1. Двотактні дизельні двигуни
2. Накопичений досвід
3. морське розвиток
4. Різні типи клапанів
5. доступність двигуна
6. продування циліндрів
7. дискусія

Двотактні дизельні двигуни

14 березня 1881 року сер Дугалд Клерк подав патентну заявку «Покращення в двигуні, що працює на пальному газі або парі». Це було датою народження двотактного двигуна. Незважаючи на деякі очевидні переваги, тільки в останні роки двотактний цикл був ретельно вивчений. У 1932 році сер Дугалд Клерк писав: «Двотактний двигун заслуговує на особливу увагу, і кращий тип буде у вигляді двигуна на важкій нафти із запалюванням від стиснення». Думки сера Дугальда Клерка має велику вагу, і в даний час швидко зростає переконаність, що двотактний двигун занадто довго ігнорується.

Г-н WS Burn, у своїй лекції «Застосування двотактного двигуна на важкій нафти для авіації», прочитаної на початку року в Інституті інженерів і суднобудівників Північно-Східного узбережжя в Ньюкасл-он-Тайн, безумовно встає на сторону двотактного циклу. На початку своєї статті він викладає потенційні переваги двотактного двигуна на важкої нафти над чотиритактним бензиновим двигуном. У своєму резюме автор висловлюється, що зниження ваги двигуна принципово можливо, і що серед переваг двотактних: більш висока надійність; менший ризик пожежі; більший радіус дії; зменшення експлуатаційних витрат; відсутність електричного запалення і відповідно відсутність радіоперешкод; немає проблем з карбюрація; велика простота управління; легший капітальний ремонт, полегшене охолодження; велика потужність для заданого ваги; більш висока продуктивність на висоті і надійніший запуск.

Значний перелік переваг, який аж ніяк не поділяється тими, кого пан Бер називає страждають «від особливо сильного бензинового комплексу».

Накопичений досвід

Можна виділити наступні найважливіші віхи у розвитку дизельного двигуна: Junkers Jumo; Packard; Deschamps; Guiberson; Clerget; Coatalen, Salmson; Talhot; Zod; Beardmore; Bristol Phoenix; Rolls-Royce Condor і різні британські експериментальні типи рукавних клапанів *. Головні розробки були зроблені за кордоном, і найбільший прогрес був досягнутий на двохпоршневими двигуні Юнкерса, єдиним комерційним двигуном.

Піддавалися експериментам практично всі авіаційні, в основному чотиритактні, двигуни в діапазоні потужностей від 250 до 1000 к.с. Двигун зазвичай вважався неперспективним в діапазоні від 2 (1/4) до 3 lb./bhp, а витрата палива становив близько 0,38 lb./bhp/hr. (Фунта при ефективної потужності -brake horsepower- к.с. / год), хоча стверджується, що двигун Coatalen має витрата всього 0,3 lb./bhp/hr.

Автор вказав на цікаву розробку в двигуні «Юнкерса», а саме: зменшення загального відношення довжини ходу до 5: 1 в двигуні Jumo 206 (останній тип), 6: 1 в Jumo 205 і 7: 1 в Jumo 204. Зниження коефіцієнта надлишкового повітря , як стверджується, скоротилося з 1,6 до 1,3; bmep при його збільшенні до 135 фунтів / кв.дюйм. Оскільки сам дизельний двигун є важким типом, через наявність в конструкції двох колінчастих валів і картерів, досягнутий прогрес заслуговує на особливу увагу.

«Дослідження дизельних авіаконструкцій на сьогоднішній день, мабуть, вказує, - сказав пан Берн, - що головна неадекватність була в точній уприскуванні палива і, можливо, в відсутності руху або турбулентності, контрольованого повітряним рухом, - щоб дати регульоване і повне згоряння з високою швидкістю, низьким максимальним тиском і хорошим споживанням палива. Майже необмежену кількість повітря забезпечить тільки високий середній тиск при низькій витраті палива ».

