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基础知识――四冲程发动机
这种发动机在一个工作循环中有四个完整的冲程，每一个冲程分别完成做功、排气、进气和压缩的工作。这样，一个工作循环需要曲轴完整地转两圈。进气阀和排气阀都安装在燃烧室的上部。由于这两个阀门开关的时间需要非常精确，所以要有一个齿轮正时机构把这两个阀门和曲轴联系起来。Great Planes公司的Mike Giger和Mike Shaw给我们提供了一台四冲程的发动机。这台发动机OS公司已经把它切开了。这样，我们就能观察到它包括阀门驱动机构在内的内部工作情况(46)。对此还有另外两张照片(47)和(48)。乍一看，四冲程发动机也有由活塞分割成的两个室，这一点和二冲程发动机类似。但是，我们知道，二冲程发动机是利用曲轴箱作为气泵吸入燃料混合气并送至燃烧室。而四冲程发动机箱体内不断变化的气压则有完全不同的用途。四冲程发动机依赖于漏过活塞的燃料中的润滑油进行润滑。发动机业内人士称这种漏油现象为窜气。为了防止废油聚集，在曲轴箱上有一个排油口(49)。当活塞向下移动时，聚集的润滑油被吹出排油口。在排油口上拧有一个排油嘴。可以用一段软管接在排油嘴上。这样，废油就可以被导出，而不会留在飞机的发动机舱内了。只要看一看从排油嘴内排出，最后弄脏你飞机的废油量有多少，你就不会对这套润滑系统是否有效有任何怀疑了。曲轴箱上的排油嘴还能起到消除曲轴箱内过高压力的作用。压力过高，就会造成发动机的功率损失。我们再来看看燃烧室。照片(50-55)显示的是和我们前面介绍的二冲程发动机类似的那几步工作过程。(50)是点火的时候。做功冲程中，高温膨胀的气体将活塞向下推(51)。注意此时进、出气阀都处于关闭状态。接下来，活塞向上运动，排气阀打开，开始排气冲程(52)。当活塞经过上死点时(53)，排气阀关闭，进气阀打开，开始进气冲程(54)。然后活塞经过下死点，进气阀关闭。此后就是压缩冲程了(55)。
四冲程发动机与二冲程发动机的比较
在本节中，我们来比较一下二冲程和四冲程两种发动机。为了保持一致，我们假设要比较的发动机大小一样，否则比较就没有意义了。通过本节的介绍，你会了解到二冲程发动机产生的马力较大，而价格也相对低一些。你只要看一看(15)和(16)就能明白为什么了――二冲程发动机所需的零件数量只有四冲程发动机的一半。二冲程发动机相对而言也比较容易维护和拆装。既不需要对摇臂进行调整，也不需要对各种阀门进行调整。就因为如此，很多很有经验的航模爱好者根本就不动那份心思去使用这种复杂、价高的四冲程发动机。当然，四冲程发动机也有很多优势，因此使它在航模活动中始终占有一席之地。大部分航模爱好者都拥有一台四冲程发动机。而一位典型的航模爱好者则会拥有好几台这样的发动机。由于四冲程发动机的阀门系统比较复杂，所以会因此而损失一些功率。此外，四冲程发动机曲轴转两圈，才有一个做功冲程。而二冲程发动机每转一圈就有一个做功冲程。简单的计算和直觉的判断可能会让你得出四冲程发动机产生的功率小于二冲程发动机一半的结论。而实际上，尽管需要驱动一套复杂的阀门系统，四冲程发动机所产生的功率大约是二冲程发动机的百分之六十至百分之七十五。现在让我们来看看为什么。远在下死点之前(31)，当排气开始的时候(29)，二冲程发动机的做功过程就结束了。因此，做功的过程只持续了排气/做功冲程的3/4而已。相反地，四冲程发动机在整个做功冲程都在做功(51)。我们再来看一看压缩开始时混合气体的体积。四冲程发动机的活塞此时处于下死点的位置，整个燃烧室内(55)都充满了燃料混合气。而二冲程发动机在排气口关闭后(33)才开始压缩，此时只有3/4燃烧室内有油气混合。因此，四冲程发动机燃料混合气的体积相对而言就大一些。由于四冲程发动机做功的时间较长，而每个做功冲程内燃料混合气的体积又较大，这就很能说明问题，为什么原来对四冲程和二冲程发动机的比较结果会出乎意料地偏向前者。四冲程发动机还有另外一个与功率微妙相关的优势。一架飞机性能好坏，其中一项就是看它在飞行速度减慢以后，能否迅速地加到最高速度。大直径螺旋桨的加速性能要比小桨的好。这就是为什么像P-51和空中袭击者(Skyraidr)这样的真飞机，其螺旋桨十分巨大的原因。一台发动机的马力取决于包括螺旋桨大小和发动机转速等在内的很多因素。研究这些因素的工程师们注意到了这样一个现象。发动机在某些特定的转速上马力最大，而此时改变螺旋桨的大小只会使马力减小。二冲程发动机产生最大马力所需的转速要比四冲程的高。二冲程发动机产生最高马力时所需的较高转速需要一个较小的螺旋桨。而这种小桨的加速性能就不太好。因此，航模爱好者不得不使用相对较大的桨。这样，二冲程发动机就只能带动这个过大的桨，而产生的马力则远小于其最大马力。四冲程发动机由于其产生最高马力时的转速较低，因此就可以使用一个较大的螺旋桨，而还能产生接近其最大马力的功率。换句话说，四冲程发动机在我们航模领域，很多情况下可以更充分地利用其具有的马力。四冲程发动机比二冲程发动机的噪音小。原因有好几个。当转速一定时，四冲程发动机点火的次数只有一半那么多。这就意味着，噪音较小而且声音也比较低沉。四冲程发动机排气过程的时间较长，因此，在时间上，噪音也就更为分散了。四冲程发动机运行时噪音较小，再加上大螺旋桨那特有的声音，都使它更像以活塞式发动机为动力的真飞机。因此很多航模爱好者都很喜欢它那极富真实感的声音。
小结与补充材料
我们在此总结一下本章的内容。发动机点火的方式共有三种：压燃式、电热式（半压燃式）和电火花式。活塞式发动机共有四项功能（做功、排气、进气和压缩），在二个或四个活塞冲程内完成。我本人至今还没见过压燃式的四冲程发动机。除此以外，各种点火方式都可以用在二冲程或四冲程发动机上。二冲程发动机的功率较大，而价格则相对较低，但是其声音的真实感和四冲程发动机相比不够强，噪音也比四冲程的大。每一章不会那么巧都在页末结束。如果有余地的话我们就充分利用这个空间放几张和内容关系较弱的照片。本章就将循此例。尽管现在就提出读书疲劳需要稍做休息还太早，但是我们还是可以稍微放松一下，欣赏欣赏解剖开的OS发动机(56-57)。照片(58-59)显示的则是两架采用电火花式汽油发动机的大型模型飞机的机头部分。
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发表于 2007-1-16 19:18
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