Введение
Нитромотор обычно относится к двигателю, работающему на топливе, содержащем определенную долю (обычно от 10% до 40%) нитрометана, смешанного с метанолом. Нитрометан – это высоковоспламеняющееся вещество, которое обычно используется только в специально разработанных двигателях, применяемых в гонках на драгстерах класса Top Fuel и в миниатюрных двигателях внутреннего сгорания в радиоуправляемых, моделях с управлением по тросу и моделях самолетов свободного полета. Термин "нитро" вошел в употребление в последние несколько десятилетий для обозначения этих двигателей и берет свое начало в маркетинговом продвижении на рынке модельных автомобилей. На протяжении примерно пятидесяти лет до появления этого термина, с момента разработки этих двигателей, их просто называли "двигателями с калильным воспламенением", но термин "нитро" оказывает большее воздействие в рекламных текстах. Эти двигатели фактически работают на метаноле, но топливо часто допируют нитрометаном в качестве добавки для повышения производительности. Система зажигания состоит из калильной свечи – отсюда и более старый термин "двигатель с калильным воспламенением", которая содержит спираль из сплава проволоки, обычно платино-иридиевого. Калильная свеча нагревается электрическим током для запуска, после чего питание отключается, и сочетание остаточного тепла и каталитического действия сплава платины с метанолом воспламеняет топливную смесь.
Рабочий цикл
Нитромоторы для моделей могут развивать скорость свыше 50 000 оборотов в минуту. Типичный рабочий диапазон оборотов для двигателей спортивных моделей самолетов составляет 10 000–14 000 об/мин. Для радиоуправляемых (RC) лодок и моделей самолетов с воздухозаборником обычный диапазон составляет 20 000–25 000 об/мин, а для автомобилей часто используются двигатели с частотой вращения 25 000–37 000 об/мин. При такой высокой скорости движения генерируется значительное тепло от трения, поэтому топливо для этих двигателей обычно содержит от 12 до 20% масла, в зависимости от процентного содержания нитрометана и метанола, типа двигателя и области его применения. Большинство двигателей в современных RC автомобилях – двухтактные, что означает, что для завершения одного цикла двигателя требуется два хода поршня (один оборот коленчатого вала). Во время первого хода, когда поршень движется вверх, смесь топлива и воздуха всасывается в картер из карбюратора. Когда поршень движется вниз, новая топливно-воздушная смесь поступает во впускной канал и, наконец, в камеру сгорания. По мере движения поршня вверх смесь сжимается, что приводит к воспламенению топливно-воздушной смеси и образованию горячих газов под давлением, толкающих поршень вниз. Когда поршень движется вниз, отработавшие газы выходят из камеры сгорания через выпускной канал, и цикл повторяется, когда топливно-воздушная смесь снова поступает во впускной канал.
Зажигание
При запуске свеча накаливания электрически предварительно нагревается электрическим током. Свечу накаливания не следует путать со свечой зажигания – в свече накаливания нет искры. Катализ паров метанола на нагретом платиновом элементе поддерживает его красное каление даже после отключения напряжения, что воспламеняет топливо и поддерживает работу двигателя. В отличие от свечей зажигания, которые постоянно используются для воспламенения топливно-воздушной смеси при каждом подъеме поршня, как в бензиновом двигателе, где свеча зажигания необходима, поскольку топливо не может быть воспламенено только с помощью сжатия, именно температура свечи, остающаяся высокой после предыдущего воспламенения и благодаря катализу с новой сжатой смесью, воспламеняет топливо.
