Aircraft Diesel engines CENTURION 1,7 i 4,0

50 _{SILNIKI SPALINOWE, nr 1/2005 (120)} Andrzej Fryœ*

Lotnicze silniki o zap³onie samoczynnym CENTURION 1,7 i 4,0

S³owa kluczowe: silnik wysokoprê¿ny, aeroplane

Aircraft Diesel engines CENTURION 1,7 i 4,0

Contemporary land transportation including locomotives, trucks, buses, coaches as well as passenger cars are propelled with a diesel engine. Diesel engines are widely appplied in marine transportation and aviation. The article is a presenta-tion of the history of development of aviapresenta-tion engines and a showcase of the JUMO and CENTURION engines.

S³owa kluczowe: diesel engine, samolot

1. Introduce

Land transport devices, (diesel locomotives, practically all trucks and buses, and a lot of passenger cars) are now driven with Compression Ignition Engines. Moreover such an engines are quite often used for ships, and for subma-rines also.

In twentieth years of the former century Diesels partici-pated in air conquest also, because German air ships Zeppe-lin LZ129 i LZ130 [3] was driven with Daimler Benz and M.A.N. diesel engines. Moreover before World War II and during its course, diesel engines were used in aircraft as well. The leg-endary German two stroke Junkers Jumo 205 engine was at

1. Wstêp

Dziœ l¹dowe œrodki transportu (a wiêc prawie wszystkie lokomotywy spalinowe, samochody ciê¿arowe i autobusy, a tak¿e wiele samochodów osobowych) s¹ napêdzane przez silniki o zap³onie samoczynnym. Ponadto silniki takie s¹ do-syæ powszechnie stosowane na statkach i okrêtach, w tym tak¿e okrêtach podwodnych.

W latach dwudziestych ubieg³ego stulecia silniki o za-p³onie samoczynnym mia³y tak¿e swój udzia³ w podboju prze-stworzy, gdy¿ takimi silnikami (produkowanymi przez firmy Daimler Benz i M.A.N.) napêdzane by³y sterowce Zeppelin LZ129 i LZ130 [3]. Ponadto przed II Wojn¹ Œwiatow¹ i w jej czasie silniki o zap³onie samoczynnym

by³y stosowane tak¿e w samolotach. W wielu tysi¹cach egzemplarzy wypro-dukowano legendarny niemiecki dwu-suwowy Junkers Jumo 205, przy po-mocy którego bito rekordy lotów d³u-godystansowych (np. w 1938 – przelot 8392 km z Anglii do Brazylii w ci¹gu 43 godzin przy rekordowo niskim zu¿yciu paliwa 210 g/kWh). Jednostkowo w sa-molotach stosowane by³y tak¿e inne silniki wysokoprê¿ne: angielski Bristol i amerykañski Packard [1]. Dziœ przemi-nê³a epoka sterowców, a w samolotach karierê robi napêd silnikami przep³ywo-wymi – turbinoprzep³ywo-wymi i odrzutoprzep³ywo-wymi. Mog³o by siê wiêc wydawaæ, ¿e silniki o zap³onie samoczynnym definitywnie przesta³y interesowaæ konstruktorów statków powietrznych. Silnik JUMO 205 wa¿¹c 520 kg przy mocy znamiono-wej 441 kW (600 KM) legitymowa³ siê co prawda mas¹ jednostkow¹ zaledwie

Rys. 1. Lotniczy silnik o zap³onie samoczynnym JUNKERS JUMO 205 w Muzeum Lotnictwa Polskiego w Krakowie (foto: Andrzej Fryœ)

Fig. 1. JUNKERS JUMO 205 Aircraft Diesel Engine in Polish Aviation Museum at Kraków (photo: Andrzej Fryœ)

51 SILNIKI SPALINOWE, nr 1/2005 (120)

that time manufactured in thousands of units. Aircraft with the engine broke the long dis-tance flight records (for insdis-tance in 1938 a flight from U.K. to Brasil of 8392 kms in 43 hours; the specific fuel consumption in the flight was very low: 210 g/kWh). Other diesel engines were used scarcely for aircraft application: for in-stance British Bristol and American Packard [1]. Nowadays, the era of airships is behind us and the majority of aircraft are driven with jet and turbo-propeller engines. Therefore any-body could think that now aircraft designers have no interest in utilizing the Compression Ignition Engines. Although JUMO 205 engine which weighs 520 kg has the power of 441 kW (600 HP), weight to power ratio 1,18 kg/kW only, the diesel engines have been generally

1,18 kg/kW, ale silniki wysokoprê¿ne do niedawna by³y ogól-nie uwa¿ane za zbyt ciê¿kie i przez d³ugi czas stosowano je niechêtnie nawet do samochodów osobowych, o samolo-tach ju¿ nie wspominaj¹c.

