活塞發(fā)動(dòng)機(jī)常遇故障問(wèn)題研究

孫曉建 劉運(yùn)超 袁野

摘 要：活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)在航空領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛，主要作用是為飛機(jī)提供動(dòng)力，要想確保飛機(jī)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，做好活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的故障排查工作尤為重要?；诖吮疚膶?duì)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)其常遇故障開(kāi)展深入分析，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)維修人員提供一些參考。

關(guān)鍵詞：活塞發(fā)動(dòng)機(jī);工作原理;故障分析

活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)具有經(jīng)濟(jì)型、環(huán)保性和安全性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空某輕型教練機(jī)和“海燕”等輕型民用飛機(jī)，主要用于海岸（邊境）巡邏，漁情探測(cè)，防汛指揮、地質(zhì)勘探以及森林防火偵察等。航空發(fā)動(dòng)機(jī)就是飛機(jī)的心臟，它給飛機(jī)提供了源源不斷、穩(wěn)定的動(dòng)力，飛機(jī)才能在藍(lán)天上翱翔。航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)是國(guó)內(nèi)飛機(jī)應(yīng)用最多的發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型，在飛機(jī)飛行中發(fā)動(dòng)機(jī)一旦出現(xiàn)故障，飛機(jī)飛行的安全性、穩(wěn)定性將無(wú)法保證，甚至?xí)斐蓹C(jī)毀人亡的后果。因此，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)故障的重視和研究，是為了更好的規(guī)避發(fā)動(dòng)機(jī)故障風(fēng)險(xiǎn)，最大程度的確保飛機(jī)飛行的安全。

1關(guān)于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的研究

1.1活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造

活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在產(chǎn)生推力時(shí)是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋槳，通過(guò)螺旋槳再推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)屬于一種間接式反推力系統(tǒng)。它主要是由排氣活門(mén)、進(jìn)氣活門(mén)、氣缸、活塞、連桿、和曲軸等部分組成。氣缸中的活塞在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)推動(dòng)連桿上下運(yùn)動(dòng)，接著連桿帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)螺旋槳也開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)氣活門(mén)與排氣活門(mén)主要是用來(lái)控制空氣和燃油的進(jìn)出?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)的工作流程為進(jìn)氣、壓縮、燃燒、排氣。

1.2活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

活塞發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于一些輕小型的飛機(jī)上，比如我國(guó)的P-51D戰(zhàn)斗機(jī)、小鷹-500輕型飛機(jī)等都使用的是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)講當(dāng)它進(jìn)行高速飛行時(shí)，螺旋槳的槳尖容易產(chǎn)生激波，如果出現(xiàn)激波，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率就會(huì)降低，所以不適合用于高速飛行。另外隨著飛機(jī)飛行速度的提高，發(fā)動(dòng)機(jī)需要的功率就會(huì)越來(lái)越大，隨著功率的提高，發(fā)動(dòng)機(jī)的重量也會(huì)急劇增加，這樣一來(lái)就屬于惡性循環(huán)。活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在低速飛行時(shí)效率較高且耗油率低，具有良好的經(jīng)濟(jì)性，而且活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃油燃燒比較充分，對(duì)環(huán)境污染小、噪聲小。所以綜上所述得知活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)既有優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些缺點(diǎn)。

1.3活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理

活塞發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)在封閉的氣缸內(nèi)壓縮空氣和燃油從而膨脹做功來(lái)產(chǎn)生能量，首先是曲軸，它的主要作用是用來(lái)將活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，接下來(lái)是活塞和活塞桿件，混合空氣膨脹后活塞會(huì)被壓縮向下運(yùn)動(dòng)，并且?guī)?dòng)曲軸，由氣門(mén)控制進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣燃油混合氣，這些氣門(mén)的關(guān)閉由進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸控制，而凸輪軸由曲軸通過(guò)正時(shí)皮帶控制[1]。惰輪和張緊輪使皮帶在正確位置上張緊?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)通常經(jīng)過(guò)四個(gè)不同的沖程來(lái)實(shí)現(xiàn)供能的一個(gè)工作循環(huán)，它們分別是進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣，曲軸與凸輪軸的傳動(dòng)比為2：1，意味著當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩圈時(shí)，凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，凸輪軸是通過(guò)對(duì)氣門(mén)開(kāi)關(guān)所對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這種開(kāi)關(guān)時(shí)刻的確定是基于各氣缸所對(duì)應(yīng)的沖程。以四沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)為例，經(jīng)火花塞點(diǎn)燃?jí)嚎s后的混合氣，進(jìn)氣氣門(mén)開(kāi)啟，活塞向下運(yùn)動(dòng)，氣缸內(nèi)吸入氣體，此時(shí)氣缸內(nèi)充滿混合氣，壓縮行程開(kāi)始?jí)嚎s混合氣，同時(shí)進(jìn)排氣門(mén)關(guān)閉，壓縮行程終止前，火花塞點(diǎn)燃混合氣，氣體燃燒膨脹后釋放壓力，活塞向下運(yùn)動(dòng)，做功行程使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在排氣行程中，排氣門(mén)打開(kāi)，活塞向上運(yùn)動(dòng)排出燃燒后的廢氣，循環(huán)繼續(xù)從進(jìn)氣行程開(kāi)始，該循環(huán)使得內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并且產(chǎn)生能量，空氣和燃油混合后在化油器內(nèi)部并且運(yùn)送到氣缸內(nèi)，在燃油噴射時(shí)，一種是噴射到進(jìn)氣歧管，另一種是直接噴射到氣缸內(nèi)?？傮w來(lái)說(shuō)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行主要是通過(guò)壓縮的空氣和燃油混合而進(jìn)行，空氣被導(dǎo)入氣缸中通過(guò)活塞進(jìn)行壓縮，之后和燃油氣體進(jìn)行混合，隨著油氣混合后被點(diǎn)燃產(chǎn)生的推力使得活塞向下運(yùn)動(dòng)到氣缸底部，之后活塞又會(huì)回到氣缸頂部進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動(dòng)，連接著曲柄軸的連桿將活塞上下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此活塞發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力使用范圍較廣，例如輪船、汽車(chē)、飛機(jī)、鐵路機(jī)車(chē)等等。

