活塞发动机常遇故障问题研究

孙晓建 刘运超 袁野

摘 要：活塞式发动机在航空领域中应用较为广泛，主要作用是为飞机提供动力，要想确保飞机运行的安全性和稳定性，做好活塞发动机的故障排查工作尤为重要。基于此本文将对活塞发动机的运行原理进行说明，对其常遇故障开展深入分析，希望能够为相关维修人员提供一些參考。

关键词：活塞发动机;工作原理;故障分析

活塞式发动机具有经济型、环保性和安全性等特点，广泛应用于航空某轻型教练机和“海燕”等轻型民用飞机，主要用于海岸（边境）巡逻，渔情探测，防汛指挥、地质勘探以及森林防火侦察等。航空发动机就是飞机的心脏，它给飞机提供了源源不断、稳定的动力，飞机才能在蓝天上翱翔。航空活塞发动机是国内飞机应用最多的发动机类型，在飞机飞行中发动机一旦出现故障，飞机飞行的安全性、稳定性将无法保证，甚至会造成机毁人亡的后果。因此，对发动机故障的重视和研究，是为了更好的规避发动机故障风险，最大程度的确保飞机飞行的安全。

1关于活塞发动机的研究

1.1活塞发动机的基本构造

活塞发动机在产生推力时是通过发动机带动螺旋桨，通过螺旋桨再推动飞机前进，活塞发动机属于一种间接式反推力系统。它主要是由排气活门、进气活门、气缸、活塞、连杆、和曲轴等部分组成。气缸中的活塞在上下运动时会推动连杆上下运动，接着连杆带动曲轴转动，此时螺旋桨也开始转动，进气活门与排气活门主要是用来控制空气和燃油的进出。活塞式发动机的工作流程为进气、压缩、燃烧、排气。

1.2活塞发动机的特点

活塞发动机主要用于一些轻小型的飞机上，比如我国的P-51D战斗机、小鹰-500轻型飞机等都使用的是活塞式发动机。对于活塞发动机来讲当它进行高速飞行时，螺旋桨的桨尖容易产生激波，如果出现激波，发动机的运行效率就会降低，所以不适合用于高速飞行。另外随着飞机飞行速度的提高，发动机需要的功率就会越来越大，随着功率的提高，发动机的重量也会急剧增加，这样一来就属于恶性循环。活塞发动机在低速飞行时效率较高且耗油率低，具有良好的经济性，而且活塞式发动机燃油燃烧比较充分，对环境污染小、噪声小。所以综上所述得知活塞式发动机既有优点，但也存在一些缺点。

1.3活塞发动机的工作原理

活塞发动机通过在封闭的气缸内压缩空气和燃油从而膨胀做功来产生能量，首先是曲轴，它的主要作用是用来将活塞的直线运动转化为旋转运动，接下来是活塞和活塞杆件，混合空气膨胀后活塞会被压缩向下运动，并且带动曲轴，由气门控制进入气缸内的空气燃油混合气，这些气门的关闭由进气凸轮轴和排气凸轮轴控制，而凸轮轴由曲轴通过正时皮带控制[1]。惰轮和张紧轮使皮带在正确位置上张紧。活塞式发动机通常经过四个不同的冲程来实现供能的一个工作循环，它们分别是进气、压缩、做功、排气，曲轴与凸轮轴的传动比为2：1，意味着当曲轴转动两圈时，凸轮轴转动一圈，凸轮轴是通过对气门开关所对应的运动方式进行设计的，这种开关时刻的确定是基于各气缸所对应的冲程。以四冲程活塞式发动机运转为例，经火花塞点燃压缩后的混合气，进气气门开启，活塞向下运动，气缸内吸入气体，此时气缸内充满混合气，压缩行程开始压缩混合气，同时进排气门关闭，压缩行程终止前，火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀后释放压力，活塞向下运动，做功行程使曲轴转动。在排气行程中，排气门打开，活塞向上运动排出燃烧后的废气，循环继续从进气行程开始，该循环使得内燃机运转并且产生能量，空气和燃油混合后在化油器内部并且运送到气缸内，在燃油喷射时，一种是喷射到进气歧管，另一种是直接喷射到气缸内。总体来说活塞式发动机的运行主要是通过压缩的空气和燃油混合而进行，空气被导入气缸中通过活塞进行压缩，之后和燃油气体进行混合，随着油气混合后被点燃产生的推力使得活塞向下运动到气缸底部，之后活塞又会回到气缸顶部进行循环运动，连接着曲柄轴的连杆将活塞上下运动转变成旋转运动状态，因此活塞发动机产生的动力使用范围较广，例如轮船、汽车、飞机、铁路机车等等。

