活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)備考復(fù)習(xí)

1、活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)（aircraft piston engine ）1、概念：往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī) 也叫活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種利用一個(gè)或者多個(gè)將轉(zhuǎn)換成 旋轉(zhuǎn) 動(dòng)能的。航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是利用汽油與空氣混合， 在密閉的容器（氣缸）內(nèi)燃燒， 膨脹作功的機(jī)械?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)必須帶動(dòng)螺旋槳，由螺旋槳產(chǎn)生推（拉）力。所以， 作為飛機(jī)的動(dòng)力裝置時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與螺旋槳是不能分割的。為航空器提供飛行動(dòng)力的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)空氣螺旋槳等推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推進(jìn)力。本身不能產(chǎn)生推力，只能從軸上輸出功率帶動(dòng)螺旋槳，由螺旋槳產(chǎn)生推力， 所以螺旋槳稱為推進(jìn)器?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī) （熱機(jī)）加螺旋槳（推進(jìn)器）稱為活塞式動(dòng)力 裝置。最常用的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)

2、是利用或者燃料產(chǎn)生壓力的。通常都不止一個(gè)活塞，每個(gè)活塞都在內(nèi)，-空氣混合物被注入其內(nèi)，然后被點(diǎn)燃。熱氣膨脹，推動(dòng)活塞向后運(yùn)動(dòng)?；钊倪@種直線運(yùn)動(dòng)通過連桿和曲軸轉(zhuǎn)換成 圓周運(yùn)動(dòng)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常被通稱為，盡管內(nèi)燃 機(jī)并不必須包括活塞?，F(xiàn)在的利用并不是很多，是另一種叫做的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的能源。這種情況下是利用非常高的蒸氣壓力來驅(qū)動(dòng)活塞。 蒸氣能的大部分利用中，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)被更為高效的所取 代，由于要求有更高的活塞已經(jīng)更多的運(yùn)用到轎車領(lǐng)域中。2、工作原理:活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一種4沖程、電嘴點(diǎn)火的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒并形成爆震波（見），引起汽缸局部過熱和增大零件負(fù)荷，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。提高 汽油的

3、辛烷值（見）是提高壓縮比、防止爆震的有效措施。航空汽油的辛烷值一般在100以上。每個(gè)汽缸能發(fā)出的功率受到工質(zhì)溫度的限制。每升活塞排量發(fā)出的功率稱為升功率，一般為2244千瓦（3060馬力），個(gè)別發(fā)動(dòng)機(jī)可達(dá) 59千瓦（80馬力），活塞排量是指 活塞在汽缸內(nèi)自最下端移至最上端所掃過的容積?；钊敳吭谇S旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)的位置叫上死點(diǎn)、最近的位置叫 下死點(diǎn)、從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)的距離叫 活塞沖程。活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)大多是 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，即一個(gè)氣缸完 成一個(gè)工作循環(huán)，活塞在氣缸內(nèi)要經(jīng)過四個(gè)沖程，依次是進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程（工程熱力學(xué)）。曲軸轉(zhuǎn)動(dòng) 2圈,每個(gè)活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)4次,每次稱1個(gè)沖

4、程。四個(gè)沖程為一個(gè)循環(huán)。發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作時(shí)，首先進(jìn)入“進(jìn)氣沖程”，氣缸頭上的進(jìn)氣門打開， 排氣門關(guān)閉， 活塞從上死點(diǎn)向下滑動(dòng)到下死點(diǎn)為止，氣缸內(nèi)的容積逐漸增大，氣壓降低 一一低于外面的大氣壓。于是新鮮的汽油和空氣的混合氣體，通過打開的進(jìn)氣門被吸入氣缸內(nèi)?；旌?氣體中汽油和空氣的比例，一般是1比15即燃燒一公斤的汽油需要15公斤的空 氣。進(jìn)氣沖程完畢后，開始了第二沖程，即“壓縮沖程”。這時(shí)曲軸靠 慣性作用繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，把活塞由下死點(diǎn)向上推動(dòng)。這時(shí)進(jìn)氣門也同排氣門一樣嚴(yán)密關(guān)閉。氣缸內(nèi)容積逐漸減少，混合氣體受到活塞的強(qiáng)烈壓縮。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到上死點(diǎn)時(shí)，混合氣體被壓縮在上死點(diǎn)和氣缸頭之間 的小空間內(nèi)。這個(gè)小空間

5、叫作“燃燒室”。這時(shí)混合氣體的壓強(qiáng)加到十個(gè)大氣壓。溫度也增加到攝氏400度左右。壓縮是為了更好地利用汽油燃燒時(shí)產(chǎn) 生的熱量，使限制在燃燒室這個(gè)小小空間里的混合氣體的壓強(qiáng)大大提高，以便增加它 燃燒后的做功能力。當(dāng)活塞處于下死點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的容積最大，在上死點(diǎn)時(shí)容積最小（后者也是燃燒室的容 積）?；旌蠚怏w被壓縮的程度，可以用這兩個(gè)容積的比值來衡 量。這 個(gè)比值叫“壓縮比”?；钊娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比大約是5到8,壓縮比越大，氣體被壓縮得越厲害，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的功率也就越大。壓縮沖程之后是 “工作沖程”，也是第三個(gè)沖程。在壓縮沖程快結(jié)束，活塞接近上死點(diǎn)時(shí)，氣缸頭上的火花塞通過高壓電產(chǎn)生了電火花，將混合氣 體點(diǎn)

