小型內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)要素

摘 要：本文主要結(jié)合于小型發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際研發(fā)過(guò)程，列舉設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素供讀者參考。油路、電路、散熱系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和壓力系統(tǒng)這些要素的完善設(shè)計(jì)共同構(gòu)筑成熟完善的發(fā)動(dòng)機(jī)框架。

關(guān)鍵詞：油路；化油器；電路；磁電機(jī)；火花塞；潤(rùn)滑；單向閥；壓力；散熱片

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.011

目前，隨著現(xiàn)代工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，小型發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用普及，廣泛應(yīng)用于園林機(jī)械、植保機(jī)械、灌溉機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械以及建筑機(jī)械等領(lǐng)域。而小型發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)技巧以及使用壽命卻有待持續(xù)完善提升，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)質(zhì)量影響要素的把控還應(yīng)從加強(qiáng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)技巧了解基礎(chǔ)上進(jìn)行提升。一個(gè)成熟的發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)首先具備完善的油路、電路和潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如果是四沖程還包括壓力平衡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 小型發(fā)動(dòng)機(jī)油路設(shè)計(jì)技巧

設(shè)計(jì)前首先要判定所開(kāi)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)工作型式以及油箱布置，一般若油箱布置在工作狀態(tài)的上部，并且工作狀態(tài)油箱振動(dòng)較小，則可以選用浮子式化油器，利用燃油重力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)給供油。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于非工作狀態(tài)時(shí)，化油器浮子室內(nèi)的汽油處于相對(duì)靜止的設(shè)計(jì)油平面高度，此時(shí)，浮子的浮力繞浮子銷的力矩，等于浮子總成的重力、針閥總成的重力和針閥彈簧的彈力、油箱中的汽油作用于針閥錐面上的壓力，繞浮子銷的力矩之和。由此可知，影響化油器供油主要在于油平面高度的因素。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)，化油器浮子室內(nèi)的汽油處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的油平面高度，此時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)，浮子的上下震動(dòng)帶動(dòng)針閥的打開(kāi)和關(guān)閉，針閥彈簧此時(shí)就發(fā)揮了減震的作用，此時(shí)進(jìn)油針閥一直處于打開(kāi)狀態(tài)，開(kāi)度的大小由此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的汽油消耗量而決定的。對(duì)于一些特殊用途的發(fā)動(dòng)機(jī)，比如，沖擊夯、微耕機(jī)等，他們的工作條件惡劣，伴隨著劇烈的震動(dòng)和顛簸，如果，化油器浮子的活動(dòng)范圍過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)，浮子很難達(dá)到相對(duì)的動(dòng)態(tài)平衡；此時(shí)供油量會(huì)大于發(fā)動(dòng)機(jī)的汽油消耗量，導(dǎo)致從化油器平衡管溢油。因此，化油器的浮子活動(dòng)范圍一般要求控制在主量孔流量的2-3倍。相對(duì)于浮子式化油器，膜片式化油器工作比較穩(wěn)定，但是要盡量縮短油箱到化油器的距離，降低管束阻力，同時(shí)膜片式化油器更容易被污染，出現(xiàn)供油不足在調(diào)節(jié)配氣螺釘無(wú)效時(shí)，要進(jìn)行化油器拆解清洗。

