航空活塞發(fā)動機課程

活塞發(fā)動機第一章

航空活塞式發(fā)動機概述航空活塞式發(fā)動機的類型和組成航空活塞式發(fā)動機的基本工作原理航空活塞式發(fā)動機的理想循環(huán)Ⅰ航空活塞式發(fā)動機的分類和組成一、航空活塞式發(fā)動機的類型1、按混合氣形成的方式區(qū)分航空活塞式發(fā)動機可分為汽化器式發(fā)動機和直接噴射式發(fā)動機。汽化器式發(fā)動機裝有汽化器，燃料和空氣預先在汽化器內(nèi)混合好，然后再進入發(fā)動機氣缸內(nèi)燃燒。直接噴射式發(fā)動機裝有直接噴射裝置，燃料由直接噴射裝置直接噴入氣缸，然后同空氣在氣缸內(nèi)混合形成混合氣。2、按發(fā)動機的冷卻方式區(qū)分航空活塞式發(fā)動機可分為氣冷式發(fā)動機和液冷式發(fā)動機。氣冷式發(fā)動機直接利用迎面氣流來冷卻氣缸。液冷式發(fā)動機則利用循環(huán)流動的冷卻液來冷卻氣缸，由冷卻液把吸收的熱量耗散到周圍的大氣中。3、按氣缸排列的方式分–直列型用在小型飛機上。氣冷式的，也有液冷式–星型。氣冷式的發(fā)動機。廣泛地用在各種飛機上。4、按空氣進入氣缸前是否增壓區(qū)分可分為增壓式發(fā)動機和吸氣式發(fā)動機。增壓式發(fā)動機上裝有增壓器，外界空氣先經(jīng)過增壓器提高壓力，然后進入氣缸。吸氣式發(fā)動機工作時，外界空氣被直接吸入氣缸。航空活塞式發(fā)動機的組成主要機件氣缸活塞連桿曲軸氣門機構機匣氣缸：呈圓筒形，固定在機匣上,是混合氣進行燃燒并將燃燒釋放出來的熱能轉變?yōu)闄C械能的地方?；钊貉b在氣缸里面，并在氣缸內(nèi)作往復直線運動，將燃氣所作的功，傳遞出去。連桿：一端連接活塞，另一端與曲軸相連，起著傳遞力的作用,并和曲柄一起將活塞的直線運動轉變?yōu)樾D運動。曲軸：和連桿一起將活塞的直線運動轉變?yōu)樾D運動，將功傳遞給螺旋槳。

氣門機構：就是控制氣門的開啟和關閉，保證新鮮混合氣在適當?shù)臅r機進入氣缸，以及保證燃燒做功后的廢氣適時地從氣缸中排出。

機匣：作為發(fā)動機的殼體，它除了用來安裝氣缸和支承曲軸外，還將發(fā)動機所有的機件連結起來，構成一臺完整的發(fā)動機。對于大功率航空活塞式發(fā)動機來說，其曲軸和螺旋槳軸間還裝有減速器，使螺旋槳軸的轉速低于曲軸的轉速。燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)是為了不斷地給發(fā)動機提供適當數(shù)量的燃油，并將燃油很好地霧化，與空氣均勻混合成濃度合適的可燃混合氣。型式有：汽化器式和直接噴射式。點火系統(tǒng)點火系統(tǒng)是為了在適當?shù)臅r刻產(chǎn)生電火花，以點燃氣缸里的混合氣。電火花由裝在氣缸上的電嘴在高壓電的作用下產(chǎn)生，而高壓電由磁電機產(chǎn)生。工作系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)主要用來將潤滑油不斷地送到各機件的摩擦面，以降低摩擦阻力，減輕機件的磨損，同時把摩擦產(chǎn)生的熱量帶走。冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)是為了把氣缸內(nèi)的一部分熱量散發(fā)到大氣中去，保證氣缸頭的溫度正常。冷卻系統(tǒng)有：氣冷式和液冷式兩種。起動系統(tǒng)起動系統(tǒng)是為了帶動發(fā)動機從靜止狀態(tài)開始轉動起來，并使發(fā)動機進入慢車轉速。轉動曲軸的方式通常有氣動和電航空活塞式發(fā)動機的基本工作原理

