活塞一上一下，曲轴一转又一转
四步循环把汽油烧成拉力
活塞发动机靠四个行程的循环把油气烧成机械功：进气吸入混合气、压缩压紧、点燃作功推动活塞、排气清空气缸。操纵靠三根杆，健康看仪表，最怕早燃和爆震。
01 分类与四行程
| 分类方式 | 类型 | 要点 |
|---|---|---|
| 按点火 | 火花点火 / 压缩点火 | 压燃式用便宜的柴油或煤油；火花式靠火花塞点燃油气混合气，压燃式先压缩升温喷油自燃 |
| 按气缸排列 | 星型 / 直列型 / V型 / 对置型 | 对置型常见于通用航空，星型常见于早期大功率飞机 |
| 按行程 | 二行程 / 四行程 | 一个工作循环含进气、压缩、作功、排气四个过程；两个行程完成是二行程、四个行程完成是四行程，现代航空活塞发动机大多是四行程 |
| 按冷却 | 液冷 / 气冷 | 气冷靠散热片，液冷靠冷却液循环 |
- 工作循环
- 进气 → 压缩 → 作功 → 排气，四行程完成；二行程两个行程完成
- 主要部件
- 气缸、活塞、连杆、曲轴箱、气门机构、螺旋桨减速器、附件机匣
- 通用航空
- 四行程火花点火式最多；压燃式用柴油或煤油
注 · 现代航空活塞发动机大多是四行程。作功行程又称膨胀行程，是唯一对外输出功率的行程。
02 三大杆与监控
- 油门杆
- 控制节气门开度：前推开大节气门、增加进气量和功率，后收相反；收光时仍留少量空气、发动机保持慢车工作
- 混合比杆
- 调油气比和余气系数，收光会切断燃油导致停车
- 变距杆
- 调螺旋桨桨距、让不同速度下效率最佳；定距螺旋桨发动机没有变距杆
- 监控仪表
- 转速、进气压力、汽缸头温度和排气温度，以及燃油流量、压力、油量和滑油温度、压力
- 绿区与红线
- 仪表绿区是正常范围、红线是警告值，参数必须限制在规定范围内
- 汽缸头温度过高
- 减小功率、适当增大混合比降温、同时盯住滑油仪表
- 恒速装置汽化器积冰
- 进气压力减小、桨叶角自动减小保转速、拉力减小、空速表显示减速
- 汽化器加热
- 引入热空气化冰：热空气密度小、进气压力先进一步减小，冰化开后进气量增大、进气压力逐渐恢复
注 · 三根杆的分工：油门管功率、混合比管油气、变距管桨距。监控仪表是发动机的体检单，绿区里飞、红线碰不得。
03 汽化器与燃油
- 燃油系统
- 分汽化器式和直接喷射式
- 汽化器
- 按外界条件和发动机状态计量燃油再喷入气缸，本身就是燃油调节器
- 汽化器分类
- 浮子式和喷射式；浮子式最常用、喷射式一般不用于小飞机
- 浮子式原理
- 靠浮子室里的浮子和油针开关进油孔，让进油量始终等于喷油量
- 油门杆
- 改变节气门开度、调节进入气缸的混合气量
| 汽化器 | 内容 |
|---|---|
| 优点 | 结构简单、不易气塞、热发动机启动好 |
| 缺点 | 燃油分配不好、混合比不精确、易结冰 |
| 燃油类别 | 牌号 / 用途 | 注意 |
|---|---|---|
| 航空汽油 | Avgas 80、Avgas 100、Avgas 100LL；带点火系统的传统活塞发动机 | 牌号越高抗爆震能力越强，低于规定牌号容易爆震 |
| 航空煤油 | 涡轮发动机 | 与活塞发动机汽油不可混用 |
| 航空柴油 | 压缩点火的航空活塞发动机 | 压燃式可用 |
- 放油检查
- 油箱最低处有放油口，每次加油后和飞行前放油，看颜色识别牌号，并检查水和沉淀
- 燃油污染危害
- 燃油里的水和杂质进入发动机可能中断供油，低温时水还会凝结，都会造成停车
- 加油规定
- 飞机停好、发动机停车、磁电机断开、机上无人、周围禁烟、飞机禁止通电，飞机和加油设施都要接地
- 加油标准
- 不能加低于规定牌号的燃油、按飞机手册标号加油；转场飞行加够油，停放期间建议加满油箱
注 · 浮子式汽化器像个"自动水龙头"：浮子沉下就开油针进油，浮子浮起就关油针，始终保持油面高度，让进油量跟着喷油量走。
04 早燃与爆震
| 项目 | 早燃 | 爆震 |
|---|---|---|