Ostatnie lata przynios³y jednak burzliwy postêp w budo-wie silników trakcyjnych o zap³onie samoczynnym. W wyni-ku rozwoju systemów wtryswyni-ku, zastosowaniu nowoczesnych metod projektowania komputerowego oraz in¿ynierii mate-ria³owej, silniki te sta³y siê jak nigdy lekkie, niezawodne i ciche, zachowuj¹c przy tym, dziêki wtryskowi bezpoœrednie-mu, sw¹ fundamentaln¹ zaletê, jak¹ jest oszczêdne zu¿ycie taniego paliwa. Dziêki tym nowym w³aœciwoœciom po silniki o zap³onie samoczynnym siêgnêli nawet wytwórcy samo-chodów sportowych, takich jak Jaguar i BMW.

2. Lotnicze silniki o zap³onie samoczynnym z niemieckich zak³adów Thielert Aircraft Engi-nes GmbH

Zapewne œwiadomoœæ opisanych wy¿ej zalet wspó³czesne-go silnika o zap³onie samoczynnym przyœwieca³a in¿ynierom ze spó³ki Thielert Aircraft Engines GmbH (zlokalizowanej w miejscowoœci Liechtenstein we wschodnich Niemczech, w pobli¿u Chemnitz), gdy opracowywali oni przeznaczone do napêdu samolotów silniki o zap³onie samoczynnym CEN-TURION 1,7, a nastêpnie tak¿e CENCEN-TURION 4,0.

Silnik CENTURION 1,7 jest to czterocylindrowa, rzêdowa jednostka ch³odzona ciecz¹, wyposa¿ona w turbosprê¿arkê, przek³adniê redukcyjn¹ o prze³o¿eniu 1,69 i elektroniczny uk³ad sterowania. W silniku zastosowano wtrysk bezpoœredni i poza olejem napêdowym mo¿na do niego stosowaæ tak¿e ³atwo dostêpne na lotniskach paliwo lotnicze Jet A1. W opracowaniu tej nowoczesnej jednostki wzorowano siê na nowoczesnych silnikach do samochodów osobowych, zaœ na miejscu w Liechtenstein do niej skonstruowano i produkuje siê 180 nowych czêœci. Silnik CENTURION 1,7 uzyska³ ju¿ europejski certyfikat JAR-E, a nied³ugo bêdzie posiada³ obowi¹zuj¹cy na lotniczym rynku amerykañskim

cer-Rys. 2. Lotniczy silnik o zap³onie samoczynnym CENTURION 1,7 [2]

Fig. 2. CENTURION 1,7 Aircraft Diesel Engine [2]

Rys. 3. Lotniczy silnik o zap³onie samoczynnym CENTURION 4,0 [2]

Fig. 3. CENTURION 4,0 Aircraft Diesel Engine [2]

Rys. 4. Samolot Cessna 172 napêdzany silnikiem CENTURION 1,7 [2]

Fig. 4. The Cessna 172 aircraft driven by CENTURION 1,7 engine [2]

52 _{SILNIKI SPALINOWE, nr 1/2005 (120)} tyfikat FAR 33. Silniki te zosta³y zastosowane jako

„retrofi-ty” w samolotach Piper i Cessna 172, a tak¿e s¹ montowane fabrycznie w austriackich dwusilnikowych samolotach dys-pozycyjnych DA42 „Twinstar”, w których zu¿ycie paliwa przy prêdkoœci 372 km/h wynosi 45 litrów na godzinê lotu.

