная форма для получения
таких стержней и высока трудоемкость их ручного изготовле-
ния. Трудно признать целесообразным также использование кус-
тарно сделанных разборных металлических стержней при числе
изготовляемых отливок менее 20—25 штук.
Отливка картера в кокиль позволяет получить заготовку
детали высокой чистоты и точности, которая требует минималь-
96
ной механической обработки. Материалом для кокилей обычно
служит чугун или жаропрочная сталь. Конструкция кокилей
неоднократно описывалась р литературе, поэтому ограничимся
здесь лишь общими, наиболее важными моментами.
Кокиль — разъемная металлическая форма с плоскостью
разъема, совпадающей с осью симметрии детали. Обычно ко-
киль состоит из двух-трех формообразующих деталей, которые
соединяют между собой болтами или струбцинами. Фиксацию
взаимодействующих деталей обеспечивают штифтами. Техноло-
гические заглушки и формообразующие стержни фиксируют
чаще всего направляющими шпильками. При конструировании
и изготовлении кокиля следует обратить внимание на соблюде-
ние литейных уклонов.
На качество отливки значительное влияние оказывает ре-
жим охлаждения отливки в кокиле, поэтому необходимо стре-
миться так построить схему кокиля, чтобы разница стенок от-
ливки по толщине была минимальной. Несоблюдение этого пра-
вила часто приводит к дефектам отливки в виде трещин и уса-
дочных раковин. Литниковую систему кокиля обычно делают
съемной. Объем литника должен составлять ориентировочно 1—
1,5 части от полезного объема кокиля.
Перед заливкой металла собранный кокиль и литник разо-
гревают до рабочей температуры. При использовании для за-
ливки сплава АК.-7 температура кокиля должна быть равной
450—550°С, для сплава АК4-1 кокиль разогревают до темпера-
туры 720—740°С.
После остывания кокиля до температуры 300 —350°С при-
ступают к его разборке и извлечению стержней из отливки, а
также извлечению отливки из формообразующих частей коки-
ля. Эта операция должна производиться очень быстро, так как
остывшую в кокиле отливку извлекать очень трудно, что связано
со значительной разницей тепловых коэффициентов линейного
расширения материалов кокиля и отливки — они при остыва-
нии очень плотно схватывают друг друга.
От готовой отливки отрезают литниковую прибыль и извле-
кают стержень из каналов, затем производят термообработку
полученной заготовки. После термообработки отливку обычно
подвергают струйной обработке кварцевым песком, чугунной
крошкой или стеклянными шариками.
Механическая обработка производится в следующей после-
довательности:
растачивают кривошипно-шатунную камеру, гнездо под ко-
ренной шарикоподшипник и отверстие под тело коленчатого
вала. Все эти переходы должны быть выполнены с одной уста-
новки детали для получения соосных отверстий (рис. 62);
на оправке с базированием на расточенные отверстия произ-
водят расточку гнезда под передний подшипник и обработку
носка картера (рис 63);
97
Рис. 62. Расточка кривошипной
полости картера и отверстий ВРИ
коренной подшипник
Рис. 64 Расточка от-
верстия в картере
под цилиндр на план-
шайбе с угольником
Рис. 63. Расточка носка кар-
тера под передний подшипник
Рис. 65. Специальная оправка для
расточки отверстия под цилиндр
расточку отверстия под гильзу цилиндра обычно ведут на
планшайбе (с угольником) с использованием специальной
-базовой оправки для закрепления заготовки на угольнике
(рис. 64). Иногда для выполнения этой операции используют
специальную высокоточную оправку, устанавливаемую в шпин-
дель токарного станка через инструментальный конус (рис. 65).
Жесткость и стабильность такой оправки делает ее предпочти-
тельной перед другими приспособлениями;
с базированием на обработанные поверхности деталь закреп-
ляют на столе фрезерного станка и производят обработку уста-
новочных площадок и отверстий в лапках картера крепления
микродвигателя на модели. В случае необходимости фрезеруют
выхлопной и всасывающий патрубки картера;
с помощью простейших кондукторов производят слесарную
•обработку крепежных отверстий для сборки микродвигателя.
Конструкция кондуктора должна предусматривать возможность
обработки как картера, так и присоединяемой детали.
Коленчатый вал является наиболее нагруженной деталью
микродвигателя, преобразующей возвратно-поступательное дви-
жение поршня во вращательное движение. Разработаны самые
разнообразные конструкции коленчатых валов в зависимости
ют тех дополнительных функций, которые на него возлагаются,
и способов соединения с нагрузкой микродвигателя. Требования
к точности изготовления этой детали самые высокие и по неко-
торым показателям приближаются к точности, соответствующей
1-му классу. В связи со сложными условиями работы высоки
также требования к чистоте обработки рабочих поверх-
ностей.
Коленчатый вал в процессе работы испытывает значитель-
ные циклические знакопеременные нагрузки. Это существенным
образом отражается на конструктивных формах и выборе мате-
риала коленчатого вала. Выбор материала определяется усло-
виями нагружения. Для нормальной работы тела коленчатого
вала требуется материал, хорошо воспринимающий скручиваю-
щие и изгибающие циклические нагрузки, обладающий доста-
точной вязкостью. В то же время кривошипный палец колен-
чатого вала должен обеспечивать очень высокую поверхностную
твердость и обладать износостойкостью. Эти противоречивые
требования могут удовлетворить только некоторые сорта кон-
струкционных легированных сталей, обеспечивающих при за-
калке высокую динамическую прочность и вязкость, а также
способные приобретать большую твердость при специальной
химико-термической обработке (цементирование, азотирование
и т. п.).
Чаще всего для получения коленчатого вала используют
Целый кусок металла, однако возможно изготовление его состав-
ным из двух деталей. Если тело коленчатого вала изготовляют
из более дешевых конструкционных сталей, то материалом для
99
Рис. 66. Оправка для обработки кривошипного пальца
кривошипного пальца должна служить высокопрочная сталь,
которая запрессовывается в тело коленчатого вала. В качестве
заготовки кривошипного пальца в этом случае может быть
использована игла (ролик) подходящего диаметра от ролико-
вого подшипника.
Технология изготовления коленчатого вала достаточно про-
ста и особых затруднений не вызывает. Токарная обработка
тела коленчатого вала, предваряющая термообработку, обычно
ведется в центрах с необходимыми припусками под финишные
операции. Противовес фрезеруют окончательно. Кривошипный
палец обрабатывают в специальной оправке с инструменталь-
ным конусом для установки ее на шпиндель токарного и шли-
фовального станка.
Если коленчатый вал изготовляют из целого куска стали,
то при химико-термической обработке кривошипного пальца
необходимо принять меры для защиты тела коленчатого вала,
его резьбовой части от цементирования. Особенно необходимо
выдерживать это требование при изготовлении коленчатого ва-
ла, выполняющего функцию золотника.
Конструкция оправки достаточно проста (рис. 66), но необ-
ходимо выдержать требование параллельности оси отверстия
для установки заготовки коленчатого вала с осью вращения
установочного конуса. Одно из отверстий предназначено для
предварительной обработки кривошипа, другое — для оконча-
тельной. Точность установки оправки в шпинделе станка конт-
ролируется по наружному диаметру оправки индикатором.
Радиальное биение оправки при шлифовке кривошипного паль-
ца не может быть более 2—3 мкм, непараллельность оси — не
более 3—5 мкм на длине 30 мм.
Одним из удачных решений проблемы твердости и износо-
стойкости кривошипного пальца коленчатого вала можно счи-
100
рис. 67. Притир для доводки цилиндра
Рис. 68. Кокиль для отливки заго-
товок поршней
тать нанесение слоя твердого
хрома гальваническим путем.
Здесь необходимо только ре-
шить технологическую задачу
получения покрытия с твер-
достью не менее HV 900—1000.
Хромирование кривошипного
пальца необходимо вести в
специальной оправке для по-
лучения равномерного слоя
осаждаемого металла. Конст-
рукции таких оправок неодно-
кратно были описаны в мо-
дельной литературе.
Следует отметить, что наи-
более твердые износостойкие
Г!
хромовые покрытия получают-
ся при катодной плотности тока 60—62 А/дм2. Хромирование
ведется с нерастворимым анодом кольцевой формы. Анод изго-
товляют из сплава свинца с сурьмой (92—94% РЬ и 8—6% Sb),
обладающего необходимой твердостью и повышенной химиче-
ской стойкостью. При нерастворимых анодах концентрация
в электролите хромовой кислоты при хромировании непрерыв-
но уменьшается, то есть непрерывно уменьшается численное
значение отношения (СгОз): (SO4), что отрицательно сказы-
вается на выходе по току и качестве покрытия. Концентра-
цию хромовой кислоты доводят до заданной путем регулярных
добавок в ванну хромового ангидрида.
Гильза цилиндра. Все сказанное ранее относительно гильзы
цилиндра относится и к изготовлению ее в кустарных условиях.
При изготовлении этой детали следует проявить максимум вни-
мания и аккуратности.
Особо необходимо остановиться на финишных операциях по
отделке зеркала цилиндра. Окончательная обработка зеркала
цилиндра ведется обычно при помощи притира с изменяемыми
в очень небольших пределах размерами его рабочей части.
101
Рис. 70. Кондуктор для обработки отэеостия в поршне ПОД поршневой палец
Конструкция такого притира проста (рис. 67). На конусный
стержень устанавливают с небольшим натягом втулку, имею-
щую продольный разрез. Ее наружную поверхность протачи-
вают в центрах до номинального размера притираемой поверх-
ности. Изменение диаметра притира может осуществляться в
небольших пределах перемещением втулки по конусу стержня.
Стержень притира изготовляют из стали, а втулку притира —
из чугуна, меди или текстолита. Для удержания гильзы цилинд-
ра при притирке используют специальную державку (рис. 61, а)-
Гильза, закрепленная в державке за фланец, не подвергается
никаким внешним деформациям в процессе притирания. Мате-
риалом для державки обычно служит алюминиевый сплав
Д16К
102
Рис. 71. Расточка канавок иод Рис. 72. Оправка для закреплений
стопорные кольца! ня при финишной обработке
Рис. 73. Притирка поршня:
а — притир; б держатель поршня
Поршень. Заготовки для поршней обычно получают методой
литья в кокиль из расчета по длине на 5—6 отливок в виде
цилиндров с припусками на разрезание и обработку. Возможна
также отливка поршня в кокиль со стержнями, формирующим»
внутреннюю полость поршня. Одиако трудоемкость изготовле-
ния таких заготовок с учетом трудозатрат на изготовление ко-
киля высока и может быть оправдана лишь при изготовлени»
большого числа поршней. Конструкция такого кокиля приве-
дена на рис. 68.