2活塞发动机常遇故障问题分析

活塞发动机运行的稳定性直接影响着飞机运行的安全性和稳定性，因此对活塞发动机开展故障排查工作是极为必要的。针对常见的故障问题，笔者主要从滑油系统故障、电嘴积铅故障和气门卡阻故障方面来开展说明。

2.1滑油系统故障分析及排查

在活塞发动机的故障排查中，滑油系统故障是最为常见的问题，比如滑油压力过高、油耗率较高或者滑油渗漏等问题。产生此类问题的主要原因在于滑油等级不准确、滑油量不足、滤网堵塞、释压活门调节不当等等[2]。在日常的故排工作中针对滑油系统，相关维修人员首先要查看指示系统是否处于正常状态，其次确认故障，根据飞机的型号适当添加滑油，添加滑油的过程中应保持机具整洁，避免有其他杂质落入到滑油系统当中。在飞机运行前要检查滑油量是否充足，记录飞行时间，以此来对油耗量进行判断，确定其是否符合相关标准。如果使用的是新活塞发动机，在运行前必须要利用磨合油进行润滑，一天过后检查滑油金属微粒，确定油耗率符合标准后更换使用合成滑油。若在检查过程中发现金属屑，要及时对活塞发动机的内部进行检查，查验是否有磨损的情况，如未出现磨损，需对滑油系统进行清理。

2.2电嘴积铅故障分析及排查

在飞机运行过程中，如果活塞发动机的电嘴出现问题则会导致发动机出现振动的现象，影响飞机的稳定运行。根据相关统计表明大多数活塞发动机出现振动的原因都是由于电嘴积铅，若电嘴受到污染就会出现短路的情况，而此时伴随着气缸内的混合气燃烧，就会直接影响发动机的功率，从而产生振动。因此在活塞发动机的故障排查中，选择合适的电嘴是极为重要的，同时要考虑电嘴承受热量的范围。针对活塞发动机电嘴积铅的问题，相关维修人员首先要明确电嘴的工作温度变化，选择合适的电嘴，在拆装时避免碰到电极，控制好电嘴安装的松紧度，同时要保证密封良好。如果难以拆卸电嘴，则需利用煤油进行润滑，或者启动气缸头提升温度，防止绝缘体损坏。此外要定期清理电嘴，利用喷砂设备清理积铅，在调整电嘴时要用专业的机具，防止电嘴损坏。

2.3气门卡阻故障分析及排查

活塞发动机出现气门卡阻的主要原因来自于发动机内部污染，或发动机的工作温度出现了波动[3]。活塞发动机在长期运行过程中避免不了会产生一些污染物，如果没有对其进行定期清理，长此以往污染物大量堆积，从而导致气门卡阻。此外发动机在运转过程中，滑油中的碳和燃油中的铅会被燃烧，此时若发动机的工作温度出现波动，会致使碳物质堆积，对滑油系统产生污染，从而导致气门卡阻。或者发动机在运转过程中工作温度突然下降，导致发动机骤冷，也会出现气门卡阻的现象。针对活塞发动机气门卡阻的问题，维修人员要定期对发动机进行清理维护，对每一次的运行情况都要进行记录，针对发动机骤冷问题，要及时调节贫富油，在发动机不工作时段，要定时开启一次，清除发动机内的污染物。

结束语：

本文对活塞式发动机的构造、特点及工作原理开展了详细说明，对活塞发动机常见故障问题进行了深入分析。通过本文的论述，希望能够对活塞发动机的维修提供一些参考意见，确保其运行的稳定性。

参考文献：

[1]黄福军. 微小型自由活塞发动机理论与实验研究[D].中国科学院大学（中国科学院工程热物理研究所），2020

[2]邓志奇 周克家 李自辉. 航空活塞发动机排故基本原则与常见故障分析[J]. 科学技术创新，2020（05）：22-23

[3]周克家 邓志奇 孙晓建. 航空活塞发动机故障的主要特点及预防[J]. 科学技术创新，2020（07）：45-46