活塞發動機常遇故障問題研究

孫曉建 劉運超 袁野

摘 要：活塞式發動機在航空領域中應用較為廣泛，主要作用是為飛機提供動力，要想確保飛機運行的安全性和穩定性，做好活塞發動機的故障排查工作尤為重要。基于此本文將對活塞發動機的運行原理進行說明，對其常遇故障開展深入分析，希望能夠為相關維修人員提供一些參考。

關鍵詞：活塞發動機;工作原理;故障分析

活塞式發動機具有經濟型、環保性和安全性等特點，廣泛應用于航空某輕型教練機和“海燕”等輕型民用飛機，主要用于海岸（邊境）巡邏，漁情探測，防汛指揮、地質勘探以及森林防火偵察等。航空發動機就是飛機的心臟，它給飛機提供了源源不斷、穩定的動力，飛機才能在藍天上翱翔。航空活塞發動機是國內飛機應用最多的發動機類型，在飛機飛行中發動機一旦出現故障，飛機飛行的安全性、穩定性將無法保證，甚至會造成機毀人亡的后果。因此，對發動機故障的重視和研究，是為了更好的規避發動機故障風險，最大程度的確保飛機飛行的安全。

1關于活塞發動機的研究

1.1活塞發動機的基本構造

活塞發動機在產生推力時是通過發動機帶動螺旋槳，通過螺旋槳再推動飛機前進，活塞發動機屬于一種間接式反推力系統。它主要是由排氣活門、進氣活門、氣缸、活塞、連桿、和曲軸等部分組成。氣缸中的活塞在上下運動時會推動連桿上下運動，接著連桿帶動曲軸轉動，此時螺旋槳也開始轉動，進氣活門與排氣活門主要是用來控制空氣和燃油的進出。活塞式發動機的工作流程為進氣、壓縮、燃燒、排氣。

1.2活塞發動機的特點

活塞發動機主要用于一些輕小型的飛機上，比如我國的P-51D戰斗機、小鷹-500輕型飛機等都使用的是活塞式發動機。對于活塞發動機來講當它進行高速飛行時，螺旋槳的槳尖容易產生激波，如果出現激波，發動機的運行效率就會降低，所以不適合用于高速飛行。另外隨著飛機飛行速度的提高，發動機需要的功率就會越來越大，隨著功率的提高，發動機的重量也會急劇增加，這樣一來就屬于惡性循環。活塞發動機在低速飛行時效率較高且耗油率低，具有良好的經濟性，而且活塞式發動機燃油燃燒比較充分，對環境污染小、噪聲小。所以綜上所述得知活塞式發動機既有優點，但也存在一些缺點。

1.3活塞發動機的工作原理

活塞發動機通過在封閉的氣缸內壓縮空氣和燃油從而膨脹做功來產生能量，首先是曲軸，它的主要作用是用來將活塞的直線運動轉化為旋轉運動，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動，并且帶動曲軸，由氣門控制進入氣缸內的空氣燃油混合氣，這些氣門的關閉由進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。活塞式發動機通常經過四個不同的沖程來實現供能的一個工作循環，它們分別是進氣、壓縮、做功、排氣，曲軸與凸輪軸的傳動比為2：1，意味著當曲軸轉動兩圈時，凸輪軸轉動一圈，凸輪軸是通過對氣門開關所對應的運動方式進行設計的，這種開關時刻的確定是基于各氣缸所對應的沖程。以四沖程活塞式發動機運轉為例，經火花塞點燃壓縮后的混合氣，進氣氣門開啟，活塞向下運動，氣缸內吸入氣體，此時氣缸內充滿混合氣，壓縮行程開始壓縮混合氣，同時進排氣門關閉，壓縮行程終止前，火花塞點燃混合氣，氣體燃燒膨脹后釋放壓力，活塞向下運動，做功行程使曲軸轉動。在排氣行程中，排氣門打開，活塞向上運動排出燃燒后的廢氣，循環繼續從進氣行程開始，該循環使得內燃機運轉并且產生能量，空氣和燃油混合后在化油器內部并且運送到氣缸內，在燃油噴射時，一種是噴射到進氣歧管，另一種是直接噴射到氣缸內。總體來說活塞式發動機的運行主要是通過壓縮的空氣和燃油混合而進行，空氣被導入氣缸中通過活塞進行壓縮，之后和燃油氣體進行混合，隨著油氣混合后被點燃產生的推力使得活塞向下運動到氣缸底部，之后活塞又會回到氣缸頂部進行循環運動，連接著曲柄軸的連桿將活塞上下運動轉變成旋轉運動狀態，因此活塞發動機產生的動力使用范圍較廣，例如輪船、汽車、飛機、鐵路機車等等。

