試析活塞式發(fā)動機(jī)的燃油管理

蔣平清

摘要：活塞式發(fā)動機(jī)一般是指燃油在汽缸里燃燒膨脹，推動活塞下行帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，以此形式輸出動力的發(fā)動機(jī)。文章就航空汽油的相關(guān)理論、在不同的飛行狀況下活塞發(fā)動機(jī)的燃油運(yùn)用方法以及在非常規(guī)作業(yè)的狀態(tài)下普遍的處理方法、程序進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：活塞式發(fā)動機(jī)；燃油管理；圓軸運(yùn)動；航空燃油；燃油系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TK45 文章編號：1009-2374（2016）07-0052-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.027

運(yùn)用柴油或汽油等燃料產(chǎn)生壓力是常見的往復(fù)模式的發(fā)動機(jī)。在通常情況下會有很多活塞，它們都安裝在氣缸里面，燃料混合空氣進(jìn)入氣缸內(nèi)，進(jìn)而點(diǎn)燃燃料。缸內(nèi)熱氣膨脹，進(jìn)而向后擠壓活塞使其運(yùn)動，通過連桿和圓軸使得活塞原本的直線運(yùn)動變成圓軸運(yùn)動。此類型發(fā)動機(jī)叫做內(nèi)燃機(jī)，雖然有時候內(nèi)燃機(jī)沒有活塞。這種發(fā)動機(jī)最平民化，很常見。本文就以航空內(nèi)燃機(jī)的具體燃油情況進(jìn)行詳細(xì)分析，并詳細(xì)闡述其在不同的操作環(huán)境下出現(xiàn)的各種問題以及常見的應(yīng)對方案。

1 燃油的概念

因?yàn)楸疚氖且院娇杖加妥鳛槔M(jìn)行闡述的，所以此處燃油的概念也是指航空汽油。燃料所含的東西不同，其各項性能就大相徑庭。就抗爆性能而言，燃料的差別就有很大的不同，比如此性能極強(qiáng)的異辛烷；而另一種叫做正庚烷，其抗爆性能極弱。通常情況下，把抗爆性能最強(qiáng)用100辛烷值來表示，最弱則是由0來表示，所以正庚烷的辛烷值為0。把這二者根據(jù)不一樣的容積比重混合，這樣就造成了燃料抗爆性的巨大不同。辛烷數(shù)被認(rèn)為異辛烷在其所在混合燃料中所占容積的百分?jǐn)?shù)。由試驗(yàn)比較的方法來得出航空燃料的辛烷值。把待測量的汽油依據(jù)一定比重調(diào)制的混合燃料的剩余空氣的系數(shù)全部調(diào)節(jié)到1，假使二者處在一樣的壓縮比值情況下，全部運(yùn)用同一發(fā)動機(jī)進(jìn)行爆震，便解釋為兩種燃料具有一樣的抗震性能，該測量汽油的辛烷數(shù)便被認(rèn)為是此混合燃料的辛烷值。

2 飛機(jī)飛行過程中發(fā)動機(jī)的燃油狀況

2.1 啟動發(fā)動機(jī)

通常，在天氣很冷的狀況下，汽車的發(fā)動機(jī)很難發(fā)動。這是因?yàn)闄C(jī)器處在相當(dāng)冷的環(huán)境中，這時開啟發(fā)動機(jī)，因?yàn)闄C(jī)器和空氣的溫度都過低，導(dǎo)致燃油汽化難度加大。在正式開動之前，需要先注入適量的燃油。而溫度較高的情況下發(fā)動，發(fā)動機(jī)的溫度適宜，燃油也比較容易發(fā)生汽化，進(jìn)而進(jìn)入總管內(nèi)。所以在此時往管內(nèi)添加燃油，使得油進(jìn)入噴嘴管路，保障發(fā)動機(jī)在發(fā)動之后依然可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 飛機(jī)滑行

飛機(jī)在地面滑行時，所處的環(huán)境較之前大為不同，與地面接觸容易遭受污染，所以飛機(jī)處于這種狀態(tài)時，我們一般采取特殊手段，比如適當(dāng)調(diào)節(jié)貧油。

