空模发动机使用手册

航空模型发动机的使用手册一、构造和原理二、燃料和润滑三、检查、分解、清洗和装配四、起动五、使用要领和有关常识1五、使用要领和有关常识2六、常见故障及其排除1六、常见故障及其排除2·附录：电火花式及电热式发动机的使用·电火花式发动机·电火花式发动机2·电火花式发动机2·电火花式发动机3·电火花式发动机4前言目前，航空模型上采用的动力装置主要有：橡筋条、活塞式发动机、喷气式发动机、电动式发动机和压缩气体发动机等数种。其中活塞式发动机按照混合气着火方法分为：压缩燃烧式（压燃式）、电热式（热火栓式）和电火花点燃式三种。本书主要介绍在我国使用较广的压燃式发动机。最后在附录中简要介绍一下电热式和电火花点燃式发动机。活塞式航空模型发动机是一种小型内燃机，一般称为小发动机。它的基本组成部分和工作原理，与中学物理书上介绍的内燃机（包括柴油机和汽油机）大体相同，也和日常见到的手扶拖拉机、摩托车或汽车上使用的发动机大体相同，不过要简单得多。小发动机的体积虽然很小，并且只有一、二十个零件，但它已经是一种精密机器了，必须很仔细地科学地去学习它和使用它。航模爱好者在使用小发动机的过程中，要注意理论联系实际，将书本上学到的有关发动机的基本知识，运用到具体实践中去。要学懂小发动机的工作原理、燃料组成、起动步骤和调整方法，学会怎样排除故障，并注意养成正确的操作方法，为今后在农业机械化运动中，或在工矿和科学试验等工作中，更好地学习和运用各种机械设备打下良好的基础。一构造和原理（一）小发动机的构造：图1是轴进气压燃式小发动机的解剖图。现将它的各个零件和功用分别说明如下：1.气缸和活塞——气缸是燃料和空气的混合气体进行燃烧的地方，也是将燃料燃烧后放出来的热能转换为机械能的地方。气缸呈圆筒形，内表面非常光滑，近似镜面。气缸内的混合气体燃烧膨胀时，产生很高的压力，作用在活塞顶上，推动活塞向下运动；经过曲轴连杆机构，使曲轴转动并带动螺旋桨旋转，产生拉力使飞机前进。发动机转动时，活塞以很高的速度在气缸中来回运动。气缸壁上开有排气口和转气口等配气孔。活塞在气缸内往复运动时，同时控制了排气口和转气口等配气孔的开闭。气缸和活塞是小发动机上最主要也是最精密的零件，它们之间的配合非常精确，以保证密封和压缩性能。如果使用不当，或让灰沙等脏物进入气缸内部，那就会使气缸和活塞很快磨损，影响密封性能，造成发动机转速下降，甚至不能起动等不良后果。活塞在气缸内来回运动时，由于受到曲臂长度的限制，有两个极限位置。活塞能达到的最高位置，即距曲轴旋转中心最远的位置，叫做上止点；最低的位置，叫做下止点（图2）。活塞从上止点移动到下止点（或从下止点移动到上止点）所经过的路程，也就是上止点至下止点之间的距离，叫做活塞行程（冲程）。当活塞在上止点时，由活塞顶面、反活塞的下表面和气缸周围侧壁所包含的容积，叫做燃烧室容积。活塞在下止点时，由活塞、反活塞和气缸壁所包含的容积，叫做气缸全容积。上止点与下止点之间的气缸容积，即活塞在一个行程内所经过的容积，叫做气缸工作容积。平时我们说这是一台1.5毫升（c.c.）的小发动机，就是指这台小发动机的气缸工作容积是1.5毫升。一般适宜于普及使用的是1.5~2.5毫升的小发动机。这里不妨作个比较：注射防疫针时，往往要打1毫升药剂；可见，这种发动机的气缸工作容积是很小的。再如：“轻骑”牌两用摩托车的发动机气缸工作容积是55毫升；上海“幸福”牌250型两轮摩托车的发动机工作容积是250毫升：“解放”牌卡车的发动机是六个气缸，总的工作容积是5.55升，即5550毫升。一般说来，气缸工作容积越大，功率也越大。气缸全容积和燃烧室容积的比值叫做压缩比。在图2的例子中，气缸全容积是燃烧室容积的12倍。也就是说，活塞在下止点时，气缸内的混合气体积有12份，待到上止点，就被压缩成1份。因此，它的压缩比为12.2.曲轴连杆机构——活塞在气缸内只能作往复直线运动。要通过曲轴连杆机构，把活塞的往复直线运动变成曲轴的旋转运动。