航空活塞式發(fā)動機主要作用是將熱能轉變成機械能的動力裝置，是通過活塞的幾個行程來完成的。最最叫上死點：是活塞距曲軸旋轉中心遠的位置。下死點：是活塞距曲軸旋轉中心近的位置?；钊谐蹋荷稀⑾滤傈c之間的距離做活塞的行程?；靖拍罨钊谏纤傈c時，氣體在氣缸內(nèi)所占有的容積，叫做燃燒室容積，用V燃表示；活塞在下死點時，氣體在氣缸內(nèi)所占有的容積，叫做氣缸全容積，用V全表示；上死點與下死點之間的氣缸容積，叫做氣缸工作容積，用V工作表示。工作容積等于氣缸橫截面積與活塞行程的乘積；工作容積等于全容積與燃燒室容積之差，即V工作=V全-V燃混合氣從進入氣缸起，分別經(jīng)過壓縮、燃燒、膨脹，直到廢氣排出，在這整個過程中，活塞從上死點到下死點之間往返了兩次，也就是連續(xù)地移動了四個行程。由于在這四個行程中，分別完成了進氣、壓縮、膨脹和排氣的工作，所以這四個行程相應地叫做進氣行程、壓縮行程、膨脹行程和排氣行程。從進氣行程開始，到排氣行程結束，四個行程組成一個工作循環(huán)。四行程發(fā)動機的基本工作原理四個行程：進氣行程壓縮行程膨脹行程排氣行程進氣行程在進氣行程中，排氣門始終關閉，活塞在上死點時進氣門打開。因此，當活塞從上死點向下死點移動時，氣缸內(nèi)容積擴大，壓力減小，在氣缸內(nèi)外壓力差的作用下，混合氣經(jīng)過進氣門進入氣缸。活塞到達下死點，進氣門關閉，不再進氣，于是進氣行程結束。壓縮行程在進氣行程之后，活塞從下死點往上死點移動，此時由于進氣門和排氣門都關閉著，使氣缸內(nèi)的容積不斷縮小，混合氣受到壓縮，因而壓力和溫度升高，成為壓縮行程?；钊竭_上死點時，壓縮行程也就結束。膨脹做功行程在壓縮行程結束時，電嘴產(chǎn)生電火花，將壓縮后的混合氣點燃。膨脹行程就是混合氣燃燒膨脹作功的一個行程，也就是發(fā)動機賴以產(chǎn)生動力的一個行程，因此成為工作行程。在膨脹行程中，進氣門和排氣門仍然關閉著，混和氣在電嘴點火后的瞬間全部燒完，放出大量的熱能，燃氣的溫度和壓力急劇升高。在燃氣膨脹的同時，以很大的壓力推動活塞，使活塞從排氣行程燃氣膨脹作功以后，就變?yōu)閺U氣。為了再次把新鮮混合氣送入氣缸，以便連續(xù)工作，必須把廢氣排出氣缸。排出廢氣的工作，便是靠排氣行程來完成的。在排氣行程中，進氣門仍然關閉著。當膨脹行程結束，活塞到達下死點時，排氣門打開，廢氣便在氣缸內(nèi)外氣體的壓力差，以及活塞從下死點向上死點移動的推壓作用下排出氣缸。活塞到達上死點時，排氣門關閉，排氣行程結束。

五個工作過程：進氣壓縮燃燒膨脹排氣活塞在氣缸的上死點和下死點之間往返了兩次，連續(xù)移動了四個行程在四個行程中曲軸旋轉兩周，每個氣缸有一次點火。在一個循環(huán)中完成了五個過程，五個過程的順序是：進氣，壓縮，燃燒，膨脹，排氣。四行程發(fā)動機的點火次序上面闡述的是一個氣缸內(nèi)四個行程的工作情形。實際上，航空活塞式發(fā)動機都是多缸發(fā)動機，每個氣缸都按照上述四個行程的順序進行工作。但是各氣缸的相同行程并非同時進行，而是按一定的次序均勻錯開的，因此，每個氣缸的點火，也是按相同的次序均勻錯開，保證活塞推動曲軸的力量盡可能均勻，以獲得發(fā)動機的平穩(wěn)運轉。單排星型發(fā)動機：點火間隔角為：氣缸間隔角為:所以點火間隔角等于氣缸間隔角的兩倍。單排九缸星型發(fā)動機點火順序是：1→3→5→7→9→2→4→6→8。雙排星型發(fā)動機：–點火間隔角等于氣缸間隔角的兩倍。–前后派交錯點火。–雙排14缸星型發(fā)動機點火順序1→10→5→14→9→4→13→8→3→12→7→2→11→6→1。–可以看出，雙排十四缸星型發(fā)動機點火次序的規(guī)律是：加九減五。第四章

航空活塞式發(fā)動機的工作過程進氣過程壓縮過程燃燒過程提前點火混和氣的不正常燃燒膨脹過程排氣過程定時圖理想循環(huán)–活塞式發(fā)動機的理想循環(huán)叫奧托循環(huán),又叫定容加熱循環(huán)。–由下述四個可逆的熱力過程組成絕熱壓縮過程；定容加熱過程；絕熱膨脹過程；定容放熱過程。進氣過程一、進氣過程的進行情況進氣過程是指新鮮混合氣進入氣缸的過程。進氣過程的作用是使發(fā)動機得到工作時所需要的新鮮混合氣。進氣過程從進氣門打開時開始，到進氣門關閉時結束。進氣過程：在進氣過程的最初一段時間內(nèi)，活塞尚在前一個循環(huán)的排氣行程，正向上死點運動，進氣門逐漸開大，而排氣門還開著，前一個循環(huán)的廢氣正繼續(xù)排出氣缸?；钊\動到上死點時，進氣門已開大，爾后活塞從上死點向下死點運動，氣缸容積不斷擴大，大量混合氣經(jīng)過進氣門進入氣缸?；钊?jīng)過下死點以后，繼續(xù)進氣，直到壓縮行程的初期，進氣門關閉時，進氣才停止。裝有汽化器的吸氣式發(fā)動機，外界空氣門經(jīng)過節(jié)氣門后，與汽化器噴油嘴噴入的燃料混合、蒸發(fā)組成余氣系數(shù)一定的混合氣，混合氣進入分氣室，再經(jīng)過進氣管和進氣門進入氣缸。進氣道中的節(jié)氣門與飛行員座艙內(nèi)的油門桿相連接。油門桿向后拉，節(jié)氣門關小，進入氣缸的氣體量減少;油門桿向前推，節(jié)氣門開大，進入氣缸的氣體量增多。因此，操縱油門桿可以改變進入氣缸的氣體量,從而改變發(fā)動機的功率。參數(shù)的變化：–溫度：氣體從外界進入氣缸后，溫度有所提高，這是因為，流入氣缸的氣體與氣缸頭、進氣門、排氣門和活塞等灼熱的機件相接觸，吸收熱量的結果。–壓力：氣體從外界進入氣缸的過程中，壓力有所下降，這是因為氣體具有粘性，在進氣系統(tǒng)管道內(nèi)流動時，不可避免地要產(chǎn)生流動損失的結果。–密度：在進氣過程中，氣體溫度的提高，壓力的降低，均導致氣體密度的減小，–質(zhì)量：進入氣缸的氣體質(zhì)量減小。二、進氣門的早開晚關為了增加進入氣缸的氣體量，在活塞從上死點下行開始進氣行程之前，進氣門就打開了，直到活塞離開下死點，進入壓縮行程的初期，進氣門才完全關閉。所以，在整個進氣過程中，進氣門進氣門的

