Бензиновый двигатель для моделей своими руками

Как сделать авиамодельный двигатель типа ВЕТЕРОК 0,8

Для советского человека не секрет, что микродвигатели можно сделать своими руками а не только купить готовый. В былые времена многие авиамоделисты сами себе изготавливали микродвигатели а та так же дорабатывали уже существующие. Ниже изложенная статья поможет узнать некоторые моменты самостоятельного изготовления микродвигателя маленького объема. На примере двигателя ветерок с рабочим объемом 0,8 см 3

Технические данные «Ветерка»

Диаметр цилиндра 10 мм

Ход поршня 10 мм

Рабочий объем 0,8 см 3

Рабочие обороты на винте 150х70 мм 12 800 об/мин

Мощность двигателя на валу 0,06 л. с.

Степень сжатия 9 атм

Состав горючего:

75% метилового спирта (метанол);

25% касторового масла.

Авиамодельный двигатель малого объема — около 1 см 3 — давняя мечта наших авиамоделистов. В первую очередь такой двигатель необходим моделистам-школьникам. Чем меньше объем двигателя, тем меньше усилий требуется для того, чтобы его завести. Поэтому двигатель в 1 см 3 наверняка найдет широкое распространение среди юных авиамоделистов. Кроме того, надо учесть, что в последнее время у авиамоделистов-спортсменов во всем мире значительно возрос общий уровень летных достижений моделей свободного полета и намечается стремление через год два уменьшить максимально допустимый рабочий объем двигателя для всех таймерных моделей чемпионатного класса с 2,5 м 3 до 1,5 или даже до 1 см 3 .

Наконец, микролитражные модельные двигатели малых кубатур (до 0,8 см 3 ) могут с успехом применяться и для моделей автомобилей, лодок, глиссеров.

Двигатель «Ветерок» был нами построен и испытан, причем выполнялись одновременно три экземпляра двигателя. Об одном из них мы и хотим вам рассказать.

Изготовление микролитражного двигателя «Ветерок» под силу любой станции юных техников, где есть простейшие токарные и фрезерные станки. Однако надо заметить, что только при аккуратном и точном выполнении всех советов по изготовлению детален и сборке двигателя можно получить желаемые результаты.

Двигатель «Ветерок» двухтактный, калильного типа, может работать на любом спиртовом горючем в смеси с касторкой.

Как же изготовить «Ветерок»?

Начинать изготовление двигателя надо с самой главной детали — цилиндра. Цилиндр состоит из головки, втулки, болта, слюдяных прокладок, калильной нити, гайки и клиньев.

Сама головка изготовляется из материала Д16Т диаметром 20 мм. Пруток зажимается в кулачковый патрон, и производится полная обработка по чертежу той стороны прутка, где должна быть сферическая выемка. Далее сверлятся отверстия диаметром 4 и 22 мм. Сферическая выемка полируется пастой ГОИ. Затем деталь отрезается от заготовки. Обратная сторона детали обрабатывается в специальной оправке, которая зажимается в кулачковый патрон станка. Затем размечаются и сверлятся отверстия под винты крепления к цилиндру.

Болт точится из стали У5 по чертежу. В головке болта высверливается глухое отверстие диаметром 0,6 мм под медный клин для заделки калильной нити.

Это отверстие сверлится под углом к телу болта. Гайка и втулка точатся соответственно из латуни и дюралюминия Д16Т по чертежу.

Калильные нити можно делать из платиновой, родиевой или иридиевой проволоки. Возможно использование проволоки от старых термопар нагревательных термических печей, причем их необходимо калибровать фильерами.

Фильер представляет собой пластинку из нержавеющей нагартованной стали (или из стали У8) толщиной 0,3 мм. В этой пластинке нужно пробить отверстие обломанной иглой с помощью молотка. Иглу держите плоскогубцами. Протяжка проволоки для нити показана на рисунке 3 в.

Нить наматывается в спираль на оправке диаметром 1 мм. Шаг намотки 0,6-0,7 мм.

Особенно хорошо работают спирали, свитые из двойной или тройной проволочки платины толщиной 0,05 мм

Порядок сборки головки цилиндра следующий.