正如我们日常见到的缝纫机一样，只要用脚上下蹬踏板，通过连杆和曲拐，飞轮就旋转了。曲轴是发动机内受力较大的一个零件。它的前端装有前、后桨垫和螺帽，后端曲臂（曲拐）上连有曲柄销。连杆用来连接曲轴和活塞，它的一头套在曲轴的曲柄销上，另一头套住活塞销，并与活塞连接。这些互相连接又可活动的零件，通常合称为曲轴连杆机构，或称曲拐连杆机构、曲柄连杆机构。3.机匣——机匣是发动机的壳体，用来连接气缸、曲轴、活塞和汽化器等零件，使之成为一个整体。在机匣的左右两侧，有安装发动机的凸边。机匣后部有用螺纹固定的机匣后盖，以保证机匣内腔密封。二行程发动机的机匣也是新鲜混合气的通道，新鲜混合气由汽化器进入机匣，在活塞向下运动时经转气道进入气缸。4.反活塞和调压杆——反活塞好比是能上下活动的气缸顶盖。拧紧调压杆（顺时针方向转动），反活塞被压下；拧松调压杆，反活塞又能在气缸内气体受压缩时产生的压力作用下，再向上弹起。反活塞的上下移动，可以改变燃烧室的大小，因而能够改变压缩比。反活塞在气缸中的位置越低，燃烧室的容积越小，压缩比越大，气缸内可燃混合气压缩后的体积越小，混合气的压力和温度越高，这就容易着火燃烧。但是，压缩比应该控制适当。压缩比过大，混合气会过早开始燃烧，引起爆震和停车，甚至可能弄断连杆或曲轴等零件；过小，混合气压缩后产生的压力和温度不够，温度低于混合气的燃点，混合气就不能着火燃烧，发动机就不能起动，或不能稳定地连续运转。对压燃式发动机来说，压缩比的大小对起动和运转性能特别重要，必须注意掌握。压燃式小发动机的压缩比大都是可以调节的，一般为15~25.决定压缩比的方法这在以后还要介绍。5.气缸头——气缸头通过螺纹拧在气缸上，周围有散热片，用以增加和空气接触的面积，帮助气缸冷却。气缸头顶部有螺纹，用来拧入调压杆。6.汽化器——汽化器的功用是使燃料从液体变为雾状物后，再与空气以适当的比例混合，成为可燃混合气。小发动机的汽化器一般由进气管、喷油管和调节油针组成，可算是一种最简单的汽化器了。喷油管横穿进气管，有1~2个喷液体燃料的小孔。燃料的流量由头部带锥度的油针调节。顺时针旋紧油针，喷油孔被堵住，燃料不能流出；旋松油针，燃料就从喷油孔中流出。因此，旋动油针能调节燃料流量的大小。7.固定螺旋桨的零件——螺旋桨装在前、后桨垫之间，由螺帽紧紧地固定住。后桨垫一般都有带锥度的孔，以便和曲轴的锥度部分压紧。为了使螺旋桨不打滑，在后桨垫表面上还有凹凸的刻纹。（二）小发动机的工作原理：小发动机是一种二行程发动机。工作时，可燃混合气通过进气管进入机匣内腔。活塞下降时，压缩机匣内腔的混合气，使它经过转气道和转气口进入气缸上部。当活塞再次上升时，混合气在气缸上部受到强烈的压缩，温度升高，着火燃烧。高温高压的气体猛烈膨胀，推动活塞作功。将热能转换为机械能。燃烧后的废气在排气口打开时即被排出；与此同时，新鲜混合气又由机匣内腔进入气缸，进行第二次的压缩和燃烧。再次重复上述过程。发动机连续运转后，可调节压缩比和油量来获得不同的功率和转速。为了进一步了解二行程小发动机的工作原理，现以常见的轴进气压燃式小发动机为例，来说明发动机在两个行程中的工作情况：第一个行程（活塞上行。进气和压缩行程）——活塞由下止点开始向上移动时，排气口和转气口还是打开的，机匣内腔中的新鲜混合气继续通过转气道和转气口进入气缸上部，同时驱除气缸中残留的废气。一般压燃式发动机采用360°转、排气口，在气缸下部的内壁有几条半圆形凹槽，称为转气道，转气道上方叫做转气口；排气口开在转气口的上面，参见图3气缸的切面形状。图4，当活塞继续上移，转气口和排气口先后关闭（被活塞挡住），气缸上部的混合气受到压缩，温度和压力急剧升高。与此同时，由于活塞向上移动，机匣内腔的容积扩大，压力降低，随着活塞继续上升，曲轴颈上的进气孔与进气管接通，大气压力迫使外界空气以高速流过进气管中的喷油管，该处压力低于大气压力，燃料从喷油孔中喷出（道理与滴滴涕喷筒打药液的情况相仿），并被流过的空气吹成雾状，在与空气以一定比例混合成可燃混合气后，通过进气孔和曲轴的中空通道进入机匣内腔。