試析活塞式發動機的燃油管理

蔣平清

摘要：活塞式發動機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，以此形式輸出動力的發動機。文章就航空汽油的相關理論、在不同的飛行狀況下活塞發動機的燃油運用方法以及在非常規作業的狀態下普遍的處理方法、程序進行了闡述。

關鍵詞：活塞式發動機；燃油管理；圓軸運動；航空燃油；燃油系統 文獻標識碼：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

運用柴油或汽油等燃料產生壓力是常見的往復模式的發動機。在通常情況下會有很多活塞，它們都安裝在氣缸里面，燃料混合空氣進入氣缸內，進而點燃燃料。缸內熱氣膨脹，進而向后擠壓活塞使其運動，通過連桿和圓軸使得活塞原本的直線運動變成圓軸運動。此類型發動機叫做內燃機，雖然有時候內燃機沒有活塞。這種發動機最平民化，很常見。本文就以航空內燃機的具體燃油情況進行詳細分析，并詳細闡述其在不同的操作環境下出現的各種問題以及常見的應對方案。

1 燃油的概念

因為本文是以航空燃油作為例進行闡述的，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。辛烷數被認為異辛烷在其所在混合燃料中所占容積的百分數。由試驗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一定比重調制的混合燃料的剩余空氣的系數全部調節到1，假使二者處在一樣的壓縮比值情況下，全部運用同一發動機進行爆震，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便被認為是此混合燃料的辛烷值。

2 飛機飛行過程中發動機的燃油狀況

2.1 啟動發動機

通常，在天氣很冷的狀況下，汽車的發動機很難發動。這是因為機器處在相當冷的環境中，這時開啟發動機，因為機器和空氣的溫度都過低，導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動，發動機的溫度適宜，燃油也比較容易發生汽化，進而進入總管內。所以在此時往管內添加燃油，使得油進入噴嘴管路，保障發動機在發動之后依然可以正常運轉。

2.2 飛機滑行

飛機在地面滑行時，所處的環境較之前大為不同，與地面接觸容易遭受污染，所以飛機處于這種狀態時，我們一般采取特殊手段，比如適當調節貧油。

2.3 飛機起飛

在大轉速的情形中，發動機工作，一般包括飛機的起飛、爬升、復飛三種。此時，最大功率時的系數就很可能是剩余氣體系數，大多數設定為0.85左右。這樣既可以保障發動機在較大功率的情況下運轉，又正逢燃氣狀態良好，能夠恰當有效地避免發動機過熱情況的出現。當發動機在最大功率狀態下工作時，各項相關指標也都達到了最大值，例如熱量效率、發動機外部溫度、發動機各種零部件負擔壓力。

2.4 飛機爬升

飛機的燃油處于最強工作狀態，一般是在飛機爬行期間。為了達到功能效率、外觀以及發動機冷卻的最佳效果，多數以襟翼收上位、全油門和超過最佳速度5～10節的速度操作的方法，作為標準路線。密度高度在3000英尺以下，應該是全富油，在此種情況下，應該選擇調貧油，以便更完美地運轉或者完成最大轉速。最大速度高于爬升速度，需要在較短的期間內完成，方便發動機的冷卻。

2.5 飛機巡航

如果想要把發動機的功能效率發揮到極致，需要在實際巡航的過程中，事先設置好發動機功率，然后再利用其混合比桿完成發動機功率或者經濟狀態的自動設置。在此過程中，不但可以設置功率，還支持恰當的調貧油，一樣能夠達到增大的目的。調貧油時采用EGT，最高排氣溫度，能夠實現燃油經濟效益最優化，同時也是達到規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速或者慢車模式。發動機在此種狀態下工作時，混合氣處于富油狀態，發動機溫度相對不高，電嘴特別容易積累一些炭灰等物，這勢必會影響到發動機的正常工作，此時內燃機會處于一個極其不穩定的狀態下。因此，為了避免這一現象，適當調貧油或者竭力減少這一狀態所需時間是極其必要的工作。

2.7 關于轉換油箱供油

針對無輸油的燃油系統，為了保障飛機的持續正常運轉。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定的環境。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換，如果一旦轉換，轉換時，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 發動機爆震