морське розвиток

«Цікаво, - зазначає автор, - що в той час як протягом декількох років чотиритактний морської дизельний двигун майже повністю замінений одиночними двотактними або двигунами подвійної дії з причин зниження ваги, вартості та споживання палива, авіадвигун неухильно просувався на своєму неекономічному чотиритактному бензиновому курсі, з поступовим поліпшенням до мінімально можливого споживання 0,44 фунта / барель на к.с. / год. Протягом 15 років розміри циліндрів комерційних авіадвигунів збільшилися не менше ніж в три рази, що майже ідентично показником деяких відомих великих малопотужних суднових дизельних двигунів. Але в той час як в першому випадку поліпшення пов'язане зі збільшенням bmep і rpm (середній тиск і обороти), у випадку з морським двигуном, зміна, головним чином, пов'язано зі зміною його типу, середній тиск і обороти залишаються майже однаковими через обмеження теплового напруги і оборотів гребного гвинта відповідно.

«Очевидна потреба в потрібному двигуні на важкої нафти дуже чітко ілюструється цифрами на прикладі великого трансатлантичного повітряного судна, наведеного в лекції пана Гужа», - сказав пан Бум. «З шістьма двигунами потужністю 1300 к.с. і економічної крейсерською швидкістю 237 миль на годину і загальною вагою 163 000 фунтів становить:

«Розглядаючи ці цифри, - продовжив автор, - тільки глянувши на вагу палива, очевидно, що першорядне значення має поліпшення витрати палива. Вага двигуна, по-видимому, при цьому буде майже вторинним. Ще одна вражаюча особливість - велика потужність, необхідна для створення такої невеликої корисного навантаження. Що стосується ваги двигуна, то існує тенденція вимагати набагато більшої надійності і зниження обсягу технічного обслуговування, а також удвічі збільшити питомі вихідні дані. Таким чином, стає все важче отримати зменшення ваги. Все ще залишаються значні можливості для поліпшення аеродинамічної ефективності, але найбільший виграш можна отримати при радикальному скороченні лобового опору двигуна і поліпшення споживання палива за рахунок використання CI двотактного циклу, відтоку вихлопу і навіть охолодження силової установки. Чистий передня кромка крила і використання інтегральних паливних баків дозволить перейти до більш економічною структурою крила ». Г-н Берн підсумував вищезгадані поліпшення, які можуть бути досягнуті при поліпшенні в восьми напрямках, першим з яких є те, що двигун повністю знаходиться всередині крила, щоб усунути інтерференцію і полегшити використання штовхають гвинтів.

прим. адмін. - CI - compression-ignition - займання від стиснення

Фіг. 1. Junkers Jumo опозитний поршневий двовальний двигун на важкої нафти.

Г-н Берн завжди там, де чарівники авіаційних двигунів і раніше, з найбільшою обачністю, не тільки обговорюють, який повинен бути правильний базовий тип двигуна, але приступають до розробки такого двигуна. З огляду на багато типів двигунів, що знаходяться в експлуатації, зміни існуючих конструкцій вказує на широкі можливості і відображають новий курс, орієнтований на фундаментальні принципи, а не на практику.

«Пропозиція про те, що якась із форм плоского двигуна стане остаточним рішенням, стає все більш і більш очевидним .... Нинішня тенденція збільшення кількості циліндрів свідчить про те, що цей двигун отримає розвиток.

«Огляд всієї гами типів бензинових двигунів показує, що навіть з міркувань ваги необхідно залишити систему бензинового двигуна і прийняти ще одну систему спалювання, яка не має обмежень за розміром циліндрів з причин питомої продуктивності і економії палива. Таким чином, тренд типу буде полягати в займанні від стиснення, двотактному циклі і меншій кількості горизонтально розташованих оппозітних циліндрів ... Будь лінійний тип може бути адаптований до «плоскому» типу оппозітних циліндрів, який віддавався б ретельному контролю уприскування палива, як це було, наприклад, в двигуні Coatalen ».