2活塞發動機常遇故障問題分析

活塞發動機運行的穩定性直接影響著飛機運行的安全性和穩定性，因此對活塞發動機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滑油系統故障分析及排查

在活塞發動機的故障排查中，滑油系統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。產生此類問題的主要原因在于滑油等級不準確、滑油量不足、濾網堵塞、釋壓活門調節不當等等[2]。在日常的故排工作中針對滑油系統，相關維修人員首先要查看指示系統是否處于正常狀態，其次確認故障，根據飛機的型號適當添加滑油，添加滑油的過程中應保持機具整潔，避免有其他雜質落入到滑油系統當中。在飛機運行前要檢查滑油量是否充足，記錄飛行時間，以此來對油耗量進行判斷，確定其是否符合相關標準。如果使用的是新活塞發動機，在運行前必須要利用磨合油進行潤滑，一天過后檢查滑油金屬微粒，確定油耗率符合標準后更換使用合成滑油。若在檢查過程中發現金屬屑，要及時對活塞發動機的內部進行檢查，查驗是否有磨損的情況，如未出現磨損，需對滑油系統進行清理。

2.2電嘴積鉛故障分析及排查

在飛機運行過程中，如果活塞發動機的電嘴出現問題則會導致發動機出現振動的現象，影響飛機的穩定運行。根據相關統計表明大多數活塞發動機出現振動的原因都是由于電嘴積鉛，若電嘴受到污染就會出現短路的情況，而此時伴隨著氣缸內的混合氣燃燒，就會直接影響發動機的功率，從而產生振動。因此在活塞發動機的故障排查中，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。針對活塞發動機電嘴積鉛的問題，相關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，利用噴砂設備清理積鉛，在調整電嘴時要用專業的機具，防止電嘴損壞。

2.3氣門卡阻故障分析及排查

活塞發動機出現氣門卡阻的主要原因來自于發動機內部污染，或發動機的工作溫度出現了波動[3]。活塞發動機在長期運行過程中避免不了會產生一些污染物，如果沒有對其進行定期清理，長此以往污染物大量堆積，從而導致氣門卡阻。此外發動機在運轉過程中，滑油中的碳和燃油中的鉛會被燃燒，此時若發動機的工作溫度出現波動，會致使碳物質堆積，對滑油系統產生污染，從而導致氣門卡阻。或者發動機在運轉過程中工作溫度突然下降，導致發動機驟冷，也會出現氣門卡阻的現象。針對活塞發動機氣門卡阻的問題，維修人員要定期對發動機進行清理維護，對每一次的運行情況都要進行記錄，針對發動機驟冷問題，要及時調節貧富油，在發動機不工作時段，要定時開啟一次，清除發動機內的污染物。

結束語：

本文對活塞式發動機的構造、特點及工作原理開展了詳細說明，對活塞發動機常見故障問題進行了深入分析。通過本文的論述，希望能夠對活塞發動機的維修提供一些參考意見，確保其運行的穩定性。

參考文獻：

[1]黃福軍. 微小型自由活塞發動機理論與實驗研究[D].中國科學院大學（中國科學院工程熱物理研究所），2020

[2]鄧志奇 周克家 李自輝. 航空活塞發動機排故基本原則與常見故障分析[J]. 科學技術創新，2020（05）：22-23

[3]周克家 鄧志奇 孫曉建. 航空活塞發動機故障的主要特點及預防[J]. 科學技術創新，2020（07）：45-46