在一定條件下，汽缸內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行詳盡的闡述：（1）發動機內發生沒有規律的類似金屬敲擊聲，這是因為爆震沖撞所形成的；（2）排氣管有規則地有黑煙冒出。排氣管不時地冒出黑煙，而且非常具有規則；（3）發動機出現不穩定的情況，震動強烈，無法正常運轉；（4）發動機的性能明顯下降，無法正常工作，旋轉的速度也出現不正常現象；（5）發動機部分地方升溫太快，尤其是內缸，發動機內部相關運轉的零部件因溫度太高出現異常甚至損毀的現象。

如果說發動機出現爆震等現象，操作人員必須采取相應措施：（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，以達到最大限度增加增發動機旋轉速度的目的；（2）向后拉動油門桿，從而致使進入氣缸的氣體壓力變小，接著使氣缸內部的混合氣體燃料的含量大大減少，這樣的操作也使得發動內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）發動機的溫度過熱，采取措施降低機身溫度，這樣可以很好地減輕爆震情況，甚至可以消除爆震情況。倘若發動機出現問題或者受到損害，沒有辦法進行正常的工作，這時，操作人員必須實施迫降，否則會出現更惡劣的情況。

3.2 發動機早燃

早燃顧名思義就是過早燃燒，就是在進行氣體壓縮時，電嘴還尚未跳火，混合氣就已經達到了其自身的著火點，進而自動燃燒。出現早燃現象的原因有很多，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致氣體本身溫度升高，而缸內剩余積炭過多同樣會出現引起燃料過早自燃。而發動機發生早燃，會導致其自身的工作能力降低，進而其自身的經濟效益也會隨之大大降低。內燃機有多種，單缸或者多缸，前者即使出現早燃的現象，其后續的狀況是不固定的，因為早燃引起內部組織壓力不穩的狀況進而產生機身的振動。在飛機處于低轉速的情況下，一旦內燃機出現早燃，極易破環機器內部的零件，因為這時候系統的自身的慣性小，與此同時內燃機內部氣體壓力又很大。

3.3 發動機處于過富油狀態

過富燃燒必須符合一定的條件，發動機內的余氣小于0.6。而過富狀態下，混合氣燃油燃燒會出現內燃機功率變小，經濟效益降低，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。最后也會導致氣缸中內燃氣體所承受的壓力不相同，同樣會致使發動機運動。然而，與過貧燃燒相比，過富燃燒也具有其自己獨特的一面：（1）汽缸里面出現積炭，導致發動機效率變小，經濟效益降低，更為嚴重的話，可能造成發動機出現問題；（2）預防發動機過富油燃燒，首先必須做的是富油調整設置，其次是在飛行過程中，假使收油門力度太猛，這個時候節氣門快速調小，空氣量突然降低，但是燃油量由于系統慣性降低相對滯后，極易導致短時間的混合氣過富油，產生排氣管“放炮”狀況，因此在操縱油門時動作要溫和。

4 結語

發動機如同飛機的心臟，為航空飛行提供源源不斷的動力，而燃油為發動機運行的能源，因此發動機燃油對航空飛機起著至關重要的作用，科學、有效地燃油管理極大地保障了發動機的正常、穩定運行，促進發動機本身性能的發揮，進而保障航空航天的安全。因此，我們必須重視燃油管理問題，嚴格按照規章制度組織管理燃油，并且切實應對燃油管理過程中出現的問題。本文對于航空活塞式發動機燃油的管理做出了分析與研究，闡述了燃油管理的重要性，希望各行業加強對于內燃機燃油的管理。

參考文獻

[1] 楊建偉，祝新立.電噴摩托車供油方式分析及燃油消耗量測量探討[J].摩托車技術，2012，（9）.

[2] 李冰林，魏民祥.活塞式發動機燃燒煤油研究現狀與技術分析[J].小型內燃機與摩托車，2012，（6）.

[3] 馬帥，劉娜，胡春明.二沖程重油發動機技術現狀及發展方向[J].小型內燃機與車輛技術，2015，（2）.

[4] 丁發軍，代友軍.活塞式發動機燃油部件智能測試系統設計[J].制冷與空調，2013，（4）.

（責任編輯：蔣建華）