| 定义 | 混合气在正常点火之前自己烧起来 | 气缸里正常燃烧被破坏，未燃混合气局部发生爆炸性燃烧 |
| 产生原因 | 气缸头温度过高、气缸内部积炭 | 燃料牌号/级数低、进气温度过高、进气压力使用不当、小转速加大进气压力、发动机温度过高、大功率状态持续过久 |
| 危害 | 多消耗压缩功、散热损失增加、功率降低经济性变差、多缸振动，严重时曲轴倒转损坏机件 | 不规则金属敲击声、气缸局部温度骤升，活塞气门电嘴过热或烧损、排气总管周期性冒黑烟；发动机振动、机件易损坏，功率减小经济性变差、转速下降 |
| 预防处置 | 热发动机别随意扳动螺旋桨，气缸头温度保持在规定范围，防止内部积炭 | 按规定用燃料、别用辛烷值或级数低于规定值的，进气温度别过高、按规定用进气压力，最大进气压力使用时间不超规定，避免小转速加大进气压力，发动机温度不超规定值，大功率状态别持续太久防过热和积碳 |
- 出现爆震时
- 前推变距杆减轻螺旋桨负荷、加大转速，后拉油门杆减小进气压力，加强散热
- 早燃后果
- 多消耗压缩功、散热损失增加、功率降低经济性变差、多缸振动，严重时曲轴倒转损坏机件
注 · 区别一句话：早燃先于火花，爆震发生在火花之后。两者都毁发动机，预防核心是控温、防积炭、按规定用油。
05 排气与启动
- 排气温度 EGT
- 气缸排出废气的温度，一般在 300℃ 以上
- EGT 高低
- 能反映发动机性能——启动、加速、贫油、富油都可能让它过高
- EGT 用途
- 影响发动机寿命，也可用来监控发动机热部件的机械性能
- 废气能量
- 发动机排出的废气能量占燃料热能的 30%～50%
- 废气利用
- 排气装置里通常装热交换器——利用废气能量给空气加温，用于驾驶舱加温、座舱取暖、风挡除雾、汽化器加温
- 废气渗漏
- 要常检查防废气渗漏进驾驶舱——排气总管上的加温系统渗漏、废气一氧化碳会进入驾驶舱引起中毒
| 启动系统 | 内容 |
|---|---|
| 组成 | 启动机、启动注油装置、启动点火装置和电气控制 |
| 启动方法 | 手摇启动（早期飞机）、压缩空气启动、电启动 |
| 压缩空气启动 | 在膨胀行程把压缩空气送进气缸推活塞、转曲轴 |
| 电启动 | 分电动惯性启动、直接启动和复合启动 |
| 启动过程 | 启动前接通保险电门，启动时用注油装置注入适量燃油后关闭，启动后调油门到适当转速暖机 |
| 试车过程 | 试车前要暖机，停车前要冷机 |
注 · EGT 是发动机的"体温计"，也是调混合比的依据之一。废气不是废物——30%～50% 的热能还能拿来取暖、除雾、给汽化器防冰。
06 性能与高度
- 有效功率
- 发动机用来带动螺旋桨的功率，也叫轴功率
- 燃油消耗率
- 发动机产生 1 马力有效功率、1 小时内消耗的燃油重量，主要受余气系数 α 影响
- 发动机效率
- 燃料热能变成有用功的程度，分热效率、推进效率和总效率
- 加速性
- 推油门杆时转速上升的快慢程度
- 自然吸气
- 随气压高度升高进气压力下降、有效功率迅速下降、燃油消耗量迅速上升
- 增压发动机
- 额定高度以下进气压力不变、有效功率基本不变；额定高度以上进气压力减小、有效功率迅速减小、燃油消耗率迅速上升
- 全油门高度
- 增压发动机在全油门状态下还能保持额定进气压力的高度
- 影响因素
- 混合比、转速、气压高度、温度和湿度
- 趋势
- 高度越高、温度越高、湿度越大，性能越差
- 油气比
- 气缸里燃油质量与空气质量之比
- 完全燃烧油气比
- 完全燃烧 1kg 燃油约需 15kg 空气，所以完全燃烧油气比约 1:15
- 余气系数 α
- α=实际空气量÷理论空气量：α<1 富油、α>1 贫油、α=1 理论混合气
- 最佳功率
- α=0.8～0.9 时火焰传播最快、膨胀功最大
- 最经济
- α=1.05～1.10 时燃油消耗率最低
- 实际判断
- 飞行中实际靠转速和排气温度来确定这两个状态
注 · 最佳功率 α=0.8～0.9，最经济 α=1.05～1.10——一个是"力气最大"，一个是"最省油"，飞巡航看经济，起飞爬升看功率。