Letecký motor Jumo 205

Moderátor: Hans S.

Odpovědět
lkala
praporčík
praporčík
Příspěvky: 306
Registrován: 26/8/2008, 12:52
Bydliště: Brno

Letecký motor Jumo 205

Příspěvek od lkala »

Letecký motor Jumo 205


Vzhledem k tomu, že na tomto fóru bylo již několikrát diskutováno použití vznětových motorů u letadel, rozhodl jsem se napsat tento článek. Pojednává o nejznámějším vznětovém leteckém motoru z druhé světové války. Motor Jumo 205 je zároveň poněkud atypický a to zejména z hlediska konstrukce. Nebudu se věnovat historii jeho vývoje, zaměřím se do oblasti jeho konstrukce.

Z obecného hlediska lze uvést, že motor Jumo 205 je dvoutaktní letecký vznětový motor s protiběžnými písty. Má celkem 6 válců, 12 pístů a 2 klikového hřídele. Řez tímto motorem ve dvou rovinách je na následujících obrázcích.

Obrázek
Obr. č. 1 – řez motorem Jumo 205


Již z běžného pohledu na motor je zřejmé, že nemá hlavy válců. Spalovací prostor je vytvořen mezi protiběžnými písty. Jeho popis bude proveden od místa odběru výkonu, tedy v prvním řezu zleva.
Na hřídeli vystupující vlevo je umístěna vrtule. Hřídel je uložena ve dvou valivých ložiskách a končí u posledního válce z řady. V její pravé části je ozubené kolo s čelním ozubením. Toto kolo přenáší rotační pohyb z obou klikových hřídelů. K tomuto přenosu slouží soustava ozubených kol s čelním ozubením, které jsou uloženy vlevo vedle posledního válce motoru. Těchto ozubených kol je celkem 5, přičemž dvě jsou uloženy přímo na koncích klikových hřídelů. Třetí je na hřídeli vrtule a zbývající dvě jsou pod touto hřídelí a slouží k přenosu momentu ze spodní klikového hřídele. Horní kliková hřídel je ozubeným kolem na svém konci spojena přímo s kolem na hřídeli vrtule. Dvojice kol mezi spodním hřídelem a hřídelem vrtule je uložena vždy samostatně na nábojích uložených v bloku motoru. Celá tato soustava ozubených kol zároveň slouží jako reduktor. Je ovšem nutno uvést, že takto konstruované motory musí mít nutně vyšší hmotnost. Je to dáno jednak soustavou ozubených kol a také dvěma klikovými hřídeli s uložením.

Obrázek
Obr. č. 2 – řez motorem Jumo 205

Klikové hřídele jsou uloženy každá celkem v osmi kluzných ložiscích (včetně ložisek za kolem odběru výkonu klikových hřídelů). Obě hřídele jsou uloženy symetricky vůči sobě na horním a dolním konci bloku motoru.

Písty tohoto motoru jsou uloženy v jednom válci po dvojicích, vždy s protiběžným chodem. Spalovací prostor je vytvořen mezi oběma písty, jak již bylo uvedeno výše, motor tedy nemá hlavu. Vždy jeden z pístů řídí otevírání a zavírání výfukových kanálů, druhý kanálů vyplachovacích. Obecně je tedy zřejmé, že vyplachování je tzv. „souproudé“, tedy velmi účinné. Aby bylo možno dosáhnout skutečně velkého spádu tlaku (dostatečně velkého poklesu tlaku nutného k vypláchnutí válce), je nutné, aby výfukové kanály otevíraly dříve, než vyplachovací. K tomu je možno dospět dvěma způsoby:

1) Nesouosým umístěním výfukových a vyplachovacích kanálů

Zde je nutno si uvědomit, že vzájemný pohyb každého z pístů je kinematicky vázán výše popsaným čelním soukolím. Proto ke splnění podmínky dřívějšího otevírání výfukových kanálů je nutné, aby tyto výfukové kanály byly blíže ke středu válce, než vyplachovací. Dvojice kanálů tedy není umístěna symetricky a píst (u motoru Jumo 205 horní píst) svým pohybem otevírá výfukové kanály dříve, než spodní píst vyplachovací kanály. Takto konstruované válce s kanály ovšem nelze přeplňovat. To je pro letecký motor velice důležitá nevýhoda, proto se konstrukce s nesouosým umístěním kanálů neprosadila.