2活塞發(fā)動(dòng)機(jī)常遇故障問(wèn)題分析

活塞發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響著飛機(jī)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，因此對(duì)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)展故障排查工作是極為必要的。針對(duì)常見(jiàn)的故障問(wèn)題，筆者主要從滑油系統(tǒng)故障、電嘴積鉛故障和氣門(mén)卡阻故障方面來(lái)開(kāi)展說(shuō)明。

2.1滑油系統(tǒng)故障分析及排查

在活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的故障排查中，滑油系統(tǒng)故障是最為常見(jiàn)的問(wèn)題，比如滑油壓力過(guò)高、油耗率較高或者滑油滲漏等問(wèn)題。產(chǎn)生此類(lèi)問(wèn)題的主要原因在于滑油等級(jí)不準(zhǔn)確、滑油量不足、濾網(wǎng)堵塞、釋壓活門(mén)調(diào)節(jié)不當(dāng)?shù)鹊萚2]。在日常的故排工作中針對(duì)滑油系統(tǒng)，相關(guān)維修人員首先要查看指示系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)，其次確認(rèn)故障，根據(jù)飛機(jī)的型號(hào)適當(dāng)添加滑油，添加滑油的過(guò)程中應(yīng)保持機(jī)具整潔，避免有其他雜質(zhì)落入到滑油系統(tǒng)當(dāng)中。在飛機(jī)運(yùn)行前要檢查滑油量是否充足，記錄飛行時(shí)間，以此來(lái)對(duì)油耗量進(jìn)行判斷，確定其是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。如果使用的是新活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，在運(yùn)行前必須要利用磨合油進(jìn)行潤(rùn)滑，一天過(guò)后檢查滑油金屬微粒，確定油耗率符合標(biāo)準(zhǔn)后更換使用合成滑油。若在檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)金屬屑，要及時(shí)對(duì)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部進(jìn)行檢查，查驗(yàn)是否有磨損的情況，如未出現(xiàn)磨損，需對(duì)滑油系統(tǒng)進(jìn)行清理。

2.2電嘴積鉛故障分析及排查

在飛機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，如果活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的電嘴出現(xiàn)問(wèn)題則會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)的現(xiàn)象，影響飛機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明大多數(shù)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)的原因都是由于電嘴積鉛，若電嘴受到污染就會(huì)出現(xiàn)短路的情況，而此時(shí)伴隨著氣缸內(nèi)的混合氣燃燒，就會(huì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，從而產(chǎn)生振動(dòng)。因此在活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的故障排查中，選擇合適的電嘴是極為重要的，同時(shí)要考慮電嘴承受熱量的范圍。針對(duì)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)電嘴積鉛的問(wèn)題，相關(guān)維修人員首先要明確電嘴的工作溫度變化，選擇合適的電嘴，在拆裝時(shí)避免碰到電極，控制好電嘴安裝的松緊度，同時(shí)要保證密封良好。如果難以拆卸電嘴，則需利用煤油進(jìn)行潤(rùn)滑，或者啟動(dòng)氣缸頭提升溫度，防止絕緣體損壞。此外要定期清理電嘴，利用噴砂設(shè)備清理積鉛，在調(diào)整電嘴時(shí)要用專(zhuān)業(yè)的機(jī)具，防止電嘴損壞。

2.3氣門(mén)卡阻故障分析及排查

活塞發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)氣門(mén)卡阻的主要原因來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部污染，或發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度出現(xiàn)了波動(dòng)[3]。活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中避免不了會(huì)產(chǎn)生一些污染物，如果沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行定期清理，長(zhǎng)此以往污染物大量堆積，從而導(dǎo)致氣門(mén)卡阻。此外發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，滑油中的碳和燃油中的鉛會(huì)被燃燒，此時(shí)若發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度出現(xiàn)波動(dòng)，會(huì)致使碳物質(zhì)堆積，對(duì)滑油系統(tǒng)產(chǎn)生污染，從而導(dǎo)致氣門(mén)卡阻?；蛘甙l(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中工作溫度突然下降，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)驟冷，也會(huì)出現(xiàn)氣門(mén)卡阻的現(xiàn)象。針對(duì)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)卡阻的問(wèn)題，維修人員要定期對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行清理維護(hù)，對(duì)每一次的運(yùn)行情況都要進(jìn)行記錄，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)驟冷問(wèn)題，要及時(shí)調(diào)節(jié)貧富油，在發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)段，要定時(shí)開(kāi)啟一次，清除發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的污染物。

結(jié)束語(yǔ)：

本文對(duì)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造、特點(diǎn)及工作原理開(kāi)展了詳細(xì)說(shuō)明，對(duì)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障問(wèn)題進(jìn)行了深入分析。通過(guò)本文的論述，希望能夠?qū)钊l(fā)動(dòng)機(jī)的維修提供一些參考意見(jiàn)，確保其運(yùn)行的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃福軍. 微小型自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)理論與實(shí)驗(yàn)研究[D].中國(guó)科學(xué)院大學(xué)（中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所），2020

[2]鄧志奇 周克家 李自輝. 航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)排故基本原則與常見(jiàn)故障分析[J]. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（05）：22-23

[3]周克家 鄧志奇 孫曉建. 航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)故障的主要特點(diǎn)及預(yù)防[J]. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（07）：45-46