工作冲程:当压缩冲程结束的那一瞬间,气缸内的火花塞(又叫电咀)通电产生电火花,混合气被点燃并燃烧,产生的燃气温度和压力急剧升高(温度可达2500℃,压力可达50~75个标准大气压),燃烧后的高温高压燃气膨胀,推动活塞向下运动,对活塞做功。活塞通过连杆带动曲轴旋转,这时汽油燃烧的热能转变为曲轴转动的机械能。当活塞运动到下死点时,工作冲程结束。
排气冲程:工作冲程结束后,曲轴在惯性作用下通过连杆带动活塞从下死点开始向上死点运动,此时排气活门打开而进气活门关闭,随着活塞的向上运动,燃烧后的废气不断地从排气门排出。当活塞到达上死点时,排气活门关闭,进气活门打开,进入下一个工作循环的进气冲程。
图2-68 星形布局发动机
可见,活塞发动机在一个工作循环内,交替完成了进气、压缩、工作和排气四个冲程,一个工作循环,活塞往复运动两次,曲轴转动两圈,其中只有工作冲程是燃料燃烧做功,将燃料的化学能转变成曲轴转动的机械能,其余3个冲程都是靠曲轴转动的惯性通过连杆带动活塞完成的,也就是说活塞发动机的工作中,燃料燃烧、能量转化并不是连续的。
为了使发动机能够连续稳定工作,航空用活塞发动机采用多汽缸结构(5~28缸),大多采用星形布局(见图2-68)。多个气缸围绕曲轴排成一圈或两圈,各汽缸交替工作,保证任何时候都有气缸在做功,使发动机连续稳定地工作。
(三)活塞式发动机的工作系统
活塞式发动机能够连续不断地工作,除了在结构上的主要组成部分之外,还必须要有各个工作系统进行配合工作。活塞式发动机的工作系统主要有:进气系统、点火系统、润滑系统、冷却系统和启动系统。
进气系统的作用是将从燃油泵来的燃油汽化,以便与空气均匀地混合,组成混合比适当的混合气,满足发动机在各种工作情况下的需要。航空活塞式发动机上采用的进气系统有两种:一种是汽化器式燃料系统,此系统是在发动机的进气管路中将被汽化器雾化的燃油喷入,并与空气进行混合组成混合气然后进入汽缸内。另一种是直接喷射式燃料系统,此系统是在进气冲程中将燃料直接喷入到汽缸内与空气进行混合组成混合气。
小贴士
混合比适当,是指混合气中的汽油完全燃烧时,吸入的氧气也消耗完了。如果汽油完全燃烧而氧气未消耗完,叫做贫油,发动机功率会下降;如果氧气消耗完而汽油未完全燃烧,称为富油,发动机功率下降、冒黑烟,经济性降低。
点火系统是利用高压电产生电火花的方法来点燃混合气,主要由产生高压电的磁电机和点火分配器及火花塞组成,发动机工作时磁电机产生高压电,并通过点火分配器按发动机的点火顺序将高压电输送至各汽缸的火花塞,火花塞产生电火花点燃混合气。
图2-69 发动机散热风门
润滑系统是把数量足够和黏度适当的滑油循环、不间断地输送至汽缸,使汽缸和活塞之间得到良好的润滑和冷却,达到减少摩擦、降低磨损、清洁和防腐的目的。润滑系统由滑油箱、滑油泵、滑油滤、滑油散热装置和管道组成。
冷却系统又称散热系统,是使冷却介质流过汽缸壁,带走汽缸壁的一些热量,使汽缸温度稳定在适宜的范围内,保持发动机的正常工作(见图2-69)。航空活塞发动机多采用气冷式进行冷却,在汽缸外壁上有很多散热片,利用迎面气流吹过散热片带走热量。为防止汽缸温度过低,还在发动机前加装了百叶窗式散热风门,可根据汽缸温度来调节百叶窗的开度,控制流过发动机散热片的空气流量。
启动系统使发动机从静止状态过渡到工作状态,启动系统分为气动和电动两种。气动启动是使用压缩空气进入汽缸推动活塞运动,使发动机开始转动。电动启动是使用电动机带动发动机的曲轴旋转。
(四)螺旋桨
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