2) Souosé umístění kanálů s pootočenými klikami

Aby bylo možno odstranit nevýhodu nemožnosti přeplňování těchto motorů, byla u motoru Jumo 205 použita konstrukce s navzájem pootočenými klikami jednotlivých válců. Její schéma je na následujícím obrázku.



Obrázek
Obr. č. 3 – pohyb válců u motoru Jumo 205

Je tedy zřejmé, že horní píst (ovládající výfukové kanály) a doplní píst (ovládající vyplachovací kanály) jsou vůči sobě (v klikách) pootočeny o celkem 9 st. (každý o 4,5 st. v dolní úvrati). Tím je zajištěno, že horní píst motoru otevírá a rovněž zavírá výfukové kanály dříve, než jsou otevírány a zavírány vyplachovací kanály. Tímto je zajištěn jednak dostatečný tlakový spád při pracovním zdvihu a rovněž možnost přeplňování, neboť výfukový kanál je v době otevřených vyplachovacích kanálů již uzavřen. To umožňuje válec (a tedy celý motor) přeplňovat.
Otázkou ovšem zůstává rozdílná horní úvrať obou válců, tedy okamžik vhodného vstřiku (vznícení) směsi. K tomuto jsem nikde žádné bližší údaje nenašel, proto to ponechám dále bez komentářů. Dle mého názoru toto bude asi konstrukční problém tohoto motoru, protože z hlediska optimálního spalování by jistě bylo vhodnější, kdyby oba válce byly v hodní úvrati ve stejném okamžiku.


Poznámka:
Zde jde hlavně o to, že horní píst, který dosáhne horní úvrati (horní úvrať = zde dolní poloha pístu) dříve, je v okamžiku vznícení směsi již v pracovním zdvihu, kdežto spodní píst ještě nemusí. Toto musí mít dle mého za následek tvrdý chod motoru a zvýšené riziko mechanického poškození (tlak hoření směsi by mohl působit proti pohybu pístu – teoreticky). K tomu mi ovšem chybí dostatek zdrojů, proto to nebudu blíže rozvádět. V mě dostupné literatuře je ovšem skutečně zmiňován velmi tvrdý chod těchto motorů, což by mohl být částečně i tento důvod.
Konec poznámky.


Vstřikování nafty je realizováno dvěma vstřikovacími čerpadly s tryskami (každé čerpadlo má dvě vstřikovací trysky) umístěných z boku do spalovacího prostoru. Umístění vstřikovačů je na následujících obrázcích.

Obrázek
Obr. č. 4 – vstřikování u motoru Jumo 205

Obrázek
Obr. č. 4 – vstřikování u motoru Jumo 205

Vstřikovací čerpadla jsou řízena vačkou umístěnou podélně v polovině výšky motoru. Pohon vačkové hřídele je odvozen od středního kola vlevo umístěného soukolí (popsáno výše). Na dalším obrázku je schéma rozvodu a pohon čerpadla vačkou. Níže je schéma vstřikovacího čerpadla.

Obrázek
Obr. č. 4 – pohon vstřikovacího čerpadla u motoru Jumo 205

Obrázek
Obr. č. 4 – vstřikovací čerpadlo u motoru Jumo 205


Písty motoru jsou z hlediska konstrukce rovněž značně odlišné. To je dáno zejména výrazně odlišnými tepelnými a tlakovými poměry u vznětových motorů. Z více zdrojů vyplývá, že právě písty byly hlavním „kamenem úrazu“ všech leteckých vznětových motorů.

