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第三章 发动机基础知识（续）
简介
第二章的内容中介绍了本书中讨论的发动机都具有两个或四个冲程，并采用压燃式、电热式或电火花式点火方式点火。本章将讨论一些发动机指标。这些指标同样也十分重要，既有助于新手决定如何挑选第一台发动机，也有助于有经验的航模爱好者学到使用和维护发动机的基础知识。
发动机大小
发动机的大小可以用很多指标来描述，比如说马力。由于我们的目的就是想为某架特定的飞机配发动机，因此，发动机的马力听起来像是一个非常合用的指标。但实际上却不然。每一台发动机都有一个很宽的的马力范围，马力大小取决于螺旋桨大小、所用燃料以及其它一些看起来不那么显眼的因素。另外，测量马力还需要有特殊的设备。因此我们希望采用一个既能表示发动机的大小，同时又不像马力这样变化较大，测量比较困难的指标。
第二章中介绍的关于燃烧的概念可以利用为测量发动机大小的一个有意义的指标。在活塞每次向下移动的冲程中燃烧的燃料混合气的量在很大程度上决定了一台发动机的马力。混合气的量越大，产生的马力也就越大。因此当其它因素相同时，燃烧室容积越大的发动机就越有劲儿。我们现在就来讨论一下燃料混合气体积这个比较容易测量的指标。(60)中活塞处于其最低点的位置，而(61)中活塞则处于其最高点处。活塞顶在这两个极限点之间运动，形成了一个柱状空间。为了便于读者清楚地了解这一点，(62)中我们在排气通道上放了一个同样大小的铜柱。活塞发动机的设计者们定义一台发动机的大小就是这个柱状空间的体积，并用立方英寸或毫升（立方厘米）作单位。
在每个压缩冲程中，活塞占据了燃烧室顶部上述容积的位置。因此我们称这个容积为排气量。航模发动机的排气量大小从0.010至3立方英寸，甚至可以更大。第四页上照片(12)中显示的就是一台这种大型发动机。Cox独特的0.010只能在理想情况下带动一架微型模型飞机。而一台大型的Super Tigre 3000则能毫不费力地带动一架十至十二英尺（三到三点六米）的模型。航模爱好者在他们谈论发动机大小的时候，常常会省略小数点和测量单位，而把一台0.46立方英寸排气量的发动机简称为“四十六”的。
压缩比
一台微型压燃式发动机的压缩比要比一台像(12)中那样的大型发动机高。因此我们知道压缩比是一个完全不同于发动机大小的指标。但是，发动机大小和压缩比都和燃烧室容积有关，因此，我们在此将二者一并讨论。在讨论压缩比之前，我们先得弄清楚“比”的概念。“比”就是一个数除以另一个数。在“比”中，我们会用到“/”或“比”这个字。例如：“7除以3”，“7/3”或“7比3”说的都是同一回事。我们在讨论活塞式发动机的压缩比时采用“比”这个字。我们先来看一看二冲程发动机。看一看如(63)所示的能被注入发动机的所有液体体积。这个液体体积就等于燃烧室在排气口之上的那部分容积。将发动机倒空，卸下电热塞，移动活塞至上死点处。我们来测量处于上死点处的活塞和电热塞孔底端之间的那部分容积(64)，并称这一空间为燃烧室上部或“汽缸上部”。(63)中注入的液体体积除以(64)中注入的液体体积就是这台发动机的压缩比。换句话说，二冲程发动机的压缩比就是排气口上面那部分燃烧室的容积除以燃烧室上部的容积。电热式发动机的压缩比通常约为8比1。而由于压燃式发动机需要更大幅度的压缩来产生更高的温度，其压缩比有的则可高达20比1。由于压燃式发动机没有电热塞孔，因此，需要把汽缸盖拆掉才能测量出压缩比。本章只是要介绍发动机的基础知识，在此我们就不去费那个劲了。
四冲程发动机压缩比的测量方法与此类似。拆掉电热塞，使活塞位于下死点处，然后测量能将整个燃烧室注满的液体体积。再将发动机内的液体倒空，将活塞移动到上死点处。然后再用同样的方法测量燃烧室上部的容积。用前一个体积除以后一个体积就得到了四冲程发动机的压缩比。
两室之间的气密性
如果活塞和汽缸之间的配合不良，就会出于多方面的原因造成发动机过热。发动机过热，就不会可靠运转，也不可能达到其最大功率。一台低温运转的四冲程发动机需要有生产厂家能获得的活塞与汽缸的最佳配合。不仅配合要好，还要有足够的燃料由于侧吹而通过活塞对曲轴箱进行润滑。也就是说，每套活塞和汽缸之间，包括二冲程发动机，都会稍有一点儿渗漏，但是如果渗漏过度，就会造成重大问题。物理学家告诉我们，当气体快速地流过一个狭窄通道――就像活塞与汽缸之间――的时候，会由于摩擦而产生热量。气体流经不良配合时产生的热量，比配合优良的发动机所产生的热量要大得多。最终进入曲轴箱的高温废气，向外提供了多余的热量。除了由于废气流动所产生的热量以外，活塞和汽缸之间的机械摩擦也会产生热量。气密处要几乎没有渗漏和摩擦，才能让发动机低温运转。但是很多刚拿到手的发动机气密性很差，摩擦阻力也很大。后面我们会解释如何利用所谓的磨合过程来改善这一切。本节余下的内容就来介绍各种活塞和汽缸类型。而这当中的每一款都很适合初学者使用。