6、燃，燃燒時(shí)間很短，大約0.015秒；但是速度很快，大約達(dá)到 每秒30米。氣體猛烈膨脹，壓強(qiáng)急劇增高，可達(dá)60到75個(gè)大氣壓，燃燒氣體的溫度到攝氏2000到250O度。燃燒時(shí)，局部溫度可能達(dá)到三、四千度，燃?xì)饧拥交钊系臎_擊力可達(dá)15噸?；钊谌?xì)獾膹?qiáng)大壓力作用下，向下死點(diǎn)迅速運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)連桿也門下跑，連桿便帶動(dòng)曲軸 轉(zhuǎn)起來了。這個(gè)沖程是使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠工作而獲得動(dòng)力的唯一沖程。其余三個(gè)沖程都是為這個(gè)沖程作準(zhǔn)備的。第四個(gè)沖程是“排氣沖程”。工作沖程結(jié)束后，由于慣性，曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使活塞由下死點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)。這時(shí)進(jìn)氣門仍舊關(guān)閉，而排氣門大開，燃燒后的廢氣便通過排氣 門向外排出。當(dāng)活塞到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)，絕大部分的

7、廢氣已被排出。然后排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門打開，活塞又由上死點(diǎn)下行，開始了新的一次循環(huán)。從進(jìn)氣沖程吸入新鮮混合氣體起，到排氣沖程排出廢氣止，汽油的熱能通過燃燒轉(zhuǎn)化為推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，帶 動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)而作功，這一總的過程叫做一個(gè)“循環(huán)”。這是一 種周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)。由于其中包含著熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，所以又叫做“熱循環(huán)”。度量衡換算1千瓦=1.73039米制馬力（馬力）1馬力等于每秒鐘把 75公斤重的物體提高1米所作的功1米制馬力（馬力）=0.千瓦3、結(jié)構(gòu)和分類：活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)主要由曲軸、連桿、活塞、汽缸、分氣機(jī)構(gòu)和機(jī)匣等部件組成。發(fā)動(dòng)機(jī)前部有，以降低輸出軸的轉(zhuǎn)速。 大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)匣后部裝有以提高發(fā)動(dòng)

8、機(jī)高空 性能。氣缸是混合氣進(jìn)行燃燒的地方。氣缸內(nèi)容納活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣缸頭上裝有點(diǎn)燃混合氣的電火花塞，以及進(jìn)、排氣門。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)氣缸溫度很高，所以氣缸外壁上有許多散熱 片，用以擴(kuò)大散熱面積。氣缸在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體上的排列形式多為星形或V形。常見的星形發(fā)動(dòng)機(jī)有5個(gè)、7個(gè)、9個(gè)、14個(gè)、18個(gè)或24個(gè)氣缸不等。在單缸容積相同的情況下，氣缸 數(shù)目越多發(fā)動(dòng)機(jī)功率越大?；钊惺苋?xì)鈮毫υ跉飧變?nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并通過連桿將這種運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿用來連接活塞和曲軸。曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的部件。曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過減速器帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生拉力。除此而外，曲軸還要帶動(dòng)一些附件。氣門機(jī)構(gòu)用來控制進(jìn)氣門、排氣門定

9、時(shí)打開和關(guān)閉。按汽缸的冷卻方式發(fā)動(dòng)機(jī)分為液冷式和氣冷式兩種。早期飛機(jī)的飛行速度很低，多采用液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)。隨著飛行速度的提高，可以利用高速氣流直接冷卻汽缸，氣冷式發(fā)動(dòng)機(jī)遂得到廣泛應(yīng)用。發(fā)動(dòng)機(jī)按汽缸排列形式又分為星型和直列型。星型發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸以曲軸為中心沿機(jī)匣向外呈輻射狀均勻排列，有單排和雙排等形式。直列式發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸沿機(jī)匣前后成行排列 有對(duì)缸、工字型、 V型等排列形式，以星型和V型用得較多。有時(shí)按供油方式不同又將發(fā)動(dòng) 機(jī)分為汽化器式和直接注油式兩種，其中直接注油式應(yīng)用較廣泛4、輔助工作系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)除主要部件外， 還須有若干輔助系統(tǒng)與之配合才能工作。 主要有進(jìn)氣系統(tǒng)（為了改善 高空性能，在進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)常裝

10、有增壓器，其功用是增大進(jìn)氣壓力）、燃油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)（主 要包括高電壓磁電機(jī)、輸電線、火花塞） 、起動(dòng)系統(tǒng)（一般為電動(dòng)起動(dòng)機(jī)）、散熱系統(tǒng)和潤滑 系統(tǒng)等。5、性能活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能通常用 轉(zhuǎn)速特性、螺旋槳特性和高度特性表示。油門全開或進(jìn)氣壓 力維持不變時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和耗油率隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系稱為轉(zhuǎn)速特性，又稱外部特性。在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝定距螺旋槳時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率和耗油率隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系稱螺旋槳特性。這時(shí)轉(zhuǎn)速的改變是靠控制 油門桿實(shí)現(xiàn)的。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，功率和耗油率隨 飛行高度的變化關(guān)系 稱為高度特性。由圖2看出，由于有增壓器對(duì)吸入空氣增壓，在某一高度以下可保持進(jìn)氣 壓力恒定，而大氣溫度又隨高度增加而下降，所以在此高度以下發(fā)動(dòng)機(jī)的功率仍隨高度增加而略有增加。這個(gè)高度稱 額定高度。在額定高度以上發(fā)動(dòng)機(jī)功率隨高度增加而下降。6、發(fā)展：當(dāng)飛機(jī)的速度達(dá)到 800公里每小時(shí)，由于螺旋槳始終在高速旋轉(zhuǎn)，槳尖部分實(shí)際上已接近了音速，這