Різні типи клапанів

На малюнку 2 показаний тип тарельчатого клапана з одним випускним клапаном, що поєднує хороший потік газу з ізольованою камерою згоряння з подвійною турбулентністю в кришці циліндра і все ж володіє розумним газовим потоком для вихлопу. Короткий поршень і коротка довжина циліндра будуть мати малу вагу. На цьому малюнку також показано однопоршневою двухпоточний очищувач від відпрацьованих газів, настільки популярний в морських двигунах, що не слід виключати. Важливо відзначити, що подібна конструкція був запатентована Юнкерсом. Для порівняння приведена конструкція оппозитного поршня з диференціальним ходом, що показує дуже просту конструкцію циліндра.

Г-н Берн сказав: «Я запропоную те, що, на мою думку, є абсолютно новим типом двигуна для авіаційного світу, навіть якщо він і має в якості основи тип, добре відомий в судноплавної галузі, а саме опозитний поршневий двигун. Це буде відступом від моди в двигунобудування і прагненні дати конструктору літака тільки те, що він хоче, - двигун, який не заважатиме його прагненню до досконалим аеродинамічним формам ».

Автор вважає, що літак майбутнього буде з штовхає гвинтом, а з цього випливає, що двигун повинен бути не тільки повністю розташований в крилі без гондол, але і з самим вільним ходом повітряного гвинта, т. Е. Повинен знаходитися в задній частині крила, ближче до задньої крайки, наскільки це можливо. Отже, двигуни повинні бути не тільки горизонтальною форми, але і як можна меншої довжини.

Аргумент, який використовується для обгрунтування використання гондоли двигуна, полягає в тому, що в разі високопланового моноплана вони забезпечують місце для забирається ходової частини, як у DH Flamingo, але, безсумнівно, будуть знайдені інші засоби для цього. Однією з пропозицій, що дозволяють ефективно розташувати ходової двигун, є його розміщення в невеликому розрізі з низькою частотою обертання, як показано на фіг. 4, коли деякий корисний і контрольований підйом досягається з відносно невеликим опором, в той же час усуваючи всі Залежить від шумових перешкод на головних крилах.

доступність двигуна

Найтовстіша ділянку крила повинен бути зарезервований в більшому літаку в якості проходу, щоб отримати доступ до двигунів. Оскільки з тягне гвинтом на передній крайці крила його передня кромка становить близько 25% діаметра самого гвинта, установка двигуна по задній кромці крила і використання штовхають гвинтів в кінцевому підсумку дозволяє використовувати короткий вал і тим самим зменшує вагу силової установки. Після того, як буде вирішена проблема установки в крилі двигунів з штовхають гвинтами, в подальшому слід стимулювати розробку моноплана з висорасположенним крилом (високоплана).

Основна перевага дизельного двигуна полягає в тому, що він не накладає ніяких обмежень на розмір циліндра, і оскільки є достатній діапазон крил, дизельний двигун може мати майже необмежену довжину в горизонтальній площині. «Я твердо дотримуюся думки, - сказав автор, - що, як тільки буде прийнято рішення відмовитися від нинішньої концепції аеродинамічного двигуна, що є або компактним радіальним, або рядним типом з мінімальним мидель, і почати найповніше використання одного виміру, яке дає необмежений обсяг, тобто горизонтальну довжину, дизельний двигун для літаків швидко завоює визнання.

«Двигун, який я збираюся запропонувати для потужності в 2100 л.с., буде мати тільки шість оппозітних циліндрів, по три з кожного боку колінчастого вала, але, звичайно, буде всього дванадцять поршнів, шість управляють забором повітря і шість вихлопними газами. Діаметр пропонованого циліндра становить 7 дюймів, а комбінований хід 12 дюймів при вищевказаної потужності, bmep - 150 фунтів на кв. дюйм, а обороти rpm - 2000 ».

Фіг. 3. Дизельний двигун Bristol Phoenix встановив світовий рекорд, досягнувши висоти 27 450 футів (8 367 м).

