孫曉建 劉運(yùn)超 袁野

摘 要：活塞式發(fā)動機(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)動機(jī)的故障排查工作尤為重要?；诖吮疚膶钊l(fā)動機(jī)的運(yùn)行原理進(jìn)行說明，對其常遇故障開展深入分析，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)動機(jī);工作原理;故障分析

活塞式發(fā)動機(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，防汛指揮、地質(zhì)勘探以及森林防火偵察等。航空發(fā)動機(jī)就是飛機(jī)的心臟，它給飛機(jī)提供了源源不斷、穩(wěn)定的動力，飛機(jī)才能在藍(lán)天上翱翔。航空活塞發(fā)動機(jī)是國內(nèi)飛機(jī)應(yīng)用最多的發(fā)動機(jī)類型，在飛機(jī)飛行中發(fā)動機(jī)一旦出現(xiàn)故障，飛機(jī)飛行的安全性、穩(wěn)定性將無法保證，甚至?xí)斐蓹C(jī)毀人亡的后果。因此，對發(fā)動機(jī)故障的重視和研究，是為了更好的規(guī)避發(fā)動機(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)動機(jī)的研究

1.1活塞發(fā)動機(jī)的基本構(gòu)造

活塞發(fā)動機(jī)在產(chǎn)生推力時是通過發(fā)動機(jī)帶動螺旋槳，通過螺旋槳再推動飛機(jī)前進(jìn)，活塞發(fā)動機(jī)屬于一種間接式反推力系統(tǒng)。它主要是由排氣活門、進(jìn)氣活門、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)動時會推動連桿上下運(yùn)動，接著連桿帶動曲軸轉(zhuǎn)動，此時螺旋槳也開始轉(zhuǎn)動，進(jìn)氣活門與排氣活門主要是用來控制空氣和燃油的進(jìn)出?；钊桨l(fā)動機(jī)的工作流程為進(jìn)氣、壓縮、燃燒、排氣。

1.2活塞發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)

活塞發(fā)動機(jī)主要用于一些輕小型的飛機(jī)上，比如我國的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)動機(jī)。對于活塞發(fā)動機(jī)來講當(dāng)它進(jìn)行高速飛行時，螺旋槳的槳尖容易產(chǎn)生激波，如果出現(xiàn)激波，發(fā)動機(jī)的運(yùn)行效率就會降低，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)動機(jī)需要的功率就會越來越大，隨著功率的提高，發(fā)動機(jī)的重量也會急劇增加，這樣一來就屬于惡性循環(huán)?；钊l(fā)動機(jī)在低速飛行時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)動機(jī)燃油燃燒比較充分，對環(huán)境污染小、噪聲小。所以綜上所述得知活塞式發(fā)動機(jī)既有優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些缺點(diǎn)。

1.3活塞發(fā)動機(jī)的工作原理

活塞發(fā)動機(jī)通過在封閉的氣缸內(nèi)壓縮空氣和燃油從而膨脹做功來產(chǎn)生能量，首先是曲軸，它的主要作用是用來將活塞的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，接下來是活塞和活塞桿件，混合空氣膨脹后活塞會被壓縮向下運(yùn)動，并且?guī)忧S，由氣門控制進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣燃油混合氣，這些氣門的關(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正時皮帶控制[1]。惰輪和張緊輪使皮帶在正確位置上張緊?；钊桨l(fā)動機(jī)通常經(jīng)過四個不同的沖程來實(shí)現(xiàn)供能的一個工作循環(huán)，它們分別是進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣，曲軸與凸輪軸的傳動比為2：1，意味著當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動兩圈時，凸輪軸轉(zhuǎn)動一圈，凸輪軸是通過對氣門開關(guān)所對應(yīng)的運(yùn)動方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這種開關(guān)時刻的確定是基于各氣缸所對應(yīng)的沖程。以四沖程活塞式發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)為例，經(jīng)火花塞點(diǎn)燃壓縮后的混合氣，進(jìn)氣氣門開啟，活塞向下運(yùn)動，氣缸內(nèi)吸入氣體，此時氣缸內(nèi)充滿混合氣，壓縮行程開始壓縮混合氣，同時進(jìn)排氣門關(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，做功行程使曲軸轉(zhuǎn)動。在排氣行程中，排氣門打開，活塞向上運(yùn)動排出燃燒后的廢氣，循環(huán)繼續(xù)從進(jìn)氣行程開始，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，一種是噴射到進(jìn)氣歧管，另一種是直接噴射到氣缸內(nèi)。總體來說活塞式發(fā)動機(jī)的運(yùn)行主要是通過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)動到氣缸底部，之后活塞又會回到氣缸頂部進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動，連接著曲柄軸的連桿將活塞上下運(yùn)動轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動狀態(tài)，因此活塞發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的動力使用范圍較廣，例如輪船、汽車、飛機(jī)、鐵路機(jī)車等等。