開角α–定義：進氣門的 開角是進氣門剛剛打開時，曲柄與氣缸中心線之間的夾角。–進氣門要 開，應在排氣行程的后期打開。–進氣門 開角約為15°－45°。–好處：進氣門

開可以盡量多地吹除廢氣，盡量多地進入新鮮的混合氣，提高發(fā)動機的容積效率，從而提高發(fā)動機的輸出功率，又有利于氣缸，特

別是氣缸頭的冷卻。進氣門的早開角α–開的過早，會使剛進入氣缸的一部分新鮮混合氣從排氣門排出，經(jīng)濟性變壞；–開的過晚,會使進入氣缸的混合氣減少,對氣缸頭的冷卻變壞。進氣門的晚關角β–定義：進氣門的晚關角是進氣門恰好完全關閉時，曲柄與氣缸中心線之間的夾角。–進氣門要晚關就應在壓縮行程的初期關閉。–進氣門晚關角的范圍:40°～80°。–好處：進氣門晚關可以盡量多地進入新鮮的混合氣;提高發(fā)動機的容積效率，從而提高發(fā)動機的

輸出功率;也有利于氣缸，特別是氣缸頭的冷卻。進氣門的晚關角β–關的過晚，會使一部分已經(jīng)進入氣缸的新鮮混合氣被活塞壓回進氣管內(nèi)，使進入氣缸的新鮮混合氣充填量減少。–進氣門關的過早，也會使新鮮混合氣充填量減少。三、充填量及其影響因素理論充填量：–定義：在理想情況下，一次進氣過程中進入一個氣缸的空氣的質(zhì)量稱為理論充填量。理想情況是：1、空氣在氣缸中的容積為氣缸的工作容積；2、吸入式發(fā)動機氣缸中空氣壓力和溫度分別為外界大氣壓力和溫度；3、增壓式發(fā)動機氣缸中的空氣應分別為增壓器后空氣的壓力和溫度。實際充填量：–定義：在一次進氣過程中實際進入一個氣缸的空氣的質(zhì)量稱為實際充填量，簡稱為充填量。–在混合氣余氣系數(shù)保持不變的條件下，充填量越大，噴入空氣中的燃油越多，因而混合氣燃燒后

所釋放的熱能越多，發(fā)動機的功率就越大;反之，充填量越小，發(fā)動機的功率也越小。充填系數(shù)：–定義：實際充填量與理論充填量的比值稱為充填系數(shù)。充填系數(shù)越大，說明進氣過程中空氣充填入氣缸的有效程度越大，進氣過程進行的越好。在理論充填量不變的條件下，實際充填量就越大。在增壓式發(fā)動機中，由于實際充填量有可能大于理論充填量，所以充填系數(shù)有可能大于１?，F(xiàn)代航空活塞式發(fā)動機的

充填系數(shù)一般約為0.7－1.2。影響充填系數(shù)的因素：–流動損失：氣體流經(jīng)進氣管和進氣門等處時，不可避免地會發(fā)生摩擦和分離，形成渦流，產(chǎn)生流動損失，使氣缸內(nèi)氣體的壓力降低，溫度升高，氣體的密度減小，充填量減小，充填系數(shù)降低。–氣缸頭的溫度：在進氣過程中，由于氣體與氣缸、活塞和氣門等灼熱機件相接觸，吸收熱量，而使溫度提高。溫度升高，密度減小，使充填量減小，因此充填系數(shù)降低，氣缸頭的溫度愈高，氣體受熱程度愈大，充填系數(shù)愈小。–發(fā)動機轉速：設計轉速時，充填系數(shù)最大，轉速偏離設計轉速，充填系數(shù)都會減小。高轉速時：發(fā)動機轉速增大時，活塞運動速度也增大，進氣管內(nèi)氣體流速也隨之增大，引起流動損失增加，使氣缸內(nèi)氣體的壓力降低，所以充填系數(shù)是隨轉速的增大而減小。低轉速時：進氣門的晚關角是為高轉速工作的需要而確定的，在低轉速時進氣門晚關角就顯得過大，這樣，使已進入氣缸的混合氣，在壓縮的過程中又倒流回進氣管，從而使充填量減小，這種倒流現(xiàn)象轉速愈小愈嚴重，所以，在小轉速時，充填系數(shù)也小。影響實際充填量的因素：氣缸工作容積；進氣溫度；進氣壓力；充填系數(shù)，同開角等。充填系數(shù)：充填系數(shù)越大，充填量越大。

氣缸工作容積：在其它條件保持不變的情況下，氣缸工作容積越大，充填量就越大。對定型的發(fā)動機而言，氣缸工作容積為定值，故它對充填量的影響就不會發(fā)

生變化。

進氣壓力：在進氣溫度不變的情況下，進氣壓力越高，空氣密度越大，充填量越大。

進氣溫度：在進氣壓力不變的情況下，進氣溫度越低，空氣密度越大，充填量越大。

對于吸氣式發(fā)動機而言，隨著飛行高度增高，大氣密度越低，充填量越少。

同開角：同開角越大，充填量也越大。這是因為同開角大，氣缸中廢氣的吹除量大，進入氣缸的新鮮混合氣多。四、進氣過程的壓容圖吸氣式發(fā)動機進氣過程壓容圖增壓式發(fā)動機進氣過程壓容圖壓縮過程一、壓縮過程的進行情況壓縮過程是指混合氣體在氣缸內(nèi)被活塞壓縮的過程。