从这一行程可以看出：活塞上方进行压缩混合气的同时，活塞下方正在吸入供下一次燃烧的新鲜混合气。第二个行程（活塞下行。燃烧、膨胀、排气和转气行程）——图5，活塞到达上止点，气缸内混合气的温度已升高到混合气的燃点，于是着火燃烧。高压高温的气体膨胀时，迫使活塞向下运动作功。这就是燃烧和膨胀的过程。图6，当活塞下移到某一位置时，曲轴上的进气孔被关闭，刚进入机匣内腔的混合气开始受到压缩；活塞继续下移，排气口打开，气缸中的废气开始向外排出。接着转气口也打开了。此时，机匣内腔中受压缩的混合气的压力已大于气缸内残余气体的压力，混合气就经过转气道和转气口进入气缸上部，并帮助驱除废气。这就是排气和转气（又称驱气、扫气或换气）的过程。这时候，气缸内又充满了新鲜的可燃混合气。在这个行程中，完成了燃烧、膨胀、排气和转气过程，活塞又回到了开始时的下止点位置。所谓二行程发动机，归纳起来，就是活塞经过上、下两个行程（曲轴相应旋转一圈），完成进气、压缩、燃烧、膨胀、排气和转气过程，即完成一个工作循环。发动机连续运转时，气缸内就周而复始地进行着上述的工作循环。大拖拉机、汽车和飞机一般采用四行程发动机（四个行程完成一个工作循环），这种发动机需要气门等复杂机构。因此，摩托车、小拖拉机、小型农药机械和航空模型上一般都采用二行程发动机。（三）二行程小发动机的特点：1.利用活塞和曲轴进行配气工作，排气和转气靠活塞控制气缸壁上的排气口和转气口来完成，当活塞上下运动时，这两个配气口就随着活塞的不同位置而打开或关闭；进气由曲轴上的进气孔来控制（也有用活塞和机匣后盖旋板等控制的）。2.可燃混合气不是直接由外界进入气缸上部，而是分两步完成。第一步，混合气从进气孔进入机匣内腔；第二步，由机匣内腔经过转气道和转气口进入气缸上部。3.有几个工作过程是同时进行的。活塞运动时，活塞上方（气缸上部）和下方（机匣内腔）同时进行着某个工作过程。如：（1）活塞上行，机匣内腔吸进新鲜混合气的同时，活塞压缩气缸上方内部的混合气。（2）气缸内部的气体燃烧膨胀，迫使活塞下行作功的同时，活塞压缩机匣内腔的新鲜混合气。（3）气缸内排出废气的同时，进行转气，使气缸内部再次充满新鲜混合气。4.曲轴旋转一周，混合气燃烧作功一次，发动机的运转较为平稳。5.省去了气门等机构，构造简单，重量轻，适用于小型发动机。由于二行程发动机的排气和转气大部分是在同时进行，废气不能排除干净，这些残留废气占去了一部分气缸工作容积，影响了下一次燃烧的效果。同时，有一部分新鲜混合气未经燃烧就从排气口跑出，增加了耗油率。这是二行程发动机的一个较大的缺点。压燃式小发动机的构造式样很多，仅进气方式就有曲轴式（图1所示）、活塞式、旋板式和活门式等好几种，不过工作原理都相同。早期的小发动机，大都采用依靠活塞来控制进气的结构形式，这种形式至今还在一些摩托车和小型汽油机上使用。它的进气管接在发动机的腰部，进气口开在气缸壁上（位于转气口下方，由活塞下裙来控制进气口的开启或关闭）。这种进气方式加工简单，又不影响曲轴强度，但性能稍差，目前很少被航模发动机采用。这里要说一下“飞轮作用”。在燃烧膨胀行程中，气体压力迫使活塞向下运动并转动曲轴。随着活塞的下移，气体压力逐渐减小。到排气口开放后，加在活塞上的气体压力几乎消失。那么如果没有一种力量继续推动活塞运动，发动机岂不是要停车了吗？不会的。因为装在曲轴上的螺旋桨在转动后储存了一部分能量（惯性作用），可用来继续转动曲轴，使活塞继续运动，去完成转气和压缩过程，直到第二次燃烧开始，这种作用就称为“飞轮作用”。第二次燃烧后，活塞再次转动曲轴，旋转的螺旋桨又开始储存能量。此外，“飞轮作用”还能使发动机转速均匀。螺旋桨的重量越大，“飞轮作用”也越大。所以，采用较重的螺旋桨，容易起动发动二、燃料和润滑（一）小发动机的燃料：活塞式航空模型发动机所以能发出动力转动螺旋桨，靠的是将燃料燃烧后放出的热能转换为机械能，因而属于热力发动