航空活塞發(fā)動機分類組成工作原理

（優(yōu)選）航空活塞發(fā)動機分類組成工作原理目前一頁\總數三十九頁\編于十點21.航空活塞式發(fā)動機的類型一、航空活塞式發(fā)動機的分類按油氣混合物的配制方式區(qū)分：化油器式發(fā)動機噴油式發(fā)動機按發(fā)動機的冷卻方式區(qū)分：氣冷式發(fā)動機液冷式發(fā)動機按氣體進入氣缸前是否增壓區(qū)分：吸氣式發(fā)動機增壓式發(fā)動機按發(fā)動機曲軸與螺旋槳間有無減速器區(qū)分：直接驅動式發(fā)動機非直接驅動式發(fā)動機目前二頁\總數三十九頁\編于十點3按氣缸排列的形式區(qū)分:直列式發(fā)動機直立式發(fā)動機正立式發(fā)動機倒立式發(fā)動機說明：使用正立式發(fā)動機，由于處理螺旋槳和地面的間隙為飛機設計帶來困難，目前多使用氣缸頭朝下、曲軸在上的倒立式發(fā)動機。這兩種發(fā)動機多用小型飛機1.航空活塞式發(fā)動機的類型目前三頁\總數三十九頁\編于十點4第一節(jié)航空活塞式發(fā)動機的類型水平對置式發(fā)動機：多用于小型飛機，如圖所示。常常使用四個氣缸或六個氣缸。分兩列水平方向安裝在發(fā)動機匣的兩側，V型發(fā)動機：將八個或十二個氣缸分兩列安裝在機匣上，從發(fā)動機正面看去，其排列形式如同英文字母V相似。曾廣泛用于殲擊機和強擊機。還曾出現過H型、W型、X型等活塞式發(fā)動機目前四頁\總數三十九頁\編于十點51.航空活塞式發(fā)動機的類型星形發(fā)動機：有多種飛機曾經使用或正在使用。結構特征:從正面看，所有氣缸均以曲軸為中心，沿圓周呈輻射狀均布于機匣上，就像閃爍的星星，故稱星形發(fā)動機。此類發(fā)動機有單層、雙層和多層等不同形式，單層分為五缸、七缸和九缸三種。雙層星形發(fā)動機有十四缸和十八缸兩種，每層各為七缸和九缸，前后兩層氣缸交錯安裝，利于氣缸冷卻;多層星形發(fā)動機曾出現過四層二十八缸和四層三十六缸兩種，但結構復雜，很少使用。目前五頁\總數三十九頁\編于十點具體發(fā)動機的全稱例：運五飛機上的活塞五型航空活塞式發(fā)動機，其全稱？目前六頁\總數三十九頁\編于十點72.航空活塞式發(fā)動機的組成基本組件：活塞、曲軸、連桿、氣缸、進排氣門和火花塞等?；钊夯钊跉飧字型鶑瓦\動。其頂面和氣缸頭的內表面之間的空間是燃燒室?；钊涎b有數個彈性很強的活塞環(huán)，又稱漲圈，其作用是是防止燃燒室內的高溫高壓燃氣向外泄漏，并防止滑油從外部進入燃燒室。目前七頁\總數三十九頁\編于十點82.航空活塞式發(fā)動機的組成曲軸和連桿（如圖）：活塞和曲軸由連桿相連，從而將活塞的直線運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動，并將從每個氣缸獲得的功傳輸到螺旋槳。氣缸：內壁是燃燒室的組成部分。發(fā)動機工作過程中，汽油和空氣的混合物在燃燒室中被壓縮，點火燃燒變?yōu)楦邷?、高壓燃氣，通過燃氣膨脹使熱能轉變?yōu)闄C械能。進、排氣門：新鮮油氣混合物通過進氣門進入氣缸，膨脹做功后的燃氣(或稱乏氣、廢氣)通過排起門由氣缸排出后經過排氣系統排往大氣。