壓縮過程的作用在于提高混合氣體的壓力和溫度創(chuàng)造良好的燃燒條件，使混合氣體在較小的容積內(nèi)燃燒后，達到較高的壓力和溫度以增加氣體膨脹時所作的功，從而提高發(fā)動機的功率和經(jīng)濟性。壓縮過程從活塞在下死點時開始，到活塞運行到上死點時結束。在這整個過程中，曲軸轉過了180度。實際上，壓縮過程是多變過程。過程方程為：二、壓縮比壓縮比表示了氣體在氣缸內(nèi)受壓縮的程度。當充填量相同時，壓縮比越大，氣體在氣缸內(nèi)被壓縮得越厲害，壓縮終了時，氣體的壓力和溫度提高得越高，氣體燃燒得更快，從而使燃氣膨脹所做的功增加；同時，由于燃燒室容積相對減小，因此，經(jīng)缸壁散失的熱量也相對減小。所以，壓縮比增大時，發(fā)動機的功率增加，經(jīng)濟性提高。三、壓縮過程的壓容圖吸氣式發(fā)動機壓縮過程壓容圖增壓式發(fā)動機壓縮過程壓容圖燃燒過程一、燃燒過程的進行情況燃燒過程是指混合氣在氣缸內(nèi)燃燒釋放熱能的過程。其作用是提高氣體的溫度和壓力，以便氣體膨脹，

推動活塞作功。燃燒過程從電嘴點火時開始，到混合氣全部燒完時結束。也可以說，燃燒過程從壓縮行程后期開始，到膨脹行程初期結束。燃燒過程的三個階段燃燒過程第一階段（隱燃期）–第一階段是從電嘴點火時開始，到氣缸內(nèi)的氣體壓力開始顯著增大時結束。燃燒過程第二階段（顯燃期）–第二階段從氣體壓力開始顯著增大時開始，到氣體壓力達到最大時結束。–活塞到達上死點后，曲軸轉到10°～15°時，燃氣壓力和溫度達到最大值，發(fā)動機的功率增大。燃燒過程第三階段（后燃期）–第三階段從氣體壓力達到最大時開始,到混合氣全部燒完時結束。這個階段的燃燒是在膨脹過程中進行的。余氣系數(shù)定義：混合氣中空氣和燃油完全燃燒所需的空氣質(zhì)量之比叫余氣系數(shù)。物理意義：表征混合氣的貧、富油程度。α＞１為貧油;α＜１為富油。余氣系數(shù)與火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊年P系：0.8＜α＜0.9時火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲笥鄽庀禂?shù)偏離這個數(shù)值，不論向富油方向或向貧油方向變化，火焰?zhèn)鞑ニ俣染獪p小余氣系數(shù)大于1.3或小于0.4，混合氣就不能著火燃燒要保證正常的燃燒，混合氣的余氣系數(shù)應在0.6－1.1之間α＞1.1為過份貧油;α＜0.6為過份富油為了縮短燃燒過程進行的時間，混合氣的余氣系數(shù)應在0.8－0.9之間。二、燃燒過程的壓容圖吸氣式發(fā)動機燃燒過程壓容圖增壓式發(fā)動機燃燒過程壓容圖提前點火一、提前點火的必要性為了保證燃氣最大壓力值出現(xiàn)在曲軸轉過上死點后10—15度，以獲得近可能大的發(fā)動機功率，就必須使發(fā)動機點火提前。所以，在壓縮行程的末期，活塞尚未到達上死點時，電嘴就跳火點燃混合氣，這叫做發(fā)動機提前提前點火角定義：從電嘴跳火花開時到活塞運動到上死點為止，曲軸所轉過的角度。即，電嘴剛跳火時，曲柄與氣