2活塞發(fā)動機(jī)常遇故障問題分析

活塞發(fā)動機(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，因此對活塞發(fā)動機(jī)開展故障排查工作是極為必要的。針對常見的故障問題，筆者主要從滑油系統(tǒng)故障、電嘴積鉛故障和氣門卡阻故障方面來開展說明。

2.1滑油系統(tǒng)故障分析及排查

在活塞發(fā)動機(jī)的故障排查中，滑油系統(tǒng)故障是最為常見的問題，比如滑油壓力過高、油耗率較高或者滑油滲漏等問題。產(chǎn)生此類問題的主要原因在于滑油等級不準(zhǔn)確、滑油量不足、濾網(wǎng)堵塞、釋壓活門調(diào)節(jié)不當(dāng)?shù)鹊萚2]。在日常的故排工作中針對滑油系統(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)的型號適當(dāng)添加滑油，添加滑油的過程中應(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，記錄飛行時間，以此來對油耗量進(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)動機(jī)，在運(yùn)行前必須要利用磨合油進(jìn)行潤滑，一天過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。若在檢查過程中發(fā)現(xiàn)金屬屑，要及時對活塞發(fā)動機(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)行過程中，如果活塞發(fā)動機(jī)的電嘴出現(xiàn)問題則會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)出現(xiàn)振動的現(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)動機(jī)出現(xiàn)振動的原因都是由于電嘴積鉛，若電嘴受到污染就會出現(xiàn)短路的情況，而此時伴隨著氣缸內(nèi)的混合氣燃燒，就會直接影響發(fā)動機(jī)的功率，從而產(chǎn)生振動。因此在活塞發(fā)動機(jī)的故障排查中，選擇合適的電嘴是極為重要的，同時要考慮電嘴承受熱量的范圍。針對活塞發(fā)動機(jī)電嘴積鉛的問題，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，在拆裝時避免碰到電極，控制好電嘴安裝的松緊度，同時要保證密封良好。如果難以拆卸電嘴，則需利用煤油進(jìn)行潤滑，或者啟動氣缸頭提升溫度，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)整電嘴時要用專業(yè)的機(jī)具，防止電嘴損壞。

2.3氣門卡阻故障分析及排查

活塞發(fā)動機(jī)出現(xiàn)氣門卡阻的主要原因來自于發(fā)動機(jī)內(nèi)部污染，或發(fā)動機(jī)的工作溫度出現(xiàn)了波動[3]。活塞發(fā)動機(jī)在長期運(yùn)行過程中避免不了會產(chǎn)生一些污染物，如果沒有對其進(jìn)行定期清理，長此以往污染物大量堆積，從而導(dǎo)致氣門卡阻。此外發(fā)動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，滑油中的碳和燃油中的鉛會被燃燒，此時若發(fā)動機(jī)的工作溫度出現(xiàn)波動，會致使碳物質(zhì)堆積，對滑油系統(tǒng)產(chǎn)生污染，從而導(dǎo)致氣門卡阻?；蛘甙l(fā)動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中工作溫度突然下降，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)驟冷，也會出現(xiàn)氣門卡阻的現(xiàn)象。針對活塞發(fā)動機(jī)氣門卡阻的問題，維修人員要定期對發(fā)動機(jī)進(jìn)行清理維護(hù)，對每一次的運(yùn)行情況都要進(jìn)行記錄，針對發(fā)動機(jī)驟冷問題，要及時調(diào)節(jié)貧富油，在發(fā)動機(jī)不工作時段，要定時開啟一次，清除發(fā)動機(jī)內(nèi)的污染物。

結(jié)束語：

本文對活塞式發(fā)動機(jī)的構(gòu)造、特點(diǎn)及工作原理開展了詳細(xì)說明，對活塞發(fā)動機(jī)常見故障問題進(jìn)行了深入分析。通過本文的論述，希望能夠?qū)钊l(fā)動機(jī)的維修提供一些參考意見，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)動機(jī)理論與實(shí)驗(yàn)研究[D].中國科學(xué)院大學(xué)（中國科學(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)動機(jī)排故基本原則與常見故障分析[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