Изготовление поршня из сплошной цилиндрической заго-
товки начинается с предварительной токарной обработки заго-
товки с припуском 0,3—0,5 мм по диаметру и 0,5—1 мм по-
длине. Внутренняя полость поршня может быть обработана пол-
ностью на токарном станке с использованием разрезной эксцент-
10»
Рис 74 Приспособление для расточки отверстий
в головках шатуна
риковой оправки (рис. 69), но возможна
также обработка полости поршня мето-
дом фрезерования.
Следует обратить внимание на точ-
ность и чистоту обработки юбки порш-
ня, которая будет использована далее в
качестве технологической базы при фи-
нишной отделке наружных поверхностей
поршня.
Отверстие под поршневой палец в
поршне сверлят в кондукторе и калиб-
руют развертками. Конструкция кондук-
тора может быть простой, однако необходимо обратить вни-
мание на обеспечение перпендикулярности оси поршня и оси
отверстия под поршневой палец (рис. 70). Поршень в таком
кондукторе фиксируют упорным винтом.
Растачивание канавок под стопорные кольца в отверстиях
под поршневой палец можно произвести канавочным расточ-
ным резцом. Поршень закрепляют на специальной оправке по-
средством серьги с резьбовым хвостовиком и гайки (рис. 71).
Обработку наружных поверхностей поршня ведут на спе-
циальной оправке (рис. 72) чистовым обтачиванием или шли-
фованием. Технологической базой здесь является цилиндриче-
ское отверстие в юбке поршня. Деталь крепят на оправке
посредством фальшпальца натяжением резьбового стержня,
а оправку закрепляют на шпинделе станка посредством инстру-
ментального конуса или в стандартной цанговой головке.
Притирка поршня в случае необходимости может быть про-
изведена с помощью притира, представляющего собой раз-
резную втулку из чугуна, меди или текстолита, закрепляемую
в специальном регулируемом держателе (рис. 73). Поршень
удерживается в специальном держателе посредством фальш-
пальца. Притирку производят как вручную, так и с помощью
токарного станка при частоте вращения шпинделя 100—
200 мин-1.
Шатун. Из выбранного материала фрезеруют заготовки для
изготовления шатуна в габаритные размеры с припусками на
обработку. Здесь необходимо обратить внимание на параллель-
ность поверхностей заготовок, которые впоследствии образуют
торцы головок шатуна. Производят разметку заготовок, в голов-
ках сверлят отверстия с припуском 0,5—0,7 мм на дальнейшую
обработку. Сверление удобнее производить в машинных тисках
на вертикально-фрезерном станке для обеспечения точности
межосевого расстояния отверстий.
104
Расточку отверстий в головках шатуна производят на при-
способлении типа планшайбы (рис. 74) с прижимной планкой
и двумя направляющими штырями — эксцентриковым и съем-
ным технологическим. Настройка приспособления заключается
в установке точного межосевого расстояния между осями шты-
рей с помощью набора концевых мер-плиток. Изменение меж-
осевого расстояния производится поворотом эксцентрикового
направляющего штыря вокруг собственной оси и фиксацией его
в наружном положении винтом.
Расточку отверстия в одной из головок шатуна можно про-
изводить и без использования эксцентрикового штыря. Для
этого ее устанавливают на технологический направляющий
штырь и закрепляют на планшайбе прижимной планкой. Техно-
логический штырь удаляют и производят расточку отверстия,
обточку головки (с двух сторон) и частично тела шатуна. Затем
с использованием эксцентрикового направляющего штыря обра-
батывают второе отверстие в головке и обточку ее наружного
контура.
Далее приспособление устанавливают в патрон делительной
головки или поворотный стол фрезерного станка и производят
окончательную «обкатку» головок шатуна. Вместо этих опера-
ций головки можно опиливать вручную.
Закончив с помощью надфилей окончательную обработку
тела шатуна, производят тщательную зачистку, шлифовку и по-
лировку шатуна с помощью вращающихся войлочных кругов,
а также полировочных абразивных порошков и паст. Затем
размечают и сверлят отверстия для смазки головок шатуна.
При изготовлении большого количества шатунов обработку
профиля тела шатуна можно произвести на токарном станке
с помощью простого приспособления, изображенного на рис. 75,
Рис. 76. Закрепление втулки в голов-
ке шатуна
которое пригодно также для шлифовки и полировки тела шату-
на. Заготовки шатуна устанавливают на этом приспособлении
и закрепляют винтами Для обточки используют фасонный
радиусный резец.
Если предусмотрено конструкцией, в головки запрессовы-
вают и зачеканивают втулки (рис. 76). Далее с помощью раз-
верток отверстия доводятся до номинальных размеров.
КОМПРЕССИОННЫЙ МИКРОДВИГАТЕЛЬ
ЦСТКАМ 2,5 Д
Микродвигатель внутреннего сгорания ЦСТКАМ 2,5 Д, раз-
работанный в Центральном спортивно-техническом клубе авиа-
ционного моделизма ДОСААФ СССР в 1975 году, предназна-
чен для использования на моделях самолетов, кораблей и авто-
мобилей в качестве силовой установки. Он может быть исполь-
зован в кружковой работе в качестве учебного пособия при изу-
чении работы двигателя внутреннего сгорания (рис. 77).
С появлением этого микродвигателя была решена стоявшая
в то время очень остро задача создания простого, надежного
и дешевого микродвигателя внутреннего сгорания массового
потребления.
Микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 Д является одноцилиндровым
двухтактным двигателем внутреннего сгорания с воздушным
охлаждением компрессионного типа и рабочим объемом 2,5 см3.
В нем применена газодинамическая схема типа Шнюрле с тре-
мя продувочными каналами.
Моноблочный картер микродвигателя (рис. 78) изготовлен
из алюминиевого сплава марки АК-7 литьем под давлением
с последующей термической и механической обработкой. Для
уменьшения массы микродвигателя и улучшения технологич-
ности всей конструкции коленчатый вал микродвигателя вра-
щается в подшипнике скольжения, образованном отверстием
в носке картера, нагартованном с целью повышения износостой-
кие 77 Компрессионный микродви
гатель ЦСТКАМ 2,5 Д
’W
Рис 78 Детали микродвигателя ЦСТКАМ 2,5 Д
кости узла. Зазор между валом и поверхностью подшипника
выбран с таким расчетом, чтобы обеспечить достаточную смазку
подшипника скольжения и сохранить герметичность полости
картера. Исследования носка картера и коленчатого вала мик-
родвигателя после ресурсных испытаний показали, что даже
после 3—4 ч работы искажения формы и размеров указанных
поверхностей остаются незначительными.
Коленчатый вал микродвигателя выполнен из цементируе-
мой конструкционной стали марки 12ХНЗА или 18ХНВА с по-
следующей термообработкой, что позволило получить на тру-
щихся поверхностях высокую твердость HRC 58—62. Носок
коленчатого вала для съема мощности выполнен диаметром
6 мм с резьбой МбX0,75 для закрепления воздушного винта,
маховика и т. д. Конструкция опорной шайбы такова, что по-
зволяет осуществлять стартерный запуск микродвигателя. Колен-
чатый вал частично сбалансирован. В рабочем процессе микро-
двигателя коленчатый вал выполняет также роль золотникового
устройства, осуществляющего впуск топливовоздушной смеси
в полость картера.
Карбюратор типа КОКС позволяет осуществлять точную
регулировку режима работы микродвигателя. Истечение топ-
лива в критическое сечение всасывающего патрубка осуществ-
ляется из кольцевой камеры через четыре отверстия малого
диаметра (0,6 мм), расположенных равномерно в плоскости
критического сечения всасывающего патрубка. Дозирование
топлива осуществляется с помощью жиклера обычной конструк-
ции и снабженного для удобства эксплуатации цанговым зажи-
108
Рис 79 Варианты продувочных каналов-
а, б — первоначальный вариант, в — серийный вариант
мом иглы. Для герметизации всасывающего патрубка предназ-
начено резиновое уплотнительное кольцо.
Стремление упростить конструкцию и улучшить ее техноло-
гичность привело к разработке реализованной в этом микро-
двигателе конструктивной схемы продувочных каналов (рис. 79),
которые образованы здесь внутренней поверхностью картера
и поверхностью поршня. Боковые поверхности продавочных ка-
налов ограничены специальными сквозными окнами, профрезе-
рованными в стенках гильзы цилиндра. Формирование потока
топливовоздушной смеси осуществляется за счет профилирова-
ния окон. Для обеспечения достаточного проходного сечения
продувочных каналов толщина стенки гильзы цилиндра не-
сколько увеличена. Подобное конструктивное решение каналов
не только обеспечило дополнительное охлаждение поршня (что
облегчило его тепловой режим и снизило тепловые деформа-
ции), но и позволило значительно упростить картер микродви-
гателя. Отпала необходимость создания продувочных каналов
во внутренней полости картера путем механической обработки
или ф°РмиР°вания их с помощью металлических разборных
стержней при отливке заготовки картера. Такое решение су-
щественно снизило трудозатраты при изготовлении одной из
наиболее сложных деталей микродвигателя.
Первоначальные варианты конструктивных решений каналов
показаны на рис. 79, а и б. Однако по требованию заводских
технологов конструкция этого узла была предельно упрощена
с некоторым ущербом для работы микродвигателя (рис. 79, в).
Гильза цилиндра изготовлена из стали марки 40Х и в резуль-
тате термообработки доведена до твердости HRC 40—50. Внут-
ренняя поверхность гильзы цилиндра отшлифована и при-
терта. Поршень микродвигателя изготовлен из чугуна марки
109
Рис. 80 Диаграмма газораспределения
микродвигателя ЦСТКАМ 2,5 Д
СЧ 21-40. Материалы рабочей па-
ры цилиндр-поршень, а также гео-
метрия притирки подобраны так,
чтобы обеспечить хороший запуск
микродвигателя в холодном и го-
рячем состояниях.
В процессе отработки опытных
образцов микродвигателей была
определена оптимальная конусность
рабочей части гильзы цилиндра
Она составляет для выбранных ма-
териалов 1:1000—1 700. Нижняя
часть гильзы цилиндра отшлифова-
на на большую конусность, которая составляет приблизитель-
но 1’200.