缸中心線之間的夾角。提前點火，就是在壓縮行程的后期點火。提前點火角約為：20°～35°。好處：使氣缸內(nèi)的壓力最高，出現(xiàn)在活塞過上死點后曲軸轉，再轉10～15°時，，這樣可以使發(fā)動機輸出的功率最大。二、提前點火角的選擇提前點火角過大時，–氣缸內(nèi)氣體的壓力和溫度升高的過早，活塞壓縮氣體所消耗的功將增大;–同時燃氣向外放出的熱量增多，致使氣體膨脹過程所作的功減小，這些都會減小發(fā)動機的輸出功率。–提前點火角過大時，還容易發(fā)生爆震，嚴重時由于在壓縮過程的后期，作用于活塞上的壓力太大還會使曲軸發(fā)生倒轉。提前點火角過小時，氣缸內(nèi)燃氣的最高壓力出現(xiàn)的晚，數(shù)值也將減小，這也會使發(fā)動機輸出的功率減小。三、影響有利提前點火角的因素有利提前點火角等于曲軸在燃燒過程第一、二階段內(nèi)的旋轉角減去10-15度。由于燃燒過程第一、二階段內(nèi)曲軸旋轉角取決于發(fā)動機轉速和燃燒過程第一、二階段所需的時間，而此時間又取決于火焰?zhèn)鞑ニ俣?。因此，有利提前點火角取決于發(fā)動機轉速和火焰?zhèn)鞑ニ俣?。三、影響有利提前點火角的因素在發(fā)動機轉速保持不變的情況下，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍龃?，燃燒時間就縮短，在這段較短的時間內(nèi)，曲軸轉過的角度也減小。為了使燃氣在上死點后10-15度時產(chǎn)生最大的壓力，有利提前點火角應該減小。反之，火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小，有利提前點火角就應該增大。因此，所有增大火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩囟际褂欣崆包c火角減小。三、影響有利提前點火角的因素在火焰?zhèn)鞑ニ俣炔蛔兊那闆r下，發(fā)動機轉速增加，則在燃燒過程第一、二階段時間內(nèi)，曲軸的轉角增大，為了使燃氣能在上死點后10-15度產(chǎn)生最大壓力，有利提前點火角就應增大。一、混合氣過貧油燃燒當混合氣的余氣系數(shù)大于1.1時，混和氣中燃料過少，空氣過多，所以火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小，每公斤混合氣燃燒后的發(fā)熱量減少，從而產(chǎn)生各種不正常燃燒現(xiàn)象：(1)發(fā)動機功率減少，經(jīng)濟性變差(2)排氣管發(fā)出短促而尖銳的聲音(3)氣缸頭溫度低(4)汽化器回火(5)發(fā)動機振動二、混合氣過富油燃燒混合氣過富油時，燃料不能完全燃燒，燃料汽化吸收的熱量增多，每公斤混合氣燃燒后的發(fā)熱量減小，燃氣最大壓力出現(xiàn)得晚。因此，發(fā)動機也會出現(xiàn)與過貧油燃燒時相似的現(xiàn)象如發(fā)動機功率減少，經(jīng)濟性變差，氣缸頭溫度低，發(fā)動機振動等。但是混合氣過富油燃燒也有下列一些不同的現(xiàn)象：(1)氣缸內(nèi)部積炭(2)排氣管口冒黑煙和“放炮”三、早燃定義：早燃是電嘴沒跳火，混合氣就燃燒的現(xiàn)象。原因：主要是氣缸頭溫度過高或壓縮比過大，也就是說，在氣缸內(nèi)存在熾熱點，如氣缸頭溫度過高，會使電嘴、排氣門等高溫機件處積炭而熾熱，造成早燃。危害：–早燃發(fā)生后，氣體壓力升高過早，壓縮行程消耗的功增大，–燃氣散熱量增大，膨脹所作的功減小，于是發(fā)動機功率減小，經(jīng)濟性變差。–多氣缸發(fā)動機，如果少數(shù)氣缸發(fā)生早燃，由于曲拐機構受力不均勻，發(fā)動機會發(fā)生強烈的震動。–若發(fā)動機在小轉速工作時發(fā)生早燃，壓縮行程后期燃氣作用在活塞上的壓力過大，而曲軸旋轉的慣性又較小，還會引起曲軸倒轉，損壞機件。–必須防止發(fā)動機產(chǎn)生早燃。預防：–為了防止發(fā)生早燃，必須正確地使用和維護發(fā)動機，確保發(fā)動機氣缸頭溫度正常，同時要防止氣缸內(nèi)積炭。–在維修發(fā)動機時，當發(fā)現(xiàn)電嘴等機件發(fā)生積炭，應將它們卸下，并浸泡在規(guī)定的溶液中，當炭層軟化后用鬃毛刷子將已軟化的炭層刷掉。特別要指出，不準用刮刀、銼等金屬工具刮掉機件上的炭層，以避免損壞機件。四、爆震定義：混合氣爆炸性的燃燒叫做爆震。危害：–爆震會使氣缸局部溫度急劇升高，活塞、氣門及電嘴等機件過熱或被燒壞;–局部燃氣以很高的壓力突然作用在活塞上，使曲拐機構承受沖擊負荷，易于損壞;–燃燒不完全，排氣管周期性地冒出黑煙;–發(fā)動機的功率減小，經(jīng)濟性變差。燃料的抗爆性：–燃油的品級，即燃油的辛烷值：燃油的辛烷值愈高，表示其抗爆性愈強，發(fā)動機使用這種燃油，就不容易產(chǎn)生爆震;反之，燃油的辛烷值愈低，抗爆性愈差，發(fā)動機就愈容易產(chǎn)生爆震。各類發(fā)動機采用的燃油的品級是有規(guī)定的，若使用了比規(guī)定的燃油品級低的燃油，發(fā)動機工作時就可能產(chǎn)生爆震。發(fā)動機工作狀態(tài)對爆震的影響：–壓縮比：增大發(fā)動機的壓縮比，壓縮后的混合氣的壓力增大，溫度升高，混合氣燃燒時的壓力和溫度也隨之升高，這會加速過氧化物的形成，容易發(fā)生爆震。所以，壓縮比愈高愈容易爆震。為了防止爆震的產(chǎn)生，現(xiàn)代航空活塞式發(fā)動機的壓縮比一般限制在8.5以下。–進氣壓力和進氣溫度：進氣壓力和進氣溫度過高，混合氣被壓縮后的壓力和溫度也就愈高，燃燒較晚的那部分混合氣產(chǎn)生的過氧化物也隨之增多，故容易產(chǎn)生爆震。發(fā)動機工作狀態(tài)對爆震的影響：–氣缸頭溫度：氣缸頭溫度過高時，混合氣受熱程度增大，溫度升高，產(chǎn)生的過氧化物也就增多，故容易產(chǎn)生爆震。因此，必須保持發(fā)動機散熱良好，以防止發(fā)動機溫度過高。所以，氣缸頭溫度愈高愈容易爆震。–提前點火角：：提前點火角過大時，發(fā)動機容易發(fā)生爆震。這是因為混合氣邊燃燒，邊壓縮的時間增加，混合氣的壓力和溫度升高很快，過氧化物形成得更多的緣故。–發(fā)動機轉速：發(fā)動機在低轉速，高的進氣壓力下，容易產(chǎn)生爆震。所以活塞式發(fā)動機應避免在高進氣壓力，低的轉速下工作。防止爆震的方法：–按規(guī)定牌號使用燃料–使用發(fā)動機時，不得使進氣壓力、進氣溫度以及最大進氣壓力的使用時間超過規(guī)定值–發(fā)動機在小轉速工作時，不得使用大的進氣壓力–使用發(fā)動機時，注意發(fā)動機溫度不能超過規(guī)定值–防止氣缸內(nèi)部積炭膨脹過程一、膨脹過程的進行情況膨脹過程是燃氣膨脹推動活塞作功的過程。在這個過程中，高溫、高壓的燃氣膨脹，推動活塞，使曲軸旋轉，產(chǎn)生動力，所以，膨脹過程是使熱能轉換為機械能的過程。膨脹過程從活塞運動到上死點時開始，到活塞行至下死點時結束。曲軸旋轉180°。二、殘余燃燒如第三節(jié)所述，氣缸內(nèi)燃氣最大壓力出現(xiàn)之后到全部混合氣燒完為止，是燃燒過程的第三階段，也稱殘余燃燒或者燃燒過程的后燃期。殘余燃燒一般在膨脹過程中結束，但有時也會延續(xù)到整個排氣過程還在進行燃燒。三、膨脹過程的壓容圖吸氣式發(fā)動機膨脹過程壓容圖增壓式發(fā)動機膨脹過程壓容圖排氣過程一、排氣過程的進行情況