продування циліндрів

В ході докладного опису пропонованої конструкції автор заявив: «Найважливішою проблемою двотактного циклу є повне удаленіея вихлопних газів і їх поповнення чистим повітрям. Рух повітря в циліндр має бути виконано з мінімальними витратами, тому маршрут руху повітря повинен бути якомога пряміше і коротше. Ці та інші вимоги найкращим чином досягаються за рахунок використання портів в отворі циліндрів, цілком розташованих по всій його окружності. Пропоноване горизонтальне розташування циліндрів дає найбільшу перевагу для двотактного типу циліндра, оскільки існує повна свобода використання двох високопродуктивних вихлопних труб великої площі на циліндр з чудовим газовим потоком. Оскільки повне об'ємне згоряння є фундаментальною необхідністю будь-якого дизельного двигуна, воно повинно бути організовано головним чином з точки зору отримання найкращого розподілу палива і повітря. Проблема полягає в тому, щоб отримати ідеальне простір для спалювання і систему продувки циліндрів, не піддаючи поршні або отвори циліндра впливу надмірного нагріву. Це неминуче вимагає застосування конструкції з двома поршнями.

" На Фіг. 5 і 6 показано горизонтально розташоване в лінію пристрій. Шести- або восьмициліндрові двигуни «опозитного типу» мають певні переваги в балансуванні (над двенадцатіциліндровим і девятіціліндровим радіальним).

Очевидно, що для такого двигуна буде потрібно зовсім інші технічні рішення: а саме, шатуни і підшипники, направляючі штока, втулки, поршневі гільзи циліндрів з масляним охолодженням, композитні поршні з масляним охолодженням, високотемпературні камери згоряння, колінчастий вал з трьома абсолютно різними компонентами, спеціальне обладнання для вприскування палива, повітряні насоси для виштовхування повітря і змінена технологія вихлопу. Чудовий сам факт розробки ремонтопридатною двигуна, чиї частини можуть легко оновлені і замінені частинами, замість заміни самого двигуна, що має змінити саму концепцію проектування.

Поршні дизельного двигуна мають ряд конструктивних рішень, що вимагають зовсім інший обробки в порівнянні з вживаною в бензиновому двигуні. Наприклад, корони поршня повинні бути якомога більш високими, щоб зменшити втрати тепла і підтримувати максимальну температуру займання. Розглянутий поршень є складовою конструкцією, корона і спідниця з легованої сталі являють собою одне спресовані ціле, навколо центральної частини з легкого сплаву, в якій розташовуються внутрішні підшипники. Ковпачок з жаростійкої стали оберігає від тепла, що поширюється вниз по зовнішній стороні, на якій утримуються поршневі кільця. Всі три поршня утримуються разом одним центральним болтом через можливе диференціального розширення. Це показано на малюнках 5 і 6, тоді як на Мал. 7 дається порівняння з конструкцією Юнкерса .

«Конструкція ефективного насоса продувки циліндрів є найбільш складною особливістю будь-якого двотактного двигуна, тому для початку необхідно, щоб тиск викиду і необхідний надлишковий обсяг були якомога нижче».

Г-н Берн вказав, що є деякі сумніви в тому, чи відповідають вимоги до воздухозамещенію і тиску відцентрового нагнітача (який зазвичай використовується) зі змінами швидкості. Перевага відцентрового нагнітача полягає в тому, що протягом декількох років він безперервно розвивається, як нагнітача може створювати тиск до 15 або 20 фунтів / кв. дюйм. Однак слід мати на увазі, що споживання палива і потужність Junkers Jumo до недавнього часу серйозно погіршувалися через неефективне відцентрового нагнітача, а в даний час отримали розвиток як радіальні, так і осьові вентилятори потоку, даючи певний стимул для розробки найпростішого відцентрового насоса замість поршневого . Навіть найефективніший тип нагнітача Rolls-Royce, ефективність якого як вважається, становить 73 відсотки, не такий гарний, що легко можна отримати за допомогою простих деталей з насоса об'ємного типу, який має ефективність від 85 до 90 відсотків. Шум і повна залежність від двигуна - інші недоліки такого насоса. Поворотні нагнітачі постійного тиску типу Rootes, навіть після багатьох років розробки, споживають надмірну цифру в 15 відсотків від загальної потужності, що виробляється двигуном. Нормальна цифра для великого морського дизельного двигуна не перевищує 4-5%, використовуючи звичайні поршневі нагнітачі з автоматичними або механічними клапанами. Пропонована конструкція насоса забезпечить: -

(1) Нагнетатель максимальної ефективності, за допомогою заслінки забезпечує, наскільки це можливо, рівномірний рух повітря і в той же час, повністю використовуючи кінетичну енергію самого стовпа повітря.