Для компенсации температурной деформации дна поршня
и искажения формы верхняя часть поршня обработана на конус.
Конусность составляет 1:80—1:100 на длине 3 мм.
Поршневой палец облегченного типа со сквозным сверле-
нием из высокоуглеродистой стали закален и отпущен до твер-
дости HRC 56—60. В поршне палец зафиксирован стопорными
кольцами.
Шатун выточен из дюралюминия марки Д16Т. Головки ша-
туна не имеют втулок.
Конструкция узла контрпоршня обычная. Форма камеры сго-
рания обеспечивает эффективное воспламенение и сгорание
топливовоздушной смеси и некритичность двигателя при регу-
лировке степени сжатия. Контрпоршень установлен в верхней
части гильзы цилиндра с натягом 3—6 мкм.
Диаграмма газораспределения приведена на рис. 80. Всасы-
вание топливовоздушной смеси начинается на 35° после про-
хождения НМТ и заканчивается через 20° после ВМТ Продол-
жительность фазы всасывания составляет 165°. Фаза выпуска
составляет 142°, продувки —126° (симметрично относительно
НМТ).
Внешний вид, габаритные и установочные размеры микро-
двигателя ЦСТКАМ 2,5 Д приведены на рис. 81
Основные технические характеристики микродвигателя тако-
вы: рабочий объем 2,47 см3, диаметр поршня 15 мм, ход порш-
ня 14 мм, отношение S/D равно 0,933, максимальная мощность
0,25 кВт, частота вращения при максимальной мощности
15 500 мин-1, масса 0,14 кг.
ГабаРитиь1е и установочные
ЦСТКАМ 2,5 Д
размеры микродвигателя
МИКРОДВИГАТЕЛЬ ЦСТКАМ 2,5 КР
Микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 КР разработан в ЦСТКАМ
ДОСААФ СССР в 1976 году как специализированный микро-
двигатель для скоростных моделей самолетов в классе до
2,5 см3. Небольшие партии этого микродвигателя были выпу-
щены опытно-производственными мастерскими Ивановского
СТК моделизма ДОСААФ и имели значительные отклонения
от конструкторской документации.
В 1983 году после некоторых конструктивных доработок
этот микродвигатель (рис. 82) был поставлен на производство
(СПО «Прогресс», г. Савелово, МАП СССР).
ЦСТКАМ 2,5 КР представляет собой двухтактный одно-
цилиндровый микродвигатель воздушного охлаждения с зажи-
ганием топливовоздушной смеси от свечи накаливания с резо-
нансным выхлопным устройством. Рабочий объем 2,5 см3.
Всасывание топливовоздушной смеси осуществляется через
полый коленчатый вал, опирающийся на два шариковых под-
шипника. Моноблочный картер микродвигателя получен мето-
Рис 82 Микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 КР
112
дом литья в металлическим кокиль из алюминиевого сплава
марки АК-7. В полости картера сформированы при литье
с помощью металлических разборных стержней три продувоч-
ных канала, обеспечивающих газодинамическую схему типа
Шнюрле.
Массивный носок, в котором установлены подшипники каче-
ния коленчатого вала, образует с ребрами жесткости прочный,
жесткий узел, обеспечивающий стабильную и надежную работу
кривошипного механизма микродвигателя в условиях значи-
тельных нагрузок. В верхней части носка размещены обтюри-
рующее окно золотника топливовоздушного всасывающего трак-
та и узел крепления карбюратора микродвигателя.
Рубашка охлаждения цилиндра микродвигателя выполнена
заодно с картером, что способствует стабилизации температур-
ных полей и достаточному охлаждению цилиндра. Верхний то-
рец крепления головки цилиндра микродвигателя несколько
поднят над торцем гильзы цилиндра (рис. 83), что уменьшает
деформации гильзы при сборке головки цилиндра. Первоначаль-
ная конструкция выхлопного патрубка, выполненного заодно
с картером, предусматривала телескопическое присоединение
к патрубку с герметизирующим кольцом резонансной трубы
охватывающего типа (рис. 84, а). В процессе эксплуатации вы-
яснилось, что несколько практичнее конструкция выхлопного
патрубка, использованная на микродвигателе типа Росси-15.
В последующей модернизации была использована именно такая
конструкция выхлопного патрубка (рис. 84, б).
Задняя стенка картера выполнена также методом литья
в кокиль из алюминиевого сплава АК-7. На задней стенке пре-
дусмотрен специальный прилив для установки штуцера отбора
давления из картера микродвигателя.
Рис. 83. Размещение гильзы цилиндра в картере
нз
Рис 84 Выхлопной патрубок
а—первый вариант б — второй вариант
Крепление микродвигателя на модели предусмотрено с по-
мощью лапок, имеющих отверстия для крепежных болтов. Уста-
новочная плоскость лапок крепления проходит через ось вра-
щения коленчатого вала. Крепление двигателя на модели
должно осуществляться четырьмя стальными болтами диа-
метром 3 мм.
Отбор мощности от микродвигателя производится с высту-
пающего конца коленчатого вала с помощью узла опорной шай-
бы. На опорную шайбу может устанавливаться воздушный винт.
Предусмотрено капотирование крепления воздушного винта.
Опорную шайбу центрируют и закрепляют на цилиндриче-
ской части коленчатого вала через разрезной опорный конус
при затяжке воздушного винта.
Капотирование узла крепления воздушного винта осуще-
ствляется с помощью металлического разборного кока (рис. 85).
Коленчатый вал микродвигателя изготовлен из легирован-
ной цементируемой стали марки 12ХНЗА. Глубина цементируе-
мого слоя составляет 0,2—0,3 мм с последующей закалкой до
получения твердости HRC 58—62. Коленчатый вал микродви-
гателя частично сбалансирован относительно оси вращения.
Противовес коленчатого вала асимметричен для компенсации
массы металла, удаленной при образовании всасывающего воз-
душного тракта в теле коленчатого вала. На выходном конце
коленчатого вала нарезана мелкая метрическая резьба
Мб X 0,75.
Цилиндропоршневая группа состоит из гильзы цилиндра,
поршня, поршневого пальца с фиксаторными кольцами и шату-
на (рис. 86). Гильза цилиндра с тремя продувочными и одним
выхлопным окном хромирована изнутри. Зеркало цилиндра име-
ет конусность в зоне работы поршня приблизительно 1:400—
1:500. Продувочные каналы наклонены к оси цилиндра для
114
Рис. 85. Узел опорной шайбы и обтекатель воздушного винта
Рис 86. Цилиндропоршневая группа
формирования потока продувочной топливовоздушной смеси.
Боковые продувочные окна имеют наклон 15° к образующей
стенки цилиндра, среднее окно — 45°.
Гильза цилиндра изготовлена из латуни марки ЛС-59-1.
Нижний обрез гильзы цилиндра спрофилирован для улучшения
условий входа топливовоздушной смеси в продувочные каналы.
Поршень изготовлен из высокопрочного, жаростойкого алюми-
ниевого сплава с содержанием кремния около 20% марки
АК21М2,5Н2,5. Материалы гильзы цилиндра и поршня обеспе-
чивают достаточно стабильный рабочий зазор в широком диапа-
зоне температур микродвигателя.
115
Рис 88 Резонансная труба ЦСТКАМ 2,5 (варианты)
Для компенсации температурной деформации дна и искаже-
ний формы образующей стенок верхняя часть поршня обрабо-
тана на конус. Конусность составляет 1:60—1:75 на длине
2,5 мм. Полый поршневой палец изготовлен из углеродистой
стали У8А, закален и отпущен до твердости HRC 58—62 От
осевых перемещений палец зафиксирован стопорными кольцами,
которые утоплены в специальных канавках. Материалом для
колец служит стальная проволока особо высокой прочности.
116
Шатун изготовлен из высокопрочного алюминиевого сплава
марки Д16АТ. Верхняя и нижняя головки шатуна выполнены
без втулок
Карбюратор микродвигателя — пульверизационного типа.
Для улучшения процесса приготовления топливовоздушной сме-
си и уменьшения потерь во всасывающем тракте выход топ-
лива в критическое сечение воздушного тракта осуществляется
через шесть отверстий диаметром 0,5 мм, равномерно располо-
женных по окружности диффузора. Количество топлива, пода-
ваемого в микродвигатель, регулируется жиклером обычной
конструкции. Регулировочная игла фиксируется при регулировке
режима микродвигателя специальным цанговым зажимом.
Камера сгорания формируется специальной закладной го-
ловкой. Здесь может быть установлена стандартная свеча нака-
ливания типа КС-2. Лучшие результаты получаются при ис-
пользовании калильной головки-свечи типа ГСК-1 (рис. 87).
Для повышения мощности микродвигателя на выхлопе уста-
навливают резонансную трубу, которая оптимизирована на ре-
жим 30 000—32 000 мин-1. Резонансная труба изготовлена из
алюминиевого сплава. Детали трубы соединены пайкой. Герме-
тичность соединения трубы с картером обеспечена сальником из
Жаростойкой резины (рис. 88).
МИКРОДВИГАТЕЛЬ ЦСТКАМ 2,5 КР-АС
Микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 КР-АС разработан в ЦСТКАМ
ДОСААФ СССР в 1978 году как специальный двигатель для
кордовых и скоростных моделей автомобилей, а также скорост-
ных моделей судов. Он оснащен резонансным устройством на
выхлопе, которое позволило значительно повысить его мощность.
Разработано два варианта резонансной выхлопной трубы —
без глушителя и с глушителем шума. Второй вариант резонанс-
ной трубы предназначался для судомоделей. В 1979 году не-
большая партия этих микродвигателей была выпущена опытно-
производственными мастерскими Ивановского СТК моделизма
ДОСААФ в варианте с рабочей парой на основе стали и чугуна.
В 1980 году этот микродвигатель был поставлен на производство
на заводе № 9 ДОСААФ (г. Киев) с рабочей парой АВС-типа.
В процессе производства в микродвигатель вносились некото-
рые изменения, касавшиеся в основном конструкции резонанс-
ной трубы и технологичности отдельных узлов и деталей.
Микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 КР-АС представляет собой
двухтактный одноцилиндровый воздушного охлаждения двига-
тель с зажиганием от свечи накаливания. Всасывание топливо-
воздушной смеси осуществляется через специальное золотнико-
вое устройство. Рабочий объем микродвигателя 2,48 см3, диа-
метр поршня 15 мм, ход поршня 14 мм, масса 0,23 кг, макси-
мальная мощность 0,665 кВт, удельная литровая мощность
270 кВт-л-1, удельная массовая мощность 2,89 кВт-кг-1, гаран-
тийная наработка не менее 3 ч.