排氣過程從排氣門打開時開始，到排氣門關閉時結束，它是指膨脹作功后的廢氣從氣缸排出的過程。

排氣過程的作用是清除氣缸中的廢氣，以便使新鮮的混合氣進入氣缸，氣缸中的廢氣排除得越多，充填量就越大，發(fā)動機的功率就越高。二、排氣門的早開晚關排氣過程開始于排氣門打開時，但排氣門不是在活塞到達膨脹行程下死點時才突然打開的，而是在活塞到達膨脹行程下死點之前，即膨脹行程的后期就打開，排氣門的關閉也延續(xù)到活塞到達上死點之后，即下一進氣行程初排氣門的

開角γ–定義:排氣門的 開角是排氣門剛剛打開時，曲柄與氣缸中心線之間的夾角。–排氣門要 開，應在膨脹行程的后期打開。–排氣門 開角約為50°－80°。–好處：排氣門開可以盡量多地排除廢氣，盡量多地進入新鮮的混合氣，減少排氣行程中活塞所消耗的功，從而提高發(fā)動機的輸出功率。排氣門的早開角γ–開的過早，會影響膨脹行程的進行，減小輸出功率。–開得過晚，則排氣不徹底，增加活塞向上運動的阻力，減小輸出功率。排氣門的晚關角δ–定義：排氣門的晚關角是排氣門恰好完全關閉時，曲柄與氣缸中心線之間的夾角。–排氣門要晚關就應在進氣行程的初期關閉。–排氣門晚關角的范圍:20°～40°。–好處：排氣門晚關可以盡量多地進入新鮮的混合氣;增大新鮮混合氣的充填量，提高發(fā)動機的輸出功率。排氣門的晚關角δ–關的過早，則廢氣排氣得不徹底，就會減少進入氣缸的新鮮混合氣的充填量，降低容積效率，減少輸出功率。–關得過晚，已進入氣缸的一部分新鮮混合氣會從排氣門直接排入大氣，使發(fā)動機的經(jīng)濟性不好。三、氣門同開角–定義：進氣門和排氣門同為打開狀態(tài)，曲軸旋轉的角度叫氣門同開角或叫氣門重疊。–大?。和_角等于進氣門早開角與排氣門晚關角之和，即同開角＝α＋δ。–范圍：航空活塞式發(fā)動機的氣門同開角約為40－80°。三、氣門同開角–好處：氣門同開可以增加進入氣缸新鮮混合氣的充填量提高發(fā)動機的容積效率增大發(fā)動機的輸出功率也有利于氣缸的冷卻。四、排氣過程的壓容圖吸氣式發(fā)動機排氣過程壓容圖增壓式發(fā)動機排氣過程壓容圖定時圖定義：用曲軸旋轉的角度來表示氣門開關和點火時刻的圖形叫定時圖。功用：定時圖集中而形象地表明了發(fā)動機工作時各個過程所歷經(jīng)的角度，它對外場維護工作有重要的作用，根據(jù)定時圖，可以正確地安裝、調(diào)整或檢查氣門機構、磁電機等定時機件。從定時圖中可以看出進氣門早開角α、進氣門晚

關角β、前點火角φ、氣門開角δ、排氣門晚關角γ。這些角度的數(shù)值隨發(fā)動機型別的不同而不同，每

一型別的發(fā)動機都有它自己的定時圖。–進氣門打開狀態(tài)曲軸旋轉過的角度為180°＋α＋β。–排氣門打開狀態(tài)曲軸旋轉過的角度為180°＋δ＋γ。–進氣門和排氣門同時關閉狀態(tài)曲軸旋轉過的角度為360°－β－δ。–從電嘴跳火到進氣門打開曲軸旋轉過的角度為φ－α＋360°。第四章