一种气密方法是采用铸铁制作的活塞精密配合在钢制汽缸套内，或者将二者反过来。采用不同金属材料，诸如这里使用的铸铁和钢，可以使零件相互之间滑动时磨损较小，并能减小相互之间的摩擦。这两种金属材料在发动机正常运行时膨胀系数接近。因此，当发动机温度上升时，它们之间的气密性几乎不受影响。汽缸的直径由精细的研磨砂研磨到精确的尺寸。发动机生产厂家采用的是研磨工艺――采用一种精细的研磨膏来对金属件进行磨削的工艺――以确保活塞的尺寸精确。因此，我们有时会把这种活塞和汽缸采用研磨工艺生产出来的发动机称为研磨工艺发动机。航模爱好者对于不同的活塞和汽缸组合都有不同的缩写简称。但是我没见过大家给这种铸铁和钢的组合起过什么名字，我们姑且称之为CIS（CI-Cast Iron铸铁, S-Steel钢）吧。照片(66)显示的就是CIS发动机的活塞和汽缸套。长时间的磨合，可以把CIS的活塞和汽缸套磨得极为光洁，产生近乎完美的配合。一旦磨合好了以后，CIS发动机可以运转无数小时而毫无问题。照片(2)中的我那台已有四十多年历史的Fox 35发动机，至今已经运转了不知多少小时了，表现却是越来越好。当然，发动机有那么长的寿命并不常见。但是大多数发动机都不是因磨损而亡，而是不幸死于炸机。
CIS发动机中的铸铁活塞较重，会产生振动，并在上死点和下死点改变运动方向的时候吸收能量。采用较轻的铝制活塞的研磨工艺发动机可以减轻这些问题，但是铝制活塞需要一个在升温后与活塞膨胀相同的汽缸。这样，活塞和汽缸才能在任何运行温度下，都能使发动机的两个室之间气密良好。Super Tigre在1968年左右推出了用于制造活塞和汽缸的新材料。他们的工程师选择了一种高硅铝合金来制造活塞，这种材料非常耐磨，而且在升温后膨胀程度只比某些黄铜合金略小一点儿。Super Tigre采用表面镀铬的黄铜制造汽缸套，并称这种组合为ABC（A-Aluminum铝，B-Brass黄铜，C-Chrome铬）。现在，大多数发动机厂家都生产ABC发动机。也可以采用铝来制造汽缸。但是铝和铝之间摩擦时，磨损较快，摩擦力也较大。因此，活塞或汽缸的表面就要镀铬。可以像Saito（齐藤）的50发动机那样，汽缸是个整体，都用铝制造(67)。而有些发动机则有一个汽缸套，就像(66)和(68)中显示的那样。当然，照片中的零件是钢的，而不是铝的。我们常把这种发动机简称为AAC（A-Aluminum铝A-Aluminum铝C-Chrome铬），亦即铝制活塞、铝制汽缸或汽缸套，加上表面镀铬。由于AAC和ABC发动机的活塞和汽缸两个零件的膨胀率接近，高温不会抱死，所以这两种发动机在运行过热后比较不容易损坏。实际上，在过热后，铜制汽缸比铝制活塞膨胀量还要大一些呢。由于这些金属较软，不能像钢那样承力，因此在拆装AAC和ABC发动机的时候务必要小心。OS为他们生产的铜制汽缸套内外镀无光泽的镍，但是他们还把这种组合称为ABC，而不叫什么ABN（N-Nickel镍）。我曾经修过一台汽缸损坏的OS发动机，损坏的原因就是使用者没有意识到零件实际上是由很软的铜制成的，结果在拆装的时候把上面弄出了一道沟。
早期的航模发动机采用钢制的汽缸和铝制的活塞，但是利用钢或铸铁制成的活塞环(68)来保持燃烧室和曲轴箱室之间的气密性。我们把这种发动机称为活塞环发动机。这种组合效果很好，直到现在还在普遍使用。由于升温时，铝要比钢膨胀得多一些，因此，铝制活塞一定要比钢制汽缸小一点儿。活塞环对两个室进行密封的方法是这样的：燃烧后的气体会将活塞环向下压，环的下表面和活塞接触，形成了曲轴箱室和燃烧室之间密封工作的一部分。露在外面的环顶使气流吹入活塞环和活塞之间的垂直窄隙。气体就会迫使活塞环向外扩张，抵住汽缸壁，最终将其彻底密封起来。活塞环发动机比较容易磨合。和其它更新的设计相比，也更能承受使用不当的问题。但是这种发动机不能过热，原因是过热后活塞环会变形。活塞环发动机的汽缸膛有时会镀铬，以延长活塞环和汽缸的寿命。
航模发动机的活塞环有两种。一种如(68)所示的传统活塞环。另一种称为Dykes环，我们也拍摄了照片(69)。Dykes环的截面为“L”形，而传统活塞环的截面则是矩形的。Dykes环减小了向外的张力。一般情况下，它比传统的活塞环密封要好，摩擦力也较小。如果发动机转速很高，当活塞环运动到上死点时，它会有继续向上运动的趋势。这样，密封就不能保持了。而Dykes环由于其重量较轻，因而就相应地改善了这种情况。有一些用于竞赛的手工制造的发动机，采用了铝制的活塞、镀铬的黄铜汽缸，并采用Dykes活塞环。其生产厂家称这种组合为ABCD（A-Aluminum铝，B-Brass黄铜，C-Chrome铬，D-Dykes）。例如，Webra 32(70)采用的就是ABCD活塞和活塞环。 |
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楼主
发表于 2007-1-18 20:33