Компоновка микродвигателя показана на рис. 89. Моно-
блочный картер микродвигателя изготовлен методом литья в
металлический кокиль. Материал картера — алюминиевый сплав
АК-7. Отливка картера подвергается термообработке. Особен-
ностью конструкции картера является сильно развитая система
лапок крепления микродвигателя на мотораме модели. Одно-
временно эти лапки значительно увеличивают жесткость сис-
темы носок-цилиндр картера, что положительно сказывается на
стабильности работы микродвигателя.
Мощный, жесткий носок выполнен заодно с картером. В нос-
ке смонтированы подшипники качения коленчатого вала. Ру-
башка охлаждения цилиндра также выполнена заодно с карте-
118
Рис 89 Микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 КР АС
Рис. 90 Золотниковое устройство ЦСТКАМ 2,5 КР-АС
ром микродвигателя. В полости картера при литье сформиро-
ваны три продувочных канала, образующих современную
газодинамическую схему.
Особенностью компоновочной схемы микродвигателя явля-
ется переднее расположение выхлопного патрубка для присоеди-
нения выхлопного резонансного устройства, совпадающего
с направлением выхода вала для съема мощности. Такая ком-
поновка микродвигателя учитывает конструктивные особенности
авто- и судомоделей.
Золотниковое устройство (рис. 90) всасывающего тракта
смонтировано на крышке картера. Золотник осевого типа час-
119
Рис 91 Коленчатый вал ЦСТКАМ 2,5 КР АС
Рис 92 Детали цилиндропоршиевой группы
ЦСТКАМ 2,5 КР АС
тично сбалансирован, вращается в подшипнике скольжения. Ма-
териал втулки — латунь Золотник из стали марки 12ХНЗА
цементирован с последующей закалкой и отпуском до поверх-
ностной твердости HRC 58—62.
Карбюратор кольцевого типа с шестью отверстиями для
впрыска топлива в критическое сечение воздушного тракта
обеспечивает качественное приготовление топливовоздушной
смеси. Регулировочная игла жиклера фиксируется с помощью
цангового зажима.
Коленчатый вал микродвигателя (рис. 91) изготовлен из
высококачественной конструкционной стали марки 12ХНЗА. По-
120
верхность коленчатого вала отцементирована иа глубину 0,3—
0,35 мм с последующей закалкой в масло и отпуском до твер-
дости HRC 58—62. Коленчатый вал частично сбалансирован.
Выходной конец коленчатого вала снабжен резьбой М6Х0,75
для крепления маховика и карданного устройства. Крепление
маховика осуществляется через опорный конус.
Цилиндропоршневая группа (рис. 92) состоит из гильзы
цилиндра, поршня, поршневого пальца с фиксаторными коль-
цами и шатуна. Гильза цилиндра с тремя продувочными ок-
нами и одним выхлопным окном хромирована изнутри. Поверх-
ность цилиндра имеет конусность 1:400—1:500. Продувочные
боковые окна наклонены к образующей цилиндра на 15°, а
среднее окно имеет наклон 45° к образующей цилиндра Гильза
цилиндра изготовлена из латуни марки ЛС-59-1. Поршень по-
лучен методом литья из высокопрочного, жаростойкого алюми-
ниевого сплава марки АК21М2,5Н2,5.
Для компенсации температурной деформации дна поршня и
искажений формы при высоких температурах верхняя часть
обработана на конус. Конусность составляет 1:50—1:65 на дли-
не 3 мм.
Поршневой палец облегченного типа имеет отверстия с
обоих торцев. Поршень изготовлен из углеродистой стали У8А,
закален в масло и отпущен до твердости HRC 58—62. В поршне
палец фиксируется стопорными кольцами. Шатун изготовлен из
сплава Д16-А-Т без втулок в головках. Рабочая поверхность от-
верстий нагартована. Для улучшения условий смазки в голов-
ках просверлены отверстия диаметром 0,8 мм
Камера сгорания замыкается специальной закладной голов-
кой. Форма камеры сгорания подобрана для оптимального ре-
жима воспламенения и горения при использовании свечи типа
КС-2. Возможна установка головки-свечи типа ГСК-1.
КОМПРЕССИОННЫЙ МИКРОДВИГАТЕЛЬ
ЦСТКАМ 3,2 Д (ЦСТКАМ 3,2 ДРУ)
Микродвигатель ЦСТКАМ 3,2 Д и один из его вариантов —
ЦСТКАМ 3,2 ДРУ разработаны в Центральном спортивно-тех-
ническом клубе авиационного моделизма ДОСААФ СССР в
1979 году. Микродвигатель проектировался для широкого ис-
пользования в кружках технического творчества и на станциях
юных техников в качестве силовой установки на самодвижу-
щихся моделях самолетов, кораблей, автомобилей и другой
техники. Микродвигатель может служить учебным пособием для
изучения принципов работы двигателей внутреннего сгорания
и получения навыков практического обслуживания. В вариан-
те Д он рекомендуется для использования на кордовых пило-
тажных моделях самолетов, а в варианте ДРУ для использова-
ния на моделях-копиях самолетов, радиоуправляемых моделях
самолетов, кораблей и автомобилей Оба варианта обладают
повышенной мощностью и улучшенными пусковыми свойствами.
По желанию потребителя микродвигатели могут поставлять-
ся в стандартной комплектации или оснащенными управляемым
карбюратором и глушителем шума (рис. 93)
С 1980 года микродвигатель типа ЦСТКАМ 3,2 Д выпускал
ся серийно опытно-производственными мастерскими Ивановско-
го СТК ДОСААФ с некоторыми отклонениями от конструктор-
ской документации, связанными с технологическими возмож-
ностями предприятия-изготовителя.
Микродвигатель ЦСТКАМ 3,2 Д, так же как и его вариант,
представляет собой двухтактный одноцилиндровый компресси-
онный микродвигатель внутреннего сгорания с воздушным ох-
лаждением. Рабочий объем 3,2 см3, диаметр поршня 16 мм,
ход поршня 16,5 мм, масса микродвигателя без глушителя
0,18 кг, максимальная мощность 0,26 кВт, удельная литровая
мощность 78 кВт-л-1, удельная весовая мощность 1,44 кВт-кг-1,
частота вращения коленчатого вала в режиме максимальной
мощности 16 000 мин-1, диапазон регулировок частоты враще-
ния коленчатого вала ^500—16 000 мин-1. Гарантийная нара-
ботка микродвигателя не менеее 10 ч.
Компоновка микродвигателя обычная. Всасывание топливо-
122
Рис. 93. Микродвигатель ЦСТКАМ
3,2 Д
воздушной смеси осуществ-
ляется через носок. Газодина-
мическая схема разработана
специально для этого микро-
двигателя. Пять продувочных
окон формируют продувочный
поток так, чтобы обеспечить
наилучшие условия для очист-
ки цилиндра и заполнения
его свежей топливовоздушной
смесью (рис. 94). Для улуч-
шения условий формирования
продувочного потока толщина
стенок гильзы и, следователь-
но, длина продувочных каналов выбрана относительно боль-
шой. Эти меры в некоторой степени позволили простыми кон-
структивными и технологическими приемами создать простую
и эффективную газодинамическую схему. Описанная газодина-
мическая схема по эффективности приближается к трех-1
четырехканальной газодинамической схеме типа Шнюрле и вку-
пе с хорошо подобранными материалами гильзы цилиндра,
поршня и контрпоршня может дать хорошие результаты.
Картер микродвигателя (рис. 95) отлит из алюминиевого
лава марки АК-7 в металлический кокиль с последующей
Рис 94 Детали микродвигателя ЦСТКАМ 3,2 Д
123
Рае 95. Картер микродвигателя
ЦСТКАМ 3,2 Д
линдра микродвигателя отлита
термообработкой. Специальная
ниша, образующая продувоч-
ный канал, получена фрезеро-
ванием. В носке картера смон-
тированы шарикоподшипники,
являющиеся опорой коленча-
того вала. Носовой подшип-
ник — сверхлегкой серии ти-
па 1000096 и коренной 1000901.
В верхней части носка разме-
щено гнездо для установки
карбюратора.
Рубашка охлаждения ци-
заодно с картером. Выхлопное
окно направлено вправо от носка, если смотреть на микродвига-
тель сверху в направлении выхода коленчатого вала. Выхлопной
патрубок оформлен таким образом, что на нем можно смонти-
ровать глушитель шума с помощью двух винтов.
Задняя стенка картера выполнена методом литья в кокиль
из алюминиевого сплава АК-7 и подвергнута термообработке.
На стенке имеется специальный прилив для установки штуцера
отбора давления из картера в систему топливопитания. Крепит-
ся стенка к картеру четырьмя винтами через герметизирующую
прокладку.
Коленчатый вал микродвигателя изготовлен из высококачест-
венной конструкционной стали марки 12ХНЗА и подвергнут
цементации и закалке в масло с последующим отпуском до
твердости HRC 58—62. Коленчатый вал частично сбалансиро-
ван относительно оси вращения. Посадка коленчатого вала во
внутренние обоймы подшипников осуществляется по типу тугой
с незначительным натягом (1—3 мкм).
Конструкция гильзы цилиндра (рис. 96) отличается своеоб-
разием. Положение и размеры фланца крепления выбраны с
учетом распределения и отвода тепла из зоны камеры сгорания
цилиндра, что обеспечивает сравнительно равномерное тепловое
расширение гильзы цилиндра. Гильза цилиндра микродвига-
теля хромирована изнутри (твердый хром). Выхлопное и про-
дувочные окна отфрезерованы в стенках цилиндра. Конусность
рабочей зоны цилиндра составляет 1:500—1:550. Материал
гильзы — ЛС59-1. Нижний обрез гильзы профилирован для
улучшения условий продувки.
Поршень изготовлен из сплава АК21М2,5Н2,5 литьем в ме-
таллический кокиль с последующей термообработкой и меха-
124
Рис. 96 Гильза цилиндра ЦСТКАМ 3,2 Д
нической обработкой. Конический пояс верхней части поршня
имеет высоту 3,5 мм при конусности 1:100.