活塞式發(fā)動機功率和經(jīng)濟性發(fā)動機的功率發(fā)動機的經(jīng)濟性航空活塞式發(fā)動機的熱平衡發(fā)動機的功率一、指示功率示功圖–在活塞式發(fā)動機的一個實際工作循環(huán)中，氣缸內(nèi)氣體的壓力隨氣缸容積變化的圖形叫做示功圖。–它能表示出氣缸內(nèi)的氣體在一個實際工作循環(huán)中對活塞所作的功。實際循環(huán)曲線活塞發(fā)動機的示功圖增壓式活塞發(fā)動機的示功圖圖中點1進氣門打開時刻；點2進氣門完全關閉時刻；點3點火時刻；點4排氣門打開時刻；點5排氣門完全關閉時刻。e，b為上死點；a，d為下死點；c為壓力最高點。曲線1-e-d-2為進氣過程；曲線d-2-3-b為壓縮過程；曲線3-b-c為燃燒過程的第一、二階段。曲線b-c-4-d為膨脹過程；曲線4-d-e-5為排氣過程。指示功：在一次實際循環(huán)中，一個氣缸中的氣體對活塞所作的功稱為指示功。它是燃燒室發(fā)出的功。影響指示功的因素：余氣系數(shù)，發(fā)動機轉速，提前點火角，進氣壓力和排氣壓力，進氣溫度，大氣濕度等。影響指示功的因素：–余氣系數(shù)：指示功隨余氣系數(shù)的變化規(guī)律是：當余氣系數(shù)在0.8－0.9范圍內(nèi)時，指示功最大;余氣系數(shù)偏離這個范圍，指示功都減小。故將余氣系數(shù)等于0.85這個值叫做最大指示功余氣系數(shù)。–轉速：轉速對指示功的影響是:隨著轉速的增加，指示功增大，以后又隨轉速的增加而減小。影響指示功的因素：–提前點火角：當提前點火角為最有利數(shù)值時，氣缸內(nèi)混合氣燃燒后的最大壓力出現(xiàn)在上死點后10－15°，指示功達到最大。–提前點火角偏離最有利數(shù)值時，指示功都減小。–這是因為提前點火角過大，點火過早，燃氣對氣缸傳熱的時間變長，散熱損失增大，使指示功減小。–提前點火角過小，活塞在膨脹行程中已經(jīng)離開上死點很遠，混合氣才燃燒完，由于放熱太遲，熱能沒有得到充分利用，所以使指示功減小。影響指示功的因素：–進氣壓力和排氣壓力進氣壓力增大時，進入氣缸的氣體的密度增大，充填量增大，因此指示功增大。排氣壓力減小時，如果進氣壓力保持不變，則排氣過程中排出的廢氣量增多，充填量增大，指示功也就增大。影響指示功的因素：–進氣溫度：進氣溫度上升，在進氣壓力保持不變的情況下，進入氣缸的氣體的密度減小，充填量變小，因此指示功減小。–大氣濕度：大氣濕度增大，進入氣缸中的混合氣中的水蒸氣的含量增多，使充填量減小，所以使指示功減小。不過，在通常情況下，由于空氣中水蒸氣的分壓很小，故大氣濕度的變化對指示功的影響不大。指示功率–單位時間作的指示功稱為指示功率，用符號N指示表示。–它是燃燒室發(fā)出的功率。影響指示功率的因素：指示功，氣缸數(shù)和轉速。對所使用的發(fā)動機來說，氣缸數(shù)不變，所以只取決于指示功和轉速。影響指示功率的因素：–指示功在氣缸數(shù)目和轉速不變的情況下，指示功增大，指示功率也增大。–氣缸數(shù)目在指示功和轉速不變的情況下，氣缸數(shù)目增多，指示功率增大影響指示功率的因素：–轉速在氣缸數(shù)目不變的情況下，發(fā)動機轉速增大時，起初使指示功率增大得比較快，到某一轉速以后，繼續(xù)增大轉速,指示功率的增大減慢，到某一轉速時,指示功率達到最大值，之后再增大轉速，則因指示功迅速減小，指示功率也減小。二、阻力功率–機件摩擦損失活塞,漲圈與氣缸壁面之間摩擦，連桿與曲軸之間、曲軸與軸承之間摩擦氣門機構內(nèi)各機件之間都產(chǎn)生摩擦。其中以活塞和漲圈與氣缸壁面之間的摩擦阻力最大,消耗的功率最多，約總機械損失的50～60％。–帶動附件消耗的功率–進排氣損失影響阻力功率的因素：–發(fā)動機轉速、滑油溫度、進氣壓力、壓縮比等。–發(fā)動機轉速：發(fā)動機轉速增大時，克服機件摩擦所消耗的功率和帶動附件所消耗的功率都隨之增大，轉速增大進、排氣時間縮短，進氣管和排氣管中氣流的速度增大，流動阻力增加進排氣損失功增大。阻力功率與轉速的平方成正比。–滑油溫度：滑油溫度升高時，滑油粘度降低，機件摩擦面之間的油膜難以維持，而不連續(xù)，引起金屬間直接接觸，增大摩擦力，使阻力損失增大?；蜏囟冉档蜁r，滑油粘度增大，機件運動阻力增大，使阻力損失增大。所以滑油溫度升高或降低，都會使阻力損失增大。三、內(nèi)傳動式增壓器功率–由于內(nèi)傳動式增壓器是靠發(fā)動機本身曲軸帶動的，它也要消耗一部分功率。增壓器消耗的功率，叫

做增壓器功率。其中，k2為一比例常數(shù)，G空為流入增壓器的空氣流量，n為發(fā)動機轉速。四、有效功率–發(fā)動機傳遞給螺旋槳的功率叫做有效功率，用Ne表示。–對于吸氣式發(fā)動機來說，有效功率等于指示功率減去阻力功率;即Ne=Ni

-Nf–對于增壓式發(fā)動機來說，有效功率等于指示功率減去阻力功率，再減去帶動增壓器所消耗的功率;即Ne=Ni

-Nf

–Nc–有效功率的大小決定于指示功率、阻力功率和增壓器功率影響有效功率的因素：

–進氣壓力：進氣壓力增加，使充填量增加，發(fā)動機的指示功率增大。這時阻力功率基本保持不變；增壓器功率有所增加，但沒有指示功率增加得多。所以是，發(fā)動機的有效功率隨進氣壓力的增加而增大。影響有效功率的因素：

–進氣溫度：進氣溫度降低，使充填量增加，發(fā)動機的指示功率增大；混合氣燃燒后壓力高，活塞與氣缸壁之間的摩擦損失大，阻力功率增大；增壓器功率因空氣流量增加而增大；但是，后兩項功率的增加較指示功率的增加小。所以，發(fā)動機的有效功率隨進氣溫度的降低而增大。影響有效功率的因素：

–提前點火角：提前點火角的變化，主要影響指示功率，對阻力功率和增壓器功率影響較小。由于提前點火角過大或過小，均使指示功率減小，從而使有效功率減小。所以，只有在有利提前點火角下工作時，發(fā)動機的指示功率最大，有效功率也最大。影響有效功率的因素：