進排氣門的開閉由氣門機構控制?；鸹ㄈ夯鸹ㄈ墓δ苁沁m時高壓放電，點燃氣缸中的新鮮油氣混合物。人們習慣稱其為電嘴。目前八頁\總數三十九頁\編于十點活塞式發(fā)動機典型構成(E)排氣凸輪軸(I)進氣凸輪軸(S)火花塞(V)氣門(P)活塞(R)連桿(C)曲軸(W)水冷的水套目前九頁\總數三十九頁\編于十點102.航空活塞式發(fā)動機的組成工作系統燃油系統燃油系統的功能是儲油和供油。供油過程中，將燃油霧化并與空氣均勻摻混后，供入氣缸。根據油氣混合物配置方法不同，有化油器式和噴油式兩種燃油系統。點火系統由磁電機、分電器和火花塞三部分組成。磁電機是產生高壓電的自備電源，通過分電器將高壓電依次接通各個氣缸的火花塞，使火花塞產生電火花，將氣缸中的新鮮混合氣點燃。起動系統當發(fā)動機開車時，首先使用起動系統將曲軸轉動，使發(fā)動機由靜止狀態(tài)過渡到正常運轉狀態(tài)，完成起動過程。起動系統有氣體壓力和電動力兩種。輕型發(fā)動機多使用電力起動方式，即使用電動機帶動慣性系統旋轉，利用慣性系統儲存的能量帶動曲軸加速轉動，同時點火，使發(fā)動機自主運轉起來。目前十頁\總數三十九頁\編于十點112.航空活塞式發(fā)動機的組成

4.潤滑系統潤滑系統的功用是減輕發(fā)動機上各個相對運動機件之間的摩擦，加強發(fā)動機內部冷卻等等。在該系統中，滑油泵不斷地將滑油從滑油儲存器中吸出，使滑油在發(fā)動機內部循環(huán)后重新返回儲存器中。5.冷卻系統有氣冷式和液冷式兩種，輕型發(fā)動機(如直立式和水平對置式發(fā)動機)和星形發(fā)動機多用氣冷式;V型發(fā)動機使用液冷式。冷卻系統主要是為加強發(fā)動機的外部冷卻，外部冷卻和潤滑系統的內部冷卻使發(fā)動機能夠在允許的溫度條件下正常運轉。目前十一頁\總數三十九頁\編于十點123.航空活塞式發(fā)動機的基本工作原理基本術語：上死點下死點活塞行程燃燒室燃燒室容積全體積余隙體積工作體積目前十二頁\總數三十九頁\編于十點發(fā)動機的工作循環(huán)133.航空活塞式發(fā)動機的基本工作原理壓縮膨脹目前十三頁\總數三十九頁\編于十點四沖程循環(huán)運作過程1、進氣行程2、壓縮行程3、膨脹行程4、排氣行程目前十四頁\總數三十九頁\編于十點153.航空活塞式發(fā)動機的基本工作原理進氣沖程和充填系數理論充填量和實際充填量理想情況下，一次進氣過程進入一個氣缸的空氣質量，稱為理論充氣量。所謂理想情況是指空氣在氣缸中所占的容積為氣缸工作容積。對于吸氣式發(fā)動機，氣缸中氣體的壓力和溫度分別等于外界大氣的壓力和溫度;對于增壓式發(fā)動機，氣缸中氣體的溫度和壓力分別等于增壓器后氣體的溫度和壓力。理論充氣量并不是進入氣缸的實際空氣量，但它可作為評價進氣好壞的基準。實際充填量是指在一次進氣過程中進入一個氣缸的實際空氣質量，簡稱其為充填量。由于進氣過程中氣體的流動損失、熾熱發(fā)動機對氣體加熱、氣缸中存有殘余廢氣以及氣門疊開等因素的影響，充填量會有較大的變化范圍。目前十五頁\總數三十九頁\編于十點163.航空活塞式發(fā)動機的基本工作原理充填系數實際充填量與理論充填量之比稱為充填系數。