Поршневой палец облегченного типа изготовлен из углеро-
дистой стали типа У8А с последующей закалкой и отпуском до
твердости HRC 58—62. Поршневой палец зафиксирован в порш-
не стопорными кольцами из стальной пружинной проволоки.
Камера сгорания микродвигателя сверху замкнута контр-
поршнем, который посажен в гильзу цилиндра с натягом
4—6 мкм. Материал контрпоршня — ЛС-59-1. Регулировка сте-
пени сжатия осуществляется с помощью специального винта
контрпоршня. Давление винта контрпоршня передается самому
контрпоршню через специальную стальную плоскую рессору,
которая смягчает работу микродвигателя при слишком больших
степенях сжатия (в результате ошибок регулирования). Конст-
рукция регулировочного винта контрпоршня обеспечивает само-
фиксацию его на выбранном режиме работы.
Шатун из сплава Д16А-Т изготовлен методом фрезерования.
В головках для улучшения условий смазки просверлены отверс-
тия диаметром 1 мм.
Карбюратор кольцевого типа имеет четыре отверстия диа-
метром 0,6 мм для истечения топлива в критическом сечении
воздушного диффузора. Регулировка качественного состава топ-
лизовоздушной смеси производится иглой жиклера. Игла
закрепляется в нужном положении пружинным фиксатором.
Игла приводится во вращение через пружинный демпфер, что
позволяет обезопасить работу при регулировках микродвига-
теля на моделях.
В варианте микродвигателя ДРУ вместо классического воз-
душного диффузора устанавливают специальный узел с дрос-
сельной воздушной заслонкой. Дроссельная заслонка может по-
ворачиваться с помощью исполнительного механизма системы
дистанционного управления моделью или непосредственно от
125
корды через систему рычагов В закрытом положении дроссель-
ной заслонки (малый газ) в работу включается специальноежа-
либрованное отверстие для прохода воздуха, имеющее допол-
нительное устройство, с помощью которого осуществляется тон-
кая регулировка карбюратора в конкретных условиях
Микродвигатель оснащен тушителем шума на выхлопе Глу-
шитель представляет собой расширительную камеру с каса
тельным впуском через патрубок, который используется для
крепления глушителя к микродвигателю На патрубке имеется
специальное устройство для подшприцовки топлива непосредст-
венно в цилиндр микродвигателя через выхлопное окно, что
иногда позволяет упростить запуск микродвигателя.
МИКРОДВИГАТЕЛЬ ЦСТКАМ 1,5 КР-АС
Микродвигатель ЦСТКАМ 1,5 КР-АС разработан в ЦСТКАМ
ДОСААФ СССР в 1981 году по заявке автомоделистов и пред-
назначен для установки на спортивные гоночные модели авто-
мобилей, эксплуатируемые на специально оборудованных откры-
тых площадках. Он оснащен резонансным выхлопным устрой-
ством, которое позволило значительно увеличить мощность.
Микродвигатель был поставлен на серийное производство (СПО
«Прогресс», г. Савелово, МАП СССР) в 1982 году.
В двухтактном одноцилиндровом воздушного охлаждения
микродвигателе ЦСТКАМ 1,5 КР-АС с калильным зажиганием
от свечи накаливания всасывание топливовоздушной смеси осу-
ществляется через специальный золотник центрального входа.
Компоновка микродвигателя оптимизирована для установки на
автомодели. Направление выхода носка для отбора мощности
совпадает с направлением выхлопного патрубка (рис. 97). Одна-
ко конструкция микродвигателя позволяет произвести перевер-
нутую сборку носка и золотниковой стенки. Поэтому микродви-
гатель можно использовать и на моделях других типов, напри-
мер авиационных.
Основные технические характеристики микродвигателя тако-
вы: рабочий объем 1,49 см3, диаметр цилиндра 13,5 мм, ход
поршня 11 мм, масса микродвигателя с резонансной трубой не
более 0,2 кг, мощность не менее 0,4 кВт, удельная литровая
мощность 268 кВт-л-1, удельная весовая мощность 2 кВт-кг-1,
Рис. 97. Микродвигатель ЦСТКАМ 1,5
КР-АС
127
Рис. 98. Носок микродвигателя ЦСТКАМ 1,5 КР-АС
гарантийная наработка не менее б ч, частота вращения колен-
чатого вала в режиме максимальной мощности не менее
28 000 мин-1.
Микродвигатель в целом и его отдельные узлы рассчитаны
на тяжелые и напряженные режимы работы.
Картер микродвигателя изготовлен литьем в кокиль с раз-
борными металлическими стержнями для формирования проду-
вочных каналов и выхлопного патрубка в отливке. Материал
картера — алюминиевый сплав АК’7. Отливку картера подвер-
гают термообработке. Рубашку охлаждения цилиндра микро-
двигателя отливают заодно с картером, ребра охлаждения так-
же получают литьем. По форме ребра охлаждения сильно раз-
виты в сторону выхлопного патрубка. Наружная поверхность
картера обработана с помощью пескоструйного аппарата.
Отъемный стальной носок картера укороченного типа (рис.
98) получен механической, а затем термической обработкой.
В носке смонтированы подшипники качения: носовой — сверх-
легкой серии типа 1000095 (размеры 5X13X4 мм), коренной —
сверхлегкой серии типа 1000097 (размеры 7X17X5 мм). Выбор
материала носка объясняется большими радиальными динами-
ческими нагрузками, связанными со спецификой эксплуатации.
Кроме того, необходимо решить проблему теплового расшире-
ния носка и изменения напряжения в соединении носок-наруж-
128
Рис. 99. Золотниковый узел ЦСТКАМ 1,5 КР-АС
ная обойма подшипника, а следовательно, сохранения зазора в
подшипнике в процессе эксплуатации на любых режимах ра-
боты микродвигателя и охлаждения его. Посадка подшипников
выбрана с натягом: для переднего — 1—3 мкм, для коренного —
2—4 мкм. Подшипники устанавливают в гнезда при нагреве до
температуры 80—100 °C.
Коленчатый вал микродвигателя изготовлен из высокока-
чественной конструкционной стали марки 12ХНЗА. Его поверх-
ность втцементирована и закалена с последующим отпуском до
твердости HRC 58 — 62. Коленчатый вал частично сбалансиро-
ван. Носок вала снабжен резьбой М5Х0.8 для закрепления ма-
ховика или фрикционной муфты.
Золотниковое устройство всасывающего тракта (рис. 99)
смонтировано на стенке картера. Частично сбалансированный
золотник осевого типа вращается в латунной подшипниковой
втулке. Втулка запрессована в стенку и затем расточена. Зо-
лотник выполнен из стали марки 12ХНЗА, цементирован с по-
следующей термообработкой до твердости HRC 58 — 62.
Карбюратор кольцевого типа снабжен четырьмя отверстиями
для выхода топлива в критическое сечение воздушного тракта.
Регулировку качественного состава топливовоздушной смеси вы-
полняют иглой жиклера, имеющего специальное фиксирующее
устройство — цанговый зажим. Для обеспечения удобства мон-
тажа золотниковой стенки на картере карбюратор имеет флан-
цевое крепление на двух винтах. Герметизация узла обеспечи-
вается прокладкой из алюминия. Такая конструкция карбюра-
тора создает дополнительные удобства при эксплуатации микро-
двигателя на модели (рис. 100).
Цилиндропоршневая группа состоит из гильзы цилиндра,
поршня, поршневого кольца с фиксаторными кольдами и шату-
на. Гильза цилиндра с тремя продувочными окнами и одним
выхлопным хромирована изнутри. Поверхность цилиндра имеет
129
Рис. 100. Карбюратор ЦСТКАМ 1,5 КР-АС
конусность 1:400 — 1:500. Продувочные боковые окна наклоне-
ны к образующей цилиндра на 15°, а среднее окно имеет на-
клон 45°. Гильза изготовлена из латуни марки ЛС 59-1. Поршень
получают из высокопрочного, жаростойкого, кремнистого алю-
миниевого литейного сплава марки АК21М2,5Н2,5 методом
литья в кокиль. Конусность верхней части образующей поршня
составляет 1:50—1:65 на длине 2 мм.
Поршневой палец облегченного типа, имеющий сверление с
одной стороны, изготовлен из углеродистой стали У8А, закален
и отпущен до твердости HRC 58—62. В поршне палец фикси-
руют стопорными кольцами.
Материалом для шатуна, не имеющего втулок, служит
Д16-АТ. Рабочая поверхность нагартована. Для улучшения ус-
ловий смазки в головках просверлены отверстия диамет-
ром 0,8 мм.
Камера сгорания замыкается специальной закладной голов-
кой. Форма камеры сгорания оптимизирована для использова-
ния калильной свечи типа КС-2. Лучших результатов дости-
гают при использовании специально доработанной головки-све-
чи типа ГСК-1 (рис. 101).
Выхлопное устройство — резонансную трубу присоединяют к
микродвигателю через охватывающую втулку. Герметизацию
осуществляют специальным сальником из резины, стойкой к
воздействию высоких температур, масла и бензина. Резонансная
труба оптимизирована для работы на режиме 28 000 —
32 000 мин-1. Конструктивно труба состоит из трех деталей,
соединенных пайкой алюминиевым припоем. Детали трубы из-
готовлены методом выкатывания на стальных оправках из труб-
чатых заготовок. Соединительная втулка выточена из алюми-
ниевого сплава марки АМГ (рис. 102).
13С
Рис UP Камера сгорания ЦСТКАМ 1,5 КР-АС
Рис. 102. Резонансная труба ЦСТКАМ 1,5
МИКРОДВИГАТЕЛЬ ЦСТКАМ 2,5 К
Микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 К разработан в Централь-
ном спортивно-техническом клубе авиационного моделизма в
1977 году. Он проектировался как специальный для кордовых
моделей воздушного боя (класс Ф-2-Д) и свободно летающих
моделей с механическим двигателем (класс Ф-1-С). При этом
были учтены современные достижения отечественной и зару-
бежной практики в названных классах спортивной техники.
Микродвигатель имеет минимальную массу, улучшенные пус-
ковые качества. По своим техническим параметрам он нахо-
дится на уровне лучших серийных советских и зарубежных
микродвигателей данной категории (рис. 103).
Двухтактный одноцилиндровый микродвигатель ЦСТКАМ
2,5 К с воздушным охлаждением и калильным зажиганием
имеет следующие основные характеристики: рабочий объем
2,48 см3, диаметр поршня 15 мм, ход поршня 14 мм, масса
0,15 кг, максимальная мощность 0,55 кВт, удельная литро-
вая мощность 222 кВт-л-1, удельная весовая мощность
3,67 кВт-кг-1, гарантийная наработка не менее 3 ч.