–滑油溫度：

滑油溫度的變化，主要影響阻力功率。當滑油溫度適當時，摩擦損失功率最小，有效功率最大；過大或過小的滑油溫度，都會使有效功率減小。–混合氣余氣系數(shù)：

混合氣余氣系數(shù)，主要影響指示功率，對阻力功率和增壓器功率影響較小。發(fā)動機的經(jīng)濟性一、發(fā)動機的效率–指示效率有效效率等于指示功與單位時間加入的燃油完全燃燒所釋放的理論熱量的比值–機械效率機械效率等于有效功與指示功的比值–有效效率有效效率等于有效功與單位時間加入的燃油完全燃燒所釋放的理論熱量的比值二、發(fā)動機的燃油消耗率–燃油消耗量發(fā)動機每小時消耗的燃油重量–有效燃油消耗率產(chǎn)生單位有效功率，在一小時內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量稱為有效燃油消耗率,簡稱為燃油消耗率發(fā)動機每小時所消耗的燃油質(zhì)量越少，產(chǎn)生的有效功率越大，則燃油消耗率越低，發(fā)動機的經(jīng)濟性越好。所以，有效燃油消耗率是評定活塞式發(fā)動機性能的一個重要指標。–影響燃油消耗率的因素1、混合氣的余氣系數(shù)當混合氣余氣系數(shù)接近于最經(jīng)濟余氣系數(shù)，燃料燃燒最完全，燃油消耗率最小。2、機械效率機械效率高，說明機械損失功率小，燃油消耗率就小。發(fā)動機的熱平衡

在發(fā)動機的實際工作中，燃料的理論放熱量只有小部分轉換成有效功，而大部分則損失掉了。燃料的理論放熱量在作功和各項損失上的分配情況，叫做發(fā)動機的熱平衡。

燃料燃燒時放出的熱量，大部分隨廢氣排出發(fā)動機外，一部分被冷卻劑和滑油帶走，余下的部分轉換為有效功，并以機械能的形式傳給螺旋槳。第五章

航空活塞式發(fā)動機的特性負荷特性螺旋槳特性高度特性增壓特性

發(fā)動機的有效功率和燃油消耗率隨發(fā)動機的轉速、進氣壓力和飛行高度的變化規(guī)律，叫做發(fā)動機的特性。

航空活塞式發(fā)動機的特性主要是指：負荷特性、螺旋槳特性、高度特性和增壓特性。負荷特性一、吸氣式發(fā)動機的負荷特性當節(jié)氣門全開時,發(fā)動機的有效功率和有效燃油消耗率隨發(fā)動機轉速的變化規(guī)律,叫做吸氣式發(fā)動機的負荷特性。試驗：–試驗在地面進行，–在試驗中，用改變槳葉角的辦法來改變發(fā)動機的轉速：槳葉角增大，負荷增大，轉速減?。粯~角減小，負荷變小，轉速增大。–節(jié)氣門全開；–混合氣的余氣系數(shù)保持不變；–提前點火角在每個轉速都調(diào)到最有利的數(shù)值。規(guī)律：–當轉速由較小轉速增大時，有效功率增大而后隨著轉速的增大而減小。–燃油消耗率隨轉速的增大一直是增大的。二、增壓式發(fā)動機的負荷特性當進氣壓力保持為最大時，發(fā)動機的有效功率和有效燃油消耗率隨發(fā)動機轉速的變化規(guī)律,叫做增壓式發(fā)動機的負荷特性。試驗：–試驗在地面或按空中的條件進行；–用改變槳葉角的辦法改變負荷以改變發(fā)動機的轉速；–余氣系數(shù)保持不變；–提前點火角在每個轉速都調(diào)到最有利的數(shù)值。–利用改變節(jié)氣門度的方法來保持進氣壓力不變。–當轉速減小時，增壓器的增壓能力變小，必須逐漸開大節(jié)氣門，轉速減小到某一數(shù)值以后，節(jié)氣門全開，轉速繼續(xù)減小，進氣壓力也隨之減小。規(guī)律：–當轉速由較小轉速增大時，有效功率增大而后隨著轉速的增大而減小。–燃油消耗率隨轉速的增大一直是增大的。

如圖示，內(nèi)傳動增壓式發(fā)動機的負荷特性與吸氣式發(fā)動機的負荷特性相似。

其區(qū)別在于：增壓式發(fā)動機的有效功率隨轉速的增大而增大的程度，比吸氣式發(fā)動機的平緩，而有效燃油消耗率隨轉速增大而增大的程度，比吸氣式發(fā)動機的急劇。螺旋槳特性

在螺旋槳的槳葉角保持不變的條件下，發(fā)動機的有效功率和燃油消耗率隨發(fā)動機轉速變化的規(guī)律，叫做發(fā)動機的螺旋槳特性。一、吸氣式發(fā)動機的螺旋槳特性–有效功率隨轉速的增大而增大;–燃油消耗率隨轉速的增大，先是減小，而后增大。(1)有效功率隨轉速變化的解釋

(2)燃油消耗率隨轉速變化的解釋二、增壓式發(fā)動機的螺旋槳特性–轉速增大時，有效功率與轉速的立方成正比地增大；–燃油消耗率隨著轉速的增大，也是首先減小，然后再增大。–但是，由中轉速到大轉速增加時，增壓發(fā)動機的有效燃油消耗率增大較快。余氣系數(shù)：–在高轉速工作時，為了使發(fā)動機能輸出大功率，余氣系數(shù)等于0.85。–在中等轉速工作時，必須在保證發(fā)動機穩(wěn)定工作的前提下，來提高發(fā)動機的經(jīng)濟性，混合氣