Obrázek
Obr. č. 5 – píst motoru Jumo 205

Z řezu pístem tohoto motoru je zřejmé, že se ve srovnání s zážehovými motory značně liší. Největší rozdíl je na hlavě pístu. U motoru Jumo 205 byla použita dost zvláštní konstrukce „ohnivzdorného“ krytu vlastního pístu. Ten byl přišroubován celkem čtyřmi šrouby do vlastního pístu a tvořil dodatečný tepelný štít. Jeho jediným úkolem bylo udržet teplotu samotného pístu v přijatelných mezích. V horní části pístu jsou celkem čtyři kroužky, ale na tepelném štítu je další kroužek ve tvaru písmene L. Další dva pístní kroužky jsou ve spodní části pístu (stírací).
Jak již bylo uvedeno výše, důvody této konstrukce vyplývají z tepelné bilance pístů vznětových motorů a jsou poplatné době vzniku (zejména materiálům). Důvody tepelných problémů pístů vznětových motorů je možno hledat zejména v těchto důvodech:

1) Větší hustota plynů v horní úvrati (z důvodu většího kompresního poměru) vede k výrazně vyššímu přestupu tepla z plynů do pístu.
2) Větší deformace pístů vznikající tlakem plynů (který je vyšší než u zážehových motorů) vede k tomu, že je nutné větší vůle mezi pístem a vložkou válce (válcem). Tím se zhoršuje odvod tepla z pístu do válce a rovněž se zvyšuje průnik plynů ze spalovacího prostoru kolem pístů. To opětovně zvyšuje teplotu pístů.
3) Často složitější tvary dna pístů, které způsobují větší styk pístu s plyny.
Konstruktéři motoru Jumo 205 se tedy rozhodly pro použití „ochranného štítu“ na hlavě pístů. Ten byl z materiálů schopných odolat vyšším teplotám, než vlastní píst. Přesná konstrukce tohoto štítu byla dána dlouhým postupným vývojem a jeho spolehlivost byla údajně vysoká. Jeho použití ovšem způsobilo vyšší hmotnost pístů a tedy vyšší dynamické namáhání.

Vpravo vedle motoru na obrázku č. 1 je umístění kompresoru. U motoru Jumo 205 byl použit jednostupňový jednorychlostní odstředivý kompresor s mechanickou vazbou od klikového hřídele. Schéma umístění oběžného kola a jeho náhon je na obrázku č. 4. Kompresor byl běžné konstrukce, bez odlišností.
Zde je nutno zmínit jednu důležitou věc. Dvoudobé letecké vznětové motory pracovaly v tzv. chudých směsích, tedy s přebytkem vzduchu a také s jeho velkou spotřebou na vyplachování válců. To způsobuje, že požadavek motoru na dodávky objemu plnícího vzduchu z kompresoru je u těchto motorů značně vyšší. Při použití stejného kompresoru, jako u podobného zážehového motoru, je tedy jeho účinnost oproti zážehovému motoru značně nižší. Tento fakt a také výhodnější nižší teplota výfukových plynů přímo vybízejí k použití turbodmychadla. To bylo ovšem použito až u dalších vývojových verzí motoru Jumo 205.

Chlazení motoru je kapalinové s nuceným oběhem. Čerpadlo chladící kapaliny (u motoru Jumo 205 C) má výkon 400 l/min při otáčkách motoru 2 200 ot./min a objem chladící kapaliny je 17 l.


Závěrem ještě základní údaje verze Jumo 205 C:

Jmenovité otáčky: 2 200 ot./min
Výkony: startovací: 600 k/2 200 ot./min, jmenovitý: 540 k/2 200 ot./min,
provozní 450 k/2 000 ot./min
Maximální otáčky: 2 200 ot./min
Kompresní poměr: 17,0
Vrtání: 105 mm
Zdvih: 2 x 160 mm
Zdvihový objem: 16,62 l
Pořadí vstřikování: 1-5-3-4-2-6
Hmotnost: 520 kg



K použití těchto motorů odkazuji na ostatní články na tomto fóru.