Конец спирали закрепляется медным клином в болте ударами по бородке молоточком. На болт надеваются слюдяные прокладки толщиной 0,3 мм. Со стороны полусферы в головку вставляется болт. В выточку головки закладываются слюдяные прокладки общей толщиной 0,5 мм. За-тем навертывается латунная гайка» которая затягивается круглогубцами до полной герметичности головки. Необходимо проверить, изолирован ли болт от головки. При этом запрессовывается втулка, закрепляется по месту второй конец калильной спирали. Это производится при помощи медного клина. Теперь можно приступить к проверке исправности калильного элемента. Проверка производится под напряжением от одной аккумуляторной банки, дающей напряжение 1,2 — 1,4 в. Из холоднокатаной медной фольги разных толщин изготовляется несколько прокладок соответственно 0,1, 0,2, 0,3 мм. При доводке двигателя выбирается лучшая.

Заготовка цилиндра делается из прутка диаметром 20 мм (рис. 2). Эта заготовка обтачивается на станке до диаметра 18 мм, сверлится сверлом диаметром 9,5 мм. и затем у нее протачиваются наружные размеры. При нарезке ребер желательно подпереть цилиндр задней бабкой и прорезать на обратном ходу. После этого у него протачивается внутренний диаметр до размера 9,8 мм. Отрезанный от заготовка, цилиндр проходит слесарную обработку: опиливается фланец крепления (можно на наждачном круге), засверливаются отверстия в головке и фланце, нарезается резьба для крепления головки цилиндра, распиливаются выхлопные окна и фрезеруются перепускные каналы. Головка цилиндра подвергается термообработке до R 45 — 47, Желательно шлифовать зеркало цилиндра до размера диаметра 10 ± 0,02 мм. Окончательно доводится размер диаметра чугунным притиром с пастой ГОИ (рис. 3, б).

Особое внимание нужно уделить обеспечению герметичности, для чего на плите следует притереть верхний фланец цилиндра. Прокладка под цилиндр вырезается из ватмана (рис. 2).

Поршень точится на токарном станке из стали У10 или У12 диаметром 12 мм. Заготовка обтачивается до диаметра 11 мм и просверливается до диаметра 7 мм, глубиной 10,5 мм. Поршень растачивается внутри по размерам, приведенным на чертеже. Затем протачивается наружный размер до диаметра 10,2 или 10,3 мм, после чего поршень отрезается от заготовки. После этого сверлится отверстие под поршневой палец сверлом диаметром 2,9 мм и зачищается хорошей разверткой З_А на малом ходу, с маслом. Калится поршень до R_с 60—62, шлифуется снаружи до размера 10 ± 0,02 мм и притирается по цилиндру чугунным притиром (рис. 3, а). Необходимо также притереть отверстие под поршневой палец медной проволокой толщиной 3 мм.

Поршневой палец делается из заготовки стали У8 или У10 диаметром 4 или 5 мм. Заготовка торцуется и засверливается сверлом диаметром 1,9 мм, а затем протачивается снаружи до диаметра 3,2 мм и отрезается от заготовки. После этого деталь следует закалить до R_с = 60-62. Наконец она шлифуется и притирается по отверстию в поршне.

Контур шатуна размечается вдоль проката на прессованном дюралюминиевом профиле Д16Т. Затем засверливаются два отверстия сверлом диаметром 2,9 мм на расстоянии 18 мм. Производится слесарная обработка по чертежу, после чего отверстия разворачиваются разверткой ЗА₃ (с маслом), а затем зачищаются. Необходимо следить, чтобы в них не попал абразив, вызывающий сильный износ поршневого пальца. Поверхность шатуна полируется гладким стальным каленым стержнем.

Для коленчатого вала вытачивается заготовка из стали 12XH3A или из 18ХНВА диаметром 14 мм, длиной 43 мм. В ней засверливаются центровые углубления: два — по оси заготовки и два — смещенные от оси на 5 мм. Сначала обрабатывается палец кривошипа в смещенных центрах, после чего в центрах на оси протачивается шейка и носок коленчатого вала. Затем нарезается резьба М4. После этого производится слесарная обработка. Деталь цементируется на глубину 0,5 мм, калится до R_c — 42- 45 и, наконец, шлифуется с притиркой трущихся поверхностей.

