Двигатель накаливания или двигатель накаливания — это тип небольшого двигателя внутреннего сгорания [1], обычно используемый в моделях самолетов , автомобилей и подобных приложениях. Зажигание осуществляется за счет сочетания нагрева от сжатия, нагрева от свечи накаливания и каталитического воздействия платины внутри свечи на метанол в топливе.
Немецкий изобретатель Рэй Арден изобрел первую свечу накаливания для модельных двигателей в 1947 году. [2]
Свечи накаливания, используемые в модельных двигателях, существенно отличаются от тех, которые используются в полноразмерных дизельных двигателях . В полноразмерных двигателях свеча накаливания используется только для запуска. В модельных двигателях свеча накаливания является неотъемлемой частью системы зажигания из-за каталитического эффекта платиновой проволоки. Свеча накаливания представляет собой прочную, в основном платиновую, спиральную проволочную нить, утопленную в наконечник свечи. Когда электрический ток проходит через свечу или при воздействии тепла камеры сгорания, нить накаливания светится, что позволяет ей помочь воспламенить специальное топливо, используемое этими двигателями. Питание может подаваться с помощью специального разъема, прикрепленного к внешней стороне двигателя, и может использовать перезаряжаемую батарею или источник постоянного тока.
Существует три типа/формы (как минимум) свечей накаливания. Стандартная свеча накаливания, которая поставляется в длинной/стандартной и короткой (для двигателей меньшего размера), как в открытой, так и в конфигурации холостого хода, имеет резьбовую трубку, которая проникает в камеру сгорания в разной степени. Из-за небольшого размера камеры сгорания изменение марок или стилей стандартных свечей накаливания может повлиять на степень сжатия. Свечи накаливания в стиле Turbo (европейская/метрическая) и стиле Nelson (североамериканская/английская) не проникают в камеру сгорания. Вместо этого они имеют угловой выступ, который уплотняется на соответствующей поверхности в нижней части отверстия для свечи накаливания. Поскольку свеча Turbo или Nelson установлена и герметизирует камеру сгорания, они создают гладкую поверхность внутри головки. Эта гладкая поверхность очень желательна для высокопроизводительных приложений, таких как события Control Line Speed, а также высокооборотные RC-машины. Конструкция свечей Turbo/Nelson позволяет переключаться между марками без возможности влияния на компрессию. Свечи Turbo и Nelson не являются взаимозаменяемыми, поскольку они имеют разную резьбу и размеры.
Раскаленное топливо обычно состоит из метанола с различной степенью содержания нитрометана в качестве окислителя для большей мощности, как правило, от 5% до 30% от общей смеси. Эти летучие вещества взвешены в базовом масле касторового масла , синтетического масла или смеси обоих для смазки и контроля тепла. Система смазки относится к типу «полной потери», что означает, что масло вытесняется из выхлопной трубы после циркуляции через двигатель. Топливо воспламеняется, когда оно вступает в контакт с нагревательным элементом свечи накаливания. Между тактами двигателя проволока остается горячей, продолжая светиться частично из-за тепловой инерции, но в основном из-за каталитической реакции горения метанола, остающегося на платиновой нити. Это сохраняет нить горячей, позволяя ей воспламенять следующий заряд, тем самым поддерживая цикл мощности.
Некоторые авиационные двигатели рассчитаны на работу на топливе без содержания нитрометана. Раскаленное топливо такого типа называется «топливом FAI» по названию одноименного руководящего органа по авиации, который требует использовать такое топливо на некоторых соревнованиях.