Серийное производство микродвигателя началось в 1978 го-
ду в опытно-производственных мастерских Ивановского област-
ного комитета ДОСААФ небольшими сериями с некоторыми
отклонениями от конструкторской документации, главным из
которых являлось изготовление пары гильза цилиндра-поршень
из стали и чугуна, что не позволяло получать стабильно запла-
нированные технические характеристики.
В 1979 году впервые в стране началось серийное производ-
ство этого спортивного микродвигателя с рабочей парой АВС-
типа на заводе № 9 ДОСААФ в Киеве.
Всасывание топливовоздушной смеси происходит через носок
двигателя. Коленчатый вал, осуществляющий газораспределе-
ние, опирается на два шарикоподшипника (рис. 104).
Картер микродвигателя отлит из алюминиевого сплава мар-
ки АК-7 и подвергнут термообработке. Отливка картера полу-
чена методом кокильного литья. Продувочные каналы, всасы-
вающее и выпускное окна картера сформированы при отливке
в кокиль с помощью металлических разборных стержней.
132
Рис. 103. Микродвигатель ЦСТКАМ
2,5 К
обтюрирующее окно золотника
Носок картера укороченно-
го типа с ребрами жесткости
образует прочный и жесткий
узел, несмотря на довольно
тонкие стенки. В носке смон-
тированы шарикоподшипники
носовой — сверхлегкой серии
типа 1000096 (размеры 6Х15Х
Х5 мм), коренной — той же
серии типа 10000900 (разме-
ры 10X22X6 мм). В верхней
части носка размещено гнездо
для установки карбюратора и
в тракте всасывания топливовоздушной смеси.
Рубашка охлаждения цилиндра микродвигателя отлита за-
одно с картером. Выхлопное окно направлено назад от носка.
При монтаже микродвигателя на модели с горизонтальным рас-
положением цилиндра в непосредственной близости от передней
кромки крыла модели возникают проблемы с защитой крыла
от высоких температур выхлопных газов. Для монтажа рассе-
кателя в выхлопном патрубке под ним имеется прилив, в кото-
ром может быть нарезана резьба М2,5. Установка такого рас-
секателя (рис. 105) значительно облегчает решение задачи
защиты крыла от перегретых выхлопных газов.
Задняя стенка картера выполнена методом литья в кокиль
из алюминиевого сплава АК-7. На стенке имеется специальный
прилив для установки штуцера отбора давления из картера
микродвигателя в систему топливопитания. Для крепления зад-
ней стенки предназначены четыре винта М2,5. В поздних сериях
микродвигателя стенки стали выполнять из пластика.
Крепление микродвигателя на модели осуществляют посред-
ством лапок. Установочные поверхности лапок совпадают с пло-
скостью, проходящей через ось вращения коленчатого вала.
Коленчатый вал микродвигателя изготовлен из конструк-
ционной легированной стали марки 12ХНЗА с последующей
цементацией и закалкой до получения поверхностной твердости
HRC 56—62. Коленчатый вал частично сбалансирован относи-
тельно оси вращения.
Гильза цилиндра микродвигателя хромирована изнутри.
В ее стенках отфрезерованы три продувочных и одно выхлопное
окна. Конусность рабочей зоны цилиндра составляет 1:450—
1:500. Гильза цилиндра изготовлена из сплава ЛС-59-1. Ниж-
ний обрез гильзы цилиндра спрофилирован для улучшения усло-
вий продувки.
133
Рис 104 Детали микродвигателя ЦСТКАМ 2,5 К
Рис 105 Рассекатель
Рис 106 Детали карбюратора микродвигателя
ЦСТКАМ 2,5 К
Поршень изготовлен из сплава АЛ-26 или АК21М2,5Н2,5
методом литья с последующей термической и механической
обработкой. Конический пояс верхней части поршня имеет вы-
соту 2,5 мм при конусности 1:75.
Поршневой палец облегченного типа изготовлен из высоко-
углеродистой стали с последующей закалкой и отпуском до
твердости HRC 58—62. Стопорные кольца поршневого пальца
изготовлены из стальной углеродистой проволоки особо высо-
кой прочности диаметром 0,4 мм.
Шатун из алюминиевого сплава Д16-АТ получен методом
фрезерования Отверстия в головках шатуна для увеличения
износостойкости нагартованы, то есть упрочнены посредством
уплотнения поверхностного слоя с помощью специального
инструмента
Пульверизационный карбюратор кольцевого типа (рис 106)
состоит из воздушного диффузора с уплотнительным кольцом
и жиклера с регулировочной иглой. Игла жиклера может быть
зафиксирована с помощью цангового зажима. Из трубопровода
топливная смесь через регулируемое отверстие в жиклере выте-
кает в кольцевую камеру, образованную стенкой картера и вы-
точкой воздушного диффузора, и через несколько отверстий
в стенке диффузора попадает во всасывающий тракт.
Камера сгорания микродвигателя образована специальной
вставкой, в которую ввертывается калильная свеча Вместо
вставки со свечой может быть установлена головка-свеча ка-
лильная типа ГСК-1. Объем камеры сгорания и, следовательно,
степень сжатия микродвигателя регулируются с помощью ме-
таллических прокладок, устанавливаемых между головкой и
Торцем гильзы цилиндра
КОМПРЕССИОННЫЙ МИКРОДВИГАТЕЛЬ
ЦСТКАМ 2,5 Д 2
Микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 Д 2 разработан в Централь-
ном спортивно-техническом клубе авиационного моделизма
ДОСААФ СССР в 1983 году и предназначен для установки в ка-
честве силового на спортивные модели самолетов класса Ф-2-С
(командная гонка).
Тщательный анализ условий соревнований и тренировочно-
го процесса советских спортсменов в классе моделей самолета
для командных гонок позволяет сформулировать основные тре-
бования к двигателю. Однако нельзя утверждать, что эти требо-
вания исчерпывающи и достаточны для конструирования хоро-
шего микродвигателя для этого класса моделей.
Микродвигатель для кордовых гоночных моделей самолета
класса Ф-2-С должен обеспечить возможно более высокую мощ-
ность, очень высокую экономичность, большую выносливость
к работе на «бедном» режиме, хорошие пусковые качества
в холодном и горячем состояниях. Желателен значительный ре-
сурс микродвигателя.
Предъявленные требования порой противоречивы и тем не
менее имеют место в спортивном моделизме. В нижеописанной
разработке сделана попытка применения некоторых компромис-
сных конструктивных решений для серийного микродвигателя
класса Ф-2-С.
Подход к конструированию микродвигателя ставил своей
целью удовлетворить следующим требованиям:
снижение уровня трения во всех узлах и, следовательно,
снижение тепловыделения в трущихся парах;
тщательный подбор материалов в трущихся узлах с целью
снижения трения и предотвращения условий возникновения
сухого трения (нарушение зазоров в трущихся узлах);
обеспечение хорошей смазки и охлаждения тех мест, где
возможно повышенное выделение тепла: головок шатуна, под-
шипников коленчатого вала и золотника, поршня и гильзы ци-
линдра, камеры сгорания;
снижение термической и динамической деформации деталей
и узлов микродвигателя.
136
Изучение конструкторских решений микродвигателей, исполь-
зуемых советскими спортсменами, показало, что возможность
создания серийного спортивного микродвигателя для моделей
самолетов класса Ф-2-С имеется.
После того как задача, которую необходимо было решить
при конструировании этого микродвигателя, была сформулиро-
вана достаточно четко, стало ясно, что такой микродвигатель
должен обладать следующими параметрами: рабочий объем
2,5 см3, масса не более 0,185 кг, мощность 0,35—0,4 кВт,
частота вращения вала на режиме максимальной мощности
18—22-103 мин-1, удельная литровая мощность 140—150 кВт-л-1,
удельная весовая мощность 2 кВт-кг-1, удельный расход топлив-
ной смеси 0,78—0,8 кг-кВт-ч'1, гарантийная наработка не менее
3 ч. Высокая экономичность компрессионных микродвигателей
однозначно определила выбор типа зажигания.
При создании микродвигателя было разработано два кон-
структивных решения, которые могли быть отобраны только
после практической проверки и стендовых испытаний. Разра-
ботаны были следующие варианты микродвигателя при неиз-
менной верхней части:
монолитный носок из алюминиевого сплава с жесткими реб-
рами, отъемная задняя золотниковая стенка;
отъемный стальной носок с креплением в четырех точках
винтами М2,5 с монолитной задней золотниковой стенкой.
Во всех вариантах микродвигатель оснащен специальным
золотниковым устройством-автоматом. Это автоматическое мно-
гофункциональное устройство обеспечивает быструю заправку
топливом бака, подключение бака к карбюратору микродвига-
теля и по команде пилота остановку микродвигателя путем пре-
рывания подачи топлива.
В результате испытаний и экспертной оценки образцов
микродвигателей был отобран последний вариант микродви-
гателя.
Одноцилиндровый двухтактного типа микродвигатель воз-
душного охлаждения ЦСТКАМ 2,5 Д 2 с самовоспламенением
топливовоздушной смеси от сжатия имеет рабочий объем
2,5 см3, диаметр цилиндра 15 мм, ход поршня 14 мм, массу
0,18 кг, максимальную мощность 0,37 кВт, удельную литровую
мощность 148 кВт-л-1, удельную весовую мощность 2 кВт-кг-1,
частоту вращения вала на режиме максимальной мощности
20 000 мин-1, гарантийную наработку 3 ч.
Всасывание топливовоздушной смеси (рис. 107) осуществ-
ляется через золотник осевого типа с входом через окно. Газо-
динамическая схема — типа Шнюрле с тремя продувочными ка-
налами. Основные узлы и детали микродвигателя показаны на
рис. 108—118.
Картер микродвигателя (см. рис. 112) изготовлен литьем
в кокиль с разборными металлическими стержнями для форми-
6 225.