На заготовке, зажатой в кулачковый патрон диаметром 50 — 55 мм из Д16Т, протачивается носок картера и кривошипная камера с нарезанием резьбы под крышку, после чего носок картера отрезается от заготовки по размеру, указанному на чертеже. В картер запрессовывается бронзовая втулка, выточенная заранее по чертежу (рис. 5). После этого производится разметка расположения цилиндра и засверливаются центровые углубления по оси цилиндра для обработки места его крепления.

Зажав заготовку картера в центрах, обрабатываете прилив диаметром 10 мм для захвата цангой (рис. 5, г). Зажав заготовку в цанге, обрабатываете место крепления цилиндра по чертежу.

Затем производится фрезерная и слесарная обработка картера. Задняя крышка картера (рис. 5) с карбюратором вытачивается из заготовки Д16Т за два приема. Сначала производится торцевание, затем обработка по внешним размерам и разделка отверстия под ось. На длине 18 мм отрезается крышка от заготовки и производится разметка отверстия карбюратора, которое засверливается сверлом диаметром 3,9 мм и разделывается разверткой 4А₃. Деталь зажимается в центре, и производится токарная обработка корпуса карбюратора. После этого происходит слесарная обработка детали по чертежу (рис. 3).

Жиклер и гайка иглы вытачиваются из латуни Л59 или Л62 по чертежу (рис. 3).

Игла карбюратора изготовляется на токарном станке из проволоки ОВС, предварительно нормализованной (прогревается до 200 — 240°С в течение 20 — 30 мин.). Упорная шайба и кок (рис. 3) вытачиваются из Д16Т по чертежу. Крепежные винты подбираются по месту и диаметрам, указанным на чертежах. Размеры и материалы прокладок и шайб указаны на чертежах.

Ось изготовляется из проволоки ОВС диаметром 2,5 мм и шлифуется до чертежных размеров.

Золотниковая шайба (рис. 3) делается из 1,5 мм текстолита или гетинакса. На токарном станке вытачивается круглая заготовка, затем производится ее слесарная обработка по размер рам, указанным на чертеже, и притирается рабочая поверхность.

Сборка двигателя

Сборка двигателя производится в следующей последовательности:

• 1) запрессовывается ось золотника;
• 2) надевается золотник, смазанный маслом;
• 3) вставляется в картер коленчатый вал, смазанный маслом;
• 4) соединяется шатун с поршнем поршневым пальцем, нижняя головка надевается на палец кривошипа коленчатого вала;
• 5) ввертывается в картер крышка с прокладкой и золотником;
• 6) прокладывается прокладка под цилиндр, смазываются поршень и цилиндр маслом, надевается цилиндр на поршень;
• 7) завертываются крепежные винты М2 длиной 5 мм;
• 8) проверяется легкость вращения коленчатого вала;
• 9) надевается упорная прокладка, упорная шайба, винт и кок, снова проверяется легкость вращения коленчатого вала;
• 10) устанавливается жиклер и гайка с иглой на карбюратор;
• 11) ставится на место головка с прокладками, и двигатель устанавливается на стенд; подсоединяется резиновой трубкой бачок с горючим;
• 12) подсоединив аккумулятор на массу и гайку головки цилиндра, проверните за винт вал двигателя; закрыв карбюратор пальцем, попытайтесь запустить двигатель, резко нажимая указательным пальцем на винт.

Применяется аккумулятор кадмиево-никелевый, марки КН-10 — 2 банки на 2,4 в.

Регулировка оборотов производится иглой карбюратора. Как только режим двигателя станет устойчивым, отсоедините провода от мотора. Необходимо перед эксплуатацией двигатель обкатать в течение 30 -35 мин.

Источник

Проект длиной в 8 лет — знал бы, ни за что не ввязался: свой 2-тактный мотор

Когда-то давно я понял, что мне мотора Иж Планета не хватает и я решил радикально модифицировать его — сделать собственный цилиндр. По ходу сменился даже мотор. За его время я успел закончить школу, поступить в один вуз, вылететь и каким-то чудом перевестись в другой и отучиться там еще 5 лет и все равно я закончил и его уже два года назад. Знал бы я, что так оно растянется, наверное, не ввязался бы. Поскольку мы воспринимаем время относительно прожитого в сознательном возрасте, то для меня оно растянулось на половину прожитого времени.

