Двигатель с калильным зажиганием предназначен для легких пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов, оснащённых винтовым или вентиляторным движителем.

Особенностью данного двигателя являются:

- бесшатунная схема;

- электромеханический наддув;

- возможность электронного управления и отключения пары топливных форсунок, а также нагнетателя, для сокращения расхода топлива в крейсерском режиме и режимах малого газа;

- система смазки с сухим картером.

Бесшатунная схема двигателя внутреннего сгорания обеспечивает:

1. Сокращение массы и габаритов не менее чем на 25 – 30% по сравнению с традиционной используемой кривошипно-шатунной схемой;

2. Снижение вибрации, так как поршни в цилиндрах совершают противоположные движения, при этом вращающиеся массы уравновешиваются противовесами;

3. Снижение механических потерь, так как штоки-шатуны не отклоняются от оси цилиндра при этом отсутствует боковая составляющая на поршень от газовых сил (потери в традиционной схеме составляют не менее 40 – 50% от общих механических потерь);

4. Упрощенную реализацию клапанно-щелевой схемы продувки двигателя, что позволяет снизить не менее чем на 25 – 30% теплонагруженность поршневой пары и выпускных клапанов за счет охлаждения воздухом изнутри цилиндра.

Электромеханический наддув реализован с использованием двухлопастных нагнетателей типа Рутс, бесколлекторных высокооборотных электрических двигателей и двух воздушных ресиверов для сглаживания и уменьшения уровня пульсаций топливовоздушной смеси в ходе зарядки цилиндров. Давление наддува не зависит от оборотов вала двигателя внутреннего сгорания. Применение электромеханической схемы наддува позволяет избежать «турбоямы», характерной для традиционно используемых турбонаддувных схем, а также существенно повысить высотность применения данного силового агрегата. Так же повышению высотности двигателя способствует применение специализированного топлива, содержащего нитрометан.

Основные проектные тактико-технические характеристики двухтактного двухцилиндрового калильного двигателя внутреннего сгорания с воздушным охлаждением:

тип продувки – клапанно-щелевая;

тип наддува – нагнетатели типа Рутс с электрическим приводом;

объём двигателя – 557,6 см3 (диаметр цилиндра 65 мм, рабочий ход поршня 84 мм);

диаметр выпускных клапанов – 22 мм;

ход открытия выпускных клапанов – 8 мм;

расчётная продолжительная мощность – 121,3 л.с (89,2 кВт) по DIN при 9800 об/мин;

крутящий момент на выходном валу редуктора – 233,16 Нм;

среднее индикаторное давление в камере сгорания – 20 кг/см2 при 9800 об/мин;

среднее давление наддува – не менее 1,5 Бар;

удельный вес двигателя – 0,39 кг/л.с;

усреднённый удельный расход топлива – не более 200 г/л.с ч на крейсерском режиме;

Топливо – спирт метиловый (75%), амилацетат (6%), бензин Б-70 (14%), масло МС-20 (5%), в отдельных случаях допускается добавление в топливо не более 5 – 10% нитрометана, а для специализированого высотного применения – не более 30% нитрометана;

геометрическая степень сжатия – не более 14,5;

литровая мощность – не менее 217 л.с/литр;

высотность двигателя – до 11 000 м (расчетный параметр);

передаточное отношение понижающего редуктора составляет 2,68 (Z1 = 19, Z2 = 51);

мощность стартер-генератора – не менее 4,5 кВт;

рекомендуемый тип движителя – трехлопастный воздушный винт фиксированного диаметра/шага 45/12 дюймов, воздушный винт изменяемого шага диаметром 1150 мм, или вентиляторный малошумный диаметром 950 мм;

расчетный ресурс двигателя до первого капитального ремонта, а также межремонтный ресурс – не менее 2000 часов;

гарантийный ресурс – не менее 100 часов наработки или 6 месяцев с даты первого запуска.

Обеспечение возможности отключения одной из двух топливных форсунок в интересах уменьшения расхода топлива на крейсерском режиме, а также в режимах малого газа осуществляется за счёт применения пары цилиндрических дроссельных клапанов с индивидуальным электромеханическим управлением. Эскиз дроссельных клапанов в отрытом и закрытом положении представлен на рисунке ниже:

Инновационная особенность силовой установки: оригинальный эксцентриковый привод с внутренним зацеплением шестерен поршневого штока-шатуна.

Для обеспечения бесперебойной работы электромеханического нагнетателя спроектирован высокоэффективный электрический двигатель типа «инраннер» мощностью 500 Вт с соответствующим контроллером управления. Газодинамическое моделирование показывает повышение удельной мощности двигателя как на единицу объёма, так и на единицу веса, по сравнению с аналогами того же класса (не менее 10 – 15%) за счёт улучшения динамики продувки и зарядки цилиндра.

Фазы газораспределения: проектные фазы газораспределения двигателя М-10. Продувка и зарядка цилиндров газовой смесью происходит при движении поршня ниже верхнего среза продувочных окон на протяжении 64° поворота эксцентрикового вала: 32° до нижней мёртвой точки (НМТ) и 32° после неё (высота продувочного окна соответствует 15 мм).

Выпускные клапаны открываются раньше, чем воздушные окна, за 60° до НМТ и закрываются несколько позже воздушных окон – 35° после НМТ. Сжатие газовой смеси поршнем продолжается 130° по углу поворота эксцентрикового вала. После прохождения верхней мертвой точки (ВМТ) осуществляется рабочий ход продолжительностью 110° до момента открытия выхлопных клапанов (60° до НМТ), далее выхлоп и продувка.

Такие короткие фазы газораспределения обусловлены типом используемого топлива, требующего для сгорания меньшего количества воздуха (для справки: теплотворная способность бензиновой и воздушной смеси составляет примерно 700 ккал/л. кг, в то время как смесь метилового спирта и воздуха обеспечивает 815 ккал/л. кг, кроме того октановое число спиртового топлива соответствует 100 единицам, что в совокупности обусловливает большие мощности, развиваемые двигателями на спирту). Продувка и зарядка цилиндров газовой смесью осуществляется двумя объёмными двухлопастными нагнетателями типа Рутс. Каждый нагнетатель приводится в действие парой электродвигателей, которые синхронизированы управляющим контроллером. Давление, создаваемое нагнетателем в воздушном ресивере, достигает не менее 1,5 Бар. Давление наддува не зависит от количества оборотов эксцентрикового вала и барометрического давления, изменяемого в зависимости от высоты полета летательного аппарата. Отклонение дроссельного клапана создаёт направленный газовый поток в направлении выпускных клапанов с целью увеличения степени наполнения цилиндра и улучшения охлаждения пары выпускных клапанов.

Технологическая подготовка: изделие спроектировано для изготовления на универсальном оборудовании в соответствии с принятыми в машиностроении квалитетами точности. Прецизионное и особо точное оборудование не требуется. Используется только прямой профиль шестерён. В состав изделия входят 8 литых изделий из алюминиевого сплава (передняя часть корпуса редуктора, передняя части картера, задняя часть картера, блок цилиндра, головка цилиндра, воздушный патрубок, планшайба патрубка и поршневой шток-шатун). Все остальные детали возможно изготовить путём механической обработки на универсальном оборудовании.

На страницу проекта