137
Рис. 107. Микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 Д 2‘
а — виит ГОСТ 1491.—72, 2 М2,5 12 66 019 (6 шт) б —винт ГОСТ 1491 —72,2 М2.&
6 66 019 (6 шт.); / — носок; 2 —узел контрпоршня; 3 — заправочный автомату
4 — цилиндропоршиевая группа, 5 — картер, 6 — золотник, 7 — заглушка, 8 —
диффузор, 9—11 •— прокладки
рования продувочных каналов и выхлопного патрубка в отлив-
ке. Литьем получены также ребра охлаждения. Материал кар-
тера — алюминиевый сплав марки АК-7. Отливка картера тер-
мообработана по режиму Т5. После термообработки отливка
подвергнута струйной обработке чугунной крошкой (диаметр
зерна 0,15—0,25 мм). Литейные уклоны — 3°, радиусы сопряже-
ния — 0,3 мм.
Золотниковая стенка образована при литье. Золотник осево-
го типа (см. рис. 113) изготовлен из стали марки 12ХНЗА,
цементирован и термообработан до твердости HRC 58—62. Он
частично сбалансирован. Сквозное отверстие для установки
золотника закрыто резиновой пробкой (см. рис. 114).
Карбюратор кольцевого типа образован специальным диф-
фузором (см. рис. 115) и автоматом-клапаном, на котором
138
Рис. 108. Носок
а — опорная шайба (Д16А-Т); б — опорный конус (Д16А-Т)); в — коленчатый
вал (12 НЗА, азотировать Л=0,2—0,3 мм, калить HRC 58—62); г —корпус
(ЗОХГСА, калить ов=80—100, химическое оксидирование), д — радиальный
однорядный шарикоподшипник ГОСТ-8338-5 1000096, е — радиальный одноряд-
«ый шарикоподшипник ГОСТ-8338-5-1000098
6*
W0»Q7S 8s
086
<7ohPbiue мбермостиА шмиообать h002 008
6
Рис. 109 Узел контрпоршня
а _ винт контрпоршня (ЗОХГСА калить
ae = joO—120, химическое оксидирование)
б — головка цилиндра (Д16А Т), 9 контр
поршень (ЛС59 1)______________________
IS' IS
a
Рис НО Заправочный автомат
a — игла жиклера (серебрянка 10 В 3 У8А) б— гайка (ЛС 59 1 химическое оксидирование) в — фикса-
тор (65Г) г — штуцер (ЛС 59 1) д— корпус (отливка АК 7) е— шток (12ХНЗА азотировать /1—0 2—
0,3 мм калить HRC 60—64), ж — заправочный конус (ЛС 59 1), и—фиксатор иглы (65Г) к — втулка
(ЛС 59 1), л — пружина возвратная (проволока ИаО7), м — винт фиксатора шгока (серебрянка 5 В 3 У8А),
н —штуцер (ЛС 59 1)
Рис, ПО (гродолж.)
S6
Рис. НО (продолж.)
имеется жиклер с дозирующей иглой (см. рис. ПО). Упомяну-
тый автомат-клапан выполняет следующие функции:
через заправочный наконечник осуществляется быстрая за-
правка топливного бака при соединении наконечника с ответ-
ной гнездовой частью заправочного устройства, на котором
смонтирован клапан. Из заправочного устройства топливо по-
дается к клапану под давлением. При заправке топливного бака
осуществляется также подача порции топлива через калибро-
ванное отверстие трубопровода от штуцера непосредственно
в камеру сгорания через выхлопное окно двигателя;
при заправке приводится в рабочее состояние устройство
остановки двигателя и осуществляется соединение топливного
бака с жиклером карбюратора;
при подаче специальной импульсной команды на рычаг оста-
новки двигателя блокирующий зуб выводится из зазора между
фланцем штока и корпуса, шток под действием пружины зани-
мает положение «отсечка», обозначенное на рис. 110; топливный
бак отсекается от карбюратора и прекращается подача топ-
лива.
Носок микродвигателя (см. рис. 108) изготовлен из высоко-
качественной конструкционной стали марки ЗОХГСА и подверг-
нут термообработке до огв=80—100 кгс-мм-2. Носок крепится
к картеру микродвигателя в четырех точках винтами М2,5
через фланец толщиной 1,5 мм. В носке установлены подшип-
ники качения сверхлегкой серии: носовой типа 1000096 (раз-
меры 6X15X5 мм) и коренной типа 1000098 (размеры 8Х19Х
Х6 мм). Выбор материала носка позволил решить проблемы
143
Детоли тщательно промыть 5 бензине и 5ь супить
2 Сесечтибныи n&eUfocL даталеи гильзь цьлинори
(О.) и поршня (и) (нущестбить танин
Дюазом чтоЗы поршень не дскодил оа наружного
торир гильзы на 25 5 мм W деистбием
проложенной силы Р 03 нг
з Детали смозать маслом индустриальным
И20 А ГОСТ 20733-75
4 * Размеры для спрабан
(отливка АК21М2,5Н2,5),
д — шатун (лист Д16А Т,
Рис 111 Цилиндропоршневая группа
а — гильза цилиндра (ЛС 59 1, поверхность Б — твердый хром толщиной 0,015—0,03 мм), б — поршень
в — стопорное кольцо (проволока Па 0,3) г — палец поршневой (пруток 4 В 3 У8А, калить HRC 54—58)
толщина 6 мм)
Рис. 112. Картер (отливка АК-7)
тепловых напряжений в посадках подшипников, сохранения по-
стоянного зазора в процессе работы микродвигателя.
Коленчатый вал микродвигателя изготовлен из высокока-
чественной конструкционной стали марки 12ХНЗА. Поверх-
ность коленчатого вала цементирована, закалена и отпущена
до твердости HRC 58—62. Коленчатый вал частично сбаланси-
рован. Носовая часть коленчатого вала снабжена метрической
резьбой Мб X 0,75. Для крепления воздушного винта имеется
обтекатель-кок. Материал обтекателя — алюминиевый сплав
марки Д16А-Т.
Цилиндропоршневая группа (см. рис. 111) состоит из гиль-
145
вы цилиндра, поршня, поршневого пальца с фиксаторными коль-
цами и шатуна. Гильза цилиндра с тремя продувочными окнами
и одним выхлопным хромирована изнутри. Поверхность цилинд-
ра микродвигателя имеет конусность 1:400—1:450 с меньшим
диаметром в зоне венца. Все продувочные окна имеют наклон
45° к оси цилиндра. Гильза цилиндра изготовлена из латуни
марки ЛС-59-1.
Поршень отлит из высококремнистого жаростойкого алюми-
ниевого сплава марки АК21М2,5Н2,5. Дно поршня имеет фор-
му усеченного конуса. Конусность верхней части образующей
поршня составляет 1:50 на длине 3 мм от верхней части дна
поршня. С целью уменьшения тепловых деформаций поршня
146
Рис. 112. (продолж.)
из-за асимметрии его внутренней полости облегчения в поясе
бобышек поршневого кольца выполняют сверлением на глуби-
ну 12,5 мм от обреза юбки поршня. Диаметр всех десяти отвер-
стий 1,7 мм. В юбке поршня сделаны вырезы, чтобы создать
благоприятные условия для поступления продувочной смеси
в каналы.
Шатун, материалом для которого служит сплав Д16А-Т,
втулок не имеет. Чтобы улучшить условия смазки в голов-
ках шатуна, в нижней головке просверлены два отверстия,
в верхней — одно. Диаметр отверстий для смазки составляет
1 мм.
Камера сгорания микродвигателя замыкается специальной
головкой, в которой размещается контрпоршень (см. рис. 109).
Контрпоршень имеет уменьшенный диаметр и принудительно
перемещается в обоих направлениях с помощью специального
винта. Винт контрпоршня снабжен мелкой резьбой, дающей
возможность произвести тонкую настройку степени сжатия.
Этому способствует также уменьшенный размер контрпоршня.
147
Рис. 113. Золотник (12ХНЗА,
азотировать й=0,2—0,3 мм, ка-
лить HRC 58—62)
Рис. 114. Заглушка (ре-
зина В-14-1)
Рис. 115. Диффузор (Д16А-Т,
анодировать)
Рис. 116. Прокладка (ре-
зина В-14-1)
2omlf2,l-niZ
Рис. 117. Прокладка (фольга
АДМ л 0,1)
Рис. 118. Прокладка (фольга
АДМ л 0,2)
Предварительная настройка степени сжатия осуществляется
подбором толщины прокладки между головкой и венцом гиль-
зы цилиндра.
Для обеспечения надежной герметизации камеры сгорания
головка притянута к блоку цилиндра шестью стальными болта-
ми М2,5.
Перемещение контрпоршия в головке производят с помощью
специального шестигранного ключа, который входит в комплект
поставки микродвигателя.
Для обкатки микродвигателя, его регулировочных и трени-
ровочных запусков рекомендуется топливная смесь из следую-
щих компонентов (% по объему): этиловый технический эфир
ГОСТ 6265-74 — 35%; осветительный керосин ГОСТ 4753-68 —
55%; касторовое масло ГОСТ 6757-73— 13% и медицинский
амилнитрит — 2 %.
КОМПРЕССИОННЫЙ МИКРОДВИГАТЕЛЬ
ЦСТКАМ 2,5 Д 3
Микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 Д 3 разработан в Централь-
ном спортивно-техническом клубе авиационного моделизма
ДОСААФ СССР в 1984 году и предназначен для постановки
на серийное производство на реконструируемом Гомельском за-
воде спортивного моделизма и учебных пособий ДОСААФ.
Микродвигатель спроектирован для широкого применения в мо-
дельных кружках, в домашнем техническом творчестве и пред-
назначен для использования в качестве силовой установки на
самодвижущихся моделях кораблей, автомобилей и самолетов.
Он может служить также учебным пособием для изучения
принципов устройства и работы двигателей внутреннего сгора-
ния двухтактного типа, а также получения практических навы-
ков работы с микродвигателями внутреннего сгорания.
Двухтактный одноцилиндровый компрессионный микродвига-
тель ЦСТКАМ 2,5 Д 3 воздушного охлаждения имеет рабочий
объем 2,5 см3, диаметр цилиндра 15 мм, ход поршня 14 мм,
массу 0,16 кг, максимальную мощность 0,295 кВт, удельную
мощность 119 кВт-л-1, удельную весовую мощность 1,8 кВт-кг-1,
частоту вращения коленчатого вала в режиме максимальной
мощности 18 500 мин-1 и средний ресурс до списания не ме-
нее 6 ч.
Компоновка микродвигателя традиционна (рис. 119). Всасы-
вание топливовоздушной смеси осуществляется через носок.