Прошло уже 6 лет с момента выхода первой и последней заметки по этому проекту(Свой 2-тактный мотор. CR620 рекомендуется к ознакомлению). Тогда я остановился из-за проблем с аутсорсом в металлообработке. Кто не может, кто не хочет, кто делает бесконечно долго, кто и детали назад возвращать не хочет. А город в котором я живу имеет славную промышленную историю и был центром Петровской индустрии 18-века, но от славного прошлого ныне остался один корень в названии города и несколько действующих предприятий, на которых занято порядка единиц процентов населения. А сейчас не 90-е и даже не 00-е, когда можно было договорится с человеком с завода чтобы он что-то такое эдакое для тебя сделал. Теперь у них есть работа и КПП на входе, как я потом узнал — номинальное. Вся эта история с передачей деталей где они лежат, а не делаются, поиск новых мест и тому подобное блуждание длилась несколько лет. Оказалось, что отлить сложную алюминиевую отливку у сарая на родительской даче я смог, а обработать, что не выглядело проблемой изначально — нет.

В это же время я познакомился с мастером из университетской мастерской, который сначала под присмотром, а потом и самостоятельно позволял мне работать на станках. Жаль только то, что станки были чуть больше настольного и моя отливка не имела шанса влезть в них. Однако, я делал на них маленькие детали на продажу и заработал на токарный станок уже промышленного уровня, пусть и выпущенный на заводе сомнительной репутации в АрССР.

Из помещений, где я мог что-то делать, был кусок в 3х3м сарая на родительской даче и гараж-ракушка. В одном нет места в другом света. Я решил, что с электричеством проблема проще и перевез станок в гараж. Там я его отмыл, перебрал и изучил. Казалось бы, электричество есть в кооперативе напротив через кусты и грунтовку, в 10м. Связался с председателем и предложил ему платить все взносы за право покупать у его кооператива электричество. Он категорически был против. Фейл. Соседей пенсионеров мне тоже убедить не удалось. Фейл. Появилась идея снять с товарищами гараж для хранения и ремонта мототехники. Звонили по объявлениям, ездили смотреть и каждый раз общение с собственником помещения заканчивалось после вопроса о установке станка. Фейл. Проект как обычно отложен на следующий год.

К концу лета следующего года я, видимо, настолько утомил родителей терриконами отходов литейного производства на даче (на мой взгляд хорошо разбавляли сельский пейзаж и избавляли от стрижки травы в пределах пары метров от них), что они решили купить мне гараж у дома и с электричеством, аж с тремя фазами по стенке. Там наконец токарный станок ожил, а я смог начать обрабатывать отливку цилиндра после 2,5 лет выдержки.

Когда я наконец обработал отливку, то столкнулся с очередной проблемой: я договорился с человеком, который делает сверхтвердые гальванические покрытия на цилиндрах ДВС и проектировал цилиндр именно под покрытие, а пока время шло, человек уже перестал этим заниматься или просто не стал браться, а другие либо делали дорого, либо как-то очень подозрительно путались в ответах. К тому же, колодцы золотников были выполнены вертикальными, при проектировании я не мог думать как технолог, ибо не имел своей производственной базы. Такие я не мог обработать сам и отдал на сторону, где цилиндр повис на полгода. Так проект встал, хотел закончить к лету, никогда такого не было и вот опять. Нужно было делать чугунную гильзу, да только к тому времени накопилось столько новых идей, что проект 4-годичной давности устарел и тащить его не было никакого желания. Так эта ветвь и остановилась навечно.

Зимой был подготовлена новая версия цилиндра. Именно с этого момента можно отсчитывать хронологию проекта. Отличительной особенностью ее является обилие «механизации» — два клапана в каналах выпуска и золотники в каналах продувки.
Начнем, пожалуй, с небольшой теории о мощностных клапанах в двухтактных двигателях внутреннего сгорания.