(2) Найпростіша з можливіть система Рухом частин. Сам клапан або тип поршня вибираються так, щоб використовувати найменші і легкі робочі шатуни з мінімальними тертям або мастильними поверхнями.

(3) Пріоритет подачі повітря.

Розташування двигуна в крилі показано на малюнку 8. Г-н Берн підсумовує очікувані переваги пропонованого двигуна в порівнянні з прийнятими бензиновими двигунами наступним чином:

1. Досягнута економія палива на випробувальному стенді не менше 25 відсотків, і ще більша економія в обслуговуванні.

2. Геометрична форма двигуна, відповідна для ефективних аеродинамічних конструкцій.

3. При значно зменшених обертах і середніх тисках отримання невеликої ваги двигуна, без великих максимальних тисків, в кінцевому рахунку, отримання набагато більшої надійності, як наслідок менші експлуатаційні витрати і більш тривалі терміну служби.

4. Набагато більш високий ступінь тяги від вихлопних газів, ніж у будь-якого існуючого типу двигуна.

5. Зниження втрат на охолодження і як наслідок більш ефективна робота масляного радіатора.

6. Динамічно повністю збалансований двигун.

7. Майже незавантажені основні підшипники.

8. Всі шатунні підшипники однонаправленно завантажені, щоб забезпечує безшумну роботу і відсутність вібрацій, навіть в разі зносу підшипника.

9. Відмінна доступність, яка не має аналогів в сучасних авіаційних двигунах.

10. Зменшена вага конструкції крила і паливного бака.

дискусія

Дискусія була відкрита містером KO KELLER. Він не міг не відчути, що технічні знання автора перевершили практичні труднощі. Повинно бути зрозуміло, що низьке споживання палива легше отримати в низькооборотної, ніж у високошвидкісному двигуні, і з цієї причини йому довелося зменшити потужність двигуна, щоб досягти споживання 0,32 фунта на одиницю потужності в л.с. У двигуні, пропонованому автором, що очищає повітря всього на 10 відсотків перевищує обсяг камери згоряння. Він ризикує стверджувати, що в цьому випадку все на кілька відсотків збільшиться споживання палива. Автор стверджує, що забезпечить максимальну ефективність згоряння при низькому тиску стиснення. Практичний досвід показує, що справа йде з точністю до навпаки.

DR. TWF BROWN не погодився з тезами автора про те, що дизельний двигун для літаків може бути розроблений за аналогією з великими морськими дизелями. 10-відсотковий наддув для bmep в 150 фунтів на кв. дюйм є занадто низьким. Необхідний дуже ретельний експеримент для забезпечення того, щоб форма простору стиснення дозволила отримати розумні запізнювання запалення, в іншому випадку немає ніякої надії на отримання палива, яке було б краще, ніж в даний час є бензин для бензинового двигуна. Автор заявив, що чим менше кількість циліндрів на одиницю об'єму циліндра, тим менше вага. Це, по логічного завершення, означало б двигун в один циліндр, що є абсурдним.

MR. JOHN NEILL зазначив, що дизельний авіаційний двигун Junkers Jumo на той час був самим передовим в своїй країні. Слід зазначити, що перший німецький бомбардувальник, збитий поблизу Единбурга, був оснащений бензиновими двигунами Junkers Jumo.

MR. A. ORTON був впевнений, що автор перебуває на правильному шляху і звернув увагу на двотактний систему каденаціі. Двигуни цього типу з bmep в 142 фунтів на кв. дюйм і оберти 1500 rpm постійно працювали без використання повітряного наддуву. З повітрям при помірному наддуванні було отримано значення в 200 фунтів на квадратний дюйм. Він сумнівався в пропонованому збільшенні розміру циліндра і зменшенні rpm Порівняно з існуючою практикою авіадвигунів він вважав, що це призведе до зменшення значень bhp на літр і bhp на одиницю ваги.