Карбюратор
Нитромоторы обычно используют карбюратор для смешивания топлива и воздуха, хотя в некоторых применениях, где не требуется регулировка дроссельной заслонки, они оснащаются простым диффузором с распылительной форсункой и игольчатым клапаном. Карбюратор может быть скользящего или роторного типа. В роторном карбюраторе слайд открывается при повороте рычага сервоприводом. В скользящем карбюраторе слайд открывается выдвижением рычага сервоприводом. Оба типа удерживаются в слегка открытом положении винтом холостого хода, который обеспечивает подачу небольшого количества топлива для поддержания работы двигателя, когда транспортное средство остановлено. Карбюраторы обычно оснащены двумя регулировочными иглами для настройки смеси. Высокоскоростная игла регулирует количество топлива, поступающего в карбюратор на средних и высоких оборотах, а низкоскоростная игла – на низких и средних. Вращение любой иглы по часовой стрелке обедняет топливную смесь. "Бедная смесь" описывает недостаточное количество топлива в топливно-воздушной смеси. До определенного предела это может увеличить скорость и улучшить производительность двигателя, но при чрезмерно бедной смеси двигатель перегреется и преждевременно износится из-за недостаточной смазки. Вращение любой иглы против часовой стрелки обогащает топливную смесь (если только низкоскоростная игла не является воздушным жиклером, в этом случае эффект обратный). "Богатая смесь" – это противоположность "бедной смеси", она означает избыток топлива, поступающего в двигатель. Если двигатель работает на слишком богатой смеси, он будет работать нестабильно, и несгоревшее топливо может выходить из выхлопной трубы. Двигатель будет работать медленно, с недостаточной мощностью и может заглохнуть из-за перелива топлива. Однако, работать на слишком богатой смеси лучше, чем на слишком бедной, поскольку избыток топлива обеспечивает достаточную смазку, хотя производительность может быть ниже, чем при оптимальной настройке. Чрезмерно бедная смесь может быстро повредить двигатель, так как он будет работать при температуре выше расчетной. Правильно настроенный двигатель прослужит долго и будет демонстрировать хорошую производительность на протяжении всего срока службы.
Вариации
Существуют различные типы двигателей R/C. Есть двигатели для дорожных моделей, внедорожных моделей, самолетов, катеров и монстр-траков.
На дороге и внедорожье
Двигатели для дорожных машин спроектированы так, чтобы выдавать максимальную мощность в среднем и высоком диапазоне оборотов. Эти двигатели могут использоваться и во внедорожных машинах, но чаще всего их устанавливают в дорожные седаны, где необходимы очень высокие обороты и скорость. Внедорожные двигатели имеют более плавную кривую мощности по сравнению с дорожными. Рабочий диапазон мощности внедорожного двигателя охватывает большую часть диапазона оборотов. Внедорожные двигатели не раскручиваются до таких высоких оборотов, как дорожные, но обладают большим крутящим моментом, который позволяет легко разгонять автомобиль до впечатляющей скорости. Внедорожные двигатели обычно используются в багги масштаба 1/8, где высокая скорость и быстрое ускорение не являются приоритетными.
Монстр-фургон
Двигатели грузовиков-монстров обычно значительно больше по размерам, чем двигатели для дорожного и внедорожного использования. В то время как внедорожный двигатель может быть объемом 0,21 кубического дюйма (ci), двигатель грузовика-монстра может достигать 0,46 ci. Двигатели грузовиков-монстров вырабатывают большую часть своего крутящего момента и мощности в диапазоне низких и средних оборотов. Они обычно устанавливаются на большие и тяжелые грузовики, где вся эта мощность необходима для обеспечения высокой производительности транспортного средства.
Самолет
Авиационные двигатели изготавливаются для работы на высоких оборотах. Главное отличие авиационных двигателей от всех остальных нитромоторов – способность длительно поддерживать высокие обороты. Другие нитромоторы, как правило, ломаются при работе на максимальной мощности в течение всего времени, пока не закончится топливо в баке.
Морской
Морские двигатели охлаждаются водой, а не воздухом, в отличие от других нитромоторов.
Гонки на тяге
Члены полномасштабной индустрии дрэг-рейсинга используют гораздо более высокие концентрации нитрометана: их использование ограничено правилами до 90% (по крайней мере, в NHRA, основной санкционирующей организации). Исторически гонщики использовали более высокие проценты, что часто приводило к мощным взрывам. По оценкам, современные двигатели развивают около 8000 лошадиных сил. Автомобили могут разгоняться от 0 до 160 км/ч за 0,8 секунды и от 0 до 540 км/ч за 4,5 секунды.