吸氣式發(fā)動機的充填系數小于增壓式發(fā)動機的充填系數，主要原因是增壓式發(fā)動機在氣門疊開時掃除氣缸內殘存廢氣的效果顯著所致。現代活塞式發(fā)動機的充填系數為0.7-1.2。壓縮沖程和壓縮比壓縮比=全容積/余隙容積壓縮比是活塞式發(fā)動機的重要設計參數，它不僅表示氣缸內氣體壓縮的程度，同時與發(fā)動機的性能有密切關系，壓縮比增大時，發(fā)動機的功率增加，經濟性也提高。壓縮比的增大是有限度的，當壓縮比超過一定限度時，會引發(fā)不正常燃燒，包括爆燃和早燃?；钊桨l(fā)動機的壓縮比大約為6-l0。目前十六頁\總數三十九頁\編于十點173.航空活塞式發(fā)動機的基本工作原理膨脹沖程當壓縮沖程既將結束，活塞即將移至上死點的時候，火花塞打火點燃油氣混合物，并在極短時間內通過燃燒變?yōu)槿細?，同時將燃料中的化學能轉換為熱能，使燃氣的壓力和溫度急劇升高，作用在活塞內表面上的巨大壓力推動活塞由上死點迅猛地向下死點移動，當活塞抵達下死點時，完成膨脹沖程。通過膨脹沖程，使發(fā)動機對外做功，所以，膨脹沖程又稱為做功沖程。排氣沖程在排氣過程中，排氣門打開，活塞由下死點向上死點移動，推擠氣缸中的廢氣通過排氣門排出氣缸。當活塞移到上死點時，絕大部分廢氣被排出氣缸，排氣門關閉，排氣沖程結束。目前十七頁\總數三十九頁\編于十點18航空活塞式發(fā)動機的基本工作原理四沖程活塞式發(fā)動機的主要工作特征:四沖程構成一個循環(huán)，周而復始使得發(fā)動機連續(xù)不斷地輸出功。在每一個工作循環(huán)中火花塞只點一次火，曲軸旋轉兩周。在四個沖程中，只有膨脹沖程做功，其他沖程不做功，而且消耗一定的功，例如在壓縮沖程中要消耗壓縮功;進氣和排氣沖程中要克服氣體流動阻力耗功:克服各種摩擦耗功;各種附件所需消耗的功等等。膨脹沖程所作的功在扣除所有上述內部消耗的功以后，由曲軸輸出的功才是活塞式發(fā)動機對外輸出的有用功。目前十八頁\總數三十九頁\編于十點目前十九頁\總數三十九頁\編于十點20第四節(jié)氣門定時氣門機構氣門機構的功用是按設計要求適時地將進氣門和排氣門打開和關閉.各部件作用：曲軸齒輪氣門機構目前二十頁\總數三十九頁\編于十點21第四節(jié)氣門定時氣門定時氣門早開氣門晚關氣門同開(氣門疊開)提前點火角下死點上死點進氣門開四沖程發(fā)動機氣門定時目前二十一頁\總數三十九頁\編于十點有效曲軸轉角功率的傳遞主要發(fā)生在一個不很大的曲軸轉角之內，這個角度稱為有效曲軸轉角。有效曲軸角與點火時間有關。提前點火角25°可完全燃燒—超過上死點30°，燃氣壓力達最高—30-120為有效曲軸轉角—過120°，排氣門打開，功率傳遞大大降低。做功沖程中的有效曲軸角目前二十二頁\總數三十九頁\編于十點23第五節(jié)氣缸中的燃燒氣缸中的燃燒指的是新鮮油氣混合物在氣缸中的燃燒放熱現象，其燃燒過程由火花塞點火開始，至油氣混合物燒完為止。由于燃燒速度極快，容易使人認為在點火后的一瞬間就完成燃燒過程。實際上，從點火一剎那開始，火焰向未燃混合氣體的傳播速度不可能接近無窮大，燃燒過程需要一定的時間.為使油氣混合物盡可能在恰當時機完全燃燒，以提高發(fā)動機的功率和經濟性，活塞在壓縮沖程尚未抵達上死點時即令火花塞點火，使油氣混合物能在上死點附近一個不大的曲軸角內基本燃燒完畢。目前二十三頁\總數三十九頁\編于十點24第五節(jié)氣缸中的燃燒余氣系數