MR. S. CAMM повністю підтримав справу, в якому була висловлена ​​необхідність в інтенсивній програмі досліджень і розробок для успішної розробки дизельного, двухтактного двигуна. Він погодився з розміром пропонованого двигуна, вважав пропоновану форму чудовою, хоча було б чудово, якби його можна було зробити ще більш меншим. Він повністю підтримував зовнішнє охолодження двигуна і вважав, що це буде абсолютно необхідно. Однак він вважав, що пропонований масляний радіатор неадекватний, і припустив, що повітряна система охолодження, яка використовується на нинішніх літаках, ймовірно, буде найкраще.

MR. A. GOUGE також вважав, що автор висунув дуже хороші ідеї для дизельного двигуна і що дослідження з цього питання повинні бути активно продовжені. Споживання сучасного бензинового двигуна знаходилося в районі 0,42 lb./bhp/hr., В той час як для сучасного дизельного двигун цей витрата становив близько 0,38 lb./bhp/hr. При збільшенні ваги останнього коефіцієнт посилення виявився невеликим.

При високих навантаженнях на крило зліт є надзвичайно важливим. Чи побачив автор можливість збільшення злітної потужності у дизельного двигуна, як це було можливо з бензиновим двигуном?

Він думав, що пропозиція по установці двигуна повністю в крило виявиться надзвичайно складним. У штовхають гвинтів був свій недолік, можливо, найсерйознішим з яких був Joss **, в разі чотиримоторних літаків, які забирають приблизно 15-30 відсотків, від підйомної сили при зльоті.

DR. FW LANCHESTER повністю не погоджувався з доводами автора про те, що чим менше циліндрів (в певних межах) на одиницю загального обсягу циліндра, тим менше вага двигуна на одиницю потужності (к.с.). Але д-р Ланчестера дійсно вважав, що дизель виграє частину свого поля, у всякому разі, в кінцевому рахунку, і що перехід на двотактний цикл був неминучий.

Висновки з повною і жвавої дискусії полягали в тому, що в цілому було досягнуто загальна згода щодо того, що двотактний дизель заслуговує більш інтенсивних досліджень, але автор недооцінив механічні та інші труднощі, які необхідно подолати, перш ніж успішний результат може бути отриманий.

Оскільки автор будує двигун, який він захищає, слід сподіватися, що ліки, які йому доведеться приймати в шляху, не буде настільки неприємним, як багато хто з виступаючих в дискусії, припустили, що це буде так.

HANDELS SCHIFF HUNTERS: Торпедоносці Брістоль Бофорта наносять найважчі удари по німецьких торговим судам.

Дата розміщення на сайті 12 серпня 2017 р

прим адмін * - Назва двигуна походить від тонкостінних гільз, які ковзають вгору-вниз під час роботи. У гільзах на різній висоті зроблені отвори, які в певні моменти часу поєднуються і дозволяють виходити відпрацьованим газам або надходити повітрю.
Такий двигун дозволяє досягти більшого стиснення і відповідно більшої потужності.
** - ймовірно мова йде про реактивному моменті повітряного гвинта і закручуванні струменя ВВ ...

2014 08 13
Загальновідомо, що з наші дизелями в авіації так і не змогли вирішити проблеми надійності:
Авіаційні дизелі для Ер-2
Загалом по авіаційним дизелів все логічно позначено у Олександра Ільїна в своїй статті:
Еволюція чотиритактних двигунів внутрішнього згоряння
Деякі питання форуму про ДВС: Про двигуни внутрішнього згоряння / Михайло Соколон
Все про мотори на сайті тут: Двигун внутрішнього згорання
Цікавим є гілка форуму: Літак і двигун -> Двигуни

2014 08 15
Переклад статті ймовірно не задовольнить фахівців. В цьому випадку рекомендується перейти вгорі по ссликой "Eng" і подивитися исходник.
У всякому разі, обґрунтування застосування оппозитного двотактного дизельного двигуна з штовхає гвинтом, розташованого в крилі по його задньому лонжерону заслуговує на увагу і рекомендується для перегляду.
В'ячеслав