2.3 飛機(jī)起飛

在大轉(zhuǎn)速的情形中，發(fā)動機(jī)工作，一般包括飛機(jī)的起飛、爬升、復(fù)飛三種。此時，最大功率時的系數(shù)就很可能是剩余氣體系數(shù)，大多數(shù)設(shè)定為0.85左右。這樣既可以保障發(fā)動機(jī)在較大功率的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，又正逢燃?xì)鉅顟B(tài)良好，能夠恰當(dāng)有效地避免發(fā)動機(jī)過熱情況的出現(xiàn)。當(dāng)發(fā)動機(jī)在最大功率狀態(tài)下工作時，各項相關(guān)指標(biāo)也都達(dá)到了最大值，例如熱量效率、發(fā)動機(jī)外部溫度、發(fā)動機(jī)各種零部件負(fù)擔(dān)壓力。

2.4 飛機(jī)爬升

飛機(jī)的燃油處于最強(qiáng)工作狀態(tài)，一般是在飛機(jī)爬行期間。為了達(dá)到功能效率、外觀以及發(fā)動機(jī)冷卻的最佳效果，多數(shù)以襟翼收上位、全油門和超過最佳速度5～10節(jié)的速度操作的方法，作為標(biāo)準(zhǔn)路線。密度高度在3000英尺以下，應(yīng)該是全富油，在此種情況下，應(yīng)該選擇調(diào)貧油，以便更完美地運(yùn)轉(zhuǎn)或者完成最大轉(zhuǎn)速。最大速度高于爬升速度，需要在較短的期間內(nèi)完成，方便發(fā)動機(jī)的冷卻。

2.5 飛機(jī)巡航

如果想要把發(fā)動機(jī)的功能效率發(fā)揮到極致，需要在實(shí)際巡航的過程中，事先設(shè)置好發(fā)動機(jī)功率，然后再利用其混合比桿完成發(fā)動機(jī)功率或者經(jīng)濟(jì)狀態(tài)的自動設(shè)置。在此過程中，不但可以設(shè)置功率，還支持恰當(dāng)?shù)恼{(diào)貧油，一樣能夠達(dá)到增大的目的。調(diào)貧油時采用EGT，最高排氣溫度，能夠?qū)崿F(xiàn)燃油經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化，同時也是達(dá)到規(guī)定燃油消耗的不二選擇。

2.6 下降階段與接近著陸階段

類似于我們平時停車，下降與接近著陸階段常常采取小轉(zhuǎn)速或者慢車模式。發(fā)動機(jī)在此種狀態(tài)下工作時，混合氣處于富油狀態(tài)，發(fā)動機(jī)溫度相對不高，電嘴特別容易積累一些炭灰等物，這勢必會影響到發(fā)動機(jī)的正常工作，此時內(nèi)燃機(jī)會處于一個極其不穩(wěn)定的狀態(tài)下。因此，為了避免這一現(xiàn)象，適當(dāng)調(diào)貧油或者竭力減少這一狀態(tài)所需時間是極其必要的工作。

2.7 關(guān)于轉(zhuǎn)換油箱供油

針對無輸油的燃油系統(tǒng)，為了保障飛機(jī)的持續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。需要在巡航過程中，要求交叉替換使用左右油箱，而且要求開啟增加泵，這將為供油提供一個穩(wěn)定的環(huán)境。在起飛、著陸或低空飛行時，盡量使用同一油箱，避免左右油箱相互轉(zhuǎn)換，如果一旦轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時，條件允許的情況下要打開電動泵。

3 常見的不正常燃燒和工作情況以及處置方法

3.1 發(fā)動機(jī)爆震

在一定條件下，汽缸內(nèi)混合氣體的正常燃燒被外界的某種氣體破壞，而在未燃混合氣的局部發(fā)生類似爆炸性的燃燒，叫爆震燃燒，又叫爆震。我們主要從以下五種情況來對爆震進(jìn)行詳盡的闡述：（1）發(fā)動機(jī)內(nèi)發(fā)生沒有規(guī)律的類似金屬敲擊聲，這是因?yàn)楸饹_撞所形成的；（2）排氣管有規(guī)則地有黑煙冒出。排氣管不時地冒出黑煙，而且非常具有規(guī)則；（3）發(fā)動機(jī)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，震動強(qiáng)烈，無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)；（4）發(fā)動機(jī)的性能明顯下降，無法正常工作，旋轉(zhuǎn)的速度也出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象；（5）發(fā)動機(jī)部分地方升溫太快，尤其是內(nèi)缸，發(fā)動機(jī)內(nèi)部相關(guān)運(yùn)轉(zhuǎn)的零部件因溫度太高出現(xiàn)異常甚至損毀的現(xiàn)象。