理論空氣量；對航空汽油，L理為14.9kg。

2C8H18+25O2->16CO2+18H2O

a=L實/L理

貧、富油油氣比故當a=1時，r=0.067，此為恰當油氣比。目前二十四頁\總數三十九頁\編于十點正常燃燒和非正常燃燒25第五節(jié)氣缸中的燃燒圖：一個工作循環(huán)氣缸內氣體壓力隨曲軸角的變化目前二十五頁\總數三十九頁\編于十點26第五節(jié)氣缸中的燃燒過貧油和過富油時的燃燒油氣混合物過貧時:1.功率減小、經濟性差最大壓力值減小，做功量減少2.排氣管出現火舌火焰?zhèn)鞑ヂ?，排氣沖程末還在燃燒3.化油器回火定義；啟動時易發(fā)生；防止措施(靠近進氣門位置安裝金屬蜂窩網)4.氣缸頭溫度降低貧油時發(fā)熱量少，使燃氣溫度和氣缸溫度降低，對燃油氣化和燃不利5.發(fā)動機振動油氣混合不均勻，各工作循環(huán)氣缸內壓力相差較大，運轉不平穩(wěn)目前二十六頁\總數三十九頁\編于十點27第五節(jié)氣缸中的燃燒油氣混合物過富油時1.功率減小、經濟性差燃油不完全燃燒，發(fā)熱量少，最大壓力值減小2.氣缸內積炭定義；機件表面；火花塞；氣門3.排氣管冒煙與“放炮”廢氣中含大量未燃和正燃碳分，故有黑煙和火舌；剩余可燃物復燃駕駛員猛拉油門桿關小節(jié)氣門，會發(fā)生放炮現象。4.氣缸頭溫度降低發(fā)熱量少，燃油氣化吸熱5.發(fā)動機振動

油氣混合不均勻，各工作循環(huán)氣缸內壓力相差較大，運轉不平穩(wěn)目前二十七頁\總數三十九頁\編于十點28第五節(jié)氣缸中的燃燒爆燃：氣缸中油氣混合物的正常燃燒遭到破壞，并在未燃混合氣局部自發(fā)出現爆炸性的燃燒,種現象叫做爆震燃燒，簡稱爆震或爆燃。目前二十八頁\總數三十九頁\編于十點29第五節(jié)氣缸中的燃燒發(fā)生爆燃時發(fā)動機的表現發(fā)動機發(fā)生無規(guī)則的金屬敲擊聲;氣缸內溫度急劇升高，活塞、氣門及火花塞等機件過熱甚至燒壞;燃燒不完全，排氣管周期性地冒黑煙;由于爆燃產生的局部高壓突然作用在活塞上，使連桿、曲軸系統遭受強烈沖擊，易于造成損壞;發(fā)動機功率大大減小，經濟性大大下降。目前二十九頁\總數三十九頁\編于十點30第五節(jié)氣缸中的燃燒影響爆燃的因素1.燃料的影響：辛烷數(亦稱奧克坦數)和級數—對應貧油和富油工作狀態(tài)下燃料的抗爆性。辛烷數指異辛烷和正庚烷所組成的混合物中異辛烷所占的體積分數。級數指在不發(fā)生爆燃的情況下，發(fā)動機使用該種汽油工作所能達到的最大平均指示壓力與使用純異辛烷工作所能達到的最大平均指示壓力的百分比。例：RH-95/1302.發(fā)動機結構的影響：壓縮比、氣缸尺寸、燃燒室形狀、火花塞的數目和安放位置與氣缸頭和活塞的材料等。3.發(fā)動機工作狀況的影響：進氣壓力、進氣溫度、氣缸頭溫度、發(fā)動機轉速和提前點火角等。