Z kolei silnik CENTURION 4,0 jest oœmiocylindrowym, ch³odzonym ciecz¹ silnikiem widlastym, do³adowanym tur-bosprê¿ark¹. Podobnie jak w mniejszej jednostce wystêpuje tu wtrysk bezpoœredni, przek³adnia redukcyjna o prze³o¿eniu 1,69 i elektroniczny uk³ad sterowania. Paliwem mo¿e byæ tu tak¿e zarówno olej napêdowy, jak i paliwo lotnicze Jet A1. Silnik czterolitrowy przechodzi obecnie proces certyfikacji wed³ug przepisów JAR-E.

Szczegó³owe dane techniczne obu silników podano w tabeli nr 1 [2].

3. Zakoñczenie

Tak oto po trwaj¹cej przesz³o 60 lat przerwie silnik o za-p³onie samoczynnym wróci³ do samolotów jako Ÿród³o ich

considered to be too heavy for passenger cars, not to mention the aicraft.

A rapid advancement in the field of au-tomotive diesel engines has taken place in the last few years. Thanks to the develop-ment of injection systems, using modern CAD methods and materials technology, automotive diesels became as light, reliable and silent as never before. Thanks to DI system the diesels have retained their fun-damental advantage: low consumption of cheap fuel. Currently, Diesel engines, which have new advantages are applied in sports vehicles such as Jaguar and BMW.

2. Aircraft Diesel Engines from German Thielert Aircraft Engines GmbH factory

Engineers from Thielert Aircraft Engines GmbH (the factory is located in Liechten-stein, near Chemnitz in East Germany) have understood the above described advantag-es of modern diadvantag-esels when they developed CENTURION 1,7 and CENTURION 4,0 die-sels, designed for aircraft propulsion.

The CENTURION 1,7 engine is a four-cylinder, in-line water cooled unit, fitted with a turbocharger, 1,69 reduction gear and elec-tronic control unit. It is a DI engine and both diesel and aircraft fuels A1 can be applied. It is an advantage of the engine, because aircraft fuel is easy available at the airports. Modern automotive diesels constituted a basis for the aircraft diesel development, and 180 special components were designed and are produced in the Liechtenstein fac-tory. The CENTURION 1,7 engine has Eu-ropean JAR-E certificate and American cer-tificate FAR 33 is to be granted in the nearest future. The engines have been used as retrofits in Piper and Cessna 172, and are fitted in the new DA42 „Twinstar” twin-engine Aus-trian executive aircraft. In the last aircraft fuel consumption at 372 km/h amounts 45 litres per flight hour.

The CENTURION 4,0 engine is an eight-cylinder V-type, water cooled, turbocharged unit, Similarly as the smaller one it is fitted with the direct-injection system, 1,69 reduction gear and electronic control unit. CENTURION 4,0 also uses jet A1, and diesel fuels. The engine is now under certifica-tion for JAR-E.

Detailed technical specification for both Centurion en-gines is done in a Table 1 [2].

3. Conclusion

Hence, after more than 60 years of a deadlock, Diesel engines have come back as the main aircraft drive unit and the motto of the article has become true again. It is interest-ing that the specific wieght of the Centurion 1,7 engine

Rys. 5. Samolot Robin 135 CDI napêdzany silnikiem CENTURION 1,7 [2]

Fig. 5 The Robin 135 CDI aircraft driven by CENTURION 1,7 engine [2]

Rys. 6. Austriacki samolot Diamond DA 242 napêdzany dwoma silnikami CENTURION 1,7 [2]

Fig.6. The Austrian Diamond DA 242 aircraft driven by two CENTURION 1,7 engines [2]

53 SILNIKI SPALINOWE, nr 1/2005 (120)

napêdu. Jako ciekawostkê mo¿na podaæ fakt, ¿e masa jed-nostkowa silnika Centurion 1,7 wynosi ok. 1,35 kg/kW, a jednostki oœmiocylindrowej – 1,24 kg/kW. Obie te wielkoœci s¹ wiêc nieco gorsze od tej, któr¹ konstruktorzy – równie¿ niemieccy – osi¹gnêli w roku 1941 w silniku JUMO 205.

Literatura/Bibliography

[1] van Basshuysen R., Schäfer F.: Shell Lexikon – Verbrennung-smotor. Ein Suplement von ATZ und MTZ – Folge 44. Wies-baden 1999.

[2] Materia³y fabryczne firmy Thielert Aircraft Engines GmbH. [3] Reuss H.J. The formative years of pioneering. DIESEL & GAS

TURBINE PUBLICATIONS, Special Issue. Brookfield, May 1983.