Введение

К настоящему времени в двухтактных двигателях с кривошипно-камерной продувкой применяются системы управления сечением и/или фазой выпускного порта. Данные системы обеспечивают сглаживание кривой мощности. Изменение фазы или сечения выпускного порта выполняется с помощью заслонки, расположенной в выпускном канале. Ее положение зависит от оборотов коленчатого вала. Привод заслонки бывает пневматическим, механическим или электрическим. Например, на моторе мотоцикла Yamaha TZ500 при высоких оборотах, около 10500 мин-1, значение фазы выпуска составляет 202deg, а на низких около 180deg. На рисунке представлена конструкция мощностного клапана фирмы Yamaha.

Как и для выпуска, для продувки тоже существует зависимость оптимальной фазы продувки от оборотов, обусловленная компромиссом между скоростью газа в потоке продувки, потерями свежей смеси через выпуск и объемом ее же, поступающей за время продувки. Данная зависимость линейна, что можно увидеть из графика, представленного ниже.

В отличие от выпускного порта, каналы продувки характеризуются еще и углами выхода: горизонтальными и вертикальными. В случае пятиканальной продувки обычно получается четыре ненулевых и различных горизонтальных угла и пять (по два на 1-4 каналы и один на 5-й) вертикальных.

Горизонтальные углы продувочных каналов: A, B, C, D

Вертикальные углы основных каналов продувки

Данные углы необходимы для получения характерной петли продувки. Такой способ продувки называется петлевая продувка и обеспечивает наиболее эффективное удаление отработанных газов без увеличения числа подвижных элементов двигателя и усложнения его конструкции. Поэтому в настоящее время только он применяется на всех двухтактных двигателях, кроме двухтактных дизелей. Из-за важности углов выхода продувочных каналов применять методы, используемые для управления выпуском, нельзя. Поскольку они будут создавать либо нежелательные завихрения в канале продувки, либо изменять его углы выхода.

Авторы [A. Graham Bell. Two-Stroke Performance Tuning. Haynes Publishing, 1999.] утверждают, что во время продувки возникают колебания с собственной частотой :

где:
— скорость звука в продувочном канале;
— объем кривошипной камеры без учета объема продувочных каналов;
— средняя длина продувочного канала;
— средняя площадь поперечного сечения продувочного канала;
— ширина среднего поперечного сечения канала;
— высота среднего поперечного сечения канала.
Выражение представляет собой поправку, учитывающую влияние входной части продувочного канала.
Эта собственная частота, , должна быть равна:

где:
— чистота оборотов коленчатого вала двигателя;
— фаза продувки.

Таким образом, из выражения (2) следует, что собственная частота колебаний, возникающих во время продувки, прямо пропорциональна частоте оборотов двигателя, но правая часть выражения (1) не зависит от частоты вращения коленчатого вала. Поэтому продувка оптимально работает лишь в узком диапазоне оборотов, а для расширения рабочего диапазона необходимо внести зависимость от оборотов в правую часть выражения (1). Проще всего это сделать, введя зависимость средней площади поперечного сечения продувочного канала от оборотов. Чтобы не вносить нежелательных завихрений в поток газа в продувочном канале, желательно изменять сечение каналов продувки, меняя их количество. Например, с помощью золотников, перекрывающих некоторые каналы продувки. В рамках данного проекта предлагается перекрывать золотниками дополнительные каналы продувки.

Золотники в каналах продувки: левый полностью открыт, правый закрыт

Влияние данного решения было исследовано с помощью компьютерного моделирования продувки в пакете программ SolidWorks Flow Simulation. Продувка выполнена при постоянной разнице давлений между входом в каналы продувки и выходом из выпускного канала. Поршень считался неподвижным и находящимся в нижней мертвой точке. Процессы впуска и выпуска не учитывались. Разница давлений была выбрана из разницы объемов под поршнем в нижней и верхней мертвой точке и составляла 0,6 кг/см2. Из-за указанных выше допущений, результаты расчета в этом стационарном приближения можно рассматривать как качественные без количественной оценки. Поскольку, например, разделить во времени или пространстве процессы выпуска и продувки нельзя. В этом и заключается главная трудность для компьютерного моделирования двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой.