目前三十頁\總數三十九頁\編于十點31第五節(jié)氣缸中的燃燒防止爆燃的方法嚴格按照規(guī)定使用燃料，不要使用辛烷值和級數低于規(guī)定值的燃料，不可使用過期燃油;操縱發(fā)動機時，不可使進氣壓力、進氣溫度和最大進氣壓力的使用時間等參數值超過規(guī)定;發(fā)動機在小轉速工作條件下，不得使用大進氣壓力，否則會因燃氣壓力和溫度過高而發(fā)生爆燃:發(fā)動機不可過熱，在大功率狀態(tài)工作時間不宜過久。為使發(fā)動機散熱良好，要時常注意冷卻系統的維護:要防止氣缸內積炭。氣缸壁和活塞頂面積炭會使燃燒室容積減小，壓縮比增大，容易引發(fā)爆燃。目前三十一頁\總數三十九頁\編于十點32第五節(jié)氣缸中的燃燒早燃：在火花塞點火前，氣缸內混合氣的溫度已達到著火溫度時，混合氣將自動燃燒，這種發(fā)生在點火前的自燃現象叫做早燃。發(fā)生早燃時發(fā)動機的表現早燃使氣缸內的壓力升高過早，壓縮耗功量增大，燃氣的散熱量增多，致使膨脹過程做功減少，經濟性變壞;對于航空使用的多缸發(fā)動機，如有部分氣缸發(fā)生早燃，曲軸系統受力不均勻，因而引起發(fā)動機不穩(wěn)定工作;發(fā)動機在小轉速工作時，早燃會使壓縮過程后期氣體作用在活塞上的壓力過大，而且由于曲軸系統的慣性較小，克服不了此過大的壓力，這將引起曲軸倒轉并損壞機件;在氣門重開期間，早燃會引發(fā)回火。目前三十二頁\總數三十九頁\編于十點33第五節(jié)氣缸中的燃燒引發(fā)早燃的原因氣缸中存在高溫熾熱點時容易引發(fā)早燃。氣缸頭溫度過高、火花塞和排氣門等高溫組件以及熾熱的積炭都能引起早燃;當壓縮比過大時，被壓縮后的混合氣體溫度可能達到著火溫度，亦可能引起早燃。防止早燃的措施對于在用定型發(fā)動機，其壓縮比是不變的，要防止早燃，應主要防止氣缸中產生積炭，防止氣缸頭溫度過高。警告:發(fā)動機在剛剛停車后，不能隨意扳動或無意移動螺旋槳。這是因為剛停車的發(fā)動機，其氣缸頭溫仍然很高，如使螺旋槳轉動，氣缸中的混合氣受到壓縮，有可能發(fā)生自燃使發(fā)動機運轉、螺旋槳轉動起來，發(fā)動機附近的人很容易受到傷害。目前三十三頁\總數三十九頁\編于十點34第五節(jié)氣缸中的燃燒兩點提示(1)由圖可以看出，早燃和爆燃時，氣缸內發(fā)生最大壓力的時間均較正常燃燒時氣缸內發(fā)生最大壓力的時間前移;但早燃時氣缸內的最大壓力值與正常燃燒時的最大壓力值接近，而與爆燃時的最大壓力相差甚遠:(2)早燃往往發(fā)生在發(fā)動機的個別或部分氣缸內;而爆燃總同時發(fā)生在發(fā)動機的所有氣缸目前三十四頁\總數三十九頁\編于十點第六節(jié)增壓發(fā)動機帶增壓器的活塞發(fā)動機稱為增壓發(fā)動機。---增大氣缸進氣壓力以增加功率為什么設置增壓器？注意爆燃，對燃油的抗爆性有要求。按傳動方式不同，有傳動式增壓發(fā)動機和廢氣渦輪增壓發(fā)動機。目前三十五頁\總數三十九頁\編于十點傳動式增壓發(fā)動機大功率星形活塞式發(fā)動機多使用發(fā)動機軸帶動增壓器，使用這種增壓系統的發(fā)動機叫做傳動式增壓發(fā)動機。該發(fā)動機的增壓系統如圖所示。曲軸通過一齒輪系帶動離心式增壓器的轉子，使氣體增壓后進入汽缸。這種增壓系統所消耗的功來自發(fā)動機自身輸出的軸功，為與下面將介紹的廢氣渦輪增壓發(fā)動機的增壓系統相區(qū)別，又把此種增壓系統稱為內部