Případné dotazy adresujte do fóra.


Zdroje: Letadlové pístové motory, Maslennikov, Rapiport, Moskva 1950
http://www.der-werftverein.de
Uživatelský avatar
Pátrač
3. Generálmajor
3. Generálmajor
Příspěvky: 7850
Registrován: 14/8/2008, 06:44
Bydliště: Prostějov

Příspěvek od Pátrač »

Ikala - nemám slov. Krásná práce. CO bude další technická lahůdka?
ObrázekObrázek

Pes(ticid) - nejlepší přítel člověka! Nechápete? Nevadí. Hlavní je, že víte že:

JDE O TO, ŽE KDYBY O NĚCO ŠLO, BYLO BY DOBRÉ VĚDĚT, O CO VLASTNĚ JDE.
lkala
praporčík
praporčík
Příspěvky: 306
Registrován: 26/8/2008, 12:52
Bydliště: Brno

Příspěvek od lkala »

Zatím nevím, něco dalšího vymyslím. Je to hlavně otázka toho, aby na to měl člověk čas.
Jestli najdu ještě nějaké další zdroje, možná v dohledné době doplním článek o motorech a kapitolu chlazení vzduchem chlazených motorů ve velkých výškách. To mě teď celkem zajímá, byl to v druhé světové válce intenzivně řešený a nutno říct že nikdy uspokojivě nevyřešený problém.

Jinak ještě jedno doplnění k motoru Jumo 205. Jeho předchůdce, tedy Jumo 4 (větší verze Jumo 205), také někdy značená jako Jumo 204, se prodával i licenčně. Licenci k tomuto motoru mimo jiné zakoupila i československá firma Walter, která ho u nás nabízela v roce 1930 (neúspěšně). Další licenci zakoupila také např. firma Napier. Ta tuto konstrukci dále rozvíjela a vzniklo několik pokusných motorů, čast z nich se dostala i do výroby. Nejznámější je asi Napier Deltic, ale i některé další. Vývoj podobných motorů probíhal také v SSSR. Konstruktéři ovšem často přešli z tvaru popsaného výše na čtvercový, šesterečný apod., který umožní snížit počet klikových hřídelů na počet válců. Podstata činnosti motoru je ovšem stejná.
Uživatelský avatar
Pátrač
3. Generálmajor
3. Generálmajor
Příspěvky: 7850
Registrován: 14/8/2008, 06:44
Bydliště: Prostějov

Příspěvek od Pátrač »

Nerozumím poslení větě. Zde jsou dva klikové hřídele a jeden hřídel který odvádí z motoru kroutící moment a tedy výkon, který je předáván dál. Buď do reduktoru a nebo přímo do vrtule.

Neumím si představit štvercový či šesterečný motor. Nic mi ty termíny neříkají. A nepochopil jsem jak myslíš to snížení počtů klikových hřídelí na počet válců.

Mohl bys to trochu osvětlit? Děkuji.
ObrázekObrázek

Pes(ticid) - nejlepší přítel člověka! Nechápete? Nevadí. Hlavní je, že víte že:

JDE O TO, ŽE KDYBY O NĚCO ŠLO, BYLO BY DOBRÉ VĚDĚT, O CO VLASTNĚ JDE.
lkala
praporčík
praporčík
Příspěvky: 306
Registrován: 26/8/2008, 12:52
Bydliště: Brno

Příspěvek od lkala »