2 小型發(fā)動(dòng)機(jī)電路設(shè)計(jì)技巧

對(duì)于小型發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，主要通過(guò)磁電機(jī)也就是點(diǎn)火線圈發(fā)出高壓直流電，通過(guò)電阻型火花塞時(shí)產(chǎn)生電火花，從而對(duì)油霧進(jìn)行點(diǎn)燃。二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)一圈點(diǎn)火一次，四沖程汽油機(jī)，曲軸轉(zhuǎn)兩圈，點(diǎn)火雖然兩次，但是有效點(diǎn)火僅一次。這里有三個(gè)關(guān)鍵要素的控制，包括磁電機(jī)間隙、火花塞間隙和火花塞型號(hào)的選定。首先磁電機(jī)間隙一般調(diào)整在（0.3～0.5）mm，這個(gè)間隙內(nèi)切割磁感線產(chǎn)生的電壓足夠促使火花塞點(diǎn)火，同時(shí)可以避免間隙過(guò)小時(shí)，由于轉(zhuǎn)子跳動(dòng)以及粉塵異物的介入導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)干涉問(wèn)題，造成磁電機(jī)磨損，卡滯。火花塞間隙一般設(shè)定在（0.7～0.9）mm。這個(gè)間隙下在中央電極和側(cè)電極形成的電流火花比較均勻，強(qiáng)度比較高。如果間隙再加大，火花將比較弱，不足以點(diǎn)燃油霧；間隙弱再減小，火花雖然比較強(qiáng)，但是長(zhǎng)度比較短，不利于點(diǎn)火，同時(shí)間隙過(guò)小，電極件容易夾附積炭等異物，造成連電無(wú)火情況的存在。對(duì)于火花塞型號(hào)，首先應(yīng)選取合適的熱值，發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比越大，工作轉(zhuǎn)速越高，越應(yīng)選用熱值較高的型號(hào)，這樣散熱比較快，能避免火花塞頭部燒穿以及電極融化問(wèn)題產(chǎn)生，但是熱值高存在更易產(chǎn)生積炭的缺點(diǎn)，造成跳火等現(xiàn)象。

3 小型發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)和壓力平衡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)主要靠汽油和機(jī)油混合后燃燒時(shí)直接潤(rùn)滑，但四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。不但要通過(guò)濺油撥叉在曲軸箱負(fù)壓是吸油濺油對(duì)活塞缸體運(yùn)動(dòng)部位進(jìn)行潤(rùn)滑，還要通過(guò)平衡氣壓管結(jié)合氣壓的平衡帶動(dòng)油霧的循環(huán)，到達(dá)氣門及搖臂區(qū)域，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)頂部的高速運(yùn)轉(zhuǎn)補(bǔ)充潤(rùn)滑油。氣門端蓋壓力升高后，通過(guò)廢氣管排除平衡氣壓。油霧回流時(shí)，可以根據(jù)流體力學(xué)中，壓力優(yōu)先通過(guò)大孔平衡，而小孔由于阻力大，其漏油或平衡效果可以忽略不計(jì)，再設(shè)定相應(yīng)位置的單向閥即可實(shí)現(xiàn)控制油霧按照既定路線流轉(zhuǎn)。技巧上結(jié)合氣流方向設(shè)計(jì)迷宮的形狀及傾向來(lái)形成壓力平衡通道，迷宮的形狀決定了噴機(jī)油量。也可通過(guò)設(shè)計(jì)塑料彎形回油管確保平衡孔在油面以上而不會(huì)直接噴出油霧到外界。

4 小型發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)壽命影響最大的因素就熱量，當(dāng)熱量生成速度大于散熱速度造成汽缸溫度過(guò)高時(shí)，將造成潤(rùn)滑油變質(zhì)潤(rùn)滑效果降低，以及運(yùn)動(dòng)組件與汽缸膨脹而拉傷的問(wèn)題。正常情況負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，風(fēng)冷缸頭火花塞座溫度應(yīng)在260攝氏度以下。發(fā)動(dòng)機(jī)熱量的產(chǎn)生與排量、壓縮比有關(guān)，而熱量的散發(fā)與缸體散熱片面積，風(fēng)扇葉片鼓風(fēng)流速有關(guān)。當(dāng)溫度超標(biāo)時(shí)，應(yīng)考慮增加散熱片數(shù)量或面積，同時(shí)調(diào)整風(fēng)扇葉片數(shù)量與高度，將溫度降低到200攝氏度左右，以期達(dá)到最高的能量轉(zhuǎn)化率。

總之，一款成熟優(yōu)良的發(fā)動(dòng)機(jī)，需要全面平衡設(shè)計(jì)好油路、電路、散熱系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和壓力平衡系統(tǒng)，只有各個(gè)環(huán)節(jié)細(xì)節(jié)做好，才能在長(zhǎng)期耐久使用中滿足客戶的性能需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]JB/T 5135.3 通用小型汽油機(jī)技術(shù)條件[S].

作者簡(jiǎn)介：田長(zhǎng)森（1983-），男，山東濟(jì)寧人，本科，初級(jí)工程師，研究方向：小型發(fā)動(dòng)機(jī)。