Газодинамическая схема микродвигателя аналогична схеме мик-
родвигателя ЦСТКАМ 3,2 Д: пять продувочных окон форми-
руют поток продувочного газа так, чтобы обеспечить наилучшие
условия для очистки цилиндра от отработанных газов и запол-
нение цилиндра свежей топливовоздушной смесью. Для улучше-
ния условий формирования потока продувочного газа тол-
щина стенок гильзы цилиндра выбрана сравнительно большой.
Эта мера позволила простым конструктивным и технологи-
ческим решением обеспечить эффективную продувку цилиндра
(рис. 120).
Картер микродвигателя отлит из алюминиевого сплава мар-
ки АК-7 в металлический кокиль. В процессе технологической
150
Рис. 119. Микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 Д 3
подготовки, возможно, решится вопрос о получении отливок
картера на литьевой машине под давлением. Рубашку охлаж-
дения и выхлопной патрубок отливают заодно с картером. Реб-
ра охлаждения также литые, а специальный продувочный канал
в полости картера получают фрезерованием.
В носке картера установлены подшипники качения, являю-
щиеся опорой коленчатого вала. Носовой подшипник сверхлег-
кой серии типа 1000096 (размеры 6X15X5 мм), коренной под-
шипник той же серии типа 10000901 (размеры 12X24X6 мм).
В верхней части носка размещено гнездо для установки карбю-
ратора.
Простейший карбюратор пульверизаторного типа представ-
ляет собой латунный жиклер, установленный поперек потока
в воздушном тракте всасывания. Регулировку качества смеси
производят иглой, имеющей фиксаторное пружинное устройство.
Воздушный диффузор из пластика формирует поток воздуха
и обеспечивает его необходимый расход.
Задняя стенка картера выполнена методом литья в кокиль
из алюминиевого сплава типа АК-7. На стенке находится при-
лив для установки штуцера отбора давления из картера в систе-
му топливопитания. Заднюю стенку крепят на картере четырь-
мя винтами.
Коленчатый вал микродвигателя изготовлен из высокока-
чественной конструкционной стали марки 12ХНЗА с последую-
щей цементацией и термообработкой до твердости HR.C 58—62.
151
Рис. 120. Детали микродвигателя ЦСТКАМ 2,5 Д 3
Коленчатый вал частично сбалансирован относительно оси вра-
щения.
Гильза цилиндра (рис. 121) имеет обычную конструкцию,
но с утолщенными стенками, что дает возможность получить
в стенке гильзы сверлением пять продувочных каналов. Внут-
ренняя поверхность гильзы хромирована. Материал гильзы
цилиндра — ЛС-59-1. Ее нижний срез спрофилирован для улуч-
шения условий продувки. Конусность рабочей зоны цилиндра
составляет 1:500—1:550.
Поршень изготовлен из сплава АК21М2,5Н2,5 методом литья
в кокиль с последующей термической и механической обработ-
кой. Конический пояс верхней части поршня имеет высоту
2,5 мм при конусности 1:100.
Поршневой палец из углеродистой стали марки У8А (с об-
легчением) закален и отпущен до твердости HRC 58—62. Порш-
невой палец фиксируется в поршне стальными стопорными
кольцами.
Шатун из сплава Д16А-Т фрезерован. Для улучшения усло-
вий смазки в головках шатуна просверлены отверстия диамет-
ром 1 мм.
Камера сгорания микродвигателя замкнута контрпоршнем,
который размещен в специальной гильзе (рис. 122) и может
перемещаться в небольших пределах с помощью винта. Натяг
контрпоршня в гильзе составляет 4—6 мкм. Материал контр-
поршня— ЛС-59-1. Материал гильзы контрпоршня, хромирован-
ной внутри,— тот же. Для герметизации узла предназначены
металлические прокладки. С помощью прокладок осуществляет-
ся также подбор объема камеры сгорания.
Съемный узел контрпоршня делает микродвигатель более
удобным для ремонта и позволяет очень быстро превратить
152
Рис. 122. Контрпоршень и гильза контрпоршня
ЦСТКАМ 2,5 Д 3
компрессионный микродвигатель в микродвигатель с калильным
зажиганием путем установки взамен гильзы контрпоршня го-
ловки типа ГСК-1 и замены головки цилиндра.
Сборочный чертеж микродвигателя и чертежи его основных
деталей приведены на рис. 123—144.
153
<t>№!h5
В t.
Рис. 123. Микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 Д 3:
а — радиальный однорядный шарикоподшипник ГОСТ 8338-75, 5-1000900; б —радиаль-
ный однорядный ГОСТ 8338-75, 5-1000096; в —винт ГОСТ 1491-72, 2.М2.5Х8 66 019
(6 шт); г —винт ГОСТ 1491-72, 2 М2,5X6 66.019 (4 шт.)
1 — винт контрпоршня; 2 — контрпоршень в гнльзе, 3 — цилиндропоршневая группа;
4 — картер; S — прокладка; 6 — стенка картера; 7 — коленчатый вал; 3 — опорная шай-
ба; 9 — обтекатель; 10 — опорный конус; //—воздушный диффузор; /2 — прокладка,
13 — уплотнительное кольцо; 14 — гайка; /5 —головка цилиндра; 16 — жиклер, /7—
фиксатор иглы; 18 — пружинный поводок
0,5x45°
краски
МГ)*и,/Ь
28±OJ
Рис. 124. Винт контрпоршня:
а —винт (сталь 45, химическое оксидирование); б — шпилька (кл. Па, диаметр 2,5,
химическое оксидирование)
Рис. УзвД «онтрпоршня:
а —гиММ «МТрпоршни (Д16А-Т); в — контрпоршень (ЛС-59-1)
155
Рис. 126. Цилиндропоршневая группа.
а — гнльза цилиндра (ЛС-59-1, поверхность Б —твердый хром толщиной 0,015—
0,03 мм); б — поршень (отливка АК21М2.5Н2.5, термообработка: закалка при
510—515 °C, выдержка 5 ч, охлаждение — горячая вода); в —стопорное кольцо (кл
Па-0,3, химическое оксидирование); г —поршневой палец (сталь У8А, диаметр
4,5 мм, калить HRC 54—58), д — шатун (Д16А Т)
Рис. 126 (продолж.)
Рис. 127. Картер (отливка АК-7 ГОСТ 15в3-73, группа контроля III по
ОСТ 190021-71, пористость етляжки не более 3 валит, термообработка То,
пескоструить)
Рис 127 (продол ж.)
А-А
Вид Г(по6ерндгт>о')
Е- Е Сюдернито)
3-3 Вид И
Вид Л
Вид К
Рис. 127 (продолж.)
Рис. 128. Прокладка (картон прокладоч-
ный марки А 0,3 ГОСТ 9347-74)
020
Рис. 129. Крышка картера (капрон)
sooo- *
Рис. 130. Коленчатый вал (сталь 12ХНЗД, азотировать /г- 0,2—0,3 адм,
калить HRC 58—62)
Рис. 131. Опорная шайба
(Д16А-Т, рифление прямое 1,0,
ГОСТ 21474-75)
Рис. 132. Кок (Д16А-Т)
Рис. 133. Опорный конус (ЛС59-1)
Рис. 134. Диффузор (капрон)
Рис. 135. Прокладка (фольга АДМ
л 0,2)
Рис. 136. Кольцо уп-
лотнения (резина В-
14-1)
M4*0,5~6ty
Рис. 140. Фиксатор иглы (сталь 65 Г, лен-
та толщиной 0,3 мм, калить Я/?С»52, хи-
мическое оксидирование)
-^«0.5
Рис. 141. Игла жиклера.
о —игла (У10А, диаметр 1,8 мм, калить HRC 46—18, химическое оксидирование);
б —накидная гайка (ЛС-59-1, рнфлеине прямое 0,8 ГОСТ 21474-75), а — пружи
на (кл. Па, диаметр 0,8 мм, химическое оксидирование); г — головка иглы
(ЛС-59-1, рифление прямое 0,8 ГОСТ 21474 75)
Рис. 142. Головка ци-
линдра микродвигателя
ЦСТКАМ 2,5 Д 3 в ис-
полнении с калильным
зажиганием
SS
Рис. 143. Крышка цилиндра (Д16А-Т)
i,5* 0,95
Рис. 144. Вкладыш (Д16А-Т)
СОДЕРЖАНИЕ
Введение .......................................................... 3
Принцип действия. Параметры и характеристики....................... 8
Принцип действия ....................................... 8
Характеристики микродвигателей..........................12
Работа микродвигателя..............................................14
Подготовка микродвигателя к эксплуатации...........................36
Рекомендации по приготовлению и использованию
топливных смесей .......................................37
Подбор свечей н головок накаливания.....................38
Подбор винтов и редукторов..............................40
Настройка управляемого карбюратора......................42
Правипа техники безопасности ...........................44
Конструирование и технология изготовления микродвш ателей ... 46
Специальные требования..................................46
Конструирование узлов н деталей ....................... 49
Испытания микродвигателя ..........................................81
Модернизации и форсирование....................................... 89
Компрессионный микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 Д........................107
Микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 КР...............................112
Микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 КР-АС...............................118
Компрессионный микродвигатель ЦСТКАМ 3,2 Д (ЦСТКАМ 3,2 ДРУ) 122
Микродвигатель ЦСТКАМ 1,5 КР-АС...............................127
Микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 К ...............................132
Компрессионный микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 Д 2......................136
Компрессионный микродвигатель ЦСТКАМ 2,5 Д 3.................150
Научно-популярное издание
Валерий Ефимович Мерзликин
МИКРОДВИГАТЕЛИ СЕРИИ ЦСТКАМ
Художественный редактор Т. А. Хитрова
Технический редактор И. Н. Чиркова
Корректор Е. А. Платонова
ИБ № 5113
Сдано в набор 27.06.90. Подписано в печать 11.07.91 г. Формат бОХЭО’Дв.
Бумага кн. жури. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. п. л. 10.5.
Усл. кр.-отт. 10,88. Уч.-изд. л. 9,75. Тираж 35000 экз. Заказ 225. Цена 1 р. 50 к.
Изд. № б/д-127.
Ордена «Знак Почета» издательство ЦК ДОСААФ СССР «Патриот».
129110, Москва, Олимпийский просп., 22.
Областная книжная типография,
320091, Днепропетровск, ул. Горького, 20.
ЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКА
SHEBA.SPBPU/ZA
Хочу всё знать (теория)
ЮНЫЙ ТЕХНИК (ПРАКТИКА)
ДОМОВОДСТВО (УСЛОВИЯ)