На рисунках видно, что закрытие золотников существенно влияет на распределение скоростей потока и вид петли продувки: при закрытых дополнительных каналах (трехканальный режим) увеличивается скорость газа в процессе продувки и петля продувки становится более выраженной и отдаленной от выпускного окна, что должно снизить потери свежей смеси через выпускной порт и снизить коэффициент остаточных газов, в тоже время, высокая скорость на выходе потока из каналов продувки при трехканальной продувке указывает на наличие узкого места, которое будет ограничивать расход газа через двигатель, а значит и мощность при высоких оборотах. В случае пятиканального режима смешивание газов должно быть больше, а, значит, возрастет коэффициент остаточных газов, но при этом наблюдается меньшая скорость, и «узким» местом становится канал выпуска, что снижает потери свежей смеси через него.

Траектории 2000 частиц при открытых золотниках в дополнительных продувочных каналах (пятиканальный режим)

Траектории 2000 частиц при закрытых золотниках в дополнительных продувочных каналах (трехканальный режим)

Кроме золотников в каналах продувки, планируется установить в выпускном канале мощностной клапан (МК) для проверки совместной работы обоих систем. Наилучшим образом для исполнительного механизма МК подходит заслонка в виде секторного золотника. Это объясняется тем, что кромка заслонки такого мощностного клапана во всем диапазоне рабочего хода находится максимально близко к рабочей поверхности цилиндра (то есть, при малом угле поворота траектория движения точке на кромке золотника приближена к прямой), а не только в нижнем положение, как в случае цилиндрического золотника или наклонного шибера. Кроме того, такая конструкция заслонки не создает сильных завихрений за собой как шиберная заслонка, движущаяся параллельно оси цилиндра.

Заслонка мощностного клапана(МК) в опущенном состоянии

Продувки при закрытых золотниках в дополнительных каналах продувки и опущенной заслонке МК

Разработка моделей

Ход поршня, мм	Длина шатуна, мм	Высота выпускного окна, мм	Высота продувочного окна, мм	Фаза выпуска, град.	Фаза продувки, град.
Honda CR500	79	144	34	15.5	180.1	119.5
Yamaha YZ490	82	137	37.8	16.8	188.5	123.7
Cezet type 514	72	130	32	17	183.4	131.5
Kawasaki KX500	86	145	36.5/40	17	180.1/189.3	121.3
Проект CR724	79	144	26/36	17	156/185.8	125.3

Примечание: Если в ячейке указаны два параметра высоты выпускного окна или фазы выпуска, то первая относится к состоянию с полностью закрытым МК, а вторая с открытым.

После замеров сопрягаемых с цилиндром элементов базового двигателя было выполнено создание трехмерной твердотельной модели газораспределительных каналов и сопряженных с ними полостей. Все чертежи были выполнены с использованием пакета программ SolidWorks.

Твердотельная модель газораспределительных каналов

Начало именно с твердотельной модели каналов позволяет минимизировать число толстых мест отливки и уменьшить ее массу. На следующем шаге вокруг модели каналов была построена оболочка с толщиной стенок 4-6 мм и нижним крепежным фланцем.

Оболочка каналов без выреза модели каналов

Рубашка охлаждения была получена построением вокруг оболочки каналов второй оболочки, такой чтобы между обоими оболочками в горячих местах (верхняя часть цилиндра и каналы выпуска) оставалось расстояние в 6-10 мм. Толщина стенки оболочки каналов охлаждения около 4 мм. Вход в рубашку охлаждения находится внизу цилиндра под каналом выпуска и выше верхней кромки продувочных каналов рубашка охватывает весь периметр цилиндра. Также на этом этапе были построены плоскости крышек системы газораспределения и фланцы впуска и выпуска.

Твердотельная модель цилиндра без выреза модели каналов

Модель цилиндра получена при вычитании из полученной на предыдущем этапе модели каналов, таким образом модель каналов формирует полости. Далее была выполнена разметка крепежных отверстий, посадок подшипников и гильзы. На этом построение модели цилиндра закончено.

Построение гильзы и золотников было выполнено так же с помощью вычитания модели каналов из соответствующих твердотельных «заготовок».

Получилось и так много текста, поэтому за сим завершаю эту часть. Следующая будет повествовать о изготовлении литейной оснастки и выполнении отливки цилиндра.

Источник