Tab. 1 Dane techniczne silników CENTURION 1,7 i CENTURION 4,0

Tab. 1 Technical data of the CENTURION 1,7 and CENTURION 4,0 engines

* mgr in¿. Andrzej Fryœ, emerytowany pracownik WSW Andoria

S.A. w Andrychowie i General Electric International Inc. w Rze-szowie, e-mail: afrys@poczta.onet.pl.

Andrzej Fryœ, Mech. Eng. M.Sc, pensioned employee of WSW An-doria S.A. in Andrychów, and General Electric International Inc. (Rzeszów Office); e-mail: afrys@poczta.onet.pl.

Lotnicze silniki o zap³onie samoczynnym CENTURION 1,7 i 4,0 Konstrukcja/Design

amounts to ca. 1,35 kg/kW, and for the eight cylinder unit – 1,24 kg/kW. Therefore both numbers are worse then those obtained by the designers in 1941in the JUMO 205 engine.

7 , 1 N O I R U T N E C CENTURION4,0 / w ó r d n il y c d a ł k u i ć ś o l I Numberandarrangementofcyilnders R4 V8 / e z r d n il y c w w ó r o w a z ć ś o l I r e d n il y c e n o n i s e v l a v f o r e b m u N 4 4 / a r d n il y c a c i n d e r Ś Cyilnderbore 80mm 86mm / a k o łt k o k S Stroke 84mm 86mm / a k i n li s a w o k o k s ć ś o n m e j o P Enginedisplacement 1689cm3 3996cm3 / a i n a ż ę r p s ń e i p o t S o i t a R n o i s s r e p m o C 19,0 18,5 / ) a w o t r a t s ( a n l a m y s k a m c o M r e w o p f f o -e k a T * n i m / r b o 0 0 3 2 y z r p , ) M K 5 3 1 ( W k 9 9 * M P R 0 0 3 2 t a ) P H 5 3 1 ( W k 9 9 * n i m / r b o 0 0 3 2 y z r p ) M K 0 1 3 ( W k 8 2 2 * M P R 0 0 3 2 t a ) P H 0 1 3 ( W k 8 2 2 / a w o t o r b o ć ś o k d ę r p a n l a m y s k a M Ratedspeed * n i m / r b o 0 0 5 2 * M P R 0 0 5 2 * n i m / r b o 0 0 5 2 * M P R 0 0 5 2 / a w il a p u i c y ż u z m y n l a m i n i m y z r p c o M n o i t p m u s n o c l e u f l a m i n i m t a r e w o P * n i m / r b o 0 0 0 2 y z r p ) M K 7 9 ( W k 1 7 * M P R 0 0 0 2 t a ) P H 7 9 ( W k 1 7 * n i m / r b o 0 0 0 2 y z r p ) M K 0 5 2 ( W k 6 8 1 * M P R 0 0 0 2 t a ) P H 0 5 2 ( W k 6 8 1 / a w il a p e i c y ż u z e w o k t s o n d e j e n l a m i n i M n o i t p m u s n o c l e u f c i fi c e p s l a m i n i M 200g/kW·h / r o t a n r e tl A c i t s i r e t c a r a h c s ' r o t a n r e tl A 90A,14V,1260W 80A,28V,2240W , k i n z s u r z o r w o g e n o ż a s o p y w , a k i n li s a s a M r o t a l u g e r , m e i n e z s e i w a z z z a r w r o t a n r e tl a z a r o ,i m a d o w e z r p z y n z c i n o r t k e l e / ą n j y c k u d e r ę i n d a ł k e z r p r e t r a t s h ti w d e p p i u q e e n i g n e f o t h g i e W h ti w r o t a n r e tl a g n i g r a h c y r e t t a b ,r o t o m n o i t c u d e r d n a , s s e n r a h h ti w U C E , g n i t n u o m r a e g g k 4 3 1 283,5kg ) 9 6 , 1 ą n j y c k u d e r ą i n d a ł k e z r p a z ( a ł g i m ś a w o t o r b o ć ś o k d ę r p t s e j a n a w a d o p o w o z a r o d ż a k * ) r a e g n o i t c u d e r 9 6 , 1 g n o l a ( n e v i g s i d e e p s r e ll e p o r p s y a w l a *