Obrázek

nebo zde

http://en.wikipedia.org/wiki/Napier_Deltic

Napsal jsem to nelogicky. Má tam být, že bude jeden klikový hřídel na jednu řadu válců. Motor se prostě postavil do trojúhelníku, čtverce nebo jiného tvaru. Válce se potom řadily za sebe. Každá hrana např. trojúhelníku byla jeden samostatný blok válců. Např. 12-ti válec do trojúhelníka by měl 3 klikové hřídele a vždy čtyři válce v jednom bloku, tedy celkem 12. Je také nutné uvést, že u leteckých motorů je prakticky nemožné konstruovat řadové motor s větším počtem válců v jedná řadě. Neúměrně narůstá délka motoru a není ho jak zastavět do letadla. To bylo tímto také vyřešeno.
Uživatelský avatar
Pátrač
3. Generálmajor
3. Generálmajor
Příspěvky: 7850
Registrován: 14/8/2008, 06:44
Bydliště: Prostějov

Příspěvek od Pátrač »

Nadherná konstrukce. Děkuji za ozřejmění. Musím uznat, že je to zajímavá konstrukce. Pochopil jsem, že asi na podobném principu jsou stavěné motory pro těžkou techniku.

Znám termín volnoběžný lodní motor. Mám pocit že jsou trochu jiné ale i tak to co jsi zobrazil je exkluzivita. Prostě má to něco do sebe. Stejně je obdivuhodné jak takový i docela obyčejný motor pracuje.
ObrázekObrázek

Pes(ticid) - nejlepší přítel člověka! Nechápete? Nevadí. Hlavní je, že víte že:

JDE O TO, ŽE KDYBY O NĚCO ŠLO, BYLO BY DOBRÉ VĚDĚT, O CO VLASTNĚ JDE.
Uživatelský avatar
Dancer
štábní praporčík
štábní praporčík
Příspěvky: 563
Registrován: 23/2/2007, 11:44

Příspěvek od Dancer »

Krása! Mé strojařské srdce plesá radostí.
Díky za tento článek! :up:
Nebát se a nekrást!
Uživatelský avatar
Tunac
podporučík
podporučík
Příspěvky: 678
Registrován: 29/5/2006, 22:23
Bydliště: Brno
Kontaktovat uživatele:

Příspěvek od Tunac »

Díky, takové perfektní popisy tu chyběly.
Vojáci!!!!
Jste vojáci smrtí!!! A já jsem ten, co Vás bude posílat tam, kde se umírá!!!
Ekolog
rotný
rotný
Příspěvky: 86
Registrován: 13/2/2007, 21:12
Bydliště: Náchodsko

Příspěvek od Ekolog »

Děkuji za skvělý článek. Přinesl mi spoustu nových poznatků. Prosím o další takovéto články, zvláště o šoupátkových motorech.
Uživatelský avatar
El Diablo
Kapitán
Kapitán
Příspěvky: 1872
Registrován: 21/11/2008, 14:11
Bydliště: Xeenemünde
Kontaktovat uživatele:

Příspěvek od El Diablo »

Kdyby ho chtěl někdo vidět v reálu a v řezu, tak ho mají v Technickém muzeu v Brně.
lkala
praporčík
praporčík
Příspěvky: 306
Registrován: 26/8/2008, 12:52
Bydliště: Brno

Příspěvek od lkala »

Níže vkládám odkaz na zajímavou bakalářskou práci o vznětových dvoudobých leteckých motorech, kterou napsal Bc. Pochop na VUT v Brně:

http://www.vutbr.cz/studium/zaverecne-prace?zp_id=28640

Vybral si skutečně těžké téma, zejména vzhledem k minimu dostupných informací, ale výsledná práce je velmi pěkná. Doporučuji k přečtení, zejména část týkající se historie a motoru Jumo 205.
Obrázek
Uživatelský avatar
Rosomak
7. Major
7. Major
Příspěvky: 2318
Registrován: 7/8/2007, 08:54

Příspěvek od Rosomak »

Odpovědět

Zpět na „Vybavení letounů“