Чтобы запустить двигатель накаливания, на свечу подается постоянный ток около 3 ампер и 1,5 вольт от «воспламенителя свечи накаливания» или «драйвера свечи накаливания», питаемого от сильноточной одноэлементной перезаряжаемой батареи или специально сконструированной «силовой панели», работающей от источника 12 В постоянного тока. [3] Ток нагревает платиновую нить, заставляя ее раскаляться докрасна, отсюда и название. Затем двигатель раскручивается снаружи с помощью ручной рукоятки, встроенного стартера на основе троса, пружинного двигателя или специально сконструированного электродвигателя , или вручную, чтобы ввести топливо в камеру. После того, как топливо воспламенилось и двигатель заработал, электрическое соединение больше не требуется и его можно отключить. Каждое сгорание поддерживает нить свечи накаливания горячей, что вместе с катализом окисления метанола платиной позволяет зажигать следующий заряд в самоподдерживающемся цикле питания. [4] [3]
Аккумуляторная батарея может быть NiMH , NiCD , Li-ion или свинцово-кислотного типа. Более высокие полностью заряженные напряжения свинцово-кислотных (2,0) и литий-ионных (4,2) элементов, если их подать непосредственно на обычную свечу накаливания на 1,5 В, приведут к ее мгновенному перегоранию, поэтому для ограничения тока через свечу до соответствующего уровня можно использовать либо резистор соответствующего номинала и мощности, либо переход база/эмиттер мощного германиевого транзистора (последовательно соединенный с одним из выводов свечи). Даже при соответствующей входной мощности свечи накаливания могут перегореть в любой момент, и любителям рекомендуется носить с собой запасные. [5]
Технически двигатель со свечой накаливания довольно похож на дизельный двигатель и двигатель с горячей лампочкой в том, что он использует внутреннее тепло для воспламенения топлива, но поскольку момент зажигания не контролируется впрыском топлива (как в обычном дизельном двигателе) или электрически (как в двигателе с искровым зажиганием), его необходимо отрегулировать, изменив топливно-воздушную смесь и конструкцию свечи/катушки (обычно путем регулировки различных впускных отверстий и органов управления на самом двигателе). Более богатая смесь будет иметь тенденцию охлаждать нить накаливания и, таким образом, задерживать зажигание, замедляя двигатель. Более бедная смесь вырабатывает больше мощности, но двигатель хуже смазывается, что может вызвать перегрев и детонацию. Эту «конфигурацию» также можно отрегулировать, используя различные конструкции свечей для более точного теплового контроля. Из всех типов двигателей внутреннего сгорания двигатель со свечой накаливания больше всего похож на двигатель с горячей лампочкой , поскольку в обоих типах зажигание происходит из-за «горячей точки» в камере сгорания двигателя.
Двигатели со свечами накаливания могут быть спроектированы для двухтактной работы (зажигание на каждом обороте) или четырехтактной работы (зажигание на каждые два оборота). [4] Двухтактная (или двухтактная) версия вырабатывает больше мощности, но четырехтактные двигатели имеют больший крутящий момент на низких оборотах, менее шумные и имеют более низкий, более реалистичный звук. [5]
Двигатель со свечой накаливания должен работать при правильной температуре свечи накаливания. Большие двигатели могут работать при более низких температурах, в то время как меньшие двигатели быстрее излучают тепло в воздух и требуют более горячей свечи накаливания для поддержания правильной температуры для зажигания. Температура окружающей среды также диктует наилучшую температуру свечи накаливания; в холодную погоду необходимы более горячие свечи накаливания. Поскольку двигатели со свечой накаливания охлаждаются воздухом, двигатель, который «работает на горячем» топливе, иногда может выиграть от более низкой температуры свечи, хотя это может привести к более грубому холостому ходу и трудностям в настройке. Также необходимо учитывать рабочую скорость двигателя; если двигатель должен работать на постоянно высоких оборотах, например, в самолете или автомобиле на преимущественно прямой трассе, более низкая температура свечи будет более эффективной. Если двигатель должен работать на более низких оборотах, сгорание не будет нагревать двигатель так сильно, и требуется более горячая свеча.
Также необходимо учитывать тип топлива и топливно-воздушную смесь. Чем больше содержание нитрометана в топливе, тем горячее оно будет гореть; для топлива с высоким содержанием «нитро» требуются более холодные свечи накаливания. Бедные смеси (низкое соотношение топлива и воздуха) горят горячее, чем богатые смеси (более высокое соотношение топлива и воздуха), и рабочие температуры могут быть повышены до уровней, которые могут преждевременно разрушить свечу накаливания, если используется слишком бедная смесь («переобеднение»).
Если двигатель замедляется («провисает») при отключении питания от аккумулятора, следует увеличить температуру свечи или содержание нитрометана в топливе, поскольку двигатель недостаточно прогрет. Если двигатель дает обратный удар при ручном запуске, он работает слишком жарко, и следует снизить температуру свечи накаливания или содержание «нитро».
Свечи накаливания имеют ограниченный срок службы, и пользователям рекомендуется иметь под рукой несколько сменных свечей. Сменные свечи должны быть правильного типа; свечи для турбодвигателей несовместимы со свечами для стандартных двигателей. Свечи следует затягивать на четверть оборота после плотной посадки, чтобы избежать чрезмерной затяжки. Свечи накаливания, как и все раскаленные предметы, очень горячие, и свечи накаливания никогда не следует снимать в горячем состоянии. Аналогично, необходимо соблюдать осторожность при заправке, поскольку горячая свеча накаливания может воспламенить топливо. Перегрев аккумулятора также может быть опасен, поэтому следует использовать только хорошо сделанные разъемы.