如果說發(fā)動機(jī)出現(xiàn)爆震等現(xiàn)象，操作人員必須采取相應(yīng)措施：（1）向前推動變矩桿，把它原有的距離大大縮小，以此方式來減輕螺旋槳所承受的壓力，以達(dá)到最大限度增加增發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的目的；（2）向后拉動油門桿，從而致使進(jìn)入氣缸的氣體壓力變小，接著使氣缸內(nèi)部的混合氣體燃料的含量大大減少，這樣的操作也使得發(fā)動內(nèi)部壓縮氣體的狀況得到了緩解，溫度有所降低，壓力得到減輕；（3）發(fā)動機(jī)的溫度過熱，采取措施降低機(jī)身溫度，這樣可以很好地減輕爆震情況，甚至可以消除爆震情況。倘若發(fā)動機(jī)出現(xiàn)問題或者受到損害，沒有辦法進(jìn)行正常的工作，這時，操作人員必須實(shí)施迫降，否則會出現(xiàn)更惡劣的情況。

3.2 發(fā)動機(jī)早燃

早燃顧名思義就是過早燃燒，就是在進(jìn)行氣體壓縮時，電嘴還尚未跳火，混合氣就已經(jīng)達(dá)到了其自身的著火點(diǎn)，進(jìn)而自動燃燒。出現(xiàn)早燃現(xiàn)象的原因有很多，就其主要原因大致有兩個：（1）高溫；（2）積炭。汽缸本身的溫度極易導(dǎo)致氣體本身溫度升高，而缸內(nèi)剩余積炭過多同樣會出現(xiàn)引起燃料過早自燃。而發(fā)動機(jī)發(fā)生早燃，會導(dǎo)致其自身的工作能力降低，進(jìn)而其自身的經(jīng)濟(jì)效益也會隨之大大降低。內(nèi)燃機(jī)有多種，單缸或者多缸，前者即使出現(xiàn)早燃的現(xiàn)象，其后續(xù)的狀況是不固定的，因?yàn)樵缛家饍?nèi)部組織壓力不穩(wěn)的狀況進(jìn)而產(chǎn)生機(jī)身的振動。在飛機(jī)處于低轉(zhuǎn)速的情況下，一旦內(nèi)燃機(jī)出現(xiàn)早燃，極易破環(huán)機(jī)器內(nèi)部的零件，因?yàn)檫@時候系統(tǒng)的自身的慣性小，與此同時內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部氣體壓力又很大。

3.3 發(fā)動機(jī)處于過富油狀態(tài)

過富燃燒必須符合一定的條件，發(fā)動機(jī)內(nèi)的余氣小于0.6。而過富狀態(tài)下，混合氣燃油燃燒會出現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)功率變小，經(jīng)濟(jì)效益降低，氣缸頭部的溫度值會減小的情況。過富燃燒混合氣一樣有混合氣體不均勻的情況，富油程度大小不相同的狀況。最后也會導(dǎo)致氣缸中內(nèi)燃?xì)怏w所承受的壓力不相同，同樣會致使發(fā)動機(jī)運(yùn)動。然而，與過貧燃燒相比，過富燃燒也具有其自己獨(dú)特的一面：（1）汽缸里面出現(xiàn)積炭，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)效率變小，經(jīng)濟(jì)效益降低，更為嚴(yán)重的話，可能造成發(fā)動機(jī)出現(xiàn)問題；（2）預(yù)防發(fā)動機(jī)過富油燃燒，首先必須做的是富油調(diào)整設(shè)置，其次是在飛行過程中，假使收油門力度太猛，這個時候節(jié)氣門快速調(diào)小，空氣量突然降低，但是燃油量由于系統(tǒng)慣性降低相對滯后，極易導(dǎo)致短時間的混合氣過富油，產(chǎn)生排氣管“放炮”狀況，因此在操縱油門時動作要溫和。

4 結(jié)語

發(fā)動機(jī)如同飛機(jī)的心臟，為航空飛行提供源源不斷的動力，而燃油為發(fā)動機(jī)運(yùn)行的能源，因此發(fā)動機(jī)燃油對航空飛機(jī)起著至關(guān)重要的作用，科學(xué)、有效地燃油管理極大地保障了發(fā)動機(jī)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)發(fā)動機(jī)本身性能的發(fā)揮，進(jìn)而保障航空航天的安全。因此，我們必須重視燃油管理問題，嚴(yán)格按照規(guī)章制度組織管理燃油，并且切實(shí)應(yīng)對燃油管理過程中出現(xiàn)的問題。本文對于航空活塞式發(fā)動機(jī)燃油的管理做出了分析與研究，闡述了燃油管理的重要性，希望各行業(yè)加強(qiáng)對于內(nèi)燃機(jī)燃油的管理。

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（責(zé)任編輯：蔣建華）