小型內(nèi)燃發(fā)動機的設(shè)計要素

摘 要：本文主要結(jié)合于小型發(fā)動機的實際研發(fā)過程，列舉設(shè)計關(guān)鍵要素供讀者參考。油路、電路、散熱系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和壓力系統(tǒng)這些要素的完善設(shè)計共同構(gòu)筑成熟完善的發(fā)動機框架。

關(guān)鍵詞：油路；化油器；電路；磁電機；火花塞；潤滑；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)化進程的發(fā)展，小型發(fā)動機的應(yīng)用普及，廣泛應(yīng)用于園林機械、植保機械、灌溉機械、農(nóng)用機械以及建筑機械等領(lǐng)域。而小型發(fā)動機的設(shè)計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)對質(zhì)量影響要素的把控還應(yīng)從加強對發(fā)動機的設(shè)計技巧了解基礎(chǔ)上進行提升。一個成熟的發(fā)動機，應(yīng)首先具備完善的油路、電路和潤滑系統(tǒng)的設(shè)計，如果是四沖程還包括壓力平衡系統(tǒng)的設(shè)計。

1 小型發(fā)動機油路設(shè)計技巧

設(shè)計前首先要判定所開發(fā)發(fā)動機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)油箱振動較小，則可以選用浮子式化油器，利用燃油重力實現(xiàn)自動補給供油。當(dāng)發(fā)動機處于非工作狀態(tài)時，化油器浮子室內(nèi)的汽油處于相對靜止的設(shè)計油平面高度，此時，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)動機處于工作狀態(tài)時，化油器浮子室內(nèi)的汽油處于一個相對穩(wěn)定的油平面高度，此時，由于發(fā)動機的震動，浮子的上下震動帶動針閥的打開和關(guān)閉，針閥彈簧此時就發(fā)揮了減震的作用，此時進油針閥一直處于打開狀態(tài)，開度的大小由此時發(fā)動機的汽油消耗量而決定的。對于一些特殊用途的發(fā)動機，比如，沖擊夯、微耕機等，他們的工作條件惡劣，伴隨著劇烈的震動和顛簸，如果，化油器浮子的活動范圍過大，會導(dǎo)致發(fā)動機處于工作狀態(tài)時，浮子很難達到相對的動態(tài)平衡；此時供油量會大于發(fā)動機的汽油消耗量，導(dǎo)致從化油器平衡管溢油。因此，化油器的浮子活動范圍一般要求控制在主量孔流量的2-3倍。相對于浮子式化油器，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)配氣螺釘無效時，要進行化油器拆解清洗。

2 小型發(fā)動機電路設(shè)計技巧

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

3 小型發(fā)動機潤滑系統(tǒng)和壓力平衡系統(tǒng)的設(shè)計

二沖程發(fā)動機主要靠汽油和機油混合后燃燒時直接潤滑，但四沖程發(fā)動機潤滑系統(tǒng)設(shè)計較為復(fù)雜。不但要通過濺油撥叉在曲軸箱負壓是吸油濺油對活塞缸體運動部位進行潤滑，還要通過平衡氣壓管結(jié)合氣壓的平衡帶動油霧的循環(huán)，到達氣門及搖臂區(qū)域，對發(fā)動機頂部的高速運轉(zhuǎn)補充潤滑油。氣門端蓋壓力升高后，通過廢氣管排除平衡氣壓。油霧回流時，可以根據(jù)流體力學(xué)中，壓力優(yōu)先通過大孔平衡，而小孔由于阻力大，其漏油或平衡效果可以忽略不計，再設(shè)定相應(yīng)位置的單向閥即可實現(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)計迷宮的形狀及傾向來形成壓力平衡通道，迷宮的形狀決定了噴機油量。也可通過設(shè)計塑料彎形回油管確保平衡孔在油面以上而不會直接噴出油霧到外界。

4 小型發(fā)動機散熱系統(tǒng)的設(shè)計

對于發(fā)動機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高時，將造成潤滑油變質(zhì)潤滑效果降低，以及運動組件與汽缸膨脹而拉傷的問題。正常情況負載運轉(zhuǎn)，風(fēng)冷缸頭火花塞座溫度應(yīng)在260攝氏度以下。發(fā)動機熱量的產(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)溫度超標時，應(yīng)考慮增加散熱片數(shù)量或面積，同時調(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，以期達到最高的能量轉(zhuǎn)化率。

總之，一款成熟優(yōu)良的發(fā)動機，需要全面平衡設(shè)計好油路、電路、散熱系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和壓力平衡系統(tǒng)，只有各個環(huán)節(jié)細節(jié)做好，才能在長期耐久使用中滿足客戶的性能需求。

參考文獻：

[1]JB/T 5135.3 通用小型汽油機技術(shù)條件[S].

作者簡介：田長森（1983-），男，山東濟寧人，本科，初級